BAB 1 KONSEP MEDIA TRANSMISI
1.1
Pendahuluan
Penyampaian informasi dari sumber informasi (komunikator) ke penerima informasi (komunikan) hanya dapat terlaksana bila ada semacam sistem alat penghubung (media) di antara keduanya. Sistem tersebut disebut dengan sistem transmisi.
Bila jarak antara komunikator dan komunikan saling berdekatan, maka
sistem sistem transmi transmisi si cukup cukup dengan dengan pengge penggetara tarann udara udara di sekita sekitarny rnya. a. Tetapi etapi bila bila jaraknya cukup jauh, maka dibutuhkan dibutuhkan sistem transmisi yang lebih kompleks. kompleks. Dalam sistem telekomunikasi, telekomunikasi, suatu sistem sistem transmisi bisa terdiri dari lebih dari satu media transmisi, transmisi, yang secara umum dibedakan menjadi menjadi (dua) bagian, yaitu ! media fisik dan media non"fisik. #ang #ang dimaksud dengan media fisik adalah kabel (wired ), ), yang lebih umum disebut dengan saluran transmisi ( transmision line). $edia non fisik merupakan udara (yang lebih dikenal dengan wireless).
1.1.1 Definisi Saluran Tr Transmisi ansmisi
Salura Salurann transm transmisi isi adalah adalah setiap setiap bentuk bentuk hubung hubungan an secara secara listri listrik, k, baik baik berupa ka%at penghantar, kabel dan lain"lain yang menghubungkan menghubungkan suatu sumber siny sinyal al ke beba beban. n. Dala Dalam m memp mempel elaj ajar arii salu salura rann tran transm smis isi, i, yang ang menj menjad adii permasalahan dari ja%aban diatas adalah perhitungan yang demikian kompleks, karena teori saluran transmisi tidak semudah teori"teori pada rangkaian listrik lainnya& meskipun bentuk saluran itu hanya berupa sepasang ka%at penghantar yang pendek. 'ika sepasang ka%at penghantar itu dianggap terlalu panjang, maka dapat mengekialenkan penghantar tersebut sebagai sekumpulan induktor dan kapasitor. 1.1.2 Konsep Dasar Saluran Transmisi
Pada prinsipnya, konsep dasar saluran transmisi dapat digambarkan sebagai berikut. pabila antara sumber sinyal dan beban dihubungkan oleh suatu saluran transmisi, maka ! * Jurusan Teknik Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Muhammadiyah Yogyakarta Yogyakarta
(*) (*) rus rus akan akan meng mengal alir ir di sepa sepanja njang ng salu saluran ran dan akan akan memb memban angk gkit itka kann medan magnet yang menyelimuti penghantar itu sendiri dan adakalanya medan magnet ini akan saling berimpit berimpit dengan dengan medan magnet magnet lain yang berasal dari ka%at penghantar lain yang berasal dari ka%at penghantar lain lain dise diseki kita tarn rnyya. $eda $edann magn magnet et yang ang diba dibang ngki kitk tkan an oleh oleh ka%a ka%att penghantar berarus listrik ini merupakan suatu timbunan energi yang tersimpan dalam ka%at penghatar tersebut. +ejala tersebut menyebabkan saluran bersifat induktif. () kan kan terjadi terjadi beda tegangan tegangan antara antara ke dua dua ka%at penghan penghantar tar sehingg sehinggaa memban membangki gkitka tkann medan medan listrik listrik.. $edan $edan ini juga juga merupa merupakan kan timbun timbunan an energi yang mungkin juga akan terjadi tumpang tindih dengan medan listrik listrik lain disekitarny disekitarnya. a. +ejala tersebut menyebabkan menyebabkan saluran saluran bersifat bersifat kapasitip. () +ejala"gejala +ejala"gejala tersebu tersebutt di atas akan akan menyeb menyebabkan abkan terjadin terjadinya ya aliran aliran energi energi gelombang elektromagnetik dalam saluran transmisi. -etiga hal tersebut merupakan suatu alasan, bah%a saluran transmisi tidak dapat ditangani secara mudah seperti pada rangkaian"rangkaian listrik lainnya. 1.2 Medan Ele!roma"ne!i Ele!roma"ne!i
Dalam saluran transmisi, adakalanya medan listrik dan medan magnet akan selalu saling tegak lurus satu sama lain, dan gabungan anatara kedua medan tersebut dinamakan medan elektromagnetik. Tegang egangan, an, arus arus dan medan medan elektro elektromag magnet netik ik saling saling memilik memilikii pengar pengaruh uh secara timbal balik satu sama lain, sehingga bila pada medan elektromagnetik meng mengali alirr meng mengik ikut utii suat suatuu ka%a ka%att peng pengha hant ntar ar,, sert sertaa bila bila kare karena na sesu sesuat atuu hal hal tegangan berubah, maka medan elektromagnetik akan mengikuti perubahan itu. tau tau sebal ebalik ikny nya, a, apab apabil ilaa ada ada sesua esuatu tu hal yang ang meny enyebab ebabka kann medan edan elektromagnetik itu berubah, maka tegangan te gangan dan arus akan mengikutinya. -onsen -onsentra trasi si medan medan elektr elektroma omagne gnetik tik yang yang paling paling adalah adalah pada pada bagian bagian diantara dua penghantar tersebut. ntuk maksud tertentu, daerah ini biasanya diisi
Jurusan Teknik Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Muhammadiyah Yogyakarta Yogyakarta
oleh suatu bahan isolator (bahan dielektrik). Parameter penting dari bahan isolator ini adalah konstanta konstanta dielektrik dielektrik (k ). ). /arga konstanta dielektrik dari bahan isolator ini merupakan harga relatif terhadap harga konstanta dielektrik dari ruang hampa. Sebagai contoh harga konstanta dielektrik suatu bahan isolator pada kabel adalah k 01, 01,
ini berarti bah%a kekuatan medan listrik pada bahan isolator itu akan
menjadi seperempat dibanding bila bahan isolator itu diganti dengan udara (ruang hampa). 1.2.1 #epa! Ram$a!
2epat rambat medan elektromagnetik di udara mendekati cepat rambat di ruang ruang hampa, hampa, yaitu 299.792.462 meter3detik meter3detik (sekitar (sekitar 3 x 108 meter3detik) meter3detik).. Bila gelombang tersebut merambat dalam bahan dielektrik, maka cepat rambatnya akan lebih kecil dari harga di atas. Semakin besar harga k suatu suatu bahan dielektrik, maka cepat rambat akan semakin kecil. /ubungan antara kecepatan dan harga k dapat dituliskan sebagai ! 2epat rambat (meter3detik) 0
x*54 k
(*.*) Di mana k adalah konstanta dielektrik bahan isolator. /arga k ini ini adalah harga harga relati relatiff diband dibanding ingkan kan dengan dengan konsta konstanta nta dielek dielektri trikk udara udara (ruang (ruang hampa), hampa), sehingga harga k disini adalah tanpa satuan. Tabel *.* menyajikan harga konstanta dielektrik dari beberapa material atau bahan isolator. Bila Bila diketah diketahui ui distri distribus busii indukt induktans ansii L dan dan kapas kapasit itan ansi si C, maka maka cepat cepat rambat rambat gelombang gelombang dalam suatu saluran transmisi transmisi tanpa rugi"rugi ( lossless) dapat dinyatakan dengan persamaan (*.) *
Cepat rambat (meter3detik) (meter3detik) 0
Di mana
l
LC
(*.)
0 panjang potongan saluran (meter)
L 0
induktansi total dari saluran saluran sepanjang l (henry) (henry)
C 0
kapasitansi antar saluran sepanjang l (farad)
Jurusan Teknik Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Muhammadiyah Yogyakarta Yogyakarta
1.2.2 %reuensi
Frekensi
menyatakan banyaknya gelombang dalam satu detik, dan
dinyatakan dengan 6her7t8 (disingkat /7). Dalam perambatan gelombang dalam saluran transmisi, cepat rambat dan panjang gelombang boleh jadi akan berubah jika memasuki medium (bahan dielektrik) yang berbeda, tetapi frekuensi gelombang akan selalu tetap tanpa pengaruh medium yang dile%atinya. 'ika periode gelombang dinyatakan dengan ! (detik), maka frekuensi gelombang tersebut merupakan kebalikan dari ! , dan dinyatakan ! Frekensi =
* !
(*.)
( "er#t )
Ta$el 1.1. -onstanta Dielektrik Dan -ecepatan
9ambat +elombang :lektromagnetik Pada Bahan ;solator MATERIA&
9uang hampa dara Teflon Polyethylene P<2 =ylon Polystyrene
KONSTANTA DIE&KTRIK '(
*,555 *,555> ,*55 ,?5 ,55 1,@55 ,A55
KE#EPATAN 'METER)DETIK(
55 *5 > @@, *5 > 5? *5 > *@@ *5 > *>A *5 > *> *5 > *@5 *5 >
1.2.* Pan+an" ,elom$an"
$an%an& &elomban& dari
suatu gelombang elektromagnetik berbanding
lurus dengan harga cepat rambat. Bila suatu sinyal frekuensi tinggi merambat pada suatu saluran transmisi dengan bahan dielektrik k , maka panjang gelombangnya akan tergantung juga pada harga k dari bahan dielektrik saluran menurut hubungan $an%an& &elomban& (meter) 0
55 x*5 > kx(rekens i ( '# )
(*.1)
1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
1.2.- Impedansi Kara!eris!i
Parameter penting yang merupakan karakterisitik dasar suatu saluran transmisi adalah impedansi karakteristik (dinyatakan dengan )o). ;mpedansi karakteristik saluran tanpa rugi"rugi diberikan dengan persamaan berikut ! )o =
Dimana
L
(*.A)
C
L 0
induktansi per satuan panjang (/3m)
C0
kapasitansi per satuan panjang (C3m)
Berdasarkan pengukuran, impedansi karakteristik dinyatakan sebagai impedansi yang diukur di ujung suatu saluran transmisi dengan menganggap panjang saluran itu tak berhingga. ntuk kondisi ini, maka pemasangan beban sebesar ) o di ujung lain dari saluran dengan panjang berhingga tidak akan menimbulkan efek. Pada kondisi ini, impedansi karakteristik saluran transmisi dapat diperoleh dari perbandingan tegangan maju dan arus maju yang menuju ke beban pada ujung tak berhingga. !e&an&an.a %
*mpedansi karakteristik +) o 0
-rs.a%
#on!oh 1.1
/itunglah impedansi karakteristik saluran ka%at sejajar bila induktansi setiap ka%at adalah 5,A µ/ per meter dan kapasitansi antar ka%at sebesar 5 pC per meter. /a0a$
;nduktansi yang telah diketahui sebesar 5,A µ/ per meter itu adakah untuk satu ka%at. ntuk induktansi total per meter dari saluran dua ka%at, maka harga di atas harus dikalikan dua sehingga L 0 5,A µ/ dan C 0 5pC.
o 0
L C
A Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
5,A x*5
0
5 x*5
−>
−*
0 *@ Ω 1.* Sara! Ba!as Medan Ele!roma"ne!i
Syarat batas medan elektromagnetik merupakan salah satu prasyarat dalam mempelajari suatu %aeguide. Persamaan"persamaan dasar menggambarkan sebuah fenomena, bah%a gelombang elektromagnetik diturunkan dari persamaan $a%ell dan dua persamaan kontinyuitas. pabila persamaan"persamaan itu dalam bentuk persamaan diferensial, maka syarat batas harus digunakan untuk menyelesaikan persoalan"persoalan yang khusus. 1.*.1 Sara! Ba!as Diele!ri '
3(
Dua buah aturan dasar digunakan pada permukaan antara dua material yang berbeda. (*) -omponen tangensial dari intensitas medan listrik dan intensitas medan magnet, / dan ' harus kontinyu pada batas antara dua material. / t1 / t2
(*.>a)
' t1 ' t2
(*.>b)
() -omponen normal dari kerapatan fluks listrik dan fluks magnet ( dan ) kontinyu pada batas anatara dua material. untuk
α 0 5. (*.?a)
n2 n1
n1 n2
(*.?b)
Pernyataan di atas dibenarkan oleh pemakaian hukum Caraday, hukum +auss dan hukum mpere.
