Antena dan Propagsi Gelombang GELOMBANG

(1)

(2)

GELOMBANG RADIO & TELEKOMUNIKASI

Sejarah telekomunikasi listrik : 1873 Maxwell (C), 1880 H.R Herz (T.I Karlsruhe,lab.), 1901 Marconi (lapangan), 1931 Faraday (L),1938 SFB Morse hubungan telegrap 16 km.

Sekarang :

1. telepon, radio & TV →sehari-hari

2. jaringan global komunikasi suara, gambar, tulisan, data/komputer

3. penelitian & pertahanan : radar, telemetri, computer & communication beserta jaringannya

1.1 Elemen Sistem Komunikasi

Fungsi dasar sistem komunikasi sama : - transmisi/pengiriman informasi

- tiap macam sistem mempunyai kekhususan sendiri.

Definisi komunikasi : Proses pemindahan/penyaluran informasi dari suatu titik dalam ruang pada waktu tertentu (titik sumber) ke titik lain yang merupakan tujuan atau pemakai.

Message merupakan salah satu manifestasi (bentuk fisik) informasi

Sumber informasi : orang, alat musik, mesin →messagenya huruf, tekanan udara fungsi waktu, cahaya yang berubah-ubah, dll.

Tujuan komunikasi : menyediakan replika message pada tempat tujuan.

Transduser : mengubah message menjadi sinyal listrik atau sebaliknya, f(t) ke i(t) 1. transduser input (TI)

(3)

Elemen komunikasi

Elemen sistem komunikasi – menurut fungsinya, dalam hardware mungkin susah dipisahkan.

Gambar 1-1 Elemen sistem komunikasi

Pemancar Tx : mengkopel message dalam bentuk sinyal yang ditransmisikan ke

kanal transmisi . Signal prosesing untuk transmisi yang efektif dan efisien antara lain modulasi, penyesuaian sinyal dengan sifat-sifat kanal transmisi.

Kanal transmisi : Sebagai penyambung listrik antara Tx - Rx sekaligus menjembatani sumber informasi (SI) dan tempat tujuan (TT).

Contoh kanal transmisi : kabel coax, 2 kawat, waveguide, berkas laser, gelombang radio dll.

Sifat utama : meredam, umumnya sangat besar.

Penerima Rx : mengambil sebagian kecil sinyal dari kanal transmisi, memproses

dan meneruskannya ke transduser output. Proses utama : demodulasi/deteksi, juga penguatan karena sinyal pada umumnya sangat kecil.

(4)

Redaman dan derau

Dalam perjalanan sinyal dari SI ke TT terjadi perubahan dan pengaruh yang tidak dikehendaki:

1. redaman

mudah diatasi dengan penguatan 2. distorsi

- perubahan amplituda, frekuensi & fasa

- pada sinyal ada distorsi, tidak ada sinyal distorsi hilang.

- ditoleransikan sampai batas tertentu, hubungan dengan peralatan/kompensasi - disebabkan oleh respon sistem yang tidak sempurna terhadap sinyal.

3. interferensi

- gangguan yang disebabkan oleh sinyal di luar sinyal yang diinginkan, biasanya buatan manusia

- gangguan yang serupa dengan sinyal

- diatasi dengan menghilangkan sinyal interferensi/sumbernya. 4. derau

- gangguan yang tak mungkin dihilangkan walaupun secara teoritis

- sinyal sebarang dan tak teramalkan yang bersumber dari sebab alamiah - informasi dapat tertutup oleh derau

(5)

Telekomunikasi radio

1.1.1 Telekomunikasi Radio

Saluran transmisi antara Tx - Rx dapat berbentuk fisik atau non fisik (vakum, ruang bebas). Pada komunikasi radio gelombang EM dilepaskan ke ruang bebas oleh antena. Ruang bebas

dapat berisi atmosfir bumi dan terhadap gelombang elektromagnetik terjadi : 1. pembiasan/pembelokan

2. pantulan, pembelokan dengan sudut datang = sudut pantul 3. hamburan atau penyebaran ke mana-mana

4. penyerapan sebagian /absorpsi

T_x

saluran transmisi fisik

Antena

pemancar

saluran transmisi non fisik

R_x

Antena

penerima

(6)

Telekomunikasi radio

Tx : menghasilkan daya RF → saluran transmisi → antena → dipancarkan ke segala arah Rx : mengambil sebagian kecil daya gelombang elektromagnetik dari pemancar yang ada di

ruang bebas melalui antena → saluran transmisi → Rx diproses.

Penerimaan daya oleh antena sekitar 10-8 watt merupakan daya yang besar & mudah diproses. Efisiensi transfer daya hampir sama dengan nol.

Efisiensi komunikasi → informasi yang diterima kalau replika diterima sempurna sepanjang waktu → efisiensi 100 % . Reliabilitas dalam praktek ≈ 99.99 %.

