PERAMBATAN GELOMBANG
Sesungguhnya kata WAVE PROPAGATION amat sulit untuk dicarikan persamaannya di dalam bahasa Indonesia dengan tepat, namun demikian kata PERAMBATAN GELOMBANG adalah merupakan kata yang paling dekat artinya dengan WAVE PROPAGATION. Karena sulitnya mencari kata kata yang tepat dalam bahasa Indonesia yang sama artinya dengan PROPAGATION, maka kata tersebut sering diartikan dala m bahasa Indonesia menjadi PROPAGASI. Arti Propagasi
Propagasi ialah proses pengiriman atau pemindahan tenaga dari satu tempat ke tempat lain dengan perantaraan Gelombang Elektro Magnetis. Bila propagasi ini terjadi pada gelombang gelombang radio maka proses ini berlangsung berlangsung sejak gelombang tersebutidi pancarkan oleh antenna pemancar, sa mpai gelombang tersebut diterima oleh antenna penerima. Gelombang radio yang dipancarkan oleh antenna pemancar tersebut dapat berupa gelombang yang tidak memodulasi maupun gelombang yang telah dimodulasi dengan gelombang pemodulasi. Di mana gelombang pemodulasi pemodulasi tersebut dapat berupa: y y y y
Pulsa-Pulsa - pada radar. Getaran optis - pada televisi. Getaran suara - pada radio. Getaran mekanik - pada pada morse.
Dengan diterimanya gelombang radio oleh pesawat penerima maka terjadilah peristiwa komunikasi antara satu tempat dengan tempat lain. Jadi sekarang jelaslah, perbedaan antara Propagasi dengan Komunikasi. Untuk lebih jelasnya maka dapat kita pelajari apa a pa arti Komunikasi itu. Arti Komunikasi/Perhubungan.
Ada dua pengertian pengertian tentang t entang Komunikasi/Perhubungan: Komunikasi/Perhubungan: y
y
Arti yang umum ialah penyampaian berita dari satu tempat ke tempat lain dengan memakai: suara, tulisan, kode-kode dan Iain-lain. Arti yang bersifat teknis ialah pemancaran/pengiriman serta penerimaan tanda-tanda, tulisan-tulisan, suara-suara atau keterangan-keterangan yang bersifat apapun, baik dengan kawat, radio atau visual dari satu tempat ke tempat lain.
Kualitas Propagasi.
Kualitas daripada propagasi gelombang radio menentukan akan baik buruknya hasil komunikasi yang dicapai. Kualitas propagasi ini dipengaruhi oleh banyak faktor antara lain:
y y y
y y
Tergantung daripada waktu sepanjang tahun, bulan, hari. Tergantung daripada lintasan bumi terhadap matahari. Tergantung daripada frekuensi gelombang radio yang dipancarkan, antenna dll. Tergantung dari macamnya polarisasi gelombang. Tergantung dari daerah.di mana pesawat pemancar dan penerima berada.
Saat Berlangsungnya Komunikasi.
Pengetahuan propagasi gelombang adalah merupakan pengertian dasar dari cara bekerjanya hubungan radio, radar, televisi dan sisteiri-sistem elektronik lainnya. Semuanya sistim ini mempergunakan pemancar sebagai alat untuk menghasilkan sinyal tersebut disalurkan melalui saluran transmisi ke antenna pemancar yang selanjutnya untuk dipancarkan dalam bentuk gelombang elektro magnetis. Dari sini dimulailah perjalanan rambatan gelombang serta perubahan perubahan yang terjadi sepanjang transmisi di sebut dengan propagasi gelombang radio sampai sinyal tersebut diterima oleh antenna penerima. Kemudian sinyal dikirim ke pesawat penerima dengan melalui saluran transmisi, untuk selanjutnya diubah menjadi bentuk kode, suara, gambar dan Iain-lain, seperti bentuk semula. Kekuatan Radiasi Yang Dipancarkan Dan kekuatan radiasi Yang Dikirim.