1.*.2 Permuaan Kondu!or '
(
> Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
pabila diasumsikan bah%a permukaannya adalah konduktor sempurna, maka akan terlihat bah%a / t2 adalah nol sepanjang batas antara dua material.
/ t1 / t2 0
(*.4)
Tetapi komponen normal dari intensitas medan listrik tetap ada, seperti diperlihatkan pada gambar *.*(a). pabila tidak terdapat muatan magnetik pada permukaan, maka n2 adalah nol. Eleh karena itu garis"garis gaya magnetik digambarkan suatu rangkaian tertutup, seperti diperlihatkan pada gambar *.*(b). medan listrik
konduktor (a) ,am$ar 1.1. Syarat Batas Permukaan
medan magnet
konduktor (b) konduktor
1.- Mode ,elom$an"
$empelajari tentang persoalan transmisi energi dari suatu titik ke titik yang lain dengan menggunakan sepasang konduktor merupakan persoalan mendasar yang harus diketahui. Banyak jenis media transmisi yang digunakan dalam perambatan suatu energi gelombang elektromagnetik, dimana dengan adanya kondisi syarat batas akan menentukan mode gelombang yang dirambatkan. Selanjutnya pada bagian ini adalah akan membahas beberapa cara (mode) dari transmisi energi.
? Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
ntuk memahami yang lebih mendalam tentang bentuk dari transmisi energi, akan lebih mudah bila melalui pemahaman tentang saluran transmisi. Eleh karena itu, kita harus mengenal konsep"konsep dasar dari saluran transmisi. Sebagai langkah a%al untuk memulainya, marilah kita lihat persoalan klasik suatu medan dari saluran transmisi, dengan sudut pandang yang agak lebih dari sekedar sebuah rangkaian. Dari dasar teori medan, telah kita ketahui bersama bah%a akan terdapat hubungan anatara medan listrik dan medan magnit, dengan tegangan dan arus seperti ditunjukkan pada gambar *.(a).
: B
/
rah rambat +.:.$
i (a)
(b)
,am$ar 1.2. +elombang Berjalan pada
Saluran Transmisi dari ka%at terbuka
Dari sudut pandang ini, kita melihat bah%a medan listrik dan medan magnit tampak berjalan bersama pada kecepatan yang sama dalam medium. Sehingga ka%at hanya akan membimbing gelombang dalam arah tertentu. +ambar dari medan listrik dan medan magnit jika dilihat secara melintang dari ujung"ujung ka%at ditunjukkan dalam ganbar *.(b). +elombang seperti itu, mempunyai ciri tidak ada medan listrik dan medan magnit dalam arah rambatan gelombang. $ode seperti ini disebut mode T:$ ( transerse eletri and ma&neti),
yaitu medan listrik dan medan magnit yang melintang dari arah
rambatan. pabila medan listrik saja yang melintang dari arah rambatan, maka mode seperti ini disebut mode T: ( transerse eletri). Dan apabila medan magnitnya saja yang melintang dari arah rambatan, maka mode ini disebut mode
4 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
T$ (transerse ma&neti). $ode T: dan T$ akan dapat terjadi didalam suatu pipa berongga pemandu gelombang (%aeguide), seperti pada gambar *..
F /
:
#
# F (a)
(b)
Bumbung +elombang Bentuk Persegi Silinder (mode T:) ,am$ar 1.*. Bentuk
Bumbung +elombang Bentuk (mode T$) +elombang Terbimbing
1.4 Terminasi dan Reflesi
'ika suatu sumber (generator) mengirimkan gelombang ke beban melalui suatu saluran transmisi, maka akan terjadi dua kemungkinan pada saat gelombang tersebut sampai pada beban, yaitu diterminasi di beban atau dire(leksi (dipantulkan) lagi oleh beban ke sumber. Bila impedansi beban tepat sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka seluruh gelombang yang datang ke beban itu akan diserap seluruhnya oleh beban. Tetapi bila impedansi beban tidak sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka sebagian atau seluruh gelombang tersebut yang datang ke beban itu akan dipantulkan menuju sumbernya semula. Besarnya sinyal yang kembali menuju sumber ini tergantung pada bagaimana ketidaksamaan antara impedansi karakteristik saluran terhadap impedansi beban. Perbandingan leel tegangan yang datang menuju beban dan yang kembali ke sumbernya la7im disebut koefisien refleksi dan dinyatakan dengan simbol Γ . /arga koefisien refleksi ini dapat
@ Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
berariasi antara 5 (tanpa pantulan) sampai *, yang berarti sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. 5 re(leksi
Γ 0
5 ma%
(tanpa satuan)
(*.@) /ubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban dapat ditulis ) L
Γ 0 Dimana !
) L
− ) o + ) o
(*.*5)
) o 0 impedansi karakterisitk saluran ( Ω) ) L 0 impedansi beban ( Ω)
#on!oh 1.2
Suatu saluran transmisi mempunyai ) o 0 55 Ω , ) L L 0 55 Ω, tegangan maju (tegangan yang merambat menuju beban) 5 0 *55 m<. Berapakah koefisien refleksi, tegangan yang direfleksikan serta tegangan pada beban G /a0a$
Dari persamaan (*.?) !
− ) o 55 − 55 = = 5, ) L + ) o 55 + 55 Γ 0 ) L
Sehingga tegangan refleksi dapat dicari dengan persamaan (*.>) seperti berikut ini! 5
Γ 5
0 5, *55 m< 0 5 m< Tegangan di beban dapat dihitung !
*5 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
5 L 5 5
0 *55 m< H 5 m< 0 *5 m<
Daya input (daya datang atau daya yang dikirimkan ke arah beban) dapat dihitung sebagai berikut ! (5 + )
PH 0
) o
(5,*)
0
55
0 5,5A mI Daya yang dipantulkan kembali ke arah sumber dapat pula dihitung sebagai ! $ Γ 2 . $
0 (5,) 5 5,5A mI 0 5,55 mI Sehingga daya yang diserap oleh beban adalah ! $ L $ $
0 5,5A mI J 5,55 mI 0 5,514 mI. SOA&6SOA&
*. 'elaskan yang anda ketahui tentang saluran transmisi dan berilah beberapa contoh tentang saluran transmisi yang umum digunakan dalam sistem telekomunikasi. . /itunglah cepat rambat gelombang elektromagnetik yang merambat pada medium dielektrik dengan k 0 ,A5. . /itunglah panjang gelombang di udara dari frekuensi"frekuensi berikut ini ! 1A -/7, 1> $/7, A,4 +/7, A,1 +/7. 1. langi soal , bila gelombang tersebut merambat pada bahan dielektrik dengan k 0 ,5. A. Saluran transmisi diketahui mempunyai induktansi total sebesar 5,A5 µ/ per meter dan kapasitansi 15 pC per meter. /itunglah harga impedansi karaktersitik saluran tersebut.
** Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
>. Suatu saluran transmisi dengan ) o 0 A5 Ω , ) L L 0 ?A Ω, tegangan maju 5 0 *,A5 olt. /itunglah besar koefisien refleksi, tegangan yang direfleksikan serta tegangan pada beban.
* Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
BAB 2 PRINSIP SA&7RAN TRANSMISI DAN 8A9E,7IDE
2.1 Ran"aian Ei:alen
9angkaian ekialen suatu saluran transmisi tanpa rugi"rugi ( lossless) dapat digambarkan dengan terdisrtibusinya rangkaian induktansi K *, K, K, L seri dan kapasitansi 2*, 2, 2, L paralel, seperti ditunjukkan dalam gambar .* di ba%ah. -edua macam komponen itu terdistribusi secara merata sepanjang saluran transmisi. rus yang mengalir di sepanjang saluran transmisi akan menimbulkan suatu medan magnet di sepanjang saluran, yang kemudian karena adanya medan magnet itu, maka akan timbul pula suatu tegangan induksi sebesar K.di3dt. ;nduktansi ini juga terdistribusi merata sepanjang saluran, dengan satuan /enry per meter. Sedangkan kapasitansi yang terdistribusi merata sepanjang saluran itu dapat dibayangkan sebagai kapasitansi yang timbul karena dua konduktor pada saluran transmisi letaknya sejajar satu sama lain. K*
K
;
K
; 2*
; 2
2
,am$ar 2.1. 9angkaian :kuialen
Saluran Transmisi
'ika suatu saluran transmisi dikatakan mempunyai rugi"rugi ( loss), maka selain mempunyai memiliki K dan 2, juga memiliki resistansi 9 yang seri dengan K dan konduktansi + yang paralel dengan 2. 9esistansi 9 di sini dapat digambarkan sebagai rugi"rugi konduktor sebagai bahan saluran transmisi. -oduktansi + digambarkan sebagai rugi"rugi bahan isolator ( dieletri loss) antara kedua buah ka%at penghantar pada saluran transmisi.
* Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
2.2 Saluran Transmisi Be$an Sesuai 'Ma!;h(
Suatu saluran transmisi tanpa rugi"rugi ( lossless) jika pada ujung beban dipasang beban dengan impedansi L yang harganya sama dengan impedansi karakteristik saluran ) o, maka gelombang dari sumber ( &enerator ) yang dikirimkan ke beban tidak akan dipantulkan oleh beban. Dengan kata lain, semua energi yang dikirimkan oleh sumber ke baban semuanya diserap oleh beban. Sebagai contoh saluran transmisi dengan beban sesuai ( mat") dapat dilihat pada gambar . di ba%ah ini : 0 A5
*55 <
5 inpt
Ω
) 0 0
A5 Ω
Ω
L 0 A5
Ω
(a) s 0 A5 Ω *55 <
) 0 0 A5
(b) A5 <
Ω
+elombang berjalan Iaktu (c)
*
+elombang berjalan Iaktu
Panjang Kintasan (d) ,am$ar 2.2. Saluran Transmisi dengan Beban Sesuai Sumber membangkitkan gelombang sebesar *55 < dengan tahanan dalam generator s 0 A5 Ω. Sumber tersebut dihubungkan oleh suatu saluran transmisi dengan impedansi karakteristik ) o 0 A5 Ω ke suatu beban dengan impedansi L 0 A5 Ω. Bila rangkaian pada gambar .(a) diamati, maka ) o l 0 A5 Ω, sehingga
*1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
dapat dikatakan bah%a saluran transmisi dalam keadaan sesuai (mat"). Perhitungan selanjutnya dapat dilakukan sebagai berikut !
