PENGUKURAN PADA FREKUENSI TINGGGI

I. Pendahuluan

Pada frekuensi tinggi , elemen-elemen rangkaian sangat dipengaruhi

a. induktansi-induktansi sisa (residual inductance)b. Kapasitansi-kapasitansi yang tdk dikehendaki (stray

capacitance)c. Skin effect dengan bertambahnya frekuensi, harga-harga nya

berubah dengan berubahnya frekuensi.

Apabila panjang gelombang berkurang dan mendekati ukuran (dimensi) elemen, maka kerugian radiasi bertambah; sebagai contoh : Kumparan yang panjangnya mendekati panjang gelombang

akan bersifat sebagai semacam antena (antena loop).

Skin effect: apabila sebuah penghantar yang berpenampang bulat dipakai untuk mengalirkan arus AC, maka arus cenderung mengalir pada permukaan penghantar (skin) karena fluksi magnet yang ditimbulkan oleh arus.

Oleh sebab itu harga tahanan pada frek. Tinggi akan bertamabah dibanding dengan pada arus DC ataupun pada frek. Rendah……… skin effect

Oleh sebab itu elemen-elemen rangkaian yang dipakai pada frekuensi rendah umumnya tidak dapat langsung dipakai pada frekuensi tinggi tanpa ada perubahan pada alat, misalkan ukuran elemen dikecilkan atau memasukkan pengertian (konsep) konstanta-konstanta rangkaian terbagi (distributed circuit constants). Oleh sebab ini, maka pada frekuensi tinggi diperlukan rangkaian yang khusus, peralatan dan cara yang pengukuran yang khusus pula

. Hal lain yang harus diperhatikan, walaupun dapat digunakan dalam pengukuran secara umum ialah: Suatu peredam harus diletakkan antara sumber energi suatu oscillator dan rangkaian pengukuran sehingga timbulnya perbedaan impedansi yang tiba-tiba, jika ada diantaranya, tidak akan mempengaruhi sumber energi sehingga dapat menyebabkan kerusakan padanya atau ataupun kerja yang tidak stabil.

Maka dari itu ”matching” antara impedansi output dari sumber energi dengan impedansi input dari rangkaian pengukuran merupakan suatu hal yang diperlukan pada rangkaian-rangkaian frekwensi tinggi (impedance matching).

• Matching impedansi antena yaitu merupakan cara menjodohkan antara sumber (pemancar) dengan beban (penerima). Dasar pengukuran ini merupakan kebutuhan untuk sistem pengiriman sinyal; yang diumpankan ke antenna agar mendapatkan daya yang maksimal. Daya maksimal akan diperoleh jika daya yang diumpankan ke antena yang memiliki standing wave ratio (SWR) tidak ideal adalah sebesar 1,4 watt. Secara ideal SWR yang harus dicapai adalah 1. Artinya daya yang dikirim sama dengan daya yang sampai antena (beban)

Sebagai dasar teori pendukung yaitu pemahaman single side band (SSB), SWR, Sistem Antena, Sistem Modulasi (AM) dan mode transmisi (Half Duplex).

1.2. Ketentuan-ketentuan Gelombang Elektromagnetis dan klasifikasi-klasifikasi frekuensi

• Dalam hal ini yang diartikan frekwensi rendah ialah daerah frekwensi yang tidak melampaui frekwensi audio. Sedangkan frekwensi tinggi adalah daerah frekwensi di atas frekwensi audio. Dalam beberapa hal, gelombang elektromagnetis yang termasuk ke dalam daerah UHF atau SHF dinyatakan sebagai microwave. Dan dalam daerah EHF sebagai gelombang millimeter atau sub-millimeter. Satuan-satuan frekwensi yang dipakai adalah sebagai berikut :

• 1 GHz (giga Hertz) = 109 Hz.1 MHz (mega Hertz) = 106 Hz.1kHz (kilo Hertz) = 103 Hz.

1.3. Mode dari Gelombang Elektromagnetik dari Satu Wave Guide

• Frekwensi cut-off dapat ditentukan dengan membagi kecepatan cahaya dengan λc, panjang yang sesuai perubahan satu cycle mode gelombang elektromagnit dalam arah sumbu tabung dan disebut panjang wave guide,λc dan harganya :

λc = λ √1 - (λ/λc)2Diman λ adalah panjang gelombang dari gelombang elektromagnetit di ruang bebas. Dan λc adalah panjang gelomba cut-off yang didapatkan dari rumus dibawah ini.

λc = 2a √(m2) + (a/b.n)2 • Dimana a dan b adalah ukuran dari wave guide, m adalah banyaknya medan listrik

atau medan magnit yang berubah tiap setengah cycle pada sisi a dan n banyaknya perubahan pada sisi b, m dan n adalah sifat dari berbagai mode gelombang elektromagnetik

1.4. Jenis Frekuensi Meter

• Frekuensi rendah ataupun frekuensi tinggi dapat di ukur oleh alat ukur yang disebut frekwensi meter. Dan untuk mengukur frekwensi tinggi, dipakai beberapa jenis frekwensi meter diantaranya :1. Frekwensi meter jenis absorbsi2. Frekwensi meter jenis heterodyne3. Frekwensi meter jenis counter4. Metode kawat lecher5. Frekwensi meter jenis koaksial6. Frekwensi meter jenis wave guide.

