komunikasi radio
Post on 07-Jan-2016
58 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 1/62
1
BAB I
TEORI DASAR KOMUNIKASI RADIO
Tujuan khusus :
1.Menjelaskan radiasi elektromagnetik sebagai gelombang radio, perambatan gelombang
elektromagnetik, indek bias atmosfer.
2.Menjelaskan fading dan diversitas, realibility system.
3.Menghitung jarak horizontal radio serta profile chart, daerah fresnell, power link budget.
1.1 Gelombang elektromagnetik
Gelombang Radio adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetikmempunyai dua sifat:
1. Berkelakuan sebagai gelombang
2. Berkelakuan sebagai partikel-partikel (photon)
Untuk frekuensi radio, radiasi elektromagnetik sebagai model gelombang lebih sesuai dan banyak
digunakan. Gelombang elektromagnetik dapat dibangkitkan dengan berbagai cara, tetapi
kesemuanya selalu berkaitan dengan muatan listrik yang bergerak.
Gambar 1.1 Spektrum elektromagnetik
Transmisi elektromagnetik merambat di ruang sebagai gelombang transversal, gelombangelektromagnetik merambat diruang bebas dalam mode TEM (Transverse Electromagnetic) yang
terdiri medan listrik dan medan magnetik, tegak lurus satu sama lain dan keduanya tegak lurus
terhadap arah rambat gelombang.gelombang dikarakteristikkan dengan frekuensi dan panjang
gelombang. Hubungan antara intensitas medan listrik dan magnetik dapat dianalogikan
hubungan antara tegangan dan arus dalam rangkaian.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 2/62
2
Gambar 1.2 Gelombang transversal
Rapat daya rambatan gelombang elektromagnetik diruang adalah jumlah daya yang mengalir
melalui satuan luasan meter persegi dari suatu permukaan yang tegak lurus terhadap arah rambat.
1.1
1.2
E merupakan kuat medan listrik, Z adalah impedansi intrinsik ruang. Sumber gelombang
elektromagnetik yang paling sederhana adalah suatu titik di ruang, dengan gelombang yang
memancar (radiasi) merata sama besar kesegala arah. Sumber ini disebut radiator isotropic,
bentuk permukaan yang ditembus oleh gelombang dengan phase sama yang berasal dari radiator
isotropis adalah berbentuk bola.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 3/62
3
Gambar 1.3 Radiator isotropic
Polarisasi dari gelombang datar adalah merupakan arah dari vektor medan listrik. Polarisasi
horizontal, vektor medan listrik sejajar dengan permukaan bumi. Polarisasi vertikal, vektor
medan listrik tegak lurus dengan permukaan bumi. Polarisasi sirkular, vektor medan listrik
berputar (clock wise atau counter clock wise). Gelombang radio merambat melalui ruang bebas
dalam garis lurus dengan kecepatan cahaya. Tidak ada daya/energi yang hilang dalam ruang
bebas, tetapi terdapat redaman yang disebabkan oleh menyebarnya gelombang.
Gambar 1.4 Polarisasi sirkular
Sistem komunikasi radio identik dengan spektrum frekuensi, pembagian spektrum frekuensi
didasarkan panjang gelombang(),digunakan untuk menentukan jenis komunikasi radio yang
berbeda.
Tabel 1.1 Jenis komunikasi radio berdasar panjang gelombang
Spektrum
frekuensi Band Propagasi
30 – 300 Hz 10 Mm – 1 MmELF
Extremely Low Frequency
-Terbimbing antara
permukaan bumi dan lapisan
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 4/62
4
ionosfer
300 – 3000 Hz 1 Mn – 100 kmSLF
Super Low Frequency
-Terbimbing antara permukaan
bumi dan lapisan ionosfer
3 – 30 KHz 100 km – 10 kmVLF
Very Low Frequency
-Terbimbing antara permukaan
bumi dan lapisan ionosfer
30 – 300 KHz 10 km – 1 kmLF
Low Frequency
-Terbimbing antara
permukaan bumi dengan
lapisan D (ionosfer)
-Surface waves
300 – 3000 KHz 1 km – 100 mMF
Medium Frequency
-Surface waves.
-lapisan D,E,F(ionosfer)
3 – 30 MHz 100 m – 10 mHF
High Frequency
-lapisan E,F1,F2 (ionosfer)
30 – 300 MHz 10 m – 1 mVHF
Very High Frequency
-Direct wave
-Ducting lapisan troposfer
-lapisan E,F1,F2 (ionosfer)
300 – 3000 MHz 1 m – 10 cmUHF
Ultra High Frequency
-Direct wave
-Ducting lapisan troposfer
3 – 30 GHz 10 cm – 1 cmSHF
Super High Frequency-Direct wave
30 – 300 GHz 1 cm – 1 mmEHF
Extremely High Frequency
-Direct wave yang dibatasi
redaman yang tinggi
1.2 Perambatan gelombang elektromagnetik
Parameter parameter yang mempengaruhi perambatan gelombang elektromagnetik, antara lain:
-
Indek bias atmosfer
- Sifat indek bias
Indek bias atmosfer (n), lintasan gelombang elektromagnetik diudara seringkali tidak lurus,
melainkan melengkung, fenomena alamiah dari gelombang elektromagnetik ini disebabkan
adanya perubahan indek bias lapisan pada atmosfer. Indek bias atmosfer berubah dengan
berubahnya ketinggian (h) terhadap permukaan bumi. Indek bias sangat dipengaruhi
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 5/62
5
komponen uap air.Jika indek bias menurun dengan bertambahnya tinggi, lintasan melengkung
mendekati bumi akan tetapi jika indek bias bertambah dengan bertambahnya tinggi maka
lintasan gelombang elektromagnetik menjauhi bumi. Untuk indek bias tetap dengan
bertambahnya ketinggian maka lintasan gelombang elektromagnetik akan lurus. 1.3
merupakan permitivitas relatif
Analisa lintasan dilakukan dengan hukum snellius, sebagai berikut : 1.4
Jika mendekati 0 maka lengkungan lintasan pada gambar dibawah ini akan kontinyu
Gambar 1.5 Lintasan lengkung gelombang elektromagnetik
- Indek bias termodifikasi
Indek bias dimodifikasi (M) bertujuan untuk menganalisa perubahan indek bias terhadap
ketinggian.
1.5
M adalah indek bias dimodifikasi,
merupakan indek bias pada ketinggian h = 0, h
merupakan ketinggian dari permukaan bumi, R adalah jari jari bumi 6,37 106 m
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 6/62
6
Gambar 1.6 Indek bias dimodifikasi
- Karakteristik atmosfer standar
Bertujuan untuk standarisasi sifat atmosfer dan memudahkan perhitungan, atmosfer
standar memenuhi persamaan sebagai berikut : 1.6
N adalah indek bias, h merupakan ketinggian (km), n merupakan indek bias sebagai
fungsi h
- Refleksi permukaan bumi
Karakteristik propagasi gelombang dipengaruhi impedansi intrinsik medium, sedangkan
refleksi bergantung kepada sifat bahan yang dirambati gelombang dan polarisasi gelombang,
koefisien refleksi dinyatakan sebagai berikut :
koefisien refleksi polarisasi horizontal :
1.7
Koefisien refleksi polarisasi vertikal :
1.8
Dimana :
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 7/62
7
Gambar 1.7 Ilustrasi gelombang pantul
Untuk keadaan permukaan bumi dan keadaan udara tertentu, grafik koefisien pantul dan sudut
datang sebagai fungsi diberikan sebagai berikut :
Gambar 1.8 Koefisien pantul
Dengan asumsi jarak Tx – Rx jauh lebih panjang daripada tinggi menara, maka biasa
dianggap R EV = R EH = 1 dan
atau 180
o. Untuk suatu kondisi, sudut untuk koefisien
pantul minimum disebut sebagai sudut Brewster.