) o A5 *555 = A55 5 = A5 + A5 6 ) + s o
Sekarang gelombang yang merambat pada saluran transmisi dari sumber ke beban 5 0 5 inpt sebesar A5 < atau * 0 * inpt sebesar * . -oefisien pantul di ujung beban
Γ 0 5, sehingga tegangan pantul 5 0 5 dan arus pantul * 0 5. rtinya tidak akan terjadi gelombang pantul di ujung beban dan semua energi akan diserap oleh beban. ntuk membuktikan hal yang demikian ini, terlebih dahulu harus menghitung daya yang diserap beban sebagai berikut. Tegangan di beban 5 L dan arus di beban * L adalah !
Dari perhitungan di atas harga $ inpt 0 $ L, yang menunjukkan semua daya diserap dengan oleh baban dengan sempurna. 2.* Saluran Transmisi Be$an Tida Sesuai 'Missma!;h(
*A Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Sekarang bagaimana jika impedansi beban yang dipasang tidak sama dengan impedansi karakteristik saluran. 'a%abannya sudah jelas sebagian energi akan dipantulkan oleh beban. Sebagai contoh saluran transmisi dengan beban tidak sesuai ( missmat") dapat dilihat pada gambar . di ba%ah ini. Sumber membangkirkan gelombang *55 < dengan tahanan dalam generator s 0 A Ω. Sumber tersebut dihubungkan oleh suatu saluran transmisi dengan impedansi karakteristik ) o 0 ?A Ω ke suatu beban dengan impedansi juga L 0 *5A Ω. : 0 A
*55 <
5 inpt
Ω
) 0 0
L 0*5A
?A Ω
Ω
Ω
(a) s 0
A Ω
*55 <
) 0 0 ?A
Ω
(b) 5 0 >4, <
(c) 5 0 **,1 <
(d) ,am$ar 2.* Saluran Transmisi Beban Tak Sesuai
2ontoh di atas, bila diamati maka ) o ≠ L , dapat dikatakan bah%a saluran transmisi dalam keadaan tidak sesuai (missmat"). $aka selanjutnya dapat dianalisa sebagai berikut !
) o ?A *555 = >4,5 5 = ?A + A + 6 ) o
*> Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
-oefisien pantul di beban adalah + ) o *5A − ?A = = 5,*>? ) L + ) o *5A + ?A Γ ) L
Sekarang gelombang 5 0 5 inpt sebesar >4, < yang ditransmisikan ke baban. Pada saat sampai di beban tegangan pantul 5 adalah <" 0 Γ
?)(>4, <) 0 **,1 <. rtinya dalam saluran akan terjadi gelombang pantul **,1 < di ujung beban dan gelombang ini kembali ke sumber (generator) 2.- Saluran Transmisi Be$an
Suatu saluran transmisi tanpa rugi"rugi ( lossless) jika pada ujung beban dihubung singkat ( s"ort irit ), artinya impedansi L 0 5, maka gelombang dari sumber ( &enerator ) yang dikirimkan ke beban akan dipantulkan semuanya oleh beban. tau dengan kata lain, semua energi yang dikirimkan oleh sumber ke beban semuanya tidak ada yang diserap oleh beban. Sebagai contoh saluran transmisi dengan beban hubung singkat dapat dilihat pada gambar .1 di ba%ah ini. Sumber membangkitkan gelombang *55 < dengan tahanan dalam generator s 0 A5 Ω. Sumber tersebut dihubungkan oleh suatu saluran transmisi dengan impedansi karakteristik ) o 0 A5 Ω ke suatu beban yang dihubung singkat ( L 0 5). Dan selanjutnya dapat dianalisa sebagai berikut !
) = A5 *555 = A55 5 = A5 + A5 6 ) + : = 5 inpt 0 * 5 * *555 = * smber = A5 + A5 * inpt 0 A5 + A5 $ inpt 0
5 inpt * inpt
= ;0<
*? Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
: 0 A5
*55 <
Ω
5 inpt
) 0 0
(a) s 0
A5 Ω
Ω
A5 Ω
*55 <
) 0 0 A5
Ω
(b) A5 <
5
5
5
" A5< A5<
5
" 5
Panjang Saluran (c)
I
*
I
-
+
(d) 5 2.- Saluran Transmisi Beban /ubung Singkat ,am$ar
Sekarang gelombang 5 0 5 inpt sebesar A5 < atau * 0 * inpt sebesar * yang ditransmisikan ke baban. Besarnya koefisien pantul di beban ! − ) o 5 − ?A = = −* 6 L + ) o 5 + ?A Γ 0 6 L
*4 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Tegangan pantul <" dan arus pantul ; " di beban adalah < " 0 Γ
dan
* L * * 2-.
$aka adaya yang diserap oleh beban $ L dapat dihitung ! $ L 5 L * L 0
Dari perhitungan di atas harga 0 $ L 0 5, artinya tidak ada daya yang diserap oleh baban dan semua energi dikembalikan oleh beban ke sumber. 2.4 Saluran Transmisi Be$an Ter$ua
'ika pada ujung suatu saluran transmisi tanpa rugi"rugi ( lossless) dibuka (open irit ) , artinya impedansi L 0 ∞, maka gelombang dari sumber ( &enerator ) yang dikirimkan ke beban juga akan dipantulkan semuanya oleh beban. Sebagai contoh saluran transmisi dengan beban sesuai dapat dilihat pada gambar .A di ba%ah ini. Sumber membangkirkan gelombang *55 < dengan tahanan dalam generator s 0 A5 Ω. Sumber tersebut dihubungkan oleh suatu saluran transmisi dengan impedansi karakteristik ) o 0 A5 Ω dengan ujung dibuka, L 0 ∞. Seperti pembahasan sebelumnya ! 5 inpt 0 A5 <& * inpt 0 * , dan $ inpt 0 A5 I
*@ Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Besarnya koefisien pantul di beban ! 6 L − ) 0
Γ
6 L + ) o
=
x − 7; lim x →∞ x + 7;
=1
Tegangan pantul 5 dan arus pantul * di beban adalah 5 0 Γ 5 ;05 * 0 "Γ * 1 : 0 A5
*55 <
5 inpt
L 0 ∼ (terbuka)
Ω
) 0 0
A5 Ω
Ω
(a)
s 0
A5 Ω
*55 <
) 0 0 A5
Ω
(b) *55 < <
-
V +
V
A5
*55 < 5 <
5 5
A5 Panjang Saluran (c)
*5
*
5 "*
*
*
* *
Panjang Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta Saluran
5
(d ) ,am$ar 2.4. Saluran Transmisi jung Terbuka
Tegangan di beban 5 L dan arus di beban * L adalah ! 5 L 5 5 100 5,
dan
* L * * 0
$aka adaya yang diserap oleh beban $ L dapat dihitung ! $ L 5 L * L 0
2.= Impedasi Impu!
Suatu saluran transmisi dengan impedansi karakterisitik ) o dihubungkan dengan beban dengan impedansi ) L seperti pada gambar .>, maka impedansi terukur pada jarak l dari beban mempunyai harga tertentu. ;mpedansi ini disebut dengan impedansi inpt saluran yang disimbulkan dengan ) in in
5
K
l ,am$ar 2.= ;mpedansi ;nput
9umusan impedansi input dapat dinyatakan dengan ! in 0
) o
+ %) o tan β l ) o + %) L tan β l ) L
(.*)
* Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Dimana, β merupakan konstanta propagasi ( β 0 π⁄λ) dan panjang saluran l dinyatakan dalam panjang gelombang ( λ).
-eadaan"keadaan istime%a ditinjau dari saluran transmisi ! ) 5
*). ntuk l 0 λ31 → in 0
) L
). ntuk l 0 λ3 → in 0 K ). ntuk l 0 λ → in 0 K -eadaan"keadaan istime%a ditinjau dari beban ! *). K 0 E → in 0 E ). K 0 5 → in 0 in (sc) 0 jE tan βl
(short circuit)
). K 0 ∞ → in 0 in (oc) 0 "jE ctg βl
(open circuit)
Dari dua persamaan terakhir dapat diperoleh ! E 0 in (sc) . in (oc) #on!oh 2.1
/itunglah impedansi input dari gambar di ba%ah ini, bila diketahui ) o 0 A5 Ω, dan frekuensi kerja 0 +/7), ntuk a) K 0 5 b) K 0 ?5 Ω dan c) K 0 ? H j1
in
) o
K
11 mMuhammadiyah Yogyakarta Jurusan Teknik Elektro Universitas
/a0a$
.*5 4 π π = *5 m → β l = l = **m = ,π @ λ *5 . *5 λ 0 Dinyatakan bah%a
a). in 0 b). in 0 c). in 0
A5
A5
A5
in 0
) o
+ %) 5 tan β l ) o + %) L β l , maka !
) L
5 + % tan ,π A5
=
% >,Ω
?5 + % A5 tan ,π A5 + % ?5 tan ,π
=
(A,> − %*? )Ω
(? + % 1) + %A5 tan ,π A5 + % (? + % 1) tan ,π
= (4?, −
% >,?)Ω
2.> 9ol!a"e S!andin" 8a:e Ra!io '9S8R(
Bila saluran transmisi dengan beban tidak sesuai ( missmat"), dimana ) o ≠ L ,
dan gelombang dibangkitkan dari sumber secara kontinyu, maka dalam
saluran transmisi selain ada tegangan datang 5 juga terjadi tegangan pantul 5 . kibatnya, dalam saluran akan terjadi interferensi antara 5 dan 5 yang membentuk gelombang berdiri ( standin& wae). Suatu parameter baru yang menyatakan k%alitas saluran terhadap gelombang berdiri disebut dengan 5olta&e :tandin&
sebagai perbandingan
(atau ratio) antara tegangan rms maksimum dan minimum yang terjadi pada saluran yang tidak match, sehingga dapatlah dituliskan ! 5 maks
5:< 0
5 min
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
+
5
+
5
+ 5
−
−
− 5
−
=
0
* + Γ L * − Γ L
* + 5
5
+
=
−
* − 5
+
5
Γ L =
& dimana !
* + Γ L * − Γ L
− ) o ) L + ) o ) L
(.)
ntuk saluran yang match ( ) = ) L), dimana tidak terdapat gelombang pantul, atau 5 maks 0 5 min, atau juga Γ L 0 5, maka 5:< 0 *. Beberapa keadaan istime%a ditinjau dari beban ! ) L 0 +s"ort irit → 5:< 0 ∞
→ 5:< 0 *
) L ) = +mat"ed
) L ∞ +open irit → 5:< 0 ∞
Pada suatu saluran transmisi tanpa rugi"rugi, tegangan yang dikirim dan tegangan refleksi memiliki hubungan sebagai ! 5 Γ L5
Dengan demikian perbandingan daya yang dikirimkan dengan daya pantul adalah! 1-@-. 6/FL/A:* 1-@-. -6-' . .->?
= 0
$ − +
$
=
(5 − ) 3 6 +
(5 ) 3 6
(Γ L5 + ) 3 6 (5 + ) 3 6
= Γ L
Dari persamaan (.) dapatlah kita cari hubungan antara koefisien pantul dan 5:< sebagai berikut ! 5:<6 − *
Γ K 0 5:<6 + *
1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Dengan menggantikan harga Γ K di atas, maka perbandingan antara daya kirim dan daya pantul akan menjadi !
