ATMOSPHERIC EFFECTS ON PROPAGATION

Introduction

• Jika pancaran radio di propagasikan di ruang bebas yang tidak terdapat Atmosphere maka pancaran akan berupa garis lurus.

• Gas Atmosphere akan menyerap dan men-scatter energi lintasan radio.

3

Pengaruh Atmosphere

Butir-butir hujan memberikan redaman terhadap gelombang elektromagnetik yang

melintas.

Semakin lebat hujan maka redaman tersebut semakin besar.

(Gideon Jonatan, Rekayasa Transmisi Radio, Jilid I, 2003 )

Melalui pemahaman Fisika dan percobaan dapat dihitung seberapa besar redaman

tersebut.

Besar redaman hujan merupakan fungsi dari:

- Besar curah hujan (R dengan satuan mm/hr).

- Bentuk butiran air hujan.

- Besar frekuensi yang digunakan.

- Polarisasi gelombang yang digunakan (horizontal/vertikal).

- Jarak yang ditempuh, distribusi hujan sepanjang lintasan gelombang

1. Redaman

4

Curah hujan adalah besaran yang menyatakan tingginya kenaikan air hujan dalam suatu

wadah (yang luas permukaannya sampai ke dasarnya sama) dalam satu jam1).

Besarnya redaman karena curah hujan dapat dinyatakan dengan rumus:

(Roger L. Freeman, Telecomunication Transmission Handbook, New York, 1981. )

…………….1

…………….2

…………….3

dimana : A = redaman karena hujan dalam dB/km

R = curah hujan dalam mm/jam

r = faktor reduksi

D = panjang lintasan dalam kilometer

a dan b merupakan fungsi dari frekuensi dan polarisasi

{harga a dan b dapat dilihat pada tabel}

rDAA

Dr

RaA

eff

b

..

490

90

.

5

Koefisien Regresi dari Fungsi Frekuensi dan Polarisasi

(Sumber: Roger L. Freeman, 1987)

6

Untuk mengatasi redaman hujan ini, maka daya pancar harus dinaikkan sebesar

redaman tersebut.

Untuk mencari redaman curah hujan, langkah pertama adalah mencari besarnya

redaman, dengan menggunakan rumus pada slide sebelumnya akan didapatkan hasil

sebagai berikut:

A = a x Rb

A = 0.00175 x 50 1.308

A = 0.29 dB/km

Dari permasalahan yang ada pada diketahui bahwa curah hujan setempat adalah 50

mm/jam, panjang lintasan sejauh 39 km, frekuensi yang digunakan sebesar 6 GHz

dan polarisasi yang digunakan adalah polarisasi horizontal. Dari polarisasi ini dapat

dicari faktor regresi fungsi dari frekuensi dan polarisasi berdasarkan tabel pada slide

sebelumnya. Dari tabel akan didapatkan nilai a sebesar 0.00175 dan nilai b sebesar

1.308. Untuk mencari besarnya redaman karena hujan dapat dicari dengan cara sebagai

berikut:

7

Langkah kedua, mencari faktor reduksi dengan rumus 2 dan akan didapatkan hasil

sebagai berikut:

Langkah terakhir, mencari besarnya redaman efektif karena hujan sepanjang 39 km,

dengan rumus sebelumnya dan didapatkan hasil sebagai berikut:

Aeff = A x D x r

Aeff = 0.29 x 39 x 0.37

Aeff = 4.18 dB

37,0

)394(90

90

490

90

r

xr

Dr

8

Dari penelitian yang telah dilakukan, oksigen di atmosphere menyerap beberapa energi

dari gelombang microwave dan untungnya pelemahan yang diberikan kecil

pengaruhnya. Pelemahan yang didapat sekitar 0.01 dB/Km pada frekuensi 2 Ghz dan

naik ke 0.02 dB/km pada frekuensi 26 Ghz.

2. Absorption

9

Curah hujan juga berpengaruh pada transmisi GM terutama diatas frekuensi 10 Ghz.

Sebagai contoh pada 12 Ghz pelemahan yang dicapai hampir 10 dB/km.

Dan hujan yang sangat deras juga bisa mengakibatkan jatuhnya link (break

transmition )

3. Refraction (Pembiasan)

Refraction adalah belokan dari gelombang radio yang disebabkan salah satunya oleh

karena perubahan karakteristik dari atmosphere. Efek dari refraction menyebabkan arah

dari tembakan microwave menyimpang dari jalur line of sight (LOS) nya.

Padahal dalam komunikasi yang diinginkan adalah propagasi garis pandang atau LOS

Rata-rata kondisi atmosphere menyebabkan jalur propagasi mempunyai radius

lengkungan atau belokan sebesar 1.33 kali radius bumi yang sebenarnya.