1.3 Fading dan diversitas
Fading adalah fluktuasi daya di penerima. Fading disebabkan karena perubahan kondisi kanal
propagasi selama terjadinya komunikasi, penyebab terjadinya fading umumnya adalah
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 8/62
8
penjumlahan gelombang medan yang melewati lintasan yang berbeda beda sehingga mengalami
perubahan kanal propagasi yang berbeda dalam hal amplitude dan fasa. Fading terdiri atas :
- Fading cepat (athmosferic multipath fading) merupakan fading berfluktuasi dengan cepat,
dianalisa secara stokastik dan memberikan suatu model kanal yang berubah terhadap
waktu.Fading cepat terdistribusi secara rayleigh atau rician.
- Fading lambat (shadowing) adalah fading berfluktuasi dengan lambat, dianalisa secara
stokastik dikaitkan dengan pathloss dan memberikan suatu model kanal yang berubah
terhadap waktu yang terdistribusi secara lognormal (lognormal fading)
Gambar 1.9 Fading
Teknik mengatasi fading, diantaranya :
-
Memberikan fading margin, sedimikian rupa sehingga level sinyal penerimaan selalu lebih besar
dari ambang batas (threshold)
- Menambahkan AGC (Automitic Gain Control) untuk stabilisasi penerimaan
- Menambahkan teknik diversitas
Diversitas
Teknik diversitas adalah teknik yang memungkinkan penerimaan ganda,diversitas dimungkinkan
karena sifat gelombang elektromagnetik yang memiliki peluang kecil dari masing masing lintasanuntuk mengalami fading secara bersamaan / simultan.Macam diversitas meliputi :
- Diversitas ruang
Antena dipisahkan oleh jarak tertentu untuk memungkinkan penerimaan ganda
- Diversitas frekuensi
Informasi dikirimkan dalam dua frekuensi carrier yang terpisah cukup jauh
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 9/62
9
- Diversitas polarisasi
Memanfaatkan pengiriman dengan dua macam polarisasi yang saling orthogonal atau eliptis
dengan beda fasa 90o
-
Diversitas sudut
Dengan menggunakan sudut dating yang berbeda, memerlukan antenna yang besar karena
gain harus besar
- Diversitas waktu
Pengiriman dengan waktu yang berbeda
Gambar 1.10a Diversitas ruang Gambar 1.10b Diversitas frekuensi
Jarak h dibuat sedemikian agar penerimaan A1 dan A2 memiliki korelasi yang kecil. Syarat h
adalah :
1.9
d merupakan jarak Tx dan Rx
Penerimaan rangkap diversitas dapat dilakukan dengan :
- Pemilihan penerimaan terbaik
Gambar 1.11 Sistem penerimaan terbaik
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 10/62
10
- Penggabungan penerimaan rangkap
Gambar 1.12 Sistem penerimaan rangkap
1.4 Realibility (Keandalan)
dimana merupakan daya terima minimum pada penerima yang akan memberikan BER
maksimum yang dipersyaratkan.
Gambar 1.13 Ilustrasi realibility
Fading margin diberikan untuk meningkatkan realibility. Pengaruh fading margin dalam
meningkatkan realibility pada komunikasi LOS
Tabel 1.1 Fading margin
Fading margin Realibility
10 dB 90%
20 dB 99%
30 dB 99,9%
40 dB 99,99%
Probabilitas outage,merupakan probabilitas kondisi dimana kondisi sistem berada pada kondisi
dibawah
Poutage = 1 – Realibility
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 11/62
11
1.5 Jarak horizontal radio & profile chart
- Radius efektif bumi
Tidak tepat jika dalam perencanaan menggambarkan muka bumi sebagai lengkungan dan
lintasan gelombang elektromagnetik juga sebagai lengkungan, persamaan lengkungan sebagai
berikut : 1.10
merupakan jari jari lengkungan lintasan gelombang elektromagnetik (dipengaruhi oleh
indek bias terhadap ketinggian), 25.445 km 25.000 km.
- Jari jari efektif bumi
Lengkungan lintasan gelombang elektromagnetik ditransformasikan sebagai lintasan lurus,
lengkungan muka bumi ditransformasikan lintasan lurus juga dengan membentuk lengkungan
baru dengan jari jari efektif bumi.
R eff = k R 1.11
Dimana R eff merupakan jari jari lengkung bumi hasil transformasi, k adalah faktor kelengkungan
(dipengaruhi oleh atmosfer).
1.12
Untuk atmosfer standar R = 6370 km dan = 25000 km, sehingga didapatkan :
1.13
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 12/62
12
Gambar 1.14 Variasi nilai k (faktor kelengkungan )
Secara praktis lapangan kebanyakan menggunakan 0,5 < k < 6
- Jarak horizontal radio
Gambar 1.15 Jarak horizontal radio
Didapatkan bahwa
Untuk ht << R didapatkan jika dt dalam satuan mil dan ht dalam satuan feet
maka didapatkan
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 13/62
13
Jika jarak horizontal R x = dr , maka :
√ ⌊ ⌋ 1.14
Untuk atmosfer standar (R = 6370 km, k = 4/3), didapatkan :
1.15
Gambar 1.16 Nomogram horizontal radio
Profile Chart digunakan dalam perencanaan untuk mengetahui apakah dua titik diatas permukaan
bumi terletak pada garis pandang radio dan obstacle disepanjang lintasan, u ntuk
menggambarkan garis lengkung :
1.16
Akan tetapi harus disesuaikan dengan skala (dan lebih banyak digunakan): 1.17
Dengan c (konstanta)
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 14/62
14
Redaman ruang bebas (free space loss) -- hubungan LOS banyak diaplikasikan untuk VHF/UHF
serta terutama gelombang mikro, keadaan perambatan rata rata dianggap sebagai gelombang
langsung. Redaman lintasan (pathloss) dianggap seolah sebagai redaman ruang bebas jika
clearance factor = 0,6. Pada clearance ini bisa dianggap bebas penghalang. 1.18
Pathloss akan berubah dari harga free space pathloss jika clearance 0,6 . Clearance Factor 0,6
sangat disukai dalam desain karena L p = Lfs untuk jenis medium pemantul apapun.
Gambar 1.17 Perubahan harga pathloss
Rugi lintasan orde -- secara umum penerima tidak hanya menerima gelombang langsung,
gelombang pantul juga sangat dominan disisi peneriman. Pemodelan gelombang langsung saja
tidak cocok, sehingga rumusan daya terima terhadap daya kirim dapat dikembangkan dengan
model friss sebagai berikut:
∑
1.19
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 15/62
15
merupakan PLF masing masing lintasan, n adalah jumlah lintasan pantul,
merupakan koefisien refleksi masing masing pemantul. Pengembangan model friss sangat sulit
diaplikasikan karena jumlah lintasan yang sangat banyak,sehingga mendorong pemodelan yang
lebih sederhana sebagai berikut : 1.20
d adalah jarak Tx – Rx, orde rugi lintasan
Untuk aplikasi sistem komunikasi radio biasanya 1 < < 5, pada komunikasi LOS dengan
asumsi gelombang pantul sangat signifikan pengaruhnya sering menggunakan = 4,pada kondisi
ini disebut sebagai plane earth propagation model.