$=
5:<6 − * = 5:<6 + *
Ta$el 2.1 /ubungan antara
Daya 9efleksi (M) x*55 Γ 0 0
*.5 *.* *. *.A .5 .5 1.5 A.5 A.4 *5.5
5:<6 − * 5:<6 + *
5.5 5. 5.4 1.5 **.* A.5 >.5 11.1 A5.5 >>.@
Daya -irim (M) * − Γ x*55 0
C *55
*55.5 @@.4 @@. @>.5 44.@ ?A.5 >1.5 AA.> A5.5 .*
#on!oh 2.2
Suatu gelombang dengan leel puncak *55
5 maB 5 min
*5
=
45
= *,A5
#on!oh 2.*
Berapakah perbandingan gelombang berdiri (5 Ω & (b) *A5 Ω. /a0a$
(a) -oefisien pantulan adalah ) L − ) =
Γ 0
) L
+ ) =
=
1 − >5 1 + >5
= − ?
sehingga perbandingan gelombang berdiri akan menjadi sebesar ! *+
Γ
* − Γ
*+ =
*−
?
=
,A
?
(b) Besarnya koefisien pantulan adalah ! ) L − ) =
Γ 0 ) + ) L
=
=
*A5 − >5 *A5 + *>5
= ?
dan perbandingan gelombang berdiri adalah !
*+
Γ
* − Γ
*+ =
*−
?
=
,A
? >
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
BAB * TIPE SA&7RAN TRANSMISI
Di era yang semakin maju dan modern ini teknologi informasi akan semakin berkembang pesat termasuk unsur J unsur pendukung dari sistem komunikasi seperti media transmisi yang digunakan untuk menghantarkan informasi. Dimana media transmisi mengalami kemajuan dalam hal kualitas dalam menghantarkan informasi dari sumber informasi ke tujuan. ;nternet kabel menggunakan media kabel koaksial sebagai media aksesnya. salnya kabel koaksial ini hanya digunakan untuk menyalurkan signal T< saja. Signal T< ini menggunakan alokasi frekuensi >$h7 (standard =TS2) atau ? atau 4$h7 (standard PK), sehingga dalam satu kabel dapat disalurkan berpuluh siaran T<. mumnya spektrum frekuensi yang digunakan untuk signal T< berkisar antara ***$h7 " 1A5 $h7, padahal kabel koaksial ini mampu memba%a frekuensi hingga *555 $h7. Crekuensi yang tidak terpakai inilah yang kemudian digunakan untuk memba%a signal data, dan diba%a pada frekuensi AA5 $h7. Traffic yang terjadi pada pelanggan kabel modem umumnya bersifat asimetrik. Trafik do%nstream bersifat lebih besar daripada trafik upstreamnya, hal ini umum terjadi pada traffic ;nternet. Trafik do%nstream memakai besar frekuensi > $h7 dan dimodulasi dengan >1N$, sehingga band%idth yang didapat sekitar >$h7 > (banyaknya bit dlm >1N$) C:2 oerhead 0
? Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
?$bps. Band%idth sebesar ini dishared bersama"sama dengan pengguna lainnya. Sedangkan di sisi upstream, besar frekuensi yang digunakan berariasi antara 55-h7, 155, -h7, 455 -h7, *>55 -h7, dan 55 -h7. pabila 455-h7 yang digunakan maka besar band%idth yang didapat sekitar 455-h7 1 (banyaknya bit dalam NPS-) oerhead C:2 0 ?55 -bps I. Pen"er!ian.
-abel merupakan suatu media penghantar dimana umumnya data mengalir dari satu piranti rangkaian ke satu peranti rangkaian yang lain. Terdapat beberapa jenis kabel yang biasa digunakan di dalam Kocal rea =et%ork (K=). Terdapat beberapa kondisi di mana rangkaian hanya mengijinkan satu jenis kabel saja yang dapat digunakan, namun terdapat juga situasi ataupun kondisi di mana kombinasi lebih dari satu jenis kabel dibenarkan. Pemilihan jenis"jenis kabel adalah berhubungan erat dengan topologi, protokol dan ukuran rangkaian. $emahami kriteria"kriteria berbagai jenis kabel yang berlainan dan kaitannya dengan berbagai aspek lain di dalam rangkaian adalah perlu untuk perkembangan sistem rangkaian yang modern. Di an!ara +enis6+enis a$el an" di"unaan di dalan ran"aian ialah seper!i
*. -abel Berpasangan Tanpa Pelindung (nshielded T%isted Pair " TP) . -abel Berpasangan Dengan Pelindung (Shielded T%isted Pair " STP) . -abel Sepaksi (2oaial ) 1. -abel Ciber Eptik Braided ou!er ;ondu;!or Ka$el Koasial '#oa5ial(. #opper #ore
Pro!e;!i:e plas!i; ;o:erin"
4 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Insula!in" Ma!erial
,am$ar *.1. -abel -oaksial (2oaial).
-abel koaksial ini mempunyai satu ka%at tembaga yang berfungsi sebagai media penghantar elektrik yang terletak di tengah"tengah. Satu lapisan plastik berfungsi sebagai pemisah terhadap ka%at tembaga yang berada di tengah"tengah itu dengan satu lapis pintalan besi. Pintalan besi ini berfungsi sebagai penghalang terhadap gangguan dari cahaya florensen, komputer dan sebagainya. Ialaupun pengkabelan koaksial agak sulit untuk pemasangannya, namun ia sangat peka terhadap datangnya sinyal. Selain itu, ia dapat menampung pengkabelan yang lebih panjang terhadap rangkaian dengan peranti"peranti lain dibandingkan dengan kabel lapis pasangan berpintal. -abel koaksial yang tipis juga dikenal sebagai thinnet.*5Base yang berarti memiliki spesifikasi untuk fungsi kabel koaksial tipis yang dapat memba%a sinyal :thernet. ngka berarti menerangkan panjang untuk panjang maksimal yaitu 55 meter. -abel koaksial yang tipis ini adalah umumnya digunakan di dalam rangkaian yang terdapat di sekolah"sekolah. -abel koaksial yang tebal juga dikenal sebagai thicknet. *5BaseA yang berarti memiliki spesifikasi untuk fungsi kabel koaksial tebal yang dapat memba%a isyarat :thernet. ngka A me%akili panjang maksimal yaitu A55 meter. -abel koaksial ini mempunyai penutup (coer) plastik yang berfungsi sebagai penahan kelembapan dari bahan konduktor yang berada di tengah"tengah. /al ;ni menjadikan ia mampu menampung gelombang yang lebih besar terutama pada topologi linear bus. =amun begitu, kekurangan kabel ini ialah ia sangat sukar untuk dibengkokkan dan ini turut menyulitkan proses pemasangan(installasi). -abel koaksial terbagi menjadi ! *. -abel koaksial Baseband.
@ Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
. -abel koaksial Broadband.
,am$ar *.2. -abel Sepaksial (2oaial 2able A5 Ehm). Ka$el oasial Base$and
-abel koaksial memiliki perlindungan yang lebih baik dibandingkan dengan t%isted pair. da jenis kabel koaksial ! *. A5 Ehm untuk transmisi digital. . ?A Ehm untuk transmisi analog. Selain itu kabel koaksial juga memiliki noise immunity yang lebih baik di bandingkan dengan kabel t%isted pair. Sedangkan kemampuan untuk menghantarkan data yaitu sebesar * O +bps untuk panjang kurang lebih * -m Ka$el osial Broad$and
mumnya kabel jenis ini digunakan dalam dunia telepon (bekerja dengan frekuensi lebih besar dari 1 -h7). Sedangkan kegunaanya di dunia computer yaitu berfunsi sebagai penyalur sinyal analog -arena kabel jenis ini menggunakan standar ka%at teleisi maka dapat digunakan hingga 55 $/7 (1A5 $/7) dengan panjang *55 -m Broadband berarti meliputi daerah yg luas yang berarti perlu amplifier analog sebagai penguatnya. Sedangkan amplifier analog bekerjanya * arah yang berarti perlu arah pengiriman. Penam$un"an Ka$el Koasial
Penyambung yang paling sesuai digunakan dengan kabel koaksial ialah Bayone" =eil"2ouncelman (B=2). dapter yang berlainan disediakan untuk penyambung B=2 dan ini termasuk T"connector, barrel connector dan saklar.
5 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Penyambung kabel adalah piranti paling lemah bagi sesuatu rangkaian. ntuk menghindari masalah di kemudian hari dengan rangkaian, cukup menggunakan B=2 yang mudah dikaitkan dan bukan dibautkan pada kabel. II. Ka$el T0is!ed Pair
adalah ka%at tembaga yang di lilit untuk mengurangi gangguan listrik. -abel jenis ini biasanya digunakan untuk sistem telepon karena murah dan andal, dimana kabel ini dapat dipasang hingga jarak beberapa -m tanpa repeater.
,am$ar *.*. T%isted Pairs
Dimana hubungan pasangan antar kabel yaitu ! -abel * dan terhubung berpasangan dengan ujung keluaran dan > -abel dan > terhubung berpasangan dengan ujung keluaran * dan -abel 1 dan A terhubung berpasangan dengan ujung keluaran 1 dan A -abel ? dan 4 terhubung berpasangan dengan ujung keluaran ? dan 4 -abel T%isted Pair terbagi menjadi dua, yaitu ! -abel t%isted pair dengan lapisan pelindung -abel T%isted pair tanpa lapisan pelindung II.a. Ka$el T0is!ed Pair Tanpa Pelindun" '7TP(.
* Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
,am$ar *.-.
-abel T%isted Pair Tanpa Pelindung (TP)
-abel Berpasangan (T%isted Pair) hadir di dalam dua bentuk yaitu berlapis
(shielded)
dan tidak berlapis (unshielded).
-abel
Berpasanan
tidak berlapis (unshielded t%isted pair" TP) merupakan jenis kabel yang paling mudah ditemui dan umumnya digunakan pada instansi J instansi pendidikan. -ualitas kabel TP berbeda dari kabel telepon, -abel TP mempunyai empat pasang ka%at di dalamnya dan setiap pasang berpinlin dengan jumlah pilinan yang berlainan bagi setiap inci untuk membantu menyingkirkan gangguan dari pasangan ka%at yang hampir atau dari peranti bereletrik yang lain. :;3T;(:lectronic
;ndustry
ssociation3Telecommunication
;ndustry
ssociation) telah menyetadarkan mutu, dan standard TP dan memberikan lima kategori utama. Penam$un"an Ka$el Tida Belapis Berpasan"an Berpin!al ' 7nshielded T0is!ed Pair #onne;!or(
Penyambung yang paling sesuai untuk kabel berpasangan tidak berlapis ialah 9'"1A connector. 9' berarti 9egistered 'ack yang mana nama tersebut diambil dari penyambungan kabel telpon. 9'"1A connector merupakan penyambung yang dibuat dari plastik dan berguna untuk menyambung kabel telepon. Satu slot difungsikan hanya untuk penyambungan dari satu sisi saja.
