komunikasi radio

7/17/2019 Komunikasi Radio

http://slidepdf.com/reader/full/komunikasi-radio-568e85e8ad742 1/62

1

BAB I

TEORI DASAR KOMUNIKASI RADIO

Tujuan khusus :

1.Menjelaskan radiasi elektromagnetik sebagai gelombang radio, perambatan gelombang

elektromagnetik, indek bias atmosfer.

2.Menjelaskan fading dan diversitas, realibility system.

3.Menghitung jarak horizontal radio serta profile chart, daerah fresnell, power link budget.

1.1 Gelombang elektromagnetik

Gelombang Radio adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetikmempunyai dua sifat:

1. Berkelakuan sebagai gelombang

2. Berkelakuan sebagai partikel-partikel (photon)

Untuk frekuensi radio, radiasi elektromagnetik sebagai model gelombang lebih sesuai dan banyak

digunakan. Gelombang elektromagnetik dapat dibangkitkan dengan berbagai cara, tetapi

kesemuanya selalu berkaitan dengan muatan listrik yang bergerak.

Gambar 1.1 Spektrum elektromagnetik

Transmisi elektromagnetik merambat di ruang sebagai gelombang transversal, gelombangelektromagnetik merambat diruang bebas dalam mode TEM (Transverse Electromagnetic) yang

terdiri medan listrik dan medan magnetik, tegak lurus satu sama lain dan keduanya tegak lurus

terhadap arah rambat gelombang.gelombang dikarakteristikkan dengan frekuensi dan panjang

gelombang. Hubungan antara intensitas medan listrik dan magnetik dapat dianalogikan

hubungan antara tegangan dan arus dalam rangkaian.



2

Gambar 1.2 Gelombang transversal

Rapat daya rambatan gelombang elektromagnetik diruang adalah jumlah daya yang mengalir

melalui satuan luasan meter persegi dari suatu permukaan yang tegak lurus terhadap arah rambat.

1.1

1.2

E merupakan kuat medan listrik, Z adalah impedansi intrinsik ruang. Sumber gelombang

elektromagnetik yang paling sederhana adalah suatu titik di ruang, dengan gelombang yang

memancar (radiasi) merata sama besar kesegala arah. Sumber ini disebut radiator isotropic,

bentuk permukaan yang ditembus oleh gelombang dengan phase sama yang berasal dari radiator

isotropis adalah berbentuk bola.



3

Gambar 1.3 Radiator isotropic

Polarisasi dari gelombang datar adalah merupakan arah dari vektor medan listrik. Polarisasi

horizontal, vektor medan listrik sejajar dengan permukaan bumi. Polarisasi vertikal, vektor

medan listrik tegak lurus dengan permukaan bumi. Polarisasi sirkular, vektor medan listrik

berputar (clock wise atau counter clock wise). Gelombang radio merambat melalui ruang bebas

dalam garis lurus dengan kecepatan cahaya. Tidak ada daya/energi yang hilang dalam ruang

bebas, tetapi terdapat redaman yang disebabkan oleh menyebarnya gelombang.

Gambar 1.4 Polarisasi sirkular

Sistem komunikasi radio identik dengan spektrum frekuensi, pembagian spektrum frekuensi

didasarkan panjang gelombang(),digunakan untuk menentukan jenis komunikasi radio yang

berbeda.

Tabel 1.1 Jenis komunikasi radio berdasar panjang gelombang

Spektrum

frekuensi Band Propagasi

30 – 300 Hz 10 Mm – 1 MmELF

Extremely Low Frequency

-Terbimbing antara

permukaan bumi dan lapisan



4

ionosfer

300 – 3000 Hz 1 Mn – 100 kmSLF

Super Low Frequency

-Terbimbing antara permukaan

bumi dan lapisan ionosfer

3 – 30 KHz 100 km – 10 kmVLF

Very Low Frequency

-Terbimbing antara permukaan

bumi dan lapisan ionosfer

30 – 300 KHz 10 km – 1 kmLF

Low Frequency

-Terbimbing antara

permukaan bumi dengan

lapisan D (ionosfer)

-Surface waves

300 – 3000 KHz 1 km – 100 mMF

Medium Frequency

-Surface waves.