1.6 Daerah Fresnel (Fresnel zone)
Teori difraksi fresnell-kirchoff awalnya dikembangkan untuk menjelaskan difraksi cahaya yang
melalui suatu celah, teori ini berdasarkan prinsip Huygens yang menyatakan bahwa taip titik
yang dilalui gelombang dapat dianggap sebagai sumbar titik gelombang, sehingga gelombang
yang dipancarkan dapat dianggap sebagai superposisi gelombang dari sumber sumber titik
tersebut.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 16/62
16
Gambar 1.18 Daerah fressnel
Bidang lingkaran yang dibatasi R 1 adalah Daerah fresnell I
Bidang lingkaran yang dibatasi R 2 adalah Daerah fresnell II
Jari jari fresnell diperoleh dari konsep perbedaan fasa antara gelombang pantul dan gelombang
langsung.
|| 1.21
Dikarenakan jarak Tx – R x >> tinggi menara (ht) maka R EV = R EH = 1 dan =
1.22
Untuk >> 10 , maka , sehingga
Jari jari fresnell dapat dihitung sebagai berikut :
karena << d, maka :
akan berubah kontinyu terhadap perubahan d1 dan d2
Untuk kasus yang lebih umum d1 d2 , sehingga menjadi:
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 17/62
17
1.23
Untuk kondisi maksimum d1 = d2 , menjadi :
1.24
Umumnya untuk dilapangan/prakteknya, sering kali perencana/engineer memakai rumus
praktisnya :
1.25
R I merupakan jari jari fresnell (m), d1 d2 dan d merupakan jarak (m), f frekuensi (GHz)
1.26
R I merupakan jari jari fresnell (feet), d1 d2 dan d merupakan jarak (mile), f frekuensi (GHz)
Fisis jari jari fresnell dapat diartikan sebagai berikut :
- Medan yang diterima dari daerah fresnell ganjil adalah sefasa, demikian juga yang berasal
dari daerah fresnell genap.Tetapi antar keduanya berlawanan fasa.
-
Jika ada sebuah layar dengan luas tak terhingga, dilubangi sebesar daerah fresnell I, maka
penerimaan kuat medan dipenerima adalah 2 kali penerimaan kuat medan tanpa layar.
- Jika lubang diperbesar lagi seluas daerah fresnell II, maka penerimaan kuat medan di
penerima adalah nol (0).
- Pembesaran lubang dilanjutkan ,maka diperoleh penerimaan kurang dari 2
kali,mengecil,sampai 1 kali seperti tanpa layar.
- Pada lubang dengan jari jari = 0,6 jari jari fresnell I, maka kuat medan penerimaan sama
dengan kuat medan penerimaan jika tanpa layar.
- Didefinisikan Clearance Factor :
1.27
Gelombang mengalami difraksi ketika melewati penghalang yang lebih besar daripada panjang
gelombangnya. Pada frekuensi yang tinggi, penghalang akan menyebabkan redaman yang cukup
besar, sehingga dalam perencanaan mata rantai transmisi radio harus disediakan cleareance yang
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 18/62
18
cukup untuk mengkompensasi daerah tersebut. Daerah Fresnel ke-n adalah elipsoid yang
merupakan tempat kedudukan titik-titik pantul yang menyebabkan gelombang yang dipantulkan
oleh titik-titik tersebut berbeda jalan n kali setengah panjang gelombang dengan gelombang
langsung. Suatu lintasan gelombang radio dapat dianggap sebagai perambatan ruang bebas
apabila daerah Fresnel I bebas dari penghalang. Perubahan pembiasan atmosfer yaitu perubahan
perbandingan indek bias yang dinyatakan k, dapat terjadi setiap waktu yang mengakibatkan
keadaan garis pandang berubah. Apabila daerah Fresnel I bebas dari penghalang pada profil
lintasan yang digambarkan untuk nilai k = 4/3, maka untuk nilai k = 1, sebagian daerah Fresnel
akan terhalang. Keadaan ini memungkinkan hilangnya gelombang radio garis pandang. Pada
umumnya perubahan penambahan clearance yang optimum pada tinggi panghalang berdasarkan
pada kriteria berikut:
- 60% radius daerah Fresnel I bebas, untuk k = 4/3,
- 30% radius daerah Fresnel I bebas, untuk 0,6 < k < 1, dan
- 100% radius daerah Fresnel I bebas, untuk k yang lainnya.
Jika persyaratan hubungan garis pandang terlalu sulit untuk dikerjakan atau tidak ekonomis
sehingga daerah Fresnel I terhalang, maka redaman yang disebabkan oleh penghalang tersebut
harus diperhitungkan. Bila clearance yang diberikan di bawah nilai minimum sehingga koefisien
clearance (
) terletak pada daerah 0 < ν < 1 , maka redaman halangan merupakan fungsi
linear atas ν dan mencapai nilai maksimal 6 dB pada saat menyentuh titik tertinggi penghalang.
Di daerah yang jauh terlindungi, yakni rintangan menutup seluruh daerah Fresnel I (ν < 0), kuat
medan akan menurun berbanding terbalik terhadap ν. Dalam keadaan demikian, redaman
halangan dapat dihitung pendekatannya dari persamaan. 1.28
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 19/62
19
1.7 Power link budget
Power link budget merupakan perencanaan power /kuat sinyal dalam suatu link/hop sehingga
daya minimal / threshold terpenuhi, secara garis besar power link budget dapat digambarkan
sebagai berikut :
Gambar 1.19 Diagram power link budget
Keterangan : + daya pancar keluaran HPA, redaman feeder penerima, penguatan antena penerima redaman propagasi, penguatan antena pengirim, redaman feeder transmiter
fading margin,
daya minimal sistem
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 20/62
20
RANGKUMAN
Radiasi elektromagnetik sebagai gelombang radio mempunyai sifat sifat tertentu yang mana
harus diperhatikan terkait dengan media atmosfer sebagai mediumnya, perambatan gelombang
elektromagnetik sangat dipengaruhi indek bias di atmosfer. Sifat sifat indek bias sangat
mempengaruhi proses refleksi,refraksi, difraksi. Fading mempunyai andil besar dalam
menentukan realibilitas sistem. Perlunya diversitas untuk mengatasi adanya fading. Penentuan
jarak horizontal sangat penting terkait bumi dianggap flat atau tidak, yang nantinya terkait
dengan profile chart, daerah fresnell serta power link budget.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 21/62
21
LATIHAN
1. Jelaskan sifat sifat radiasi elektromagnetik sebagai gelombang radio?
2. Jelaskan sifat sifat perubahan indek bias di atmosfer terkait dengan perambatan
gelombang?
3. Efek apa yang ditimbulkan adanya fading dan bagaimana cara mengatasinya?
4. Hitung jarak horizontal radio pada kondisi atmosfer standar, dengan tinggi transmiter 50
m dan receiver 35 m?