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
,am$ar *.4. Penyambungan -abel Tidak Belapis Berpasangan Berpintal
( nshielded T%isted Pair 2onnector)
II.$. Ka$el T0is!ed Pair Berlapis Berpin!al
Satu kekurangan kabel TP ini ialah ia mudah terpengaruh dengan gelombang frekuensi radio dan alat elektrik yang lain. -abel berlapis pasangan berpintal ini sangat sesuai untuk daerah yang mempunyai banyak gelombang frekuensi alat elektrik. =amun begitu, banyaknya gangguan akan menjadikan kabel ini cepat rusak. -abel jenis ini sesuai digunakan pada rangkaian yang menjalankan topologi +elang Token. III. Ka$el %i$er Op!i
Euter P<2 jacket
-elar #am Streght $ember
2entral P<2 Tube
ctual Eptical Ciber
,am$ar *.=. -abel Ciber Eptik
Pendahuluan
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Perkembangan dan penerapan teknologi telekomunikasi dunia yang berkembang dengan cepat, secara langsung ataupun tidak langsung akan mempengaruhi perkembangan sistem telekomunikasi ;ndonesia. Beroperasinya satelit telekomunikasi Palapa dan kemudian pemakaian S-SE (Sistem -omunikasi Serat Eptik) di ;ndonesia merupakan bukti bah%a ;ndonesia juga mengikuti dan mempergunakan teknologi ini di bidang telekomunikasi. Tidak disangkal lagi bah%a serat optik akan memberikan kemungkinan yang lebih baik bagi jaringan telekomunikasi. Serat optik adalah salah satu media transmisi yang dapat menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dengan keandalan yang tinggi. Berlainan dengan media transmisi lainnya, maka pada serat optik gelombang pemba%anya tidak merupakan gelombang elektromagnet atau listrik, akan tetapi merupakan sinar3cahaya laser. Sistem telekomunikasi ini sebenarnya sudah diteliti sejak lama, tetapi karena banyaknya kesulitan atau hambatan yang timbul terutama di dalam usaha menghilangkan kotoran dalam pembuatan serat optik. -otoran di dalam serat optik dapat mengakibatkan rugi"rugi transmisi dan dispersi yang tidak sempurna. Sebagaimana namanya maka serat optik dibuat dari gelas silika dengan penampang berbentuk lingkaran atau bentuk"bentuk lainnya. Pembuatan serat optik dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental"cair sehingga dapat diperoleh serabut3serat gelas dengan penampang tertentu. Proses ini dikerjakan dalam keadaan bahan gelas yang panas. #ang terpenting dalam pembuatan serat optik adalah menjaga agar perbandingan relatif antara bermacam lapisan tidak berubah sebagai akibat tarikan. Proses pembungkusan seperti pemberian bahan pelindung atau proses pembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah hingga ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan pembuatan kabel biasa. Para peneliti Kucent hari -amis (435>) menemukan bah%a sehelai serat optik ternyata mampu mengirimkan informasi *5 kali lebih banyak dari yang selama ini diperkirakan. Tim di Bell Kabs mengungkapkan bah%a secara teori ternyata dimungkinkan mengirimkan sekitar *55 terabit data, atau sekitar 5 milyar e"mail satu halaman, secara simultan le%at sehelai serat optik. Sebagai pembanding, sistem optik komersial saat ini hanya mampu mengirim data di ba%ah terabit
1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
per detik. Sedangkan percobaan di laboratorium menunjukkan laju transmisi yang dapat dicapai adalah sebesar *5 Terabytes per second (Tbps). Sejauh ini para ilmu%an kesulitan menghitung seberapa besar informasi, secara teoritis, yang dapat dikirimkan melalui serat optik karena bentuk optik"nya sendiri membuat pengiriman data mudah sekali mengalami ketidakteraturan. Dalam melakukan risetnya, Bell Kaps meneliti sistem telekomunikasi yang menggunakan
%aelength diision multipleing ""suatu
teknik untuk
meningkatkan kapasitas sehelai serat"" dan memperkirakan seberapa banyak informasi yang dapat dikirim dari transmitter ke receier. $enurut Kucent, bila signal yang dikirim memiliki tenaga terlalu kecil, maka signal itu akan terganggu atau dikalahkan keramaian sistem, sebaliknya bila signal terlalu kuat, maka dia akan berbaur dan mengganggu signal lain. =amun dengan kekuatan dan panjang gelombang tertentu, para peneliti memastikan bah%a, secara teoritis, serat optik dapat mengirim *55 terabit data per detik tanpa mengalami gangguan atau mengganggu. -abel Ciber Eptik memiliki suatu inti yang dibuat daripada kaca yang terletak di tengah"tengah. ;a dikelilingi oleh beberapa lapisan bahan pelindung. ;a menghantarkan cahaya dan bukannya sinyal elektronik dan mengurangi masalah gangguan gelombang frekuensi bahan elektrik. ;ni menjadikan ia amat ideal bagi daerah yang memiliki gelombang frekuensi yang tinggi. ;a juga merupakan bahan yang paling bermutu bagi sambungkan rangkaian antara bangunan terutama kelebihannya yang tahan pada kerosakan yang disebabkan oleh suhu kelembapan dan cahaya. -abel fiber optik mampu mengantarkan sinyal di dalam daerah yang luas dibanding kabel koaksial dan T%isted pair. Serat Eptik juga mempunyai kemampuan memba%a informasi dengan jumlah yang besar. -apasitas memba%a informasi yang besar ini berarti menambah kemampuan berkomunikasi termasuk acara interaktif dan tatap muka dengan ideo (ideo conferencing). /arga kabel fiber optik berbeda jauh dibandingkan kabel tembaga namun kabel serat optic juga sulit untuk dipasang(install) dan dimodifikasi. /arus memperhatikan sudut tekukan pada saat pemasangan.
A Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
/enis /enis Ka$el Koasial Den"an Kara!eris!i A. 7n!u +enis R, !ahanan 43 ohm
$akna 9+ pada kabel koaksial yaitu tipe"tipe kabel koaksial dilihat dari keadaan fisik dan kegunaan kabel koaksial menurut merican skery Standarty $;K"2"*? .
B. 7n!u /enis R, !ahanan >4 ohm
> Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Per$andin"an a$el oasial den"an Sera! op!is Ka$el #oa5ial
Ka$el Sera! Op!i
Delay
5.55A ms3km
5.514 ms3km
-eamanan
" aman dari penyadapan " tidak dapat di jamming
" aman dari penyadapan " tidak dapat di jamming
Penambahan kanal -apasitas kanal Transmisi T< Broadcast Transmisi data mur sistem $TBC
memasang kabel memasang kabel baru baru sedang"besar sedang"besar sekali baik, tidak ekonomis baik dan ekonomis tidak dapat tidak dapat baik, tidak praktis baiksekali lebih dari A tahun lebih dari A tahun Q *5 tahun Q *5 tahun
Sis!em Komuniasi Sera! Op!i 'SKSO( A. Pendahuluan
Perkembangan dan penerapan teknologi dunia yang berkembang dengan cepat, secara langsung ataupun tidak langsung akan mempengaruhi perkembangan sistem telekomunikasi ;ndonesia. Beroperasinya satelit telekomunikasi Palapa dan kemudian pemakaian S-SE (Sistem -omunikasi Serat Eptik) di ;ndonesia merupakan bukti bah%a ;ndonesia juga mengikuti dan mempergunakan teknologi ini di bidang telekomunikasinya. Tak disangkal lagi bah%a serat optik akan mmberikan kemungkinan yang lebih baik bagi jaringan telekomunikasi. Serat optik adalah salah satu media transmisi yang mampu menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dengan keandalan yang tinggi. Berlainan dengan media transmisi lainnya, maka pada serat optik gelombang pemba%anya bukan gelombang listrik ataupun gelombang
? Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
elektromagnetik akan tetapi cahaya, baik cahaya tampak maupun cahaya tak tampak. Sistem telekomunikasi ini sebenarnya sudah diteliti sejak lama,tetapi karena banyaknya kesulitan atau hambatan yang timbul terutama didalam usaha menghilangkan kotoran dalam pembuatan serat optik. -otoran dalam serat optik dapat mengakibatkan rugi"rugi transmisi dan disperse yang tidak sempurna. Sebagaimana namanya maka serat optik dibuat dari gelas silika dengan penampang berbentuk lingkaran atau berbentuk lainnya. Pembuatan serat optic dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental cair sehingga dapat diperoleh serabut3serat gelas dengan penampang tertentu.Proses ini dikerjakan dalam keadaan bahan gelas yang panas. #ang penting dalam pembuatan serat optic adalah menjaga agar perbandingan relatifantara bermacam lapisan tidak berubah sebagai akibat tarikan.Prosespembungkusan seperti pemberian bahan pelindung atau prosespembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah hingga ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan pembuatan kabel biasa. B. Pem$ua!an sera! op!i
Serat optik dapat dibuat dari silika ( :i=2), polimer * ( $lasti =ptial Fiber, $=F ),
atau campuran keduanya. Pada dasarnya serat optik disusun oleh bagian"
bagian!
• Bagian dalam silinder yang memiliki indeks bias tinggi yaitu inti ( ore)& • Bagian tengah silinder yang memiliki indeks bias lebih rendah yaitu selimut (laddin& )&
• Bagian pelindung terluar (biasanya terbuat dari Polyurethane atau P<2), yaitu pelindung ( %aket ). ntuk serat optik umumnya diameter core berkisar *5 J >55 mikron, ketebalan cladding berkisar *A J >5 mikron, dan jaketnya berariasi antara A5 J *515 mikron. Sedangkan untuk PEC diameter keseluruhannya berkisar antara *
Polimer merupakan bahan hasil turunan dari minyak bumi. /asil jadi dari polimer antara lain karet sintetis dan plastik. 4 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
?A5 J 555 mickron. Dengan adanya perbedaan diameter tersebut membuat serat optik PEC lebih mudah ditangani daripada serat optik yang berasal dari silika.
,am$ar *.> Struktur dasar serat optik.
Pembuatan serat optik apakah menggunakan silika, plastik, ataupun kombinasi keduanya mempertimbangkan berbagai faktor seperti kualitas dan harga. PEC memiliki keuntungan pada harga yang lebih murah dan penggunaannya pada spektrum cahaya tampak. kan tetapi kelemahannya adalah besarnya rugi"rugi. Eleh karena itu PEC hanya digunakan pada jarak yang pendek. Pada aplikasinya PEC umum digunakan pada bidang medis dan instrumen industri. Dan menurut penelitian terakhir, serat jenis ini digunakan pada sistem transmisi data pada mobil. -emudian jika bahan yang digunakan adalah kaca silika maka bahan tersebut harus memiliki tingkat kemurnian yang tinggi supaya rugi"rugi cahaya yang mele%ati serat tersebut minimal. $ungkin timbul pertanyaan mengenai bagaimana kaca silika murni diperoleh, sebagaimana diketahui, bah%asanya kaca terbuat dari pasirG Bagaimana cara membuat indek bias core dan cladding berbeda, padahal berasal dari bahan yang samaG ntuk pertanyaan pertama, terdapat reaksi kimia yang dapat menerangkan cara pembuatan kaca selain dengan jalan meleburkan pasir untuk mendapatkan benih kaca yan terkandung di dalamnya. Dimulai dengan SiE 1 dan E dalam keadaan gas, kemudian digunakan panas atau katalis agar terjadi reaksi! Si2l1 H E
SiE H 2l @
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Sedangkan untuk pertanyaan kedua, ada prosedur sederhana untuk memperoleh indek bias core lebih tinggi dari cladding. Seperti kita ketahui bah%a dengan menambahkan sejumlah kecil substansi ke substansi lain akan menghasilkan perubahan atau peningkatan sifat dari substansi yang ditambahi. Dalam kasus pembuatbedaan indek bias core dan cladding ini, ditambahkan &ermanim tetra"loride
dalam %ujud gas ke dalam kaca silika murni.