-lapisan D,E,F(ionosfer)

3 – 30 MHz 100 m – 10 mHF

High Frequency

-lapisan E,F1,F2 (ionosfer)

30 – 300 MHz 10 m – 1 mVHF

Very High Frequency

-Direct wave

-Ducting lapisan troposfer

-lapisan E,F1,F2 (ionosfer)

300 – 3000 MHz 1 m – 10 cmUHF

Ultra High Frequency

-Direct wave

-Ducting lapisan troposfer

3 – 30 GHz 10 cm – 1 cmSHF

Super High Frequency-Direct wave

30 – 300 GHz 1 cm – 1 mmEHF

Extremely High Frequency

-Direct wave yang dibatasi

redaman yang tinggi

1.2 Perambatan gelombang elektromagnetik

Parameter parameter yang mempengaruhi perambatan gelombang elektromagnetik, antara lain:

-

Indek bias atmosfer

- Sifat indek bias

Indek bias atmosfer (n), lintasan gelombang elektromagnetik diudara seringkali tidak lurus,

melainkan melengkung, fenomena alamiah dari gelombang elektromagnetik ini disebabkan

adanya perubahan indek bias lapisan pada atmosfer. Indek bias atmosfer berubah dengan

berubahnya ketinggian (h) terhadap permukaan bumi. Indek bias sangat dipengaruhi

http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_wave

http://en.wikipedia.org/wiki/E_layer

http://en.wikipedia.org/wiki/F2_propagation

http://en.wikipedia.org/wiki/Line-of-sight_propagation

http://en.wikipedia.org/wiki/Line-of-sight_propagation

http://en.wikipedia.org/wiki/F2_propagation

http://en.wikipedia.org/wiki/E_layer

http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_wave



5

komponen uap air.Jika indek bias menurun dengan bertambahnya tinggi, lintasan melengkung

mendekati bumi akan tetapi jika indek bias bertambah dengan bertambahnya tinggi maka

lintasan gelombang elektromagnetik menjauhi bumi. Untuk indek bias tetap dengan

bertambahnya ketinggian maka lintasan gelombang elektromagnetik akan lurus. 1.3

merupakan permitivitas relatif

Analisa lintasan dilakukan dengan hukum snellius, sebagai berikut : 1.4

Jika mendekati 0 maka lengkungan lintasan pada gambar dibawah ini akan kontinyu

Gambar 1.5 Lintasan lengkung gelombang elektromagnetik

- Indek bias termodifikasi

Indek bias dimodifikasi (M) bertujuan untuk menganalisa perubahan indek bias terhadap

ketinggian.

1.5

M adalah indek bias dimodifikasi,

merupakan indek bias pada ketinggian h = 0, h

merupakan ketinggian dari permukaan bumi, R adalah jari jari bumi 6,37 106 m



6

Gambar 1.6 Indek bias dimodifikasi

- Karakteristik atmosfer standar

Bertujuan untuk standarisasi sifat atmosfer dan memudahkan perhitungan, atmosfer

standar memenuhi persamaan sebagai berikut : 1.6

N adalah indek bias, h merupakan ketinggian (km), n merupakan indek bias sebagai

fungsi h

- Refleksi permukaan bumi

Karakteristik propagasi gelombang dipengaruhi impedansi intrinsik medium, sedangkan

refleksi bergantung kepada sifat bahan yang dirambati gelombang dan polarisasi gelombang,

koefisien refleksi dinyatakan sebagai berikut :

koefisien refleksi polarisasi horizontal :

1.7

Koefisien refleksi polarisasi vertikal :

1.8

Dimana :



7

Gambar 1.7 Ilustrasi gelombang pantul

Untuk keadaan permukaan bumi dan keadaan udara tertentu, grafik koefisien pantul dan sudut

datang sebagai fungsi diberikan sebagai berikut :

Gambar 1.8 Koefisien pantul

Dengan asumsi jarak Tx – Rx jauh lebih panjang daripada tinggi menara, maka biasa

dianggap R EV = R EH = 1 dan

atau 180

o. Untuk suatu kondisi, sudut untuk koefisien

pantul minimum disebut sebagai sudut Brewster.