Tenaga listrik dari sinyal, oleh antenna pemancar diubah menjadi tenaga gelombang elektro magnetis yang kemudian dl pancarkan ke segala arah oleh jenis antenna omnidirectional.Sehingga kekuatan radiasi yang dipancarkan pada satu arah tertentu hanyalah sebagian kecil dari selurut tenaga yang dipancarkan oleh antenna pemancar. Dari penjelasan ini nyatalah bahwa tenaga yang diterima oleh antenna penerima yang terletak pada satu arah tertentu dari pemancar ialah sangat kecil. Sehingga beberapa buah pesawat penerima dapat menerima sinyal yang dipancarkan oleh satu antenna pemancar. Gambar: 1 memperlihatkan secara sederhana radiasi rambatan gelombang/propagasi gelombang radio dari sebuah antenna pemancar sampai diterima oleh sebuah antenna penerima. Gambar no. 2 memperlihatkan bahwa makin jauh jarak antara pesawat pemancar dengan pesawat penerima, makin kecil pula t enaga yang diterimanya. Pada jarak AB tenaga yang diterima oleh sebuah bidang yang luasnya S, telah dibagi menjadi 16 bagian setelah tenaga tersebut menempuh jarak sejauh 4 AB. Gambar no. 2- adalah merupakan suatu pembuktian yang nyata bahwa makin jauh letak pesawat penerima terhadap pesawat pemancar makin kecil tenaga yang dapat diterima.
Berhasilnya hubungan Radio.
Karena jumlah tenaga gelombang yang diterima oleh antena penerima adalah sangat mempengaruhi pada penerimaan maka perlu kiranya, dibicarakan faktorfaktor apa yang dapat mempengaruhi penerimaan tenaga gelombang tersebut ialah: y y y y y y y
Jarak antara pemancar dengan penerima. Besarnya daya yang dipancarkan oleh antenna pemancar. Effisiensi daripada alat pemancar. Sensitifitas daripada alat penerimanya. Keadaan atmosphere. Kelembaban dan temperatur udara. Keadaan permukaan bumi antara pesawat pemancar dengan pesawat penerima.
Untuk mengetahui dan mengatasi faktor-faktor yang dapat mengganggu penerimaan hubungan radio tersebut perlu diketahui tentang keadaan dan sifatsifat dari gelombang elektro magnetis. JALANNYA GELOMBANG
Jalannya gelombang Elektro magnetis udara di dalam udara banyak persamaan dengan jalannya ombak air yang berada di dalam bak atau kolam. Jika sebuah batu dijatuhkan ke dalam bak yang berisi air maka timbullah gelombang air dan gelombang tersebut berjalan dari titik di mana batu tersebut jatuh, terus menuju ke
semua arah pada permukaan air, sehingga merupakan suatu lingkaran yang makin lama jari-jarinya makin membesar. Amplitude Gelombang.
Yang dimaksud dengan amplitude gelombang ialah jarak antara puncak gelombang dengan permukaan rata. Dari pandangan kita adalah nampak jelas bahwa amplitudo dari gelombang di tempat jatuhnya batu tersebut adalah paling besar dibandingkan dengan amplitude-amplitude dari gelombang yang letaknya semakin jauh dari tempat jatuhnya batu tersebut. Semakin jauh gelombang tersebut dari tempat jatuhnya batu, semakin kecil pula amplitudonya. Panjang Gelombang = ( Lambda) Meskipun amplitudo dari gelombang-gelombang tersebut makin jauh makin kecil, akan tetapi jarak antara puncak yang satu dengan yang lain adalah tetap sama. Jarak antara puncak yang satu ke puncak yang lain atau jarak dari lembah yang satu ke lembah ya ng lain inilah yang disebut panjang gelombang (lambda). Pada gelombang elektro magnetis, gelombang dipancarkan terus-menerus selama pesawat pemancar bekerja. Pada gelombang air yang disebabkan oleh batu yang dijatuhkan ke dalam air, gelombang tersebut merambat secara radier dan amplitudonya makin lama makin kecil dan hilang.