(7)

Spektrum Frekuensi dan Perambatan Gelombang

Kelakuan gelombang elektromagnetik antara Tx = Rx tunduk kepada hukum-hukum fisika yang tak dapat di-atur atau kuasai. Salah satu parameter yang mempengaruhi frekuensi dengan pembagian sebagai berikut (alokasi frekuensi):

0.3 M

f /Hz _Ultraviolet

tampak inframerah

Serat optik Sinar laser percobaan-percobaan kom._{multi kanal TV, data, dsb.}

Nama media transmisi pemakaian

λ

super high freg. SHF

ultra high freq. U H F 1 m

3 G

300 M

very high freq.

VHF kabel

high frequency HF

3 M _{medium freq.}

MF

1 km _gelombangradio

panjang

komersial amateur international. DF, CB very low freq.

VLF 100 km

3 _{audio frequency}

A F

aeronautika kabel laut navigasi, radio beacon, radio samudera PLC, kom. kapal selam

sonar

International Telecommunication Union

Comite Consultatif International de Radiocommunication

International Telegraph & Telephone Consultative Committee I. T. U

1 mm percoban-percobaan

navigasi satelit-satelit rele microwave satelit - bumi radar

30 cm radiosound

ELF

k

(8)

Proses propagasi

Spesifikasi dapat ditentukan / disesuaikan, dikuasai sepenuhnya. Dapat dikontrol - Tx (mod)

- Rx (demod) - Antena

- Frekuensi - dll.

Tak dapat dikontrol : - perambatan gelombang

- parameter lain menyesuaikan diri - diharapkan prediksi yang tepat

- probabilitas, tak dapat dikuasai sepenuhnya. Penelitian/pengukuran untuk prediksi & penyesuaian :

- pemilihan frekuensi

- pengukuran sifat atmosfir bumi penyerapan

pembiasan redaman pemantulan fading hamburan

- pengukuran sifat perambatan bumi konduktivitas

permeabilitas → redaman permitivitas

(9)

Proses propagasi

Proses propagasi gelombang dapat dianalisis menggunakan gabungan dari dua macam pendekatan yaitu: - empiris , (sempit)

- pengembangan teori

(hukum-hukum fisika) sulit.

Mekanisme perambatan gelombang antara Tx - Rx merupakan gabungan macam-macam perambatan, tapi selalu ada yang dominan sebagai berikut :

a. Gelombang permukaan bumi, ground wave

(a) ground wave , f < 3 MHz b. Gelombang langit, sky wave

(b) sky wave

+ + + + + + +

P

H E

T_x

R_x

(10)

Proses propagasi

c. Gelombang ruang , space wave

d. Gelombang langsung , direct wave

e. Hamburan troposfir, tropo scatter

f > 30 MHz d : dekat/ sedang

= 50 km fading

Bumi

f₁

f₂

satelit

d >>

f > 30 MHz umumnya GHz

f > 30 MHz d : jarak kom.

(11)

Karakteristik antena

f. Gabungan / kombinasi dari dua atau lebih macam propagasi di atas.

Misalnya : ground wave & sky wave pada standard broadcast (primary & secondary services). Tropo scatter dan difraksi.

g. Lain2 seperti : komunikasi dengan meteor burst, hamburan ionosfir pantulan satelit, bulan dll.

1.2 Definisi-definisi & karakteristik antena

Antena digunakan dalam komunikasi radio sebagai :

a). pelepas energi elektromagnetik ke udara/ruang bebas sehingga berlaku sebagai pemancar atau sumber gelombang elektromagnetik.

b). penerima energi elektromagnetik dari ruang bebas. Contoh sehari-hari :

R DE D1

(12)

Macam-macam antena

1.2.1 Macam-macam antena :

• Antena kawat

dipole

helix

Loop nx

whip

Beverage

(13)

Macam-macam antena

Antena apertur : terutama untuk pesawat terbang & pesawat ruang angkasa.

Corong piramid corong kerucut

(14)

Macam-macam antena

Antena susunan

Antena pemantul

Feed

pemantul

Feed

pemantul 1

pemantul 2

pemantul

(15)

Macam-macam antena

Antena apertur : terutama untuk pesawat terbang & pesawat ruang angkasa.

Corong piramid corong kerucut

(16)

1.3 Definisi & konsep

Gambar 1-6 Elemen sistem komunikasi radio a. Antena : transformator antara gelombang terbimbing dengan gelombang

bebas atau sebaliknya.

: struktur transisi antara gelombang terbimbing dan gelombang bebas. b. Saluran transmisi : alat untuk membimbing energi gelombang EM dari

suatu titik ke titik lain. Syarat : - redaman minimum

- rugi-rugi panas << - rugi-rugi pancaran <<

Gel. bebas

T_X sal. transmisi (gelombang terbimbing)

(17)

Konsep antena

- tidak menyebar, mengikuti saluran transmisi →satu dimensi. Contoh : 2 kawat, wave guide, kabel dll.

c. Resonator:alat yang menunjukkan adanya gelombang berdiri/ada

konsentrasi energi medan listrik & magnet, faktor Q = daya yang tersimpan/daya masuk atau keluar→ cavity resonator.

Cavity

C _L

(18)

Konsep antena

Fungsi utama mendefinisikan alat mana yang paling dominan. Gelombang radio di udara mempunyai panjang gelombang ribuan km sampai mm→ terus sampai di daerah ultra violet.

d. panjang gelombang :

(19)