+ermanium yang memiliki *4 elektron lebih banyak daripada silika bertindak sebagai dopan. Sebagai hasilnya, indek bias dari inti akan menjadi lebih tinggi. Dan untuk cladding, dari silika murni ditambahkan boron atau (lorine untuk mengurangi indek biasnya. Peningkatan perbedaan itulah yang menentukan baik tidaknya transmisi cahaya. da berbagai macam serat optik menurut mode transmisi dan profil indek bias. /al tersebut tidak akan dibahas secara detail di sini, namun pada dasarnya dalam merancang serat optik bergantung kepada kebutuhannya. Parameter" parameter seperti atenuasi, band%idth, dispersi, dan kekuatan tarik harus menjadi pertimbangan dalam perancangan tersebut. 'uga mengenai perlindungan terhadap faktor"faktor eksternal seperti kelembaban, panas, dingin, dan air harus diperhatikan. ;tulah mengapa lembaran plastik digunakan. Biasanya kabel serat optik tersebut juga harus memenuhi kebutuhan seperti fleksibilitas, ketahanan terhadap ikatan dan benturan serta ringan. Berikut diilustrasikan desain serat optik untuk menggambarkan banyaknya polimer yang digunakan dalam pembuatan serat optik. Sebagai contoh, serat optik disusun sebagai suatu sistem multilayer dimana serat pertama kali dikelilingi oleh tabung penyangga. Tabung penyangga ini biasanya berupa lapisan silikon atau epox resin yang lebih lembut dari jaket luar dan tidak memiliki fungsi optik. Kapisan ini menjaga serat dari mirobend (bengkokan mikro) karena adanya kontak fisik dengan komponen lain dalam susunan kabel.
15 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
,am$ar *.?
2ontoh desain serat optik.
Sebagai benda yang mudah putus, serat memerlukan penguat secara mekanik. Banyak bahan yang biasanya berbentuk benang 3 filamen digunakan untuk melakukan fungsi tersebut. Salah satunya adalah (iber&lass, dan dalam contoh ini dapat dilihat benang"benang fiberglass mengelilingi tabung penyangga. -arena serat optik adalah bahan yang kaku maka ditambahkan lapisan polret"ane sebagai bantalan.
'ika kabel tersebut diinginkan untuk memiliki kekuatan regang yang baik maka dapat digunakan lapisan -elar ®. Biasanya -elarR disusun dalam kabel dalam bentuk filamen 3 benang"benang halus. Kingkungan pemasangan kabel juga harus dipertimbangkan, misalnya dipasang di udara, dalam air, atau ba%ah tanah. Pertimbangan tersebut membuat penambahan lapisan luar 3 jaket menjadi sangat diperlukan. ntuk keperluan tersebut biasanya digunakan P<2 dan polret"ane. P<2 merupakan bahan yang lebih baik dari polret"ane, jika dibutuhkan ketahanan terhadap air, api, asam, alkalis, hidrokarbon, dan alkohol. Sebaliknya, polret"ane lebih
baik dari P<2 apabila dibutuhkan ketahanan terhadap abrasi,
radiasi nuklir, dan temperatur yang rendah. Proses pembuatan serat optik sendiri melalui tiga langkah dasar yaitu! pembuatan bahan dasar, penarikan serat dari bahan dasar, dan pengujian. *. Pembuatan bahan dasar
1* Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Pembuatan bahan kaca ini melalui proses yang disebut dengan
modi(ied "emial
apor deposition +C5.
,am$ar *.@
Proses $2
Dalam $2
• Silikon dan germanium bereaksi dengan oksigen, membentuk silikon dioksida (SiE) dan germanium dioksida (+eE ).
• Silikon dioksida dan germanium dioksida melebur membentuk kaca silika. /asil dari proses ini adalah kaca silika yang berbentuk batangan 3 tabung panjang sebagai bahan untuk proses selanjutnya. . Penarikan serat dari bahan dasar Setelah bahan diuji kemudian bahan tersebut dimasukkan ke menara penarikan serat untuk dibentuk menjadi serat optik.
1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
,am$ar *.13 Penarikan serat dari bahan dasar
Bahan dasar yang diperoleh dari proses sebelumnya dimasukkan ke tungku ( (rnae) grafit yang dipanasi hingga *@55 J 55 derajat 2elcius. -arena panas itu bahan ( pre(orm) meleleh dan jatuh karena tarikan graitasi. Dalam proses tersebut pula terjadi pendinginan sehingga membentuk benang dan ukuran diameter benang diukur oleh mikrometer laser. -emudian
benang tersbut
dimasukkan ke tungku pelapis pertama ( Coatin& Cp * ) untuk dilapisi dengan lapisan penyangga dan dipanaskan pada ?5 Crin& =en * . Selanjutnya serat melalui Coatin& Cp 2 dan ?5 Crin& =en 2 untuk lapisan selanjutnya. Sedangkan !raktor digunakan untuk menggulung serat optik yang dihasilkan dengan kecepatan *5 J 5 m3s. Pengujian
1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Setelah proses pembuatan serat selesai, diperlukan pengujian terhadap serat tersebut. Pengujian yang dilakukan adalah! *. -ekuatan tarik 3 rentang, setidaknya harus memenuhi *55.555 lb3in . . Profil indek bias, untuk menentukan tingkap ( apertre) numeris. . +eometri serat, yaitu mengenai keseragaman diameter core, ukuran cladding, dan diameter pelapis. 1. tenuasi, yaitu nilai pelemahan sinyal 3 cahaya dari berbagai panjang gelombang cahaya. A. -apasitas informasi yang dapat diba%a (Band%ith), jumlah sinyal yang dapat diba%a pada satu %aktu (serat multimode). >. Dispersi kromatik, penyebaran berbagai panjang gelombang saat melalui core, hal ini berpengarung pada band%idth. ?. Temperatur dan kelembaban operasi. 4. -etergantungan atenuasi terhadap temperatur. @. -emampuan untuk menyalurkan cahaya dalam air. Setelah melalui pengujian tersebut, barulah serat optik dapat digunakan sesuai rancangan penggunaannya, misalnya dalam air, di udara, ataupun dalam tanah. . Bagaimana Serat Eptik BekerjaG danya perbedaan indek bias antara core (n *) dan cladding (n) merupakan kunci utama dalam pemanduan sinar yang masuk ke serat optik.
,am$ar *.11 Perambatan sinar dalam serat optik.
11 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Seperti gambar di atas, jika ada sinar yang masuk ke core serat optik maka sebenarnya sinar tersebut akan dipantul"pantulkan oleh lapisan antara core dan cladding sehingga sinar tetap pada core. -ejadian tersebut akan terjadi jika sudut datang lebih besar dari sudut kritis. 'ika sudut datang kurang dari sudut kritis maka sinar akan dibiaskan ke cladding, kejadian tersebut membuat atenuasi yang sangat besar pada kuantitas sinar yang dile%atkan. Besarnya sudut kritis dirumuskan! ΘC = cos−*
n n*
$isalkan jika n*0*,11> dan n 0*,15 maka diperoleh sudut kritis 4,A derajat. 'ika sinar datang berasal dari udara (tidak langsung ke core) maka indek bias udara harus dilibatkan dalam perhitungan sudut kritis sinar datang dari luar 3 udara. Sudut datang luar yang dapat diterima dirumuskan!
n Θ ext = cos −* * ⋅ sin Θ C n5 -arena n50* maka melanjutkan contoh di atas diperoleh Θet0*,1 derajat. Berikut digambarkan kedatangan sinar dari berbagai sudut!
,am$ar *.12
Tanggapan lapisan core"cladding terhadap sinar dari berbagai sudut.
1. Berapa banyak sinar yang dapat dile%atkan coreG
Perlu dicatat bah%a sudut kritis pada serat optik mengacu pada sumbu serat optik, hal ini berbeda dengan fisika umum dimana pengukuran sudut bias 3 kritis diacukan pada garis normal. 1A Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Caktor"faktor dominan yang berpengaruh terhadap kemampuan tampung sinar adalah ukuran serat optik, komposisi serat optik, dan mode perambatan sinar. 'ika yang diacu adalah ukuran, maka semakin besar ukuran core maka semakin besar kemampuan tampung sinar. =amun dengan besarnya ukuran tersebut juga memba%a masalah saturasi pada penerima. kuran serat optik dinyatakan dalam diameter oreDdiameter laddin& ,
dalam satuan mikron (*5 ">). $isalnya, serat
optik A53*A, berarti diameter core A5 mikron dan diameter cladding adalah *A mikron. Berikut diilustrasikan ukuran"ukuran serat optik yang umum digunakan!
,am$ar *.1* Penampang lintang ukuran serat optik
yang umum, dalam mikron.
'ika yang diacu adalah bahan, maka yang dipertimbangkan adalah atenuasi dan harga. Serat optik yang umum dipakai adalah berasal dari kaca silika, plastik, dan $lasti Clad :ilia +$C:. Serat optik dari kaca silika memiliki atenuasi terendah tetapi paling mahal. Serat optik dari plastik memiliki atenuasi terbesar tetapi paling murah. -elemahannya adalah ketahanannya terhadap panas dan api. Serat Eptik P2S memiliki atenuasi dan harga diantara kedua macam serat sebelumnya. Sedangkan menurut mode propagasinya, serat optik dibedakan menjadi dua tipe yaitu sin&le mode dan mlti mode. ntuk mlti mode sendiri dibedakan menjadi mlti mode step index dan mlti mode &raded index. Berikut digambarkan pola propagasi sinar dalam ketiga jenis mode tersebut!
1> Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
,am$ar *.1- $acam"macam mode propagasi pada serat optik
-eterangan mode propagasi pada serat optic dari gambar diatas! Mul!i mode s!ep inde5
Pada jenis ini cahaya merambat dalam beberapa mode.kuran diameter core antara A5"A5m yang dilapisi cladding yang sangat tipis.Penyambungannya lebih mudah karena diameter core lebih besar.'enis ini hanya digunakan untuk jarak pendek. Mul!i mode "raded inde5
2ore terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki inde bias berbeda, inde bias yang tertinggi terdapat pada pusat core dan berangsur"angsur turun sampai kebatas core dan cladding.kuran diameter core antara 5">5m.2ahaya merambat karena refaraksi yang terjadi pada core, sehingga rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat.'enis ini digunakan untuk jarak menengah. Sin"lemode s!ep inde5
2ahaya merambat hanya dalam satu mode yaitu sejajar dengan sumbu serat optic.kuran diameter core antara "*5m.2ladding lebih besar dari inti(core).Digunakan untuk jarak jauh, dan mampu menyalurkan data dengan kecepatan bit rate yang tinggi. Propagasi cahaya dalam banyak mode Total mode $n meningkat dengan naiknya apentur numeric (=) 'umlah mode dapat didekati dengan $ = 0 <3 Dimana!
1? Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
V 0d = λ =[aW n* ( X)
V a
0 9adius inti
V
0 panjang gelombang operasi
=* 0indeks gas inti X
0 indeks kias relatie
Banyaknya mode kayu mengakibatkan naiknya dispersi. #on!oh
Diketahui serat optik dengan V 045 nm n* 0 *,1* n 0 *,1 diameter inti 0 A5 nm X 0 5,55?* hitung! = 'umlah mode /a0a$
*. = 0 (*,1* J *,1) Y 0 5,*>?> < 0 ( A.*5 ">) 5,*>?>
45.*5"@ 0,* . 'umlah mode $= 0 <3 0 ,*3 0A*A
2atatan $= harus integer dengn pembulatan keba%ah Ma!erial sera! op!i.