5. Transmiter dengan ketinggian 60 m berjarak 400 m dengan obstacle A, ketinggian
obstacle A 40 m, ketinggian receiver 50 m yang berjarak 1,1 km dari obstacle A, hitung
jari jari fresnell 1 dan clearance factornya
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 22/62
22
BAB II
SISTEM PROPAGASI GROUND WAVE
Tujuan khusus :
1.Menjelaskan polarisasi ground wave, analisa sommerfield, redaman permukaan, jarak numeric,
fasa
2.1 Propagasi ground wave
Ground wave / surface wave disebut juga sebagai gelombang permukaan ,menggunakan
permukaan bumi sebagai penumpu gelombang.
Gambar 2.1 Spektrum ground wave
Ground wave berpolarisasi vertikal, karena setiap polarisasi horizontal akan dihubung singkat
oleh permukaan bumi.
Gambar 2.2 Polarisasi ground wave
Permukaan bumi sebagai penumpu gelombang elektromagnetik, gelombang elektromagnetik
menginduksi muatan pada permukaan bumi, terjadi arus bolak balik. Arus bolak balik
menginduksi lagi medan EM, demikian seterusnya sehingga gelombang elektromagnetik
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 23/62
23
merambat bersama dengan arus. Arus listrik yang terjadi akan mengalami redaman karena
permukaan bumi bersifat sebagai kapasitor dengan rugi tertentu yang ditentukan oleh
konduktivitas, permitivitas, dan frekuensi kerja gelombang yang bersangkutan. Selain redaman
karena penyebaran daya dan absorbs (konstanta redaman), ground wave mendapatkan redaman
tambahan akibat disipasi arus pada tahanan permukaan bumi. Dengan terjadinya skin depth pada
permukaan bumi, semakin tinggi frekuensi kerja maka arus akan cenderung mengalir pada
permukaan, sehingga tahanan permukaan bumi efektif akan semakin besar. Disinilah muncul
alasan kenapa ground wave efektif untuk frekuensi rendah. Permukaan bumi tidak uniform, tetapi
tergantung pada jenis permukaanya.
Tabel 2.1 Konduktifitas dan permitivitas permukaan
2.2 Analisa sommerfield
Analisis ground wave dilakukan oleh Sommerfield dengan asumsi bumi datar. Analisis medan
yang dilakukan sommerfield berdasarkan daya yang menembus permukaan alas kerucut persegi.
Gambar 2.3 Ilustrasi sommerfield
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 24/62
24
Perbandingan luas 2.1
Sedangkan daya yang menembus kedua bidang luas adalah sama,WT, sehingga perbandingan
rapat daya dinyatakan sebagai berikut :
2.2
2.3 Redaman permukaan
Pengaruh redaman oleh permukaan bumi dinyatakan oleh faktor redaman A sebagai fungsi jarak
numeric = p, dan fasa = b, dinyatakan sebagai berikut :
2.3
2.4 2.5
d merupakan jarak Tx – Rx, f adalah frekuensi, merupakan konduktivitas bumi, merupakan
permitivitas relative bumi.
Kuat medan listrik ground wave pada jarak d dari pemancar dinyatakan sebagai berikut :
( ⁄ ) 2.6
merupakan kuat medan listrik ground wave pada jarak d dari pemancar, merupakan kuat
medan listrik ground wave pada jarak 1 km dari pemancar jika bumi tidak meredam, A
merupakan faktor redaman didapat dari grafik dengan menghitung p dan b terlebih dahulu.
Penentuan nilai Eo menjadi hal yang harus diperhatikan, jika daya pancar yang keluar dari antena
dipole pendek I kW (EIRP), maka pada jarak 1 km diperoleh kuat medan listrik 300 mVolt/m,
sehingga untuk sembarang antena pemancar :
⁄ 2.7
G merupakan penguatan antena terhadap dipole pendek, dengan efisiensi 100%, adalah daya
pancar masuk ke antena pemancar (kWatt), merupakan kuat medan pada jarak 1 km
(mVolt/m).
Penentuan nilai A, faktor redaman a dicari dari grafik, setelah menghitung parameter jarak
numerik p, dan fasa b.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 25/62
25
- Jarak numerik, p
- Keadaan permukaan bumi umum
2.8
- Permukaan bumi konduktor yang baik
2.9
- Permukaan bumi dielektrik yang baik
2.10
- Fasa, b
2.11
( ⁄ ), merupakan konduktivitas bumi (S/m), f adalah frekuensi (Hz),
merupakan permitivitas relative (tanpa satuan)
Gambar 2.4 Grafik p terhadap A
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 26/62
26
P merupakan variable utama bagi penetuan A. Jika p kecil, maka A mendekati 1, sehingga bumi
tidak meredam. Jika p besar, maka A berbanding terbalik dengan jarak d, sehingga sebenarnya Eg
berbanding terbalik dengan d2. Berarti permukaan bumi sangat besar. Rumus sommerfield cukup
mendekati data eksperimental untuk jarak sampai dengan , bahkan kesalahan
juga masih belum terlampau besar untuk jarak sampai dengan . Broadcast
dengan ground wave umumnya dapat mencapai jarak puluhan kilometer.
Gambar 2.5 Kelengkungan bumi untuk berbagai permukaan bumi
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 27/62
27
Gambar 2.6 Kelengkungan bumi untuk permukaan air laut
Jika digunakan bermacam macam antena, maka daya efektif yang keluar antena 1 kW, akan
diperoleh kuat medan listrik tanpa redaman permukaan bumi pada jarak 1 km (E o) sebagai
berikut :
- Antena pendek vertikal s.d 0,25
300 (mV/m)
- Antena pendek vertikal 0,25 s.d 0,4 322 (mV/m)
- Antena pendek vertikal 0,4 s.d 0,6 386 (mV/m)
Komunikasi ini sangat handal dalam fluktuasi sinyal karena sifat dari permukaan bumi yang
hampir tetap untuk daerah frekuensi tertentu sampai 300 KHz (LF).Gelombang elektromagnetik
pada sistem propagasi ground wave ini tidak dapat menembus lapisan ionosfer
Gambar 2.7 Propagasi ground wave
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 28/62
28
Beberapa karakteristik propagasi ground wave/surface wave:
- Mengikuti contour bumi
- Dapat merambat pada jarak tertentu
-
Frekuensi sampai 2 MHz
- Ground-wave terpolarisasi vertikal
- Contoh : gelombang radio AM, komunikasi untuk navigasi, komunikasi maritim
Beberapa keuntungan dari propagasi ground wave:
- Power yang diberikan secukupnya sehingga dapat berjalan mengikuti curva bumi
- Relatif tidak terpengaruh dengan kondisi atmosfer
Kerugian pada propagasi ground wave:
- Relatif membutuhkan power transmisi yang tinggi
- Membutuhkan antena yang panjang/besar karena frekwensinya rendah
- Ground losses bervariasi terhadap terrain
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 29/62
29
RANGKUMAN
Propagasi ground wave efektif untuk spektrum VLF dan LF. Propagasi ground wave
menggunakan polarisasi vertikal untuk menghindari hubungan singkat dengan permukaan bumi.
