Bab Vi

BAB 6 Propagasi Gelombang Radio

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

1

Pendahuluan 



Gelombang Radio adalah salah satu bentuk radiasi electromagnetik Radiasi Elektromagnetik mempunyai dua sifat:  





Berkelakuan sebagai gelombang Berkelakuan sebagai particle-partikel (photon)

Untuk frekuensi radio, model gelombang adalah lebih sesuai dan banyak digunakan. Gelombang elektromagnetik dapat dibangkitkan dengan banyak cara, tetapi kesemuanya selalu berkaitan dengan muatan listrik yang bergerak. Chapter 15: Radio-Wave Propogation

2

Spektrum Elektromagnetik

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

3

Gelombang Elektromagnetik 



Transmisi Elektromagnetik merambat di ruang sebagai gelombang Transversal Gelombang dikarakteristikkan dengan frekuensi dan panjang gelombang

v =fλ Chapter 15: Radio-Wave Propogation

4

Wireless Spectrum

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

5

Band Frekuensi Radio (ITU)           

EL F SLF ULF VL F LF MF HF VHF UHF SHF EHF

3- 30 Hz 30 -300 Hz Frequency 30 0 Hz- 3 kHz 3- 30 kH z 30 -300 kH z 30 0 kH z- 3 MH z 3- 30 MHz 30 -300 MH z 30 0 MHz- 3 GHz 3- 30 GHz 30 -300 GHz

Extremely Low Frequency Super Low Ultra Low Frequency Very Low Frequency Low Frequency Medium Frequency High Frequency Very High Frequency Ultra High Frequency Super High Frequency Extremely High Frequency

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

6

Band Frekuensi Radio (IEEE) (Alternatif)         

P Band L-Band S-Band C-Band X-Band Ku-Band K Band Ka Band U Band

0.23 - 1 GHz 1 - 2 GHz 2 - 4 GHz 4-8 GHz 8-12.5 GHz 12.5-18 GHz 18-26.5 GHz 26.5-40 GHz 40-60 GHz Chapter 15: Radio-Wave Propogation

7

Medan-medan Listrik & Magnetik 





Gelombang elektromagnetik merambat diruang bebas terdiri dari medan-medan listrik dan magnetik, tegak lurus satu sama lain dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang Hubungan antara intensitas medan listrik dan magnetik adalah analogi dengan hubungan antara tegangan dan arus dalam rangkaian E Hubungan ini diekspresikan dengan : Z= H Chapter 15: Radio-Wave Propogation

8

Rapat Daya 

Rapat daya diruang adalah jumlah daya yang mengalir melalui satuan luasan meter persegi dari suatu permukaan yang tegak lurus terhadap arah rambat dimana , 2

E PD = Z

E = kuat medan listrik Z = impedansi intrinsik ruang

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

9

Gelombang Datar dan Gelombang Bola 



Sumber gelombang elektromagnetik yang paling sederhana adalah suatu titik di ruang, dengan gelombang yang memancar (radiasi) merata sama besar kesegala arah. Sumber ini disebut radi at or is otrop ic Bentuk permukaan yang ditembus oleh gelombang dengan phase sama yang berasal dari radiator isotropis adalah berbentuk bola.

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

10

Radio Wave Tilting

Wave front tilting

Wave front

ν

0

ν

1

ν

2

Tx

ν

n

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

11

Polarisasi melingkar 



Polarisasi dari gelombang datar adalah merupakan arah dari vektor medan listrik Gelombang dapat berputar dalam salah satu arah mis: right-handed bila berputar searah jarum jam

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

12

Propagasi Free-Space (ruang bebas) 



Gelombang radio merambat melalui ruang bebas dalam garis lurus dengan kecepatan cahaya (300,000,000 m/s) Tidak ada daya/energi yang hilang dalam ruang bebas, tetapi terdapat redaman yang disebabkan oleh menyebarnya gelombang.

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

13

Antena 



Antena pemancar digunakan sebagai mekanisme untuk mengubah energi listrik yang merambat dalam kabel menjadi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan ke udara. Antena penerima menginduksikan arus ke elemen-elemennya dari medan listrik dan magnetik di udara

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

14

Dipole ½ Panjang Gelombang Radiator isotropik ideal akan meradiasikan gelombang ke segala arah, secara praktis tidak bisa direalisasikan.  Antena praktis dasar adalah antena ½ panjang gelombang. 

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

15

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

16

Efisiensi antena P R η= r = r Pt RT dimana : Pr = daya radiasi PT = daya total yang diberikan ke antena

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

17

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

18

dBi/dBd 



Gain dari dipole dalam arah radiasi maksimum adalah 2.14 dBi dibandingkan dengan radiator isotropik. Gain antena lainnya dalam dBd adalah dibandingkan dengan gain antena dipole, kalau akan dinyatakan dalam dBi harus ditambah dengan 2.14 dB.