Secara praktisnya menyebabkan panjang dari jalur propagasi bertambah rata-rata 15%

lebih panjang dibanding jalur LOS nya.

Refraktifitas

• Adalah index bias yang ditentukan sebagai rasio dari kecepatan propagasi dari gelombang radio pada ruang bebas (free space) terhadap kecepatan pada media yang ditentukan.

• Indek bias radio pada atmosphere dapat ditentukan dengan persaman:

Refraktifitas

Refraktifitas

13

Perubahan dari belokan bumi yang disebabkan oleh refraction dinyatakan dengan k-

factor, yang didefinisikan sebagai perbandingan antara radius effective dari bumi

dengan radius bumi yang sebenarnya. Radius Bumi yang sebenarnya adalah (Ref

6370 km dalam RADIO PROPAGATION TUTORIAL Copyright : © 1997

TALTEL SISTEMI Via Tempesta 2, Milano, Italy, Luigi Moreno Radio Engineering

Services)

k = effective earth radius/ true earth radius

Pada kondisi atmosfir normal, dalam perhitungan radius bumi ekuivalen

biasanya digunakan k = 4/3

Kondisi k-faktor lainnya :

k < 4/ 3 Sub- refractive Atm. Jalur dari gelombang radio teralu dekat dengan

permukaan bumi.

Nilai k yang terlalu rendah berhubungan dengan tingginya probabilitas gelombang

radio terhalangi oleh permukaan tanah.

14

k > 4/ 3 Super- refractive Atm. Jalur dari gelombang radio teralu jauh dari

permukaan bumi dan bisa memperluas interferensi yang tidak diinginkan.

Ray-beam bending for Various K-Faktor

• 𝐾 ≈𝑟

𝑟𝑜

• K = faktor radius efektif Bumi

ro = radius permukaan bumi sebenarnya

r = radius bumi efektif

Ray-beam bending for Various K-Faktor

17

18

4. Ducting

Ducting adalah peristiwa dimana terperangkapnya gelombang mikro dalam sebuah

atmosphere waveguide.

Ini biasa terjadi pada ketinggian yang rendah dengan lapisan atmosphere yang

sangat padat dan terjadi didekat atau diatas permukaan air

Ada 2 macam ducting :

1. Surface Ducts : jika batas terendah dari duct adalah permukaan bumi.

2. Elevated Ducts : jika batas terendah dari duct adalah diatas permukaan bumi.

19

TERRAIN EFFECTS

Effect yang diakibatkan dari penghalang seperti pohon dan bangunan.

Dalam propagasi gelombang mikro sangat diharapkan terjadinya suatu propagasi garis

pandang yang Line Of Sight (LOS) tanpa adanya penghalang.

Untuk mengingat kembali sebuah persamaan yang sering dipergunakan tentang Free

Space Propagations (Propagasi ruang bebas), yaitu :

FSL (Free Space Loss) = 32,45 + 20 log f (MHz) + 20 log d (km)

Dimana R dalam Km dan f dalam MHz

FSL (Free Space Loss) = 92,5 + 20 log f (GHz) + 20 log d (km)

Dimana R dalam Km dan f dalam Ghz

Hubungan antara Frekuensi, jarak dan FSL

20

21

a. Fresnel Zone

Daerah Fresnel pertama merupakan hal yang perlu diperhatikan dalam lintasan

gelombang mikro line of sight. Daerah ini diutamakan harus bebas dari halangan

pandangan (free of sight obstruction) karena bila tidak, akan menambah redaman

lintasan.

d1 d2

Tapi pada prakteknya akan sangat banyak penghalang pada sebuah komunikasi

gelombang mikro. Disini akan dibahas efek apa saja yang terjadi karena adanya

penghalang dalam propagasi gelombang mikro.

22

Gambar di slide menunjukkan dua berkas lintasan propagasi gelombang radio dari

pemancar (Tx) ke penerima (Rx), yaitu berkas lintasan langsung (direct ray) dan

berkas lintasan pantulan (reflected ray). Jika berkas lintasan pantulan mempunyai

panjang setengah kali lebih panjang dari berkas lintasan langsung dan bumi dianggap

pemantul yang sempurna (koefisien pantul = -1, yang berarti gelombang datang dan

gelombang pantul berbeda fase 180o), maka pada saat tiba di penerima akan

mempunyai fase yang berbeda dengan gelombang langsung. Hal tersebut akan

mengakibatkan terjadinya intensitas kedua gelombang pada saat mencapai antena

penerima akan saling melemahkan. Batas daerah Fresnel dapat dicari dengan rumus

sebagai berikut:

(Roger L. Freeman, Radio System Design for Telecomunications (1-100 GHz),New

York, 1987.)

Surface Refraction Februari (example)

Surface Refraction August(example)