Sistem Telekomunikasi Yuliman Purwanto 2017

Silabi Sejarah Telekomunikasi Sistem Telekomunikasi Elektronik Modulasi Analog Modulasi Digital Sinyal dan Derau (Noise) Teknik Komunikasi Radio Transmisi Gelombng Radio Teknik Pengkodean (coding)

Dasar Antena

Teori Dasar Pada pemancar : antena bekerja sebagai radiator gelombang RF ke medium udara sehingga menjadi gelombang e.m. yang bebas. Pada penerima : antena bekerja sebagai “penangkap” gelombang e.m. yang bebas menjadi gelombang terpandu. Antena pemancar dan penerima memiliki sifat resiprositas, yakni sifat-sifat yang dimiliki tepat sama dan, baik pada saat digunakan sebagai antena pemancar maupun antena penerima. Prinsip radiasi dari antena :

Beberapa parameter penting antena : impedansi, bati (gain), pola radiasi, keterarahan dan polarisasi. Impedansi : besarnya impedansi pada titik pengumpanan. Contoh : antena seperempat gelombang (1/4l) memiliki impedansi masukan sekitar 50 W, antena dwikutub terlipat 300 W, dsb. Bati (gain) : merupakan nisbah antara intensitas radiasi maksimum dengan intensitas radiasi maksimum antena standar/patokan dengan masukan daya yang sama  antena standar : isotropic antenna dan dipole antenna  bati terhadap antena isotropik : dBi, bati terhadap antena dipole : dBd  antena dipole memiliki bati sekitar 3 dBi. Pola Radiasi : pola dari pancaran/radiasi antena  pola ke arah vertikal dan pola ke arah horizontal. Keterarahan : merupakan nisbah antara intensitas radiasi maksimum dengan intensitas radiasi rata-rata. Contoh : antena dwikutub sederhana memiliki keterarahan sebesar 3/2. Polarisasi : arah medan elektrik gelombang e.m. yang terpancar dari antena, relatif terhadap permukaan bumi  bisa vertikal, horisontal, membentuk sudut, atau berputar.

Jenis Antena dan Pola Radiasi Antena ke segala arah (omni directional antenna) Antena isotropik : meradiasikan gelombang e.m. ke segala arah (dalam ruang/3 dimensi) Contoh antena isotropik :

Antena monopole (kutub tunggal) : meradiasikan gelombang e. m Antena monopole (kutub tunggal) : meradiasikan gelombang e.m. ke semua arah dalam satu bidang. Pola radiasi :

Contoh antena monopole :

Antena dipole (dwikutub) : meradiasikan gelombang e. m Antena dipole (dwikutub) : meradiasikan gelombang e.m. ke semua arah dalam satu bidang (untuk polarisasi vertikal) atau ke dua arah (untuk polarisasi horizontal). Pola radiasi :

Macam-macam antena dipole :

Macam-macam antena dipole : batwing antenna

Antena berpengarahan (directional antenna) : meradiasikan gelombang e Antena berpengarahan (directional antenna) : meradiasikan gelombang e.m. ke satu arah tertentu. Prinsip pengarahan radiasi gelombang e.m. : memantulkan energi e.m. ke elemen pemantul dan mengfokuskan energi pantulan oleh elemen pengarah. Antena Yagi-Uda  antena berpengarahan pertama di dunia.

Antena Yagi-Uda Ditemukan oleh Prof. Hidetsugu Yagi dan asistennya Dr. Shintaro Uda tahun 1926. Prinsip kerja : Gelombang e.m. dari antena sumber (driven antenna, biasanya jenis dipole) membangkit- kan gelombang induksi di elemen pemantul dengan fasa yang berkebalikan. Gelombang ini saling berinteraksi dengan gelombang asli dan menghasilkan gelombang pantul. Pada elemen pengarah (director) terbangkit gelombang dengan fasa yang sama sehingga saling menguatkan Terbangkit energi yang lebih tinggi di arah depan sehingga terjadi pengarahan.