Selain redaman karena penyebaran daya dan absorbsi (konstanta redaman), ground wave
mendapatkan redaman tambahan akibat disipasi arus pada tahanan permukaan bumi. Redaman
permukaan bumi dinyatakan oleh faktor redaman A sebagai fungsi jarak numeric (p) dan fasa (b).
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 30/62
30
LATIHAN
1. Jelaskan polarisasi pada ground wave
2. Jelaskan kenapa propagasi hanya efektif pada frekuensi rendah
3. Jelaskan analisa sommerfield
4. Faktor faktor apa saja yang mempengaruhi redaman permukaan bumi
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 31/62
31
BAB III
SISTEM PROPAGASI SKY WAVE
Tujuan khusus :
1.Menjelaskan lapisan ionosfer, proses ionisasi, ionosonde,MUF, FOT/OWT, LUF
3.1 Propagasi sky wave
Sky wave sering juga disebut sebagai skip wave,sering digunakan sebagai media transmisi radio
siaran internasional seperti BBC (British Broadcasting Corporation) dan VOA (Voice Of
America) untuk memancarkan siaran ke seluruh dunia. Sky wave menggunakan high frequency
pada frekuensi 3 – 30 MHz dengan batas atas dibatasi MUF (Maximum Usable Frequency).
Gambar 3.1 High frequency untuk komunikasi sky wave
Pada propagasi sky wave gelombang elektromagnetik “direfleksikan” oleh lapisan ionosfer.
Sistem propagasi ini lebih sering digunakan untuk komunikasi jarak sedang hingga jarak jauh.
Perhitungan jarak antara dua titik komunikasi dengan propagasi sky wave berdasarkan koordinat
kedua titik, sebagai berikut :
Gambar 3.2 Koordinat transmiter – receiver
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 32/62
32
3.1
Jarak dua titik A – B
= x 111,12 (km)
= x 69,05 (mile)
Gambar 3.3 Propagasi sky wave
Beberapa karakteristik propagasi sky wave:
- Sinyal dipantulkan dari lapisan ionofer kembali ke bumi
-
Sinyal dapat menjalar dalam beberapa lintasan, bolak-balik antara ionosfer dan permukaan bumi
- Efek pantulan disebabkan oleh refraksi, 3 – 30 MHz (HF)
- Contoh : Radio Amatir , Radio CB, Shortwave broadcasting, Military, Aircraft (long dista nce
communication), Marine radio (long distances)
Komunikasi jarak jauh pada band frekuensi tinggi, dimungkinkan karena adanya refraksi
didaerah atmosfer yang disebut ionosfer. Ionosfer merupakan bagian atmosfer yang terionisasi
oleh radiasi matahari. Lapisan ini berperan penting bagi keelektrikan atmosfer dan membentuk
batas dalam lapisan magnetosfer. Fungsi utamanya, di antara fungsi-fungsi yang dimilikinya,
adalah mempengaruhi rambatan radio ke tempat-tempat yang jauh di muka bumi..Ionosfer dibagi
menjadi tiga daerah yang disebut lapisan D, E, dan F. Ionisasi berbeda untuk ketinggian diatas
bumi yang berbeda dan dipengaruhi oleh waktu (siang-malam) dan aktivitas matahari.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 33/62
33
Gambar 3.4 Ionisasi
Proses ionisasi merupakan proses pelepasan elektron bebas dari suatu atom netral yang berubah
menjadi ion positif, dan juga proses penggabungan elektron dengan ion positif menjadi atom
netral. Ionosfer terjadi akibat perubahan atom atom gas menjadi elektron elektron dan ion ion
dalam skala besar yang disebabkan radiasi matahari,meteor,energi rekombinasi. Pemantulan
gelombang terjadi karena elektron saja yang berkelompok membentuk lapisan dengan
konsentrasi maksimum pada tengah tengah lapisan
Gambar 3.5 Susunan lapisan ionosfer
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 34/62
34
Gambar 3.6a Lapisan ionosfer pada atmosfer Gambar 3.6b Perubahan elektron lapisan
ionosfer siang dan malam hari
3.2 Lapisan ionosfer
Lapisan ionosfer terdiri atas :
- Lapisan D
Lapisan D akan menghilang pada saat malam hari, memantulkakn gelombang VLF,LF (3
– 300 KHz). Berada pada ketinggian 50 – 100 km, sedikit ionisasi, menyerap gelombang
MF dan HF (0,3 – 3 MHz). Konsentrasi elektron dan ion serta tinggi khayal tergantung
pada elevasi matahari.
- Lapisan E
Terletak pada ketinggian 100 – 140 km, menghilang saat malam hari, memantulkan
gelombang HF saat siang hari untuk komunikasi < 1500 km.
- Lapisan Es / E sporadis
Terletak pada ketinggian 100 – 140 km, kadang kadang terjadi 50% pada siang dan
malam, penggunaan untuk frekuensi VHF dengan jarak jauh (hamburan). Seringmenghalangi lapisan diatasnya dalam komunikasi karena frekuensi kritisnya libih tinggi.
- Lapisan F1
F1 pada ketinggian 140 – 210 km, konsentrasi elektron dan ion serta tinggi khayal
tergantung pada elevasi matahari, hanya ada pada siang hari, kadang digunakan pemantul
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 35/62
35
pada siang hari, gelombang yang menembus F1 kadang menembus F2 sehingga untuk
komunikasi sering terjadi absorbs yang berlebihan
- Lapisan F2
F2 terletak pada ketinggian 140 km ke atas. Ketinggian/lokasi F1 dan F2 akan berubah
ubah pada siang dan malam hari serta pada musim panas maupun musim dingin.Sebagian
besar gelombang HF untuk komunikasi jarak jauh akan dipantulkan lapisan F2 ke bumi.
Pada malam hari F1 dan F2 akan bersatu pada ketinggian sekitar 300 km.
Pada propagasi siang hari lapisan D dan E menyerap frekuensi dibawah 8 MHz, sedangkan
lapisan F memantulkan gelombang berfrekuensi 10 – 30 MHz. Propagasi malam hari lapisan D
dan E akan hilang, sedangkan lapisan F memantulkan gelombang berfrekuensi 2 – 10 MHz.
Gambar 3.7 Keberadaan lapisan D,E,F pada siang dan malam hari
Indeks bias ionosfer dapat dinyatakan secara umum sebagai berikut :
3.2
Jika tumbukan perdetik kecil dibandingkan frekuensi gelombang, maka :
3.3
N merupakan kepadatan ion ⁄ , m adalah massa partikel (ion),q adalah muatan partikel, v
adalah jumlah benturan per detik, konstanta kompleks permitivitas ionosfer
Ionosfer dapat dianggap merupakan bahan dielektrik dengan permitivitas relatif , jika N makin
padat maka indek bias akan mengecil sehingga pembiasan makin efektif. Frekuensi makin tinggi
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 36/62
36
maka pembiasan makin kecil. Untuk parameter kondisi tertentu yang konstan dapat didefinisikan
sebagai berikut :
[ ] 3.4
3.5
Frekuensi kritis (f c) adalah frekuensi maksimum gelombang elektromagnetik masih dipantulkan
oleh lapisan ionosfer jika sudut datang gelombang elektromagnetik pada ionosfer adalah 0o
- Jika kondisi f > f c dan indek bias < 1 bilangan real/nyata maka terjadi pembiasan biasa,
menjauhi garis normal.