Frekuensi Gelombang.
Banyaknya gelombang yang dipancarkan tiap satu detik disebut frekuensi, gelombang tersebut. Disingkat dengan huruf (f). Atau untuk mencari suatu panjang gelombang bisa digunakan rumus seperti dibawah ini :
f req
300.000 adalah kecepatan ra mbat cahaya dalam ukuran satu detik, dengan demikian kecepatan cahaya dapat merambat 40 kali mengelilingi dunia dalam waktu satu detik. Jenis Perambatan Gelombang Radio
Perambatan gelombang radio merupakan tulang punggung komunikasi seluler. Dalam gelombang radio yang bergerak atau merambat tersebut dibawalah semua informasi yang akan dipertukarkan dalam proses komunikasi. Gelombang radio sendiri merupakan gelombang elektromagnetik yang didalamnya terdapat besaran kuat medan magnet (H) dan kuat medan listrik (E).
Sk
Ground reflected Surface wave
Perambatan gelombang radio Gelombang radio berdasarkan perambatannya dalam ruang dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu ground wave dan sky wave (Gambar 2.7).Ground wave adalah gelombang yang dekat dengan permukaan tanah dan sky wave adalah gelombang yang merambat ke langit. Ground wave sendiri ada yang merambat secara Line of Sight (LoS) atau secara garis lurus pada ruang bebas (sering disebut space wave) dan merambat secara memantul dengan tanah ( ground reflected wave). Satu lagi gelombang dalam kategori ground wave yang benar benar merambat dipermukaan tanah yaitu gelombang permukaan ( surface wave). Gambar 2.1.
Pola Radiasi Antena
Pola radiasi antena sangatlah komplek, dikarenakan di dalam kenyataannya bentuk radiasi antena adalah tiga dimensi, namun dapat di untuk memudahkan analisa dimodelkan ke dalam sistem Koordinat Cartesian (dua dimensi). Pola radiasi biasanya diplotkan dalam dua pola yaitu pola horisontal dan pola vertikal
Pola radiasi antena Dengan membuat peta dari pola radiasi dapat di ketahui dimana berkas radiasi terkosentrasi. Pemakai antena perlu mengetahui beamwidth atau half power antena, yaitu 3 dB beamwidht . Di situlah letak terkonsentrasinya radiasi antena. Ada berbagai macam cara untuk menggambarkan/ mengeplot radiasi antena, seperti pada gambar berikut ini. Gambar 2.2.
Gambar 2.3.
Pola radiasi antena pada koordinat kutub
Gambar 2.4.
Pola radiasi antena pada koordinat kutub, Beamwidht > 3 dB
Gambar 2.5.
Pola radiasi antena linear
Berdasarkan pada arah rambatan radiasi gelombang tersebut, maka gelombang Elektro Magnetis dapat dibagi menjadi tiga jenis arah radiasi: Perkiraan Jarak pancaran Ground wave sesuai karakteristik band
Perkiraan Jarak pancaran Ground wave sesuai karakteristik band
Frequency (MHz) 1.8 3.5 7 14 21 28 50 144 430 1200
Range (miles) 93 67 47 33 27 23 19 Line of sight Line of sight Line of Sight
Range (Km) 149.6 107.8 75.6 53.1 43.4 37 30.5
ang Elek t Magneti yang merambat Ground Wave adalah gel meninggalkan antena pemancar dan ti ba pada antena pener ima secara langsung tanpa efek pantulan merambat se ja jar dengan permukaan bumi pace wave adalah gel mbang Elek tro Magnetis yang merambat meninggalkan antena pemancar ti ba pada antena pener ima dengan melalui pemantulan troposphere. ky wave adalah gelombang Elek tro Magnetis yang merambat meninggalkan antena pemancar dan ti ba pada antena pener ima dengan melalui proses pemantulan pada lapisan-lapisan ionosphere yang berada pada daerah a tmosphere bumi yang ter tinggi sehingga memungk inkan untuk dapat berhubungan jarak jauh pada belahan bumi manapun. Propagasi Ground-wave
Ground-wave dimulai dengan E tegak lurus terhadap bumi.