Pola radiasi antena Yagi :

Antena Parabolik Antena parabolik mengadopsi prinsip kerja pemantul parabolik optik  pertama diadopsi untuk pemantul gelombang e.m. oleh Heinrich Hertz tahun 1888. Antena parabolik digunakan pada frekuensi ultra tinggi (UHF) ke atas (SHF, EHF). Prinsip kerja : Pemancar : memantulkan gelombang dari antena sumber ke sebuah pemantul parabolik sehingga diperoleh gelombang yang sejajar (untuk pemancar) Penerima : menerima gelombang sejajar dari pemancar dan mengfokuskannya ke antena . Antena parabolik memiliki bati pengarahan sangat tinggi.

Bati antena parabolik : Di mana : A = luas “tingkap” antena parabolik = pd2/4, d = diameter reflektor parabola, l = panjang gelombang, eA = efisiensi tingkap antena. Pola radiasi : Perhitungan titik fokus :

Jenis antena parabolik :

Contoh lain : Rhombic

Contoh lain :

Antena broadcast : AM broadcast VHF FM broadcast VHF TV broadcast UHF TV broadcast

Antena telepon selular :

Antena aplikasi khusus :

Polarisasi Antena Antena meradiasikan gelombang e.m. yang terdiri medan elektrik dan medan magnetik. Polarisasi antena mengacu pada posisi medan elektrik terhadap permukaan bumi : Linier vertikal Linier horisontal Linier bersudut Berputar lingkaran Berputar eliptik

Refleksi, Refraksi, Difraksi dan Interferensi Gelombang Refleksi (pantulan) akan terjadi jika gelombang e.m. menabrak bumi/tanah, gunung, benda logam, dan bangunan beton. Pantulan ini mirip dengan pantulan yang terjadi pada cahaya yang menabrak permukaan cermin. Jika pemantul terbuat dari konduktor yang ideal  semua energi dipantulkan. Jika tidak  sebagian energi akan diserap dan didisipasikan menjadi panas, diradiasikan kembali, atau terjadi refraksi.

Refraksi (pembelokan/pembiasan) : terjadi bila gelombang e. m Refraksi (pembelokan/pembiasan) : terjadi bila gelombang e.m. menabrak lapisan tak padat seperti gas (misalnya lapisan-lapisan atmosfir) yang memiliki tingkat kepadatan gas yang berbeda-beda. Efek yang terjadi mirip dengan efek pembiasan cahaya yang melewati dua medium atau lebih yang berbeda indeks biasnya. Besarnya pembelokan ditentu- kan oleh indeks refraksi (Hukum Snell) : di mana k = tetapan dielektrik untuk masing-masing medium. Jika lapisan gas ini cukup banyak, maka gelombang datang bisa direfraksikan berkali-kali sehingga hasilnya mirip dengan efek pantulan  gelombang seakan-akan dipantulkan oleh lapisan gas.

Difraksi (penguraian) : terjadi jika gelombang e. m Difraksi (penguraian) : terjadi jika gelombang e.m. mengenai suatu benda padat/logam yang bersisi tajam (misalnya bangunan tinggi) atau menerobos suatu celah kecil (lebih kecil dibanding panjang gelombangnya). Gelombang akan terurai (terdifraksi) ke segala arah  pada titik masuk seakan-akan ada sumber gelombang baru yang memancarkan energi ke semua arah. Efek difraksi bisa menguntungkan : sinyal bisa ditangkap dari balik bangunan.

Interferensi : terjadi jika dua buah gelombang yang berfrekuensi sama saling mencampur. Pada perambatan gelombang e.m. : radiasi gelombang dari antena menempuh jalan dan jarak yang berbeda dan tiba pada penerima yang sama. Interferensi menyebabkan timbulnya efek penjumlahan dan pengurangan sehingga timbul pola radiasi. Banyak terjadi pada perambatan gelombang HF.

