Propagasi Gelombang Radio 03/05/2010
1. Dasar-Dasar Propagasi Gelombang Radio 1.1 Propagasi Gelombang Definisi dari propagasi gelombang adalah perambatan gelombang pada media perambatan. Media perambatan atau biasa juga disebut saluran transmisi gelombang dapat berupa fisik yaitu sepasang kawat konduktor, kabel koaksial dan berupa non fisik yaitu gelombang gelombang radio atau sinar laser. Pada Gambar 1 merupakan gambaran singkat tentang propagasi gelombang (J, Herman, 1986: 1.4).
Gambar 1. Propagasi Gelombang
1.2 Gelombang Gelombang Radio dan Spektrum Elektromagnetik Elektromagnetik Gelombang radio termasuk keluarga radiasi elektromagnetik meliputi infra merah (radiasi panas), cahaya tampak ( visible light ), ), ultraviolet, sinar-X, dan bahkan panjang gelombang Gamma yang lebih pendek dan sinar kosmik. Gelombang elektromagnetik berasal dari interaksi antara medan listrik dan medan magnet seperti pada Gambar 2 (Reed, 2004: 20.1).
Gambar 2. Medan listrik dan magnet pada gelombang elektromagnetik Pembagian spektrum gelombang elektromagnetik dapat di lihat pada Gambar 3 berikut ini.
Gambar 3. Spektrum elektromagnetik Menurut John (1988: 8-10) Nilai panjang gelombang λ berhubungan dengan frekuensi f dan kecepatan gelombang v, dimana kecepatan gelombang bergantung pada media. Dalam kasus ini medianya adalah ruang bebas ( free space/vacuum). λ= v / f
dimana :
8
-1
v= c (ruang bebas)= 3 x 10 m s
Pada Gambar 4 ditunjukkan hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi pada v = c. Banyak jenis frekuensi yang ada seperti Gambar 3 diatas. Berikut ini adalah daftar frekuensi yang lebih rinci dalam tabel 1.
Gambar 4. Panjang gelombang berbanding frekuensi untuk v = c
1.3 Polarisasi Gelombang Elektromagnetik J, Herman (1986: 1.43) menyatakan polarisasi gelombang didefinisikan sebagai sifat gelombang elektromagnetik yang menjelaskan arah dan amplitudo vektor kuat medan magnet sebagai fungsi waktu. Ada tiga macam polarisasi gelombang yaitu polarisasi linier, polarisasi lingkaran, dan polarisasi eliptis.
Gambar 5. Polarisasi gelombang elektromagnetik
2. Gelombang Ruang Bebas ( Free Space) 2.1 Pembiasan ( Refraction) oleh Atmosfir Bumi Pada atmosfir bumi terjadi pembiasan gelombang sekitar 18 km dari permukaan bumi di daerah khatulistiwa dan sampai sekitar 8 dan 11 km di daerah kutub selatan dan utara. Untuk itu radius bumi diubah disesuaikan demikian hingga kelengkungan relatif antara gelombang dan bumi tetap seperti yang ditunjukkan Gambar 6 Radius kelengkungan bumi yang telah disesuaikan dengan perbandingan antara radius efektif bumi dan radius bumi yang sesungguhnya disebut dengan faktor K. Pada kondisi atmosfir normal, dalam perhitungan radius bumi ekuivalen biasanya digunakan K = 4/3 (J, Herman, 1986: 3.2).
Gambar 6. Radius efektif bumi
Gambar 7. Profil lintasan ( path profile) dengan faktor K = 4/3
2.2 Propagasi Line of Sight (LOS) Propagasi gelombang pada frekuensi diatas 30 MHz memanfaatkan gelombang langsung dan gelombang pantul oleh permukaan bumi. Pada Gambar 8 berikut ini adalah gambaran dari propagasi Line of Sight (LOS).
Gambar 8. Daerah Freshnel di sekitar lintasan langsung Pada propagasi LOS terdapat daerah yang harus dan wajib terhindar dari halangan, daerah itu disebut dengan daerah fresnel (fresnel zone). Seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 9. Pemetaan daerah-daerah Freshnel Berdasarkan Gambar 9 dan keterangan di atas, F 1 disebut sebagai radius daerah Freshnel pertama, yang dirumuskan dengan (Aswoyo, 2006: 101) :
2.3 Redaman pada ruang bebas (free space loss) Redaman LOS berharga rata-rata sama dengan redaman ruang bebas. Dalam perhitungan redaman lintasan dianggap tetap sehingga untuk LOS adalah (J, Herman, 1986: 3.29): L p = 32,5 + 20 log d (km) + 20 log f (MHz)
(2.5)
3. Difraksi ( Diffraction) dan Hamburan (Scattering) 3.1 Difraksi oleh Penghalang ( Knife Edge Diffraction) Difraksi adalah kemampuan gelombang untuk berbelok setelah mengalami benturan dengan penghalang. J, Herman (1986: 4.5) menyatakan difraksi oleh bukit, pohon, bangunan dan lain-lain sulit sekali dihitung, akan tetapi perkiraan redamannya dapat diperoleh dengan mengingat harga-harga ekstrim yang disebabkan oleh difraksi rintangan tajam yang menyerap sempurna ( Knife Edge Diffraction).
Gambar 10. Difraksi pada penghalang
3.2 Hamburan oleh Troposfir (Troposphere Scatter) Sistem komunikasi radio yang mengunakan sifat hamburan gelombang elektromagnetik oleh partikel-partikel troposfir yang disebut sistem tropo atau thin line troposcattering system. Jaraknya berkisar 200 – 800 km dan frekuensi yang dipakai yaitu 300 – 30.000 MHz berada di daerah UHF dan SHF (J, Herman,1986: 4.11). Pada Gambar 11, adalah mekanisme troposcattering.