1.4.1 Frekwensi Meter Jenis Absorbsi

Frekwensi meter jenis absorbsi mempunyai kesalahan pengukuran sampai beberapa % dan biasanya mudah dipakai sebagai alat pengukur frekwensi. Rangkaian resonansi yang dipergunakan adalah suatu rangkaian LC biasa bila frekwensi yang diukur dibawah 300 MHz, tapi jika yang diukur frekwensi yang lebih tinggi maka diperlukan rangkaian- rankaian resonansi yang khusus

• Gambar 1. menunjukkan frekwensi meter jenis ini. Suatu kondensator standart variabel Cs dan induktansi standard Ls membentuk suatu rangkaian resonansi yang dapat dibuat beresonansi pada frekwensi yang di ukur fx dengan mengatur Cs.

Fx = 1 2π√CsLs

Jika frekwensi meter ini ditempatkan didalam medan yang diradiasikan oleh rangkaian yang diukur,maka induktansi akan mengabsorbsi daya dan keadaan resonansi diperlihatkan oleh defleksi maksimum dari mikroamperemeter dengan mengatur Cs. Induktansi Ls dapat diubah harganya sesuai dengan daerah pengukurannya dan untuk setiap harga, hubungan antara Cs dan fx ditunjukkan oleh kurva kalibrasi.

Gambar 1 Frekwensi meter jenis penyerapan

3.4.2 Frekwensi Meter Jenis HeterodynePada frekwensi meter ini, frekwensi yang diukur dibuat heterodyne dengan output suatu ossilator frekwensi variabel yang dapat dikalibrasi dengan suatu ossilator kristal, dan hasil irama (resulting beat) dibuat nol dengan mengatur frekwensi dari ossilator frekwensi variabel untuk mendapatkan frekwensi yang diukur dari skala ossilator. Ketelitian dari frekwensi meter jenis heterodyne lebih baik dari pada frekwensi meter jenis absorpsi. Pada frekwensi meter ini harus diketahui pada frekwensi harmonis keberapa frekwensi yang diukur dibuat nol iramanya (zero beat). Untuk hal ini dapat dipakai frekwensi meter jenis absorpsi untuk mengetahui secara kira-kira besarnya frekwensi tersebut.

1.4.3 Frekwensi Counter

Frekwensi ini menunjukan ketelitian 10-7 sampai 10-8 pada frekwensi-frekwensi sampai daerah microwave, dan mudah pemakaiannya karena frekwensi dapat langsung dibaca dalam angka-angka numerik. Tetapi meter ini tidak dapat dipakai untuk pengukuran signal kecil.

1.4.4 Metoda Kawat Lecher

• Metoda ini mempergunakan dua penghantar paralel yang dihubungkan pada rangkaian output dari suatu ossilator gelombang ultra pendek seperti terlihat pada gambar 2. Distribusi tegangan pada penghantar-penghantar paralel diperlihatkan pada gambar (b). Misalkan frekwensi yang diukur fx , maka panjang gelombang adalah:

λ = 3 x 108 fxDimana 3 x 108 m/s adalah kecepatan gelombang elektromagnit dalam udara. Jadi dengan mendapatkan panjang gelombang dari distribusi tegangan pada penghantar-penghantar paralel, frekwensinya dapat ditentukan.

Gambar 2. Metode kawat laser(a)

(b)

1.4.5 Frekwensi Meter Jenis Koaksial• Untuk mengukur frekwensi dalam daerah UHF dan di atasnya, dipakai

frekwensi meter jenis koaksial. • Prinsip pengukurannya sama dengan dalam metoda kawat Lecher dan

karena digunakan gejala resonansi, maka panjang dari frekwensi meter harus minimum ½ dari panjang gelombang, yang sesuai dengan frekwensi terendah yang diukur. Oleh karena itu frekwensi meter untuk frekwensi relatif rendah menjadi terlalu panjang sehingga tidak praktis. Untuk mengatasi hal ini, dibuat suatu frekwensi meter jenis re-entrant sehingga panjang efektif berkurang dengan membuat suatu bagian kapasitip pada penghantar tengah. Tetapi dengan adanya suatu bagian kapasitip yang besar, Q adalah rendah sehingga selektivitas frekwensi adalah jelek.

• Jenis koaksial kurang baik karena harga Q biasanya rendah karena adanya • penghantar tengah. • Gambar 3. menunjukkan bentuk dari frekwensi meter jenis koaksial dan

jenis ”re-entrant”

Gambar 3. menunjukkan bentuk dari frekwensi meter jenis koaksial dan jenis ”re-entrant”

1.4.6 Frekwensi Meter Jenis Wave Guide

• Yang dikehendaki adalah suatu frekwensi meter yang mempunyai selektivitas frekwensi yang baik. Resonator jenis wave guide silinder dengan mode TE01 mempunyai hargaQ yang tinggi dan dipakai sebagai suatu frekwensi meter. Pada frekwensi meter ini, letak penghubung diatur sedemikian sehingga memberikan defleksi yang maksimum dari meter pemantul dengan mengatur suatu micrometer.

• Frekwensi dapat ditentukan dari suatu kurva kalibrasi dari pembacaan perpindahan jarak micrometer. HargaQ yang tinggi dari resonator jenis ini disebabkan karena medan listrik di dalam menjadi nol pada daerah sekitar dinding bagian dalam dari silinder. Dapat dibuat suatu celah udara diantara plat penghubung pendek yang dapat bergerak dan dinding bagian dalam dari silinder untuk menghindari ketidak-stabilan hargaQ disebabkan oleh kontak maupun bertambahnya rugi-rugi. Gambar 4. menunjukan bentuk dari suatu frekwensi meter jenis wave guide silinder yang menggunakan modeTE01.

Gambar 4. Frekwensi meter jenis rongga