- Jika kondisi f >> f c dan indek bias = 1 maka hampir tidak ada pembiasan, gelombang
elektromagnetik menembus ionosfer tanpa pembelokan
- Jika f < f c dan indek bias bernilai imajiner maka tidak terjadi penerusan gelombang
elektromagnetik, seolah olah gelombang elektromagnetik mengalami redaman sangat besar,
atau gelombang elektromagnetik dipantulkan kembali ke bumi.
Untuk propagasi gelombang elektromagnetik menembus ionosfer digunakan f > f c, sedangkan
propagasi gelombang memantul ionosfer harus menggunakan f < f c. Dengan mengambil nilai
nilai berikut:
= 9,11 10-31
kg , qe = 1,6 10-19
coulomb, o = ⁄ , ⁄
didapat rumusan praktis :
3.6
Frekuensi kritis dapat juga didapat dari hasil rekaman ionosonde.
Ionosonde (ionospheric sounding) adalah radar frekuensi tinggi (HF) yang mengirimkan pulsa
pulsa radio pendek vertikal ke ionosfer. Ionosonde merekem delay waktu antara pengirim dan
penerima pulsa.
3.7
merupakan tinggi khayal, ketinggian dimana seolah olah gelombang elektromagnetik mulai
dipantulkan kembali ke bumi.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 37/62
37
Gambar 3.8 Ionosonde
3.3 Pemantulan lapisan ionosfer
Pembiasan dan pemantulan dalam ionosfer
Gambar 3.9 Pemantulan ionosfer
Dengan hukum snellius , dengan
3.8
Pada suatu ketinggian tertentu, terjadi sudut bias maksimum = 90o
, pada saat itu gelombang
elektromagnetik mulai dipantulkan kembanli ke bumi. dengan = 90o
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 38/62
38
[
]
3.9
f merupakan Maximum Usable Frequency (MUF) dengan
Jika sudut datang = 0o, frekuensi maksimum yang dipantulkan ionosfer pada suatu tinggi khayal
tertentu disebut frekuensi kritis, sedangkan jika sudut datang =
, frekuensi maksimum yang
dipantulkan ionosfer pada tinggi khayal tertentu disebut sebagai Maximum Usable Frequency
(MUF), jika frekunsi operasi (f ops) < MUF dan N < Nmaks dengan konstan, maka makin tinggi
frekuensi operasi maka tinggi khayal yang dicapai makin tinggi dan jarak yang di capai makin
jauh.
Gambar 3.10 Perubahan frekuensi dengan konstan
Jika frekuensi operasi (f ops) konstan dengan berubah, maka semakin besar semakin jauh
jarak yang ditempuh dan diperlukan tinggi khayal pemantul yang semakin rendah.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 39/62
39
Gambar 3.11 Perubahan dengan frekuensi konstan
Untuk suatu kondisi dimana suatu sudut datang tertentu minimum dan f ops = MUF, maka jarak
di bumi yang ditempuh gelombang disebut jarak skip yang merupakan jarak minimum untuk
siskom sky wave.
Gambar 3.12 Jarak skip
Konstata propagasi ionosfer dapat dinyatakan :
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 40/62
40
3.10
Sehingga didapatkan
3.11
Dari persamaan diatas ,didapatkan bahwa dilapisan atmosfer :
Redaman naik jika N meningkat dikarenakan makin efektif pembiasan makin besar redaman
penyerapan. Redaman kecil untuk m besar, hal ini dikarenakan ion ion tidak berperan dalam
redaman penyerapan. Redaman mengecil jika frekuensi makin tinggi hal ini dikarenakan redaman
naik untuk frekunsi rendah.
Dalam komunikasi sky wave selalu menggunakan frekuensi operasi di bawah MUF pada suatu
sudut datang tertentu, namun juga harus lebih besar dari suatu frekuensi tertentu(LUF - LowestUseful High Frequency). LUF dipertimbangkan karena redaman absorpsi ionosfer membesar
pada frekunsi makin rendah, sehingga diperlukan daya pancar sangat besar sehingga tidak
ekonomis.
FOT = 85 % MUF, digunakan karena ionosfer yang selalu berubah sepanjang hari, sehingga
diperlukan realibilitas yang lebih baik. MUF itu sendiri sering dinyatakan sebagai frekuensi
dengan realibilility 50 %.
Critical Angle merupakan sudut vertikal maksimum yang mana menyebabkan gelombang
elektromagnetik mulai dipantulkan kembali ke bumi oleh ionosphere.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 41/62
41
Gambar 3.13 Ilustrasi MUF, FOT, LUF
Secara geometris, pantulan gelombang elektromagnetik oleh ionosfer ekivalen dengan pantulan
oleh titik puncak segitiga dengan tinggi h’ (tinggi khayal).
-
Jarak dekat, bumi dianggap datar / flat
3.12
Gambar 3.14 Jarak dekat dengan permukaan bumi flat
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 42/62
42
- Jarak jauh
3.13
3.14
dengan , merupakan take of angle, Ro adalah jari jari bumi 6370
km.
Gambar 3.15 Jarak jauh permukaan tidak datar
Redaman propagasi pada sky wave terdiri dua macam, yaitu :
-
redaman penyebaran
- redaman penyerapan/absorbsi.
Pada lapisan D terjadi penyerapan yang besar, redaman oleh lapisan yang lain sebagai fungsi
frekuensi dan konsentrasi elektron dan molekul gas.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 43/62
43
RANGKUMAN
Propagasi sky wave memanfaatkan lapisan ionosfer sebagai pemantul gelombang
elektromagnetik. Ionosfer dibagi menjadi tiga daerah yang disebut lapisan D, E, dan F.
Ionisasi akan berbeda untuk ketinggian yang berbeda dan dipengaruhi oleh waktu (siang-
malam) dan aktivitas matahari. Pada propagasi sky wave, MUF - Maximum Usable
Frequency, FOT/OWT – Optimum Working Frequenct ,LUF - Lowest Useful High
Frequency), Critical Angle , sangat berperan pada mode propagasinya.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 44/62
44
LATIHAN
1. Jelaskan layer layer/lapisan lapisan pada lapisan ionosfer berserta fungsinya
2. Jelaskan proses apa yang terjadi pada lapisan ionosfer sehingga bisa memantulkan
gelombang
3. Jelaskan frekuensi kritis dan apa peranannya pada propagasi sky wave
4. Dengan proses ionosonde membutuhkan = 10 detik, dengan sudut datang 15o
tentukan jarak dekatnya
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 45/62
45
BAB IV
SISTEM PROPAGASI SPACE WAVE
Tujuan khusus :
1.Menjelaskan propagasi LOS pada space wave, refraksi space wave, ducting tropospheric,
nomogram, tropospheric scaterring, knife edge diffraction
4.1 Propagasi space wave
Diatas 30 Mhz lapisan ionosfer “dapat ditembus” gelombang elektromagnetik
Gambar 4.1 Spektrum frekuensi pada propagasi space wave
Beberapa karakteristik propagasi space-wave/direct wave (line of sight):
- Sinyal VHF dan range yang lebih tinggi tidak selamanya dapat dikembalikan ke bumi oleh
ionosphere
- Kebanyakan komunikasi terrestrial menggunakan frekuensi-frekuensi yang diradiasikan
langsung dari pemancar ke penerima
- Tipe propagasi ini bertumpu pada lapisan troposfer
Pemancar dan penerima diharapkan dalam garis pandang (line of sight)
- Komunikasi satelit – sinyal diatas 30 MHz tidak dipantulkan oleh ionosfer
- Komunikasi di bumi (terrestrial) – antena harus berada dalam garis effective karena adanya
refraksi
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 46/62
46
Gambar 4.3 Propagasi line of sight
Refraksi – pembelokan/pembiasan gelombang mikro oleh atmosfer disebabkan kecepatan
gelombang elektromagnetik merupakan fungsi kerapatan medium, gelombang merambat pada
medium yang berbeda maka kecepatan juga akan berubah, gelombang akan dibelokkan pada
bidang batas antar medium. Pada mode propagasi space-wave/direct wave (line of sight), lapisan
troposfer sangat mempengaruhi komunikasi radio, terutama komunikasi VHF, UHF, SHF.