Gambar 11. Mekanisme hambuiran oleh troposfir.
4. Gelombang Langit (Sky Wave) 4.1 Ionosfir Ionosfir tersusun dari 3 (tiga) lapisan , mulai dari yang terbawah yang disebut dengan lapisan D, E dan F. Sedangkan lapisan F dibagi menjadi dua, yaitu lapisan F1 dan F2 (yang lebih atas), seperti Gambar 12.
Gambar 12. Lapisan ionosfir Untuk lebih jelasnya tentang fenomena masing-masing lapisan pada ionosfir klik tombol nama-nama lapisan ionosfir. 1. Lapisan D terletak sekitar 40 km – 90 km. Ionisasi di lapisan D sangat rendah, karena lapisan ini adalah daerah yang paling jauh dari matahari. Lapisan ini mampu membiaskan gelombang-gelombang yang berfrekuensi rendah. Frekuensifrekuensi yang tinggi, terus dilewatkan tetapi mengalami redaman. Setelah matahari terbenam, lapisan ini segera menghilang karena ion-ionnya dengan cepat bergabung kembali menjadi molekul-molekul. 2. Lapisan E terletak sekitar 90 km – 150 km. Lapisan ini, dikenal juga dengan lapisan Kenelly – Heaviside, karena orang-orang inilah yang pertama kali menyebutkan keberadaan lapisan E ini. Setelah matahari terbenam, pada lapisan ini juga terjadi penggabungan ion-ion menjadi molekul-molekul, tetapi kecepatan penggabungannya lebih rendah dibandingkan dengan lapisan D, dan baru bergabung seluruhnya pada tengah malam. Lapisan ini mampu membiaskan gelombang dengan frekuensi lebih tinggi dari gelombang yang bisa dibiaskan lapisan D. Dalam praktek, lapisan E mampu membiaskan gelombang hingga frekuensi 20 MHz. 3. Lapisan F terdapat pada ketinggian sekitar 150 km – 400 km. Selama siang hari, lapisan F terpecah menjadi dua, yaitu lapisan F1 dan F2. Level ionisasi pada lapisan ini sedemikian tinggi dan berubah dengan cepat se iring dengan pergantian siang dan malam. Pada siang hari, bagian atmosfir yang paling dekat dengan matahari mengalami ionisasi yang paling hebat. Karena atmosfir di daerah
ini sangat renggang, maka penggabungan kembali ion-ion menjadi molekul terjadi sangat lambat (setelah terbenam matahari). Karena itu, lapisan ini terionisasi relatif konstan setiap saat. Lapisan F bermanfaat sekali untuk transmisi jarak jauh pada frekuensi tinggi dan mampu membiaskan gelombang pada frekuensi hingga 30 MHz.
4.2 Propagasi Gelombang dalam Ionosfir Pada frekuensi tinggi atau daerah HF, yang mempunyai range frekuensi 3 – 30 MHz, gelombang dapat dipropagasikan menempuh jarak yang jauh akibat dari pembiasan dan pemantulan lintasan pada lapisan ionospher. Gelombang yang berpropagasi melalui lapisan ionosfer ini disebut sebagai gelombang ionosfer ( ionospheric wave) (Aswoyo, 2006: 89).
Gambar 13. Propagasi Gelombang Ionosfir
5. Gelombang Permukaan Bumi ( Ground Wave) 5.1 Permukaan Bumi sebagai Penumpu Gelombang Elektromagnetik Gelombang permukaan bumi berpolarisasi vertikal, karena setiap komponen horisontalnya akan dihubung singkat oleh permukaan bumi. Daerah frekuensi utama gelombang ini adalah 30 kHz – 3 MHz yaitu band MF dan LF dan konfigurasi medannya terlihat seperti pada gambar.
Perubahan kadar air mempunyai pengaruh yang besar terhadap gelombang tanah. Redaman gelombang tanah berbanding lurus terhadap impedansi permukaan tanah. Impedansi ini merupakan fungsi dari konduktivitas dan frekuensi. Jika bumi mempunyai konduktivitas yang tinggi, maka redaman (penyerapan energi gelombang) akan berkurang. Dengan demikian, propagasi gelombang tanah di atas air, terutama air garam (air laut) jauh lebih baik dari pada di tanah kering (berkonduktivitas rendah), seperti padang pasir. Rugi-rugi (redaman) tanah akan meningkat dengan cepat dengan semakin besarnya frekuensi. Karena alasan tersebut, gelombang tanah sangat tidak efektif pada frekuensi di atas 2 MHz.
Gambar 14. Perambatan Gelombang permukaan bumi
5.2 Propagasi Gelombang dalam Air Laut Propagasi gelombang permukaan merupakan satu-satunya cara untuk berkomunikasi di dalam lautan Untuk memperkecil redaman laut, maka digunakan frekuensi yang sangat rendah, yaitu band ELF (Extremely Low Frequency), yaitu antara 30 hingga 300 Hz. Dalam pemakaian tertentu dengan frekuensi 100 Hz, redamannya hanya sekitar 0,3 dB per meter. Redaman ini akan meningkat drastis bila frekuensinya makin tinggi, misalnya pada 1 GHz redamannya menjadi 1000 dB per meter.
Gambar 15. Perambatan antara dua antena dalam air laut
Daftar Pustaka Aswoyo, Budi. 2006. Antena dan Propagasi. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November. J, Herman. 1986. Teori Propagasi. Bandung: STT Telkom. John D, Kraus.1988. Antennas: Series in Electrical Engineering, 2 th Edition. New York: McGraw-Hill. Reed, Dana G, dkk (Eds). 2004. The ARRL Handbook: For Radio Communication. 82nd Edition. Newington: The ARRL, Inc.