Perambatan Gelombang Radio Gelombang radio yang dipancarkan antena akan merambat di udara/ruang bebas dengan kecepatan cahaya. Perambatan gelombang radio mengikuti pola tertentu yang dipengaruhi oleh frekuensi kerjanya. Secara umum ada 4 jenis perambatan gelombang radio : merambat di atas permukaan bumi : gelombangnya disebut sebagai gelombang-permukaan (surface wave). Kadang disebut juga sebagai gelombang-bumi (ground wave). merambat di angkasa : gelombangnya disebut sebagai gelombang-angkasa (sky wave). merambat di ruang bebas : gelombangnya disebut sebagai gelombang-ruang (space wave).

IONOSPHERE Sky wave Space wave Surface wave Ground

Gelombang permukaan (surface wave) Merambat mengikuti kontur bumi  tidak terpengaruh bentuk kontur bumi. Bisa merambat sangat jauh  bisa antar benua, bahkan bisa mengelilingi bumi  tergantung pada besarnya daya pancar. Frekuensi sinyal gelombang permukaan : 30 kHz – 3 MHz (pita LF dan MF) Contoh implementasi : komunikasi/navigasi kapal laut di pita LF dan stasiun penyiaran radio AM di pita MF (MW). Gelombang Angkasa (sky wave) Merambat ke angkasa dan dipantulkan oleh lapisan atmosfir bagian atas (ionosfir). Pantulan bisa berkali-kali (jamak) : bumi  ionosfir  bumi  ionosfir dst.  bisa menempuh jarak yang sangat jauh, bahkan mengelilingi bumi.

Frekuensi sinyal gelombang angkasa : 3 – 30 MHz (pita HF). Implementasi : komunikasi jarak jauh di pita HF (baik untuk penyiaran maupun komunikasi personal).

Ionosfir Merupakan lapisan teratas dari atmosfir  menerima sinar matahari lebih banyak dibanding lapisan lain di bawahnya  terjadi proses pemanasan dan ionisasi sebagai efek dari sinar-sinar a, b, dan g dari matahari. Lapisan ionosfir terbagi dalam lapisanD, E, F. Lapisan F terdiri dari lapisan F1 dan F2.   

Lapisan D (ketinggian 70 km, tebal + 10 km) muncul pada siang hari, merugikan transmisi sinyal MF dan HF karena akan menyerapnya.  Jarak lompatan dipengaruhi oleh ketinggian ionosfir : pada siang hari ionosfir lebih tinggi dibanding pada malam hari  jarak lompatan pada siang hari lebih jauh dibanding pada malam hari, namun energi yang hilang juga lebih banyak (diserap lapisan D) sehingga sulit untuk mendapatkan lompatan jamak  jarak lebih pendek. Secara teoritis, jarak lompatan-tunggal maksimum + 4.000 km  untuk bisa mengelilingi bumi diperlukan lima kali lompatan-ganda.

Gelombang Ruang (space wave) Gelombang ruang merambat seperti garis lurus seperti garis pandang mata (line of sight, LOS)  terpantul oleh objek padat (bangunan, bukit, logam, dlsb). Jarak pancar dipengaruhi ketinggian antena pemancar dan antena penerima  semakin tinggi semakin jauh. Frekuensi sinyal gelombang ruang : 30 MHz ke atas (VHF, UHF, SHF, EHF). Implementasi : komunikasi radio titik-ke-titik jarak dekat, radio siaran FM, siaran televisi.

Perambatan Hambur Tropo (tropo-scatter) Gelombang merambat di angkasa sebagai akibat dari efek penghamburan oleh troposfir : gelombangnya disebut sebagai gelombang hambur-tropo. Digunakan pada pita UHF/SHF (300 MHz ~ 5 GHz) untuk berkomunikasi jarak jauh dengan memanfaatkan pantulan di troposfir.

Beberapa jenis perambatan dengan hamburan :

Tugas : Buat makalah/bahasan tentang sistem antena di dalam handphone. Tulis tangan Maksimum 4 halaman Dikumpulkan minggu depan