Troposfer merupakan lapisan terbawah dari atmosfer, yaitu pada ketinggian 0 - 18 km di atas
permukaan bumi. Tebal lapisan troposfer rata-rata ± 10 km. Di daerah khatulistiwa, ketinggian
lapisan troposfer sekitar 16 km dengan temperatur rata-rata 80°C. Hampir 80% dari seluruh
massa gas yang terkandung dalam atmosfer terdapat pada lapisan ini.
Tabel 4.1 Komposisi gas pada atmosfer
Beberapa hal yang menjadi kendala yang harus dipertimbangkan pada mode propagasi ini:
- redaman hujan dan distorsi , free space loss
- noise, interferensi, absorpsi atmosfer
- multipath, refraksi, difraksi, refleksi, termal noise
sistem komunikasi yang propagasinya space/direct wave, diantaranya : FM and TV broadcast,
short-range marine and aircraft communication, microwave communications, utilities (police, fire
etc), wireless data, celluler communication.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 47/62
47
Troposfer merupakan lapisan atmosfer yang paling bawah. Komunikasi troposfer terdiri atas :
- Ducting tropospheric, memanfaatkan adanya ducting pada troposfer. Ducting bisa “dianggap”
sebagai waveguide.
-
Hubungan difraksi, memanfaatkan penghalang sebagai sumber gelombang baru.
- Troposcatter/ tropospheric scattering, memanfaatkan partikel partikel troposfer sebagai media
difraksi.
Perilaku gelombang berkaitan dengan jenis medium yang dilaluinya,diantaranya :
refleksi/pantulan Refraksi/pembiasan
Difraksi Scattering
Gambar 4.4 fenomena gelombang diperbatasan dua medium
4.2 Difraksi space wave
Scattering terjadi karena ketidakteraturan media transmisi. Berdasarkan teorema Huygens,
dimana setiap titik muka gelombang dapat dipandang sebagai suatu sumber isotropis baru.
Difraksi semakin tegas jika dimensi penghalang semakin kecil dibandingkan dengan panjang
gelombang.
Gambar 4.5 difraksi
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 48/62
48
Difraksi dapat dipahami dengan meninjau kasus kasus redaman perambatan gelombang yang
terhalang untuk berbagai kondisi, dari yang sederhana (tidak terhalang) hingga yang ekstrim.
Fenomena difraksi memungkinkan komunikasi untuk jarak > komunikasi LOS, karena adanya
difraksi disekitar lengkung bumi. Redaman tambahan akibat difraksi penting untuk dikuantisasi
untuk menghitung daya pancar yang sesuai untuk komunikasi difraksi yang bersangkutan.
Kondisi kondisi yang ditinjaui, meliputi :
- Bumi datar, jarak belum melampaui daerah bayangan
Gambar 4.6 Ilustrasi bumi datar dengan jarak belum melampaui daerah bayangan
Daerah bayangan adalah daerah diluar lingkaran jarak horizontal antena.
Secara umum didefinisikan redaman propagasinya, sebagai berikut:
[] 4.1
Sedangkan total medan dipenerima untuk bidang datar,didapatkan:
[ ] 4.2
Untuk d >> h,
[ ] 4.3
Sehingga didapatkan persamaan umum redaman propagasi untuk bidang datar yang biasanya
disebut plane earth propagation model, sebagai berikut :
[ ] 4.4
Selain menggunakan persamaan diatas, bisa juga menggunakan nomogram untuk menentukan
redaman bidang datar,contoh:
Ht = 50 feet, hr = 50 feet, d = 50 mile, dengan menggunakan nomogram didapatkan L p = L bd =
120 dB
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 49/62
49
Gambar 4.7 Nomogram redaman bidang datar
- Jarak melampaui daerah bayangan (jarak melebihi jumlah jarak horizontal Tx-Rx)
Muncul masalah baru jika jarak komunikasi d, melebihi jumlah jarak horizontal kedua antena h t
dan hr yang biasa disebut melampaui daerah bayangan, redaman propagasi menjadi: 4.5
L b merupakan redaman tambahan jika d melampaui daerah bayangan, dapat ditentukan lewat
nomogram sebagai berikut :
Gambar 4.8 Nomogram untuk redaman tambahan (L b)
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 50/62
50
Nomogram L b dipakai untuk Max[ ht , hr ] hmax pada skala, dengan jarak d memiliki hmax
tersendiri. Jika Max[ ht , hr ] = 2 hmax maka kesalahan nomogram + 2 dB. Makin tinggi menara
melampaui hmax kesalahan makin besar, sehingga perlu nomogram yang lain.
-
Bumi rata (smooth earth), d >> h
Jika jarak d >>> sehingga kelengkungan bumi sangat signifikan, sedangkan kontur bumi masih
rata disebut smooth earth diffraction, dirumuskan sebagai berikut : 4.6
Redaman tambahan difraksi melalui bumi rata (smooth earth) terhadap redaman ruang bebas
untuk jarak yang jauh ( d >>>)
d1 merupakan jarak horizontal menara rendah, menyebabkan L1. d2 merupakan jarak horizontal
menara tinggi, menyebabkan L2. D3 merupakan jarak daerah difraksi/bayangan, menyebabkan L3.
Gambar 4.9 .Nomogram dengan tambahan L1,L2,L3
-
Penghalang tajam (knife edge diffraction)
Difraksi oleh bukit, pepohonan, bangunan, adalah sulit dihitung sebagai pendekatan, sering
dipakai nilai ekstrem pada rintangan/obstacle yang menyerap gelombang d dengan sempurna,
yaitu difraksi oleh penghalang tajam yang di sebut knife edge diffraction.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 51/62
51
Gambar 4.10 Knife edge diffract
Redaman knife edge diffraction dirumuskan sebagai berikut : 4.7
Nilai Lke ditentukan dengan nomogram. Difraksi oleh dua penghalang tajam diekuivalenkan
menjadi difraksi oleh satu penghalang pengganti yang menghubungkan dua antena dan kedua
penghalang.
Gambar 4.11 Nomogram knife edge diffraction
Grafik fresnell – kirchoff dipakai untuk menentukan redaman difraksi tambahan akibat
penghalang tajam.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 52/62
52
Gambar 4.12 Grafik fresnell – kirchoff
Sumbu mendatar merupakan parameter v, sumbu vertikal menyatakan redaman difraksi
penghalang tajam.