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

19

EIRP dan ERP 

EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) adalah perkalian dari daya yang diberikan ke antena dan gainnya dibandingkan terhadap radiator isotropik.

EIRP = PT GT 

ERP (Effective Radiated Power) adalah perkalian dari daya yang diberikan ke antena dan gainnya dibandingkan terhadap dipole Chapter 15: Radio-Wave Propogation

20

Gain dan Direktivitas 



Direktivitas adalah merupakan arah pancaran antena dan mempengaruhi gainantena. Gain adalah perkalian direktivitas dan efisiensi antena. G = Dη PX = η PT dimana : PX = Daya radiasi total PT = daya yang diberikan / diumpankan ke antena

η = efisiensi antena

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

21

Gain Antena Pemancar 





Dalam sistem komunikasi praktis, perlu mengetahui kuat sinyal pada input penerima. Hal ini tergantung pada daya pancar dan jarak dari pemancar ke penerima, dan juga tergantung pada antena pemancar dan penerima. Dua karakteristik penting antena adalah:  



Gain/ penguatan antena pemancar Luasan efektif antena penerima menangkap sinyal

Antena mempunyai gain dalam arah dimana sebagian besar antena diradiasikan. Chapter 15: Radio-Wave Propogation

22

Gain Antena Penerima 







Antena penerima menyerap sebagian energi gelombang radio yang melaluinya. Semakin besar gain antena penerima semakin banyak daya yang diserap (berkaitan dengan luasan permukaan antena) Antena penerima juga mempunyai gain sama dengan antena pemancar. Daya yang diambil di antena penerima merupakan fungsi dari gain dan ukuran pisik antena Chapter 15: Radio-Wave Propogation

23

Im peda nsi Tahanan Radiasi dari antena dipole ½ gelombang di ruang bebas adalah mendekati 70 ohm.  Impedansi bersifar resistif pada frekuensi resonansi. 

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

24

Efek bumi pada polaradiasi antena

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

25

Redaman Free Space 



Suatu radiator isotropic akan menghasilkan gelombang berbentuk bola (spheric) Rapat daya dari suatu radiator isotropic adalah daya total dibagi dengan luas permukaan bola : P PD = t 2 4πr

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

26

RF Free Space Loss

Pt

Rapat Daya Pd = Pt /4πr2

r

X

Watt/m2

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

27

Rugi Lintasan 



Rugi ruang bebas (Free-space) adalah perbandingan antara daya yang diterima dengan daya yang dipancarkan Rugi seperti ini disebut rugi ruang bebas (free-space) atau path loss (ru gi lin ta sa n)

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

28

Refleksi, Refraksi, dan Difraksi 



Terdapat tiga sifat yang sama antara cahaya dan gelombang radio. Untuk refleksi dan refraksi, pengaruh permukaan lebih besar daripada panjang gelombang; bila tidak, maka difraksi yang akan muncul.

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

29

Refleksi 

Refleksi (pantulan) gelombang dari permukaan halus (smooth) (disebut : specular reflection) mengakibatkan sudut pantul sama dengan sudut datang

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

30

Tipe lain Refleksi

Corner reflector

Parabolic  reflector

Diffuse Reflection

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

31

Refraksi 



Perubahan dari satu medium ke medium lain menghasilkan pembelokkan gelombang radio, seperti halnya cahaya Hukum Snell menunjukkan kelakuan dari gelombang elektromagnetik yang di refrasikan :

n1 sin

θ = n sinθ

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

1

2

2

32

Difraksi 



Sebagai akibat difraksi, gelombang elektromagnetik nampak “melingkar disekitar tonjolan” Difraksi lebih jelas bila ujung objek tajam, yaitu bila dimensi obyek kecil dibandingkan dengan panjang gelombang Chapter 15: Radio-Wave Propogation

33

Profil Radio Refractivity Height

0

Height

300

N

0

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

300

N 34

Radio Refractivity Height

0

300

N

0

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

300

N 35

Propagasi Gelombang Tanah (Ground-Wave) 



Kebanyakan, gelombang radio tidak selalu berada dalam kondisi “free-space” Mode propagasi : 

Gelombang tanah (Ground wave) 



Gelombang angkasa (Sky wave) 



Didapatkan bahwa pada frekuensi sampai dengan 2 Mhz, gelombang elektromagnetik tidak dapat menembus ionosfer Gelombang Elektromagnetik “direfleksikan” oleh ionosfer.