14 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Serat optic " seluruh gelas "
inti gelas, selubung plastic
"
seluruhnya plastik
Serat optic! Bahan dasar ! silica (SiE), indeks bias 0*,1A4 pada V 04A5nm $odifikasi indeks bias dicapai dengan pemberian dopant! +eE, PEA dsb. *,14 ;ndeks Bias
+a
E *,1> CEA
*,11 5
A *5 *A Penambahan dopant ( mol)
5
-eunggulan serat gelas ! absorpsi sangat rendah -elemahan ! fabrikasi sukar *555 tenuasi (db3km)
*55 *5 * 5,* *@>5
*@?5
*@55
*@@5
tenuasi 5, db3km berarti perbandingan daya setiap km diberikan oleh! 5, 0 *5 log Po3Pi Po3Pi ≈ *,5? Setiap km, daya cahaya hanya berkurang A?M ;nti gelas,selubungplastik.
1@ Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Bahan selubung!
" resin silicon,indeks bias0*,15A pada V 0 4A5nm. " Teflon C:P,indeks bias 0 *,4
-egunaan! " link jarak agak pendek (O*5m) "
2ahaya lebih efisien
"
Sumber cahaya murah dapat digunakan
Serat Plastik ntuk jarak pendek! sampai *55m = sampai 5,> Sudut penerima sampai ?5Z Diameter inti **5 J *155 m #on!oh
*. ;nti polysterene (n* 0 *,>5) Selubung methyl methacrylate (n0*,1?) = 0 5,>5 . ;nti polymethyl methacrylate (n*0*,1@) selubung copolymer = 0 5,A5 Ta$el. -arekteristik atenuasi dan band%idth pada berbagai macam serat optik.
Mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode $ulti"mode
Ma!erial
+lass +lass +lass +lass +lass +lass +lass +lass +lass +lass +lass +lass Plastic Plastic
Inde5 of Sie Refra;!ion mi;rons 'mi;rons( Profile
Step Step +raded +raded +raded +raded +raded +raded +raded +raded +raded +raded Step Step
455 4A5 4A5 4A5 *55 *55 4A5 *55 *AA5 4A5 *55 *AA5 >A5 >A5
>.A3*A >.A3*A >.A3*A A53*A >.A3*A A53*A 4A3*A 4A3*A 4A3*A *553*15 *553*15 *553*15 14A3A55 ?A3?A5
A!!en. Band0id!h dB)m M<)m
A.5 1.5 . .? 5.@ 5.? .4 5.? 5.1 .A *.A 5.@ 15 5
> > 55 >55 455 *A55 55 155 A55 55 A55 A55 A [ >45 A [ >45
A5 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
$ulti"mode $ulti"mode
Plastic P2S
Step Step
>A5 ?@5
Single"mode
+lass
Step
>A5
Single"mode Single"mode Single"mode
+lass +lass +lass
Step Step Step
4A5 *55 *AA5
@453*555 553A5 .?345 or *A A345 or *A @.3*A 4.*3*A
5 *5
A [ >45 5
*5
>55
. 5.A 5.
*555 \ \
\ Tidak dapat diukur dengan cermat, diperkirakan tak berhingga.
Kara!eris!i %i$er
*.9ugi"rugi fiber .Dispersi .Pemilihan panjang gelombang 9ugi"rugi fiber disebabkan oleh a) $aterial absorsi oleh material karena ketidak murnian b) Kight scattering karena ketidak sempurnaan material c) 9ugi"rugi belokan karena deformasi struktur dan Iae +uide Koss 0
Pout Pin
Kos] 0 *5 log
Pout Pin
(db)
:lading 2ore Pin
Pout
#on!oh
Ciber dengan panjang *55m memiliki Pin 0 *5 % dan P out 0 @ % . /itung rugi"rugi dalam db 3km. /a0a$ Pout Pin
db 0 *5 log @3*5 0 " 5,1A4 db
A* Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
db3km 0 5,1A43 5,* 0 " 1,A4 db3km rugi"rugi 0 1,A4 db3km #on!oh6;on!oh
*. Ditemukan rugi"rugi absobs absorsi M dari daya masukan ke fiber dengan panjang daya masukan ke fiber dengan panjang *5$ . /itung rugi"rugi dalam db3km 'a%ab ! *5 m
Pin
5,@? Pin 5,5 Pin
Pout Pin
(db) 0 *5 log
5,@?Pin Pin
0 " 5,* db 3 *5 m 0 " *, db3km rugi"rugi 0 *, db3km . Sistem komunikasi serat optic memiliki panjang *5 km dan rugi"rugi ,A db3km. /itung daya keluaran jika daya masukan 155 m *5 m
155 m
*5 log
Pout Pin Pout Pin
K 0 A db
P out
(db) 0 " A 0 anti log ",A 0 5,55*>
A Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
P out 0 5,55*> 155 m P out 0 *,>1 m Dispersi
Dispersi digunakan untuk menjelaskan fak pelebaran pulsa.'ika lebar pulsa input tp* , lebar pulsa tp dispersi Xt dapat didefinisikan sebagai berikut! Xt 0 U (tp^ " tp*^ ) Dispersi diukur dalam unit %aktu umumnya orde monoseconds ( *5 "@ s) atau pikoscon (*5 "* s) Total dispersi dari fiber tergantung kepada panjang , file yang panjang akan menyebabkan pelebaran pulsa yang lebih panjang. 'ika dalam pabrikasi disebutkan disperse kesatuan panjang ( s3km )maka dapat dihitung disperse total Xt 0 K ( disperse 3 km ) dimana! Xt 0 disperse fiber K 0 panjang fiber Dispersi terbagi dalam dua kategori ! *.Dispersi ;ntermodal
• Dispersi yang disebabkan oleh delay perbedaan antar mode • Iaktu perjalanan untuk mode nol Tdo 0
K c3nl
0
Kn* c
ß"""
delay propagasi minimum
dimana ! K 0 panjang fiber n *0 indeks bias inti c 0 kecepatan cahaya c3n*0 -al cahaya dalam fiber 8a!u per+alanan u+n!u mode ri!is
A Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Td;
K32osθ c c3n*
=
K × n* 2os_ c × c
ß"""
delay propagasi maksimum
dimana sin `c 0 cos c 0 n 3 n* maka Xt 0 tdc J tdo 0 ( K n* )3c ) ( n* " n ) 3 n W ntuk X * dimana X 0
n* − n n*
Didapat Xt 0 (K n* 3 c) X dengan menggunakan = Xt 0 K (=)^W 3 (n*c) #. Sis!em /arin"an
Serat optik digunakan untuk menggantikan jenis penghantar data yang lain. Eleh karena itu serat optik dapat digunakan untuk transmisi data, dengan berbagai topologi jaringan seperti star, ring, dan bus. Struktur dasar penggunaan serat optik dalam komunikasi end"to"end ditunjukkan gambar berikut!
,am$ar*.14 $odel pemakaian serat optik sederhana.
Pada pemancar (transmitter ) diperlukan pengubah isyarat listrik ke isyarat cahaya, sedangkan pada penerima ( reeier ) diperlukan pengubah dari isyarat cahaya ke isyarat listrik. Pada transmisi jarak jauh, digunakan repeater untuk menguatkan kembali sinyal 3 sinar yang lemah karena rugi"rugi transmisi. Dalam repeater itupun terjadi pengubahan ke bentuk isyarat listrik untuk dikuatkan, karena penguatan cahaya tidak dapat dilakukan. A1 Jurusan Teknik Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Muhammadiyah Yogyakarta Yogyakarta
-arena kemampuan tampung sinyal oleh serat optik sangat besar maka seringkali serat optik digunakan untuk menggantikan beberapa kabel untuk akses dari satu tempat ke tempat lain dengan cara mltiplexin&.
,am$ar *.1= Pemaksimalan band%idth serat optik
dengan mltiple aess.
D. Keun!un"an dan Keru"ian A!as Pemaaian Sera! Op!i
-euntungan atas pemakaian serat optik antara lain! *. $empunya $empunyaii lebar pita frekuen frekuensi si (band%idt (band%idth) h) yang yang lebar, lebar, sehingga sehingga jumlah jumlah informasi yang diba%a akan lebih banyak. . Dapat Dapat mentra mentransm nsmisi isikan kan sinyal sinyal digita digitall dengan dengan kecepat kecepatan an data data yang yang sangat sangat tinggi dari beberapa $bit3s sampai dengan +bit3s. . -ebal terhadap terhadap interferensi interferensi gelomb gelombang ang elektromag elektromagnetik, netik, seperti seperti ganggu gangguan an petir, transmisi 9C, dan sentakan elektromagnetik yang disebabkan oleh ledakan benda. 1. $emiliki $emiliki redaman redaman yang yang sangat kecil kecil dibandin dibandingkan gkan dengan dengan kabel kabel tembaga. tembaga. A. Serat optik optik memilik memilikii ukuran ukuran fisik fisik yang yang relatif relatif kecil dan dan ringan. ringan. >. Serat optik optik terbuat terbuat dari bahan bahan yang yang tidak mengha menghantarkan ntarkan listrik listrik,, sehingga sehingga resiko hubungan pendek arus listrik yang mengakibatkan kebakaran tidak terjadi.
AA Jurusan Teknik Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Muhammadiyah Yogyakarta Yogyakarta
-erugian atas pemakaian serat optik! *. Serat optik optik tidak tidak dapat dapat menyalurkan menyalurkan energi energi listrik listrik,, sehingga sehingga repeater repeater harus harus melakukan pengubahan dari besaran optis ke besaran elektris baru dapat menguatkan sinyal dan kemudian harus mengubahnya kembali ke besaran optis. . -are -arena na umum umumny nyaa yang dipa dipanc ncar arka kann adal adalah ah sina sinarr infra infra merah merah deng dengan an intensitas tertentu jika mengenai mata dapat merusak mata. . -onstr -onstruks uksii serat serat optik optik cukup cukup lema lemahh 3 rapuh. rapuh.
E. Kesimpulan
*. Pada dasarnya serat optik tersusun atas tiga lapisan yaitu i. 2ore (inti) ii. ii. 2lad 2laddi ding ng (pel (pelin indu dung ng)) iii. iii. 2oat 2oat (jake jaket) t) . 'enis serat optik menurut mode rambatan sinarnya adalah i. i. Sin Single gle mo mode . $ulti $ulti mode mode,, terbag terbagii dalam dalam dua dua macam macam *. multi multi mode mode step step inde inde . multi multi mode mode grad graded ed inde inde
.-eun .-euntun tungan gan terbesa terbesarr dengan dengan pemaka pemakaian ian serat serat optik optik adalah adalah besarn besarnya ya band%idth yang tersedia dan kecilnya atenuasi selama perambatan sinyal.