4.8
Dari grarik fresnell – kirchoff dapat diketahui berbagai keadaan :
- H > 0 (naik) menyebabkan Lke > 6 dB (naik )
- H = 0 menyebabkan Lke
6 dB
-
H < 0 (optical line of sight) menyebabkan Lke akan berisolasi menuju nilai 0 (menuju free
space loss)
Gambar 4.13 Ilustrasi H(ketinggian obstacle) pada fresnell - kirchoff
- Frekuensi rendah (kurang dari ratusan MHz)
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 53/62
53
Pada frekuensi yang cukup rendah (kurang dari beberapa ratus MHz) perlu dipertimbangkan
pantulan pantulan oleh permukaan bumi, sehingga dimodelkan bahwa gelombang sampai ke
penerima dalam 4 lintasan.
[ ] 4.9
Rumus yang lebih praktis untuk f < beberapa ratus MHz
4.10
Setelah mengalami penurunan rumus didapat :
4.11
Sehingga didapat dinyatakan : 4.12 merupakan redaman total pada smooth earth diffraction, ditentukan dengan nomogram.
Gambar 4.14 Nomogram untuk penentuan nilai
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 54/62
54
4.3 Tropospheric scattering
Tropospheric Scattering – terjadi dengan memanfaatkan adanya partikel pertikel pada ionosfer
yang dapat menghamburkan gelombang radio, sehingga masih dapat diterima sinyal kecil pada
daerah diluar (lebih jauh dari) daerah difraksi. Spesifikasi komunikasi tropospheric scattering
sebagai berikut :
Table 4.2 Spesifikasi komunikasi tropospheric scattering
Gambar 4.15. Tropospheric scatter
Pada kondisi tertentu, khususnya sepanjang daerah berair (laut), akan terbentuk lapisan super
refraktif di troposphere yang akan mengembalikan sinyal ke bumi. Sinyal dapat merambat jauh
karena lintasan bolak-balik akibat pantulan bumi dan refraksi dari lapisan super refraktif tersebut.
Kondisi tersebut terjadi karena lapisan tebal troposfer dengan indeks refraktif yang tinggi,
sedemikian rupa sehingga membentuk terowongan (duct). Selain itu, meteor setiap saat selalu
memasuki atmosfer bumi dan akan hancur menjadi butiran butiran. Meteor-meteor yang
memasuki atmosfir meninggalkan butiran-butiran terionisasi yang dapat digunakan untuk
komunikasi.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 55/62
55
Ducting tropospheric - disamping komunikasi tropospheric scattering, komunikasi pada ionosfer
juga ada yang memanfaatkan lapisan D sebagai media pemantul gelombang dan membentuk
wave guide dengan permukaan bumi, selain itu terkadang pada troposfer terjadi “duct” yang juga
bisa dimanfaatkan untuk komunikasi. Kedua jenis komunikasi ini disebut ducting tropospheric.
Gambar 4.16 Ducting tropospheric.
Partikel partikel dalam troposfer membentuk lapisan dan gumpalan gumpalan gas berdiameter
dari orde centimeter hingga 50 meter, yang memiliki indek bias berbeda beda dan gerakan acak.
Indek bias masing masing (lapisan laminar dan partikel) dipengaruhi kadar H2O, temperatur,
musim.
Gambar 4.17 Gumpalan partikel pada troposfer
Indek bias lapisan laminar dan gumpalan berbeda dengan daerah sekitarnya, sehingga
membiaskan gelombang elektromagnetik kemana mana (terhambur), antara lain sebagian kecil ke
penerima, terutama yang berasal dari volume hambur.
Anomali- jika gain antena dinaikkan, penerima WR tidak naik linear dalam dB, karena jika GA
dan GB naik, sudut dan mengecil maka volume hambur berkurang.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 56/62
56
Gambar 4.18 Volume hambur
Pathloss dalam komunikasi troposcatter perlu diukur sepanjang tahun, pathloss dalam komunikasi
ini merupakan fungsi dari jarak, frekuensi, sudut hambur, indek bias.
4.13
Beberapa metode penghitungan pathloss komunikasi troposcatter , meliputi :
- Metode L.P Yeh
Median pathloss dinyatakan sebagai berikut : 4.14
Dimana :
merupakan redaman free space loss scattering loss empiris ( )
⌊ ( )⌋ apperture to medium coupling loss merupakan faktor koreksi karena Ns untuk berbagai tempat dan tahun, telah
dipetakan (surface refractivity), biasanya diambil rata rata dari kedua tempat Tx dan Rx
Sehingga didapatkan rumus umum metode L.P Yeh, sebagai berikut :
4.15
Sudut hambur harus dicari untuk berbagai kontur bumi(terrain) dan kondisi kondisi tertentu,
kondisi tersebut mencakup :
1. Bumi rata, tinggi antena 0 /tidak signifikan
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 57/62
57
4.16
4.17
2. Bumi rata, tinggi antena cukup signifikan
4.18
4.19
4.20
3. Kontur tak teratur, ada satu penghalang
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 58/62
58
4.21
4. Kontur tak teratur, ada dua penghalang
4.22
- Metode Ryder 4.23
- Metode CCIR – 244
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 59/62
59
4.24
- Metode NBS
4.25
f frekuensi (MHz), d jarak (km), sudut hambur (rad), de jarak efektif (km), Lc aperture to
medium coupling loss (dB), Fo koreksi efisiensi hambur, Ho koreksi tinggi antenna, faktor
penyerapan atmosfer, faktor perubahan iklim, fungsi redaman terhadap nilai dan d
untuk suatu nilai Ns.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 60/62
60
RANGKUMAN
Pada propagasi space wave, komunikasi line of sight sangat diperlukan. Selain line of sight,
difraksi, refraksi maupun refleksi sangat berperan dalam mode propagasi ini. Kondisi kontur
permukaan bumi sangat mempengaruhi propagasi gelombang mode sky wave, kondisi knife edge
diffraction merupakan kondisi yang ekstrem yang perlu dipertimbangkan didalam propagasi.
Tropospheric scattering merupakan komunikasi yang memanfaatkan partikel pertikel pada
ionosfer yang dapat menghamburkan gelombang radio, sehingga masih dapat diterima sinyal
kecil pada daerah diluar (lebih jauh dari) daerah difraksi. Selain difraksi, faktor faktor penyebab
timbulnya redaman antara lain : redaman hujan,distorsi,noise, interferensi, absorpsi atmosfer,
refraksi, refleksi, termal noise.
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 61/62
61
LATIHAN
1. Jelaskan terjadinya ducting tropospheric
2. Jelaskan proses difraksi, refraksi dan seberapa besar pengaruhnya pada propagasi space
wave
3. Jelaskan anomali apa yang terjadi pada volume hambur pada tropospheric scattering
4. Tentukan redaman propagasi space wave dengan obstacle knife edge berikut ini
Dengan frekuensi kerja 1,9 GHz , d1 600 m, d2 350 m, H = 3m, ht =40 m, hr = 10m
7/17/2019 Komunikasi Radio
http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 62/62
DAFTAR PUSTAKA
Gosling, William. 1998. Radio Antennas and Propagation: Radio Engineering Fundamentals.
Newnes.
J D Krauss.1988. Antennas. McGraw-Hill. New York
Mufti, Nachwan. 2003. Propagasi Radio.STT Telkom.Bandung
Prasad, Ramjee.2004.Wireless Communication. Artech House. Boston
top related