Gelombang EM yang ber jalan sepan jang permukaan disebut sebagai gelombang permukaan (surface wave) Ground-wave terpolar isasi ver tikal Digunakan untuk mar itime mo il e communication, rad i o navi ation Keuntungan: Power yang di ber ikan secukupnya dapat ber jalan mengikuti curva bumi R elatif tidak terpengaruh dengan kondisi atmosfer ik Kerugian: Membutuhkan power transmisi yang tinggi Membutuhkan antena yang pan jang/ besar karena frekwens inya rendah Ground losses bervar iasi terhadap t errain Atenuasi Kekuatan sinyal akan berkurang jauh (merosot) sebanding dengan jarak medium transmisi. Fak tor atenuasi untuk unguided med ia: Signal yang diter ima harus kuat agar receiver dapat menginterpretasikan signal Signal dijaga pada level lebih tinggi dar i noise Atenuasi lebih besar pada frekuensi tinggi ini penyebab distorsi y
y
y
¡
y y
y y y
y
y y
Kekuatan pemantulan oleh lapisan ionosphere cenderung tergantung kepada kesempurnaan ionisasi lapisan tersebut. Lapisan ionosphere yang ter-ion secara
sempurna merupakan lapisan yang masif dan mempunyai daya pantul baik terhadap gelombang radio. Kondisi propagasi pada malam hari cenderung lebih baik daripada siang hari. Hal ini disebabkan karena pada siang hari terjadi lapisan D yang terionisasi kurang sempurna dan menyerap gelombang radio terutama pada band 160 dan 80 meter. Fading yang kadang-kadang kita alami disebabkan karena kedaan ionisasi lapisan ionosphere yang tidak stabil. Phenomena alam lainnya terjadi pada saat matahari terbit dan pada saat matahari terbenam dimana komunikasi jarak jauh pada low band menjadi sangat baik. Para penggemar komunikasi jarak jauh, terutama pada low band sering menggunakan kesempatan ini untuk dapat berkomunikasi dengan rekan-rekan amatir ditempat yang jauh, phenomena alam semacam ini dapat dijelaskan sebagaiberikut.
Pada waktu matahari mulai terbit, mulailah terjadi lapisan ionosphere tambahan dibawah lapisan ionosphere utama dan ujung dari lapisan ionosphere tambahan, yang biasa disebut grey area, mempunyai sifat dapat membiaskan pancaran gelombang radio sedemikian rupa sehingga mencapai lapisan ionosphere utama dengan sudut kecil sehingga pantulannya ke bumi lebih jauh. Suatu jarak tertentu yang biasanya dicapai dengan multiple hop pada saat tersebut bisa dicapai dengan single hop. Lapisan D Merupakan lapisan paling bawah dari ionosfer Menyerap gelombang dg frekuensi rendah ; melewatkan gelombang frekw tinggi Ionisasi maks pada siang dan menghilang pada malam hari y y
y
Lapisan E Memantulkan gelombang dengan frekuensi sekitar 20MHz Tergantung pada frekw dan kekuatan lapisan E, suatu sinyal dapat dibiaskan ataupun dapat diteruskan ke lapisan F. Pada malam hari lsinyal dapat melewati lap ini, karena pada malam hari lapisan ini menyusut. y y
y
Lapisan F Dibagi menjadi 2 bagian F1 dan F2 (pada siang hari) Pada malam hari kedua lapisan akan menjadi satu Memantulkan gelombang dengan fekuensi tinggi (HF) Gelombang dengan frekuensi lebih tinggi (VHF,UHF..)akan dilewatkan. Biasanya dimanfaatkan untuk pemancaran gelombang AM jarak jauh. y y y y y
Jika disimpulkan lapisan ionosfer dapat diga mbarkan sebagai berikut:
Frekuensi yang dipantulkan oleh ionosfer dapat digambarkan sebagai berikut :
Dalam propagasi tanah maupun ionosfer terdapat rugi-rugi yang menyebabkan tidak sempurnanya gelombang yang diterima oleh a ntena penerima. Rugi-rugi tersebut disebabkan oleh: Adanya Fading (sinyal dipenerima melemah/ menguat), disebabkan oleh: Groundwave dan skywave sampai di antena penerima tetapi berlawanan fase shg saling melemahkan. Dua skywave yang dipantulkan dr daerah ionosfer diterima di antena penerima dengan fase yang tidak sama. Directwave dan groundwave samapai pada penerima dengan fase berbeda. Interferensi dengan gelombang lain. Hilangnya daya saat transmisi. y y
y
y y y
JARAK SKIP (SKIP DISTANCE). Istilah skip dapat diterjemahkan sebagai menghilang, artinya gelombang radio tadi tidak terpantul kembali lagi ke bumi akan tetapi menghilang ke angkasa luar. Gelombang radio pada band tinggi yang dipancarkan ke udara dengan sudut yang besar tidak dipantulkan lagi ke bumi dan menghilang ke angkasa. Ini amat dirasakan apabila kita bekerja pada band-band 15, 12 dan 10 meter. Gelombang radio pada frekuensi-frekuensi ini tidak dapat mencapai jarak yang dekat, karena untukmencapai jarak dekat diperlukan sudut yang basar padahal gelombang dengan sudut besar tidak dipantulkan balik ke bumi.
Sebenarnya transmisi kita untuk dapat mencapai stasiun lawan tidak hanya lewat pantulan ionosphere yang disebut sky wave, akan tetapi sebagian transmisi dipancarkan juga secara langsung atau ground wave. Akan tetapi pancaran yang
mel al ui ground wave ini tidak dapat mencapai jarak jauh, hanya beberapa k ilometer sa ja, sehingga harapan untuk dapat melakukan komunikai jarak jauh cenderung bersandar kepada sky wave. Jarak ter jauh dar i pemancar k ita yang tidak dapat mener ima pancaran k ita melalui sky wave disebut jarak sk i p atau sk i p distance. Sedangkan daerah yang tidak dapat dijangkau oleh pancaran radio karena jarak yang ter lalu dekat untuk suatu frekuensi ter t entu, sehingga pancaran gelombang radio sk i p ke angkasa luar disebut daerah sk i p atau sk i p zone. Sk i p zone benbentuk gelang mengelilingi pemancar k ita dengan diameter dalam se jauh pancaran gound wave dan d iameter luar se jauh sk i p distance. Oleh karena jarak capai ground wave sangat kecil, maka prak tis diameter dalam dar i sk i p zone diabaikan sehingga sk i p zone berbentuk lingkaran dengan diameter sebesar sk i p distance. Gelombang radio di pancarkan dar i antena pemancar di bumi dan akan sampai pada titik pener ima setelah di pantulkan diantara ionosf ir dan bumi. Kuat medan E dar i jenis gelombang tersebut dapat dituliaskan dalam rumus : E = EO + WK + G ± r1 ± r2 ± rg(dB V/m) Dimana tiap bentuknya menggunakan satuan D b. WK = Daya R adiasi G = Penguatan antena pemancar terhadap antena isotropis r1 = R edaman pada saat gelombang radio di pantulkan lapisan ionosf ir (redaman jenis per tama) r2 = R edaman pada saat gelomgbang radio di pantulkan lapisan ionosf ir (redaman kedua) rg = R edaman ak i bat pantulan bumi EO = Intensitas medan listr ik pada jarak ter tentu, dengan daya pancar 1 kW dengan menggunakan antena isotropis, dan jarak propagasi D(km), maka Eo dapat dituliskan s.