1.3 Fading dan diversitas

Fading adalah fluktuasi daya di penerima. Fading disebabkan karena perubahan kondisi kanal

propagasi selama terjadinya komunikasi, penyebab terjadinya fading umumnya adalah



8

penjumlahan gelombang medan yang melewati lintasan yang berbeda beda sehingga mengalami

perubahan kanal propagasi yang berbeda dalam hal amplitude dan fasa. Fading terdiri atas :

- Fading cepat (athmosferic multipath fading) merupakan fading berfluktuasi dengan cepat,

dianalisa secara stokastik dan memberikan suatu model kanal yang berubah terhadap

waktu.Fading cepat terdistribusi secara rayleigh atau rician.

- Fading lambat (shadowing) adalah fading berfluktuasi dengan lambat, dianalisa secara

stokastik dikaitkan dengan pathloss dan memberikan suatu model kanal yang berubah

terhadap waktu yang terdistribusi secara lognormal (lognormal fading)

Gambar 1.9 Fading

Teknik mengatasi fading, diantaranya :

-

Memberikan fading margin, sedimikian rupa sehingga level sinyal penerimaan selalu lebih besar

dari ambang batas (threshold)

- Menambahkan AGC (Automitic Gain Control) untuk stabilisasi penerimaan

- Menambahkan teknik diversitas

Diversitas

Teknik diversitas adalah teknik yang memungkinkan penerimaan ganda,diversitas dimungkinkan

karena sifat gelombang elektromagnetik yang memiliki peluang kecil dari masing masing lintasanuntuk mengalami fading secara bersamaan / simultan.Macam diversitas meliputi :

- Diversitas ruang

Antena dipisahkan oleh jarak tertentu untuk memungkinkan penerimaan ganda

- Diversitas frekuensi

Informasi dikirimkan dalam dua frekuensi carrier yang terpisah cukup jauh



9

- Diversitas polarisasi

Memanfaatkan pengiriman dengan dua macam polarisasi yang saling orthogonal atau eliptis

dengan beda fasa 90o

-

Diversitas sudut

Dengan menggunakan sudut dating yang berbeda, memerlukan antenna yang besar karena

gain harus besar

- Diversitas waktu

Pengiriman dengan waktu yang berbeda

Gambar 1.10a Diversitas ruang Gambar 1.10b Diversitas frekuensi

Jarak h dibuat sedemikian agar penerimaan A1 dan A2 memiliki korelasi yang kecil. Syarat h

adalah :

1.9

d merupakan jarak Tx dan Rx

Penerimaan rangkap diversitas dapat dilakukan dengan :

- Pemilihan penerimaan terbaik

Gambar 1.11 Sistem penerimaan terbaik



10

- Penggabungan penerimaan rangkap

Gambar 1.12 Sistem penerimaan rangkap

1.4 Realibility (Keandalan)

dimana merupakan daya terima minimum pada penerima yang akan memberikan BER

maksimum yang dipersyaratkan.

Gambar 1.13 Ilustrasi realibility

Fading margin diberikan untuk meningkatkan realibility. Pengaruh fading margin dalam

meningkatkan realibility pada komunikasi LOS

Tabel 1.1 Fading margin

Fading margin Realibility

10 dB 90%

20 dB 99%

30 dB 99,9%

40 dB 99,99%

Probabilitas outage,merupakan probabilitas kondisi dimana kondisi sistem berada pada kondisi

dibawah

Poutage = 1 – Realibility



11

1.5 Jarak horizontal radio & profile chart

- Radius efektif bumi

Tidak tepat jika dalam perencanaan menggambarkan muka bumi sebagai lengkungan dan

lintasan gelombang elektromagnetik juga sebagai lengkungan, persamaan lengkungan sebagai

berikut : 1.10

merupakan jari jari lengkungan lintasan gelombang elektromagnetik (dipengaruhi oleh

indek bias terhadap ketinggian), 25.445 km 25.000 km.

- Jari jari efektif bumi

Lengkungan lintasan gelombang elektromagnetik ditransformasikan sebagai lintasan lurus,

lengkungan muka bumi ditransformasikan lintasan lurus juga dengan membentuk lengkungan

baru dengan jari jari efektif bumi.

R eff = k R 1.11

Dimana R eff merupakan jari jari lengkung bumi hasil transformasi, k adalah faktor kelengkungan

(dipengaruhi oleh atmosfer).