Propagasi Line-of-sight 

Diatas 30 Mhz ionosfer “dapat ditembus” gelombang EM Chapter 15: Radio-Wave Propogation

36

Propagasi Gelombang Tanah (Ground Wave)

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

37

Propagasi Gelombang Tanah (Ground Wave)    

Mengikuti contour bumi Dapat merambat pada jarak tertentu Frekuensi sampai 2 MHz Contoh : 

Gelombang Radio AM, Komunikasi untuk navigasi,

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

38

Propagasi Gelombang Angkasa (Sky Wave)

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

39

Propagasi Gelombang Angkasa (Sky Wave, 2 – 30 MHz) 



 

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 Contoh :  Radio Amatir  Radio CB Chapter 15: Radio-Wave Propogation

40

Propagasi Gelombang Angkasa (Sky Wave) 





Komunikasi jarak-jauh pada band frekuensi tinggi, dimungkinkan karena adanya refraksi didaerah atmosfer yang disebut ionosf er 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. Chapter 15: Radio-Wave Propogation

41

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

42

Propagasi Line-of-Sight (diatas 30 MHz)

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

43

Propagasi Line-of-Sight 





Sinyal pada 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 disebut propagasi gelombang ruang (space-wave), garis pandang (line-of-sight), atau propagasi troposfer

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

44

Propagasi Line-of-Sight 

Pemancar dan Penerima harus dalam garis pandang (line of sight) 





Komunikasi satelite – sinyal diatas 30 MHz tidak dipantulkan oleh ionosfer Komunikasi di Bumi (Terrestrial) – antena harus berada dalam garis effective karena adanya refraksi

Refraksi – pembelokan gelombang mikro oleh atmosfer 

 

Kecepatan gelombang elektromagnetik merupakan fungsi kerapatan medium Bila gelombang berubah medium, kecepatan akan berubah. Gelombang akan dibelokkan pada bidang batas antar medium Chapter 15: Radio-Wave Propogation

45

Persamaan Line-of-Sight 

LOS, secara optik (Penerima harus bisa melihat pemancar) :

d = 3.57 h



LOS efektif, atau radio (Penerima bisa “melihat” sinyal yang dikirim) :

d = 3.57 Κh

  

d = jarak antara antenna dan horizon (km) h = Tinggi antenna (m) K = faktor kelengkungan bumi, karena sifat refraksi, misal : K = 4/3 Chapter 15: Radio-Wave Propogation

46

Gangguan-gangguan pada Sistem Transmisi LOS       

Redaman dan distorsi redaman Rugi ruang bebas Noise/derau Penyerapan oleh Atmosphere Lintasan jamak Refraksi Thermal noise Chapter 15: Radio-Wave Propogation

47

Redaman (atenuasi) 



Kuat sinyal akan menurun terhadap jarak pada saat merambat di media transmisi. Karena adanya redaman, maka untuk media non kabel: 





Sinyal yang diterima harus cukup kuat sehingga rangkaian dlm penerima dapat menginterprestasikan sinyal dengan benar. Sinyal harus dijaga pada level cukup tinggi daripada derau agar pesan dapat diterima tanpa error Redaman lebih besar pada frekuensi yang lebih besar, sehingga menyebabkan distorsiPropogation Chapter 15: Radio-Wave

48

Rugi Free Space 

Rugi Ruang bebas, antena isotropik ideal 2 2 Pt ( ( 4πd ) 4πfd ) = = 2 Pr λ c2 

Pt = daya sinyal antena pemancar



Pr = daya sinyal antena penerima

λ = panjang gelombang carrier  d = jarak propagasi antar antena  c = Kecepatan cahaya (3 10 -8 m/s) Dimana d dan λ sama satuannya (misal: meter) 

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

49

Gangguan Lainnya 





Penyerapan oleh atmosfer – uap air dan oksigen Lintasan jamak (Multipath) – halangan yang memantulkan sinyal. Refraksi – membelokkan gelombang radio saat merambat di atmosphere

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

50

Mode Propagasi Lainnya 

Tropospheric Scatter – memungkinkan penggunaan penghamburan (scattering) gelombang radio di lapisan troposfer untuk merambatkan sinyal dalam range frekuensi 250 MHz –5 GHz .

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

51

Ducting 





Pada kondisi tertentu, khususnya sepanjang daerah berair (laut), akan terbentuk lapisan superrefraktif di troposphere yang akan mengembalikan sinyal ke bumi Sinyal dapat merambat jauh karena lintasan bolak-balik akibat pantulan bumi dan refraksi dari lapisan superrefraktif tersebut. Kondisi tersebut terjadi karena lapisan tebal troposfer dengan indeks refraktif yang tinggi, sedemikian rupa sehingga membentuk terowongan (duct) Chapter 15: Radio-Wave Propogation

52

Contoh dari Ducting

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

53

Propagasi oleh Butiran-Meteor 



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. Chapter 15: Radio-Wave Propogation

54

Contoh dari Interferensi Lintasan jamak (Multipath)

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

55

Propagasi Multipath

Skets a Ti ga Mekan isa si Propag as i Pe nti ng : Re flek si (R) Chapter 15: Radio-Wave Propogation Scatte ri ng (S), Di frak si ( D)

56