A> Jurusan Teknik Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Muhammadiyah Yogyakarta Yogyakarta
BAB SMIT< #
Pendahuluan
$etode +rafis la7im digunakan pada pemecahan persoalan transmisi, karena munculnya bilangan kompleks sering mengakibatkan perhitungan menjadi lama dan sulit. Dengan metode grafis diharapkan kelambanan dan kesulitan perhitungan dapat jauh dikurangi dengan ketelitian hasil yang cukup memadai, yaitu dengan mengunakan chart saluran transmisi yang paling popular adalah dengan mengunakan smith char. Smith 2hart pada dasarnya merupakan kumpulan kura"kura untuk resistansi konstans yang dapat menyatakan impedansi beban, impedansi input, bahkan impedansi pada tiap titik pada saluran tersebut, dinyatakan dalam fraksi3pecahan panjang gelombang relatie terhadap tempat terjadinya tegangan masimum atau titik tegangan minimum. 'uga dapat dengan mudah diturunkan ]] dan
A? Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Ma!;hin" impedan;e
Sebuah system saluran transmisi direfresentasikan oleh gambar berikut !
Syarat agar tak terjadi gelombang pantul atau gelombang tegak (standing %ae) maka impedansi karakteristik saluran haruslah setara dengan nilai impedansi beban (adanya matching impedance). 9 s H jFs 0 9 K " jFK
Dia"ram Smi!h
Diagram smith merupakan grafik 0 f (o,r) pada sumbu r tegak lurus sumbu i.
Bagaimana melukis Diagram smith G
A4 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Sebuah system saluran transmisi!
-oefisien pantul pada titik beban, jika beban K dihubungkan dengan saluran yang mempunyai karakteristik 5 & 5re(l
Γ L =
5in
=
) 5 − ) L ) 5 + ) L
= Γr + Γi
-arena harga atau nilai dari komponen pasif itu tidak tetap maka impedansi komponen biasanya dinormalisasikan. # =
) L ) 5
=
6 + % ) 5
= r + %x
(pers.*)
( ) 5 − ) L ) 3 ) 5 ) − * r + %x − * = = ( ) 5 + ) L ) 3 ) 5 ) + * r + %x + *
(pers.)
Sehingga koefisien pantul !
Γ L = Γr + Γi =
) 5 − ) L ) 5 + ) L
=
dari persamaan * dan diperoleh &
A@ Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
) = r + %x =
* + Γ L * − Γ L
=
* + Γ r + Γ i * − Γ r + Γ i
dari persamaan ini dengan memisahkan harga normalisasi resistansi dan reaktansi, maka diperoleh !
-
Bagian 9eal & * − Γr − Γi r = (* − Γr ) + Γi
-
Bagian ;majiner & x =
.Γ i
(* − Γ r ) + Γ i
$anipulasi terhap persamaan diatas (bagian real dan bagian imajiner) akan menghasilkan bentuk yang menyatakan sifat kura"kura dalam koordinat rektanguler"komplek dengan sumbu"sumbu r dan i. 1(. Ba"ian real
* − Γr − Γi r = (* − Γr ) + Γi
;ni adalah persamaan lingkaran dalam system koordinat r,i dimana
>5 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Berpusat dititik !
r ,5 * + r
Dan Berradius ! *3(* H r). Sebagai contoh ! -
-
jika r 0 5 maka lingkaran mempunyai radius 0 * dengan pusat (r,i)
0 (5,5). ;ni sesuai dengan sifat pembebanan reaktif murni yang menyebabkan koefisien pantul 0 *. -
-
'ika r 0 55 , maka lingkaran mempunyai radius 0 5 dengan pusat (r,i)
0 (*,5). ;ni sesuai dengan sifat beban terbuka yang menyebabkan koefisien pantul ]] 0 5. -
-
'ika r 0 * , maka lingkaran mempunyai radius 0 *3 dengan pusat
(r,i) 0 (*3,5). -
-
Dan seterusnya.
Diperoleh pola kurpa !
2(. Ba"ian ima+iner. x =
.Γ i
(* − Γ r ) + Γ i
>* Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Persamaan lingkaran dalam system koordinat r,i dimana& Berpusat dititik
! (*,*3)
Berradius
! *3
Sebagai contoh & -
'ika 0 5, $aka radius 0 55 dan pusatnya (r,i) 0 (*, 55). $embentuk garis lurus yang euialent dengan sumbu r.
-
'ika 0 55, maka radius 0 5 dan pusatnya (r,i) 0 (*,5).
-
'ika 0 *, $aka radius 0 * dan pusatnya (r,i) 0 (*,*). Simetris terhadap sumbu r untuk 0 *.
-
Dan seterusnya.
> Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Pada kura"kura, r 0 konstan dan 0 konstans kemudian digabungkan sehingga dapat menyatakan sembarang harga"harga K K ternormalisasi terhadap 5W dan in in ternormalisasi terhadap 5) disepanjang saluran yaitu pada suatu titik potong antara sumbu r 0 constant dengan suatu 0 constant.
Peta Smiht 9S8R
Pada smith chart disediakan pula skala khusus
*+ ] Γ ] *− ] Γ ]
5:<6 =
] ( rin. 6o ) + 6o ] + ] ( rin. 6o ) + 6o ] ] ( rin. 6o ) + 6o ] − ] ( rin. 6o ) − 6o ]
'ika rin * atau rin 9o, maka
rin 0 in 0 =ilai impedansi masukan bagian 9eal.
-
9o 0 o 0 nilai impedansi saluran bagian real. >
Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Smith 2hart juga dapat dipergunakan sebagai chart admitansi, biasanya dalam penyelesaian persoalan praktis untuk analisis rangkain 3 hubungan" hubungan pararel agar lebih mudah. Dibandingkan kegunaanya sebagai chart impedansi. nalogi dan perbedaannya sebagai chart acmitansi ! -
admitansi ternormalisasi ! y 0 *37 0 #3#o 0 *3(rHj) 0 g H 'b
-
lingkaran r 0 constant """"" à g 0 constant lingkaran F 0 constant """" à b 0 constant
-
untuk dan sudut yang terbaca diskala pingiran chart harus ditambah dengan *455
A!uran a!uran Pe!a smi!h
a. turan lingkaran. "
+aris mendatar yang melalui pusat (centrum) *.5 menyatakan nilai resistansi =ormalisasi (935) atau -onduktasi =ormalisasi ( +3#5).
"
Separuh lingkaran diatas garis menyatakan nilai reaktansi induktif normalisasi ( H'F35 ) atau suseptansi induktif normalisasi ( H'B3#5 ). Separuh lingkaran diba%ah garis menyatakan nilai rekatansi kapasitif =ormalisasi ( "'F35 ) atau nilai suseptansi -apasitif normalisasi ( "'B35 ).
"
'ika yang diketahui adalah impedans masukan saluran transmisi (i) maka untuk mencari impedans beban (B) harus diperhatikan lingkaran paling luar dengan skala yang ada didalam lingkaran yang pembacaannya berla%anan arah dengan jarum jam, yang diistilahkan panjang gelombang menuju beban. Sebaliknya jika yang diketahui adalah impedans beban (B) maka untuk mencari impedans masukan (i) diperhatikan lingkaran paling luar dengan skala paling luar, pembacaanya mengikuti arah arum jam, yang diistilahkan panjjang beban menuju generator.
"
Kingkaran yang paling dalam menyatakan koepisien sudut pantul yang dinyatakan dalam derajat.
b. turan skala garis. >1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
"
skala sebelah kanan menyangkut angka"angka pantulan koepisien pantul (atas), bagiaan ba%ah menyangkut nilai rugi"rugi pantulan.
"
Skala disebelah kiri, menyangkut masalah gelombang tegak (SI9) bagian ba%ah, sedangkan bagian atas menyangkut masalah rugi"rugi trasmisi.
c. Skala derajat pada lingkaran dengan r 0 5 pada peta smith mengambarkan nilai koefisien sudut pantul (). d. Penentuan =ilai
"
-oefisien pantul (k), dalam penentuan suatu s%r disuatu titik dapat mengambil jarak radial antara titik in pada chart dengan 0 r 0 * (titik pusat chart) kemudian menyelesaikan jarak tersebut. Dari titik s%r tersebut ditarik garis lurus keba%ah hingga memotong ruler koefisien pantul. Pertemuan titik potong tersebut merupakan nilai koefisien pantul.
2ontoh Soal! *. Panjang saluran transmisi 41,@> o #o 0 5,5 siemens #B 0 (5,5 H j5,51) siemens Tentukan ! a) #i b) i 'a%ab! a) #i (normalisasi) 0 5,1A " j5,AA #i 0 (5,1A J j 5,AA) 5, siemens 0 5,55@ J j5,5**) siemens b) i (normalisasi) 0 5,@ H j*,* 0 (5,@ H j*,*)
* #o
0 (5,@Hj *,*)
* 5,5
0 (1A H jAA) Ω
>A Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
. Suatu Proyek pembangunan jaringan telepon yang membentangkan saluran koaksial sepanjang *A -m. -abel koaksial yang digunakan mempunyai nilai mm, sedangkan diameter dalam mempunyai ukuran ,5@ mm dengan konstanta dielektrik *,>. 'ika redaman sebesar 5,55A %att3-m. Tentukan! a) Daya sumber b) Daya beban 'a%ab Diketahui! mm d 0 ,5@ mm k 0 *,> ` 0 5,55A %att3-m o 0 0
*4 k
log
1 d
*4
=
*,>
*4 log ,4? *,>
log
>.*5 − ,5@.*5 −
= *5@,A ×
5,1A?
0 A5,5A Ehm λ
=
4 (
× 5( =
norm =
.*54 .*5
*A.*5 −
B(norm) 0
5,4.*5A 6 + >x )o
× 5,4 = 5,4.*5 −A
5,*4?Aλ =
1A5 + > 5 A5,5A
= 4,@Ω
i(norm) 0 5,*A J j 5,1* i 0 (5,*A J j 5,1*) A5,5A 0 >,> J j 5,A Ehm
5 s *A >,> 5,54? 6i = = Ps 0 ; .90 Iatt 6d )i 55 * , 1A + +
>> Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Dari Peta smith diperoleh SI9 0 @ @0
* + k maka diperoleh nilai k 0 5,4 * − k
i 0
>,>
− ( % 5,A) = *,1AΩ
Sehingga P b 0 Ps (*"k )e "`l 0 5,54?(*"5,4) 0 4,4@@ mIatt
e −.5 , 55A.*5
− .*A.*5
. Diketahui panjang saluran 0 *5,@>o o 0 5,55 Ehm dmitansi masukan (#i) 0 (5,55?> J j 5,555>>) siemens Tentukan a) #B b) B 'a%ab! *
#o 0 )
o
=
* 5,55
=
5,55 siemens
=ormalisasi panjang saluran! #i (norm) 0
@ i @ =
=
*5,@>o >5
5,55?> − % 5,555>> 5,55
=
5,> o
= , − % 5, siemens
#B (norm) 0 (5,AA J % 5,1*) siemens & dari persamaan #B 0 #B(norm).#o $aka diperoleh #B 0 (5,AA J % 5,1*). 5,55 0 (5,55*4*A J % 5,55*A) siemens B(norm) 0 bertolak belakang *45o dengan #B(norm), maka diperoleh B(norm) 0 *,*4 H j 5,4A B 0 B(norm) . E 0 (*,*4 H % 5,4A) . 5,55 B 0 (A?,A4 H % A?,A4) Ehm 1. Diketahui panjang saluran l norm 0 5,*51 λ i(norm) 0 *, H % 5,1 Ehm #i
0 (5,5*A J j 5,551*>?) siemens
Tentukan nilai #BL. G
>? Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