1.12

Untuk atmosfer standar R = 6370 km dan = 25000 km, sehingga didapatkan :

1.13



12

Gambar 1.14 Variasi nilai k (faktor kelengkungan )

Secara praktis lapangan kebanyakan menggunakan 0,5 < k < 6

- Jarak horizontal radio

Gambar 1.15 Jarak horizontal radio

Didapatkan bahwa

Untuk ht << R didapatkan jika dt dalam satuan mil dan ht dalam satuan feet

maka didapatkan



13

Jika jarak horizontal R x = dr , maka :

√ ⌊ ⌋ 1.14

Untuk atmosfer standar (R = 6370 km, k = 4/3), didapatkan :

1.15

Gambar 1.16 Nomogram horizontal radio

Profile Chart digunakan dalam perencanaan untuk mengetahui apakah dua titik diatas permukaan

bumi terletak pada garis pandang radio dan obstacle disepanjang lintasan, u ntuk

menggambarkan garis lengkung :

1.16

Akan tetapi harus disesuaikan dengan skala (dan lebih banyak digunakan): 1.17

Dengan c (konstanta)



14

Redaman ruang bebas (free space loss) -- hubungan LOS banyak diaplikasikan untuk VHF/UHF

serta terutama gelombang mikro, keadaan perambatan rata rata dianggap sebagai gelombang

langsung. Redaman lintasan (pathloss) dianggap seolah sebagai redaman ruang bebas jika

clearance factor = 0,6. Pada clearance ini bisa dianggap bebas penghalang. 1.18

Pathloss akan berubah dari harga free space pathloss jika clearance 0,6 . Clearance Factor 0,6

sangat disukai dalam desain karena L p = Lfs untuk jenis medium pemantul apapun.

Gambar 1.17 Perubahan harga pathloss

Rugi lintasan orde -- secara umum penerima tidak hanya menerima gelombang langsung,

gelombang pantul juga sangat dominan disisi peneriman. Pemodelan gelombang langsung saja

tidak cocok, sehingga rumusan daya terima terhadap daya kirim dapat dikembangkan dengan

model friss sebagai berikut:

∑

1.19



15

merupakan PLF masing masing lintasan, n adalah jumlah lintasan pantul,

merupakan koefisien refleksi masing masing pemantul. Pengembangan model friss sangat sulit

diaplikasikan karena jumlah lintasan yang sangat banyak,sehingga mendorong pemodelan yang

lebih sederhana sebagai berikut : 1.20

d adalah jarak Tx – Rx, orde rugi lintasan

Untuk aplikasi sistem komunikasi radio biasanya 1 < < 5, pada komunikasi LOS dengan

asumsi gelombang pantul sangat signifikan pengaruhnya sering menggunakan = 4,pada kondisi

ini disebut sebagai plane earth propagation model.

1.6 Daerah Fresnel (Fresnel zone)

Teori difraksi fresnell-kirchoff awalnya dikembangkan untuk menjelaskan difraksi cahaya yang

melalui suatu celah, teori ini berdasarkan prinsip Huygens yang menyatakan bahwa taip titik

yang dilalui gelombang dapat dianggap sebagai sumbar titik gelombang, sehingga gelombang

yang dipancarkan dapat dianggap sebagai superposisi gelombang dari sumber sumber titik

tersebut.



16

Gambar 1.18 Daerah fressnel

Bidang lingkaran yang dibatasi R 1 adalah Daerah fresnell I

Bidang lingkaran yang dibatasi R 2 adalah Daerah fresnell II

Jari jari fresnell diperoleh dari konsep perbedaan fasa antara gelombang pantul dan gelombang

langsung.

|| 1.21

Dikarenakan jarak Tx – R x >> tinggi menara (ht) maka R EV = R EH = 1 dan =

1.22

Untuk >> 10 , maka , sehingga

Jari jari fresnell dapat dihitung sebagai berikut :

karena << d, maka :

akan berubah kontinyu terhadap perubahan d1 dan d2

Untuk kasus yang lebih umum d1 d2 , sehingga menjadi:



17

1.23

Untuk kondisi maksimum d1 = d2 , menjadi :

1.24

Umumnya untuk dilapangan/prakteknya, sering kali perencana/engineer memakai rumus

praktisnya :

1.25

R I merupakan jari jari fresnell (m), d1 d2 dan d merupakan jarak (m), f frekuensi (GHz)

1.26

R I merupakan jari jari fresnell (feet), d1 d2 dan d merupakan jarak (mile), f frekuensi (GHz)

Fisis jari jari fresnell dapat diartikan sebagai berikut :

- Medan yang diterima dari daerah fresnell ganjil adalah sefasa, demikian juga yang berasal

dari daerah fresnell genap.Tetapi antar keduanya berlawanan fasa.

-

Jika ada sebuah layar dengan luas tak terhingga, dilubangi sebesar daerah fresnell I, maka

penerimaan kuat medan dipenerima adalah 2 kali penerimaan kuat medan tanpa layar.

- Jika lubang diperbesar lagi seluas daerah fresnell II, maka penerimaan kuat medan di

penerima adalah nol (0).

- Pembesaran lubang dilanjutkan ,maka diperoleh penerimaan kurang dari 2

kali,mengecil,sampai 1 kali seperti tanpa layar.

- Pada lubang dengan jari jari = 0,6 jari jari fresnell I, maka kuat medan penerimaan sama

dengan kuat medan penerimaan jika tanpa layar.

- Didefinisikan Clearance Factor :

1.27

Gelombang mengalami difraksi ketika melewati penghalang yang lebih besar daripada panjang

gelombangnya. Pada frekuensi yang tinggi, penghalang akan menyebabkan redaman yang cukup

besar, sehingga dalam perencanaan mata rantai transmisi radio harus disediakan cleareance yang



18

cukup untuk mengkompensasi daerah tersebut. Daerah Fresnel ke-n adalah elipsoid yang

merupakan tempat kedudukan titik-titik pantul yang menyebabkan gelombang yang dipantulkan

oleh titik-titik tersebut berbeda jalan n kali setengah panjang gelombang dengan gelombang

langsung. Suatu lintasan gelombang radio dapat dianggap sebagai perambatan ruang bebas

apabila daerah Fresnel I bebas dari penghalang. Perubahan pembiasan atmosfer yaitu perubahan

perbandingan indek bias yang dinyatakan k, dapat terjadi setiap waktu yang mengakibatkan

keadaan garis pandang berubah. Apabila daerah Fresnel I bebas dari penghalang pada profil

lintasan yang digambarkan untuk nilai k = 4/3, maka untuk nilai k = 1, sebagian daerah Fresnel

akan terhalang. Keadaan ini memungkinkan hilangnya gelombang radio garis pandang. Pada

umumnya perubahan penambahan clearance yang optimum pada tinggi panghalang berdasarkan

pada kriteria berikut:

- 60% radius daerah Fresnel I bebas, untuk k = 4/3,

- 30% radius daerah Fresnel I bebas, untuk 0,6 < k < 1, dan

- 100% radius daerah Fresnel I bebas, untuk k yang lainnya.

Jika persyaratan hubungan garis pandang terlalu sulit untuk dikerjakan atau tidak ekonomis

sehingga daerah Fresnel I terhalang, maka redaman yang disebabkan oleh penghalang tersebut

harus diperhitungkan. Bila clearance yang diberikan di bawah nilai minimum sehingga koefisien

clearance (

) terletak pada daerah 0 < ν < 1 , maka redaman halangan merupakan fungsi

linear atas ν dan mencapai nilai maksimal 6 dB pada saat menyentuh titik tertinggi penghalang.

Di daerah yang jauh terlindungi, yakni rintangan menutup seluruh daerah Fresnel I (ν < 0), kuat

medan akan menurun berbanding terbalik terhadap ν. Dalam keadaan demikian, redaman

halangan dapat dihitung pendekatannya dari persamaan. 1.28



19

1.7 Power link budget

Power link budget merupakan perencanaan power /kuat sinyal dalam suatu link/hop sehingga

daya minimal / threshold terpenuhi, secara garis besar power link budget dapat digambarkan

sebagai berikut :

Gambar 1.19 Diagram power link budget

Keterangan : + daya pancar keluaran HPA, redaman feeder penerima, penguatan antena penerima redaman propagasi, penguatan antena pengirim, redaman feeder transmiter

fading margin,

daya minimal sistem



20

RANGKUMAN

Radiasi elektromagnetik sebagai gelombang radio mempunyai sifat sifat tertentu yang mana

harus diperhatikan terkait dengan media atmosfer sebagai mediumnya, perambatan gelombang

elektromagnetik sangat dipengaruhi indek bias di atmosfer. Sifat sifat indek bias sangat

mempengaruhi proses refleksi,refraksi, difraksi. Fading mempunyai andil besar dalam

menentukan realibilitas sistem. Perlunya diversitas untuk mengatasi adanya fading. Penentuan

jarak horizontal sangat penting terkait bumi dianggap flat atau tidak, yang nantinya terkait

dengan profile chart, daerah fresnell serta power link budget.



21

LATIHAN

1. Jelaskan sifat sifat radiasi elektromagnetik sebagai gelombang radio?

2. Jelaskan sifat sifat perubahan indek bias di atmosfer terkait dengan perambatan

gelombang?

3. Efek apa yang ditimbulkan adanya fading dan bagaimana cara mengatasinya?

4. Hitung jarak horizontal radio pada kondisi atmosfer standar, dengan tinggi transmiter 50

m dan receiver 35 m?

5. Transmiter dengan ketinggian 60 m berjarak 400 m dengan obstacle A, ketinggian

obstacle A 40 m, ketinggian receiver 50 m yang berjarak 1,1 km dari obstacle A, hitung

jari jari fresnell 1 dan clearance factornya



22

BAB II

SISTEM PROPAGASI GROUND WAVE

Tujuan khusus :

1.Menjelaskan polarisasi ground wave, analisa sommerfield, redaman permukaan, jarak numeric,

fasa

2.1 Propagasi ground wave

Ground wave / surface wave disebut juga sebagai gelombang permukaan ,menggunakan

permukaan bumi sebagai penumpu gelombang.

Gambar 2.1 Spektrum ground wave

Ground wave berpolarisasi vertikal, karena setiap polarisasi horizontal akan dihubung singkat

oleh permukaan bumi.

Gambar 2.2 Polarisasi ground wave

Permukaan bumi sebagai penumpu gelombang elektromagnetik, gelombang elektromagnetik

menginduksi muatan pada permukaan bumi, terjadi arus bolak balik. Arus bolak balik

menginduksi lagi medan EM, demikian seterusnya sehingga gelombang elektromagnetik



23

merambat bersama dengan arus. Arus listrik yang terjadi akan mengalami redaman karena

permukaan bumi bersifat sebagai kapasitor dengan rugi tertentu yang ditentukan oleh

konduktivitas, permitivitas, dan frekuensi kerja gelombang yang bersangkutan. Selain redaman

karena penyebaran daya dan absorbs (konstanta redaman), ground wave mendapatkan redaman

tambahan akibat disipasi arus pada tahanan permukaan bumi. Dengan terjadinya skin depth pada

permukaan bumi, semakin tinggi frekuensi kerja maka arus akan cenderung mengalir pada

permukaan, sehingga tahanan permukaan bumi efektif akan semakin besar. Disinilah muncul

alasan kenapa ground wave efektif untuk frekuensi rendah. Permukaan bumi tidak uniform, tetapi

tergantung pada jenis permukaanya.

Tabel 2.1 Konduktifitas dan permitivitas permukaan

2.2 Analisa sommerfield

Analisis ground wave dilakukan oleh Sommerfield dengan asumsi bumi datar. Analisis medan

yang dilakukan sommerfield berdasarkan daya yang menembus permukaan alas kerucut persegi.

Gambar 2.3 Ilustrasi sommerfield



24

Perbandingan luas 2.1

Sedangkan daya yang menembus kedua bidang luas adalah sama,WT, sehingga perbandingan

rapat daya dinyatakan sebagai berikut :

2.2

2.3 Redaman permukaan

Pengaruh redaman oleh permukaan bumi dinyatakan oleh faktor redaman A sebagai fungsi jarak

numeric = p, dan fasa = b, dinyatakan sebagai berikut :

2.3

2.4 2.5

d merupakan jarak Tx – Rx, f adalah frekuensi, merupakan konduktivitas bumi, merupakan

permitivitas relative bumi.

Kuat medan listrik ground wave pada jarak d dari pemancar dinyatakan sebagai berikut :

( ⁄ ) 2.6

merupakan kuat medan listrik ground wave pada jarak d dari pemancar, merupakan kuat

medan listrik ground wave pada jarak 1 km dari pemancar jika bumi tidak meredam, A

merupakan faktor redaman didapat dari grafik dengan menghitung p dan b terlebih dahulu.

Penentuan nilai Eo menjadi hal yang harus diperhatikan, jika daya pancar yang keluar dari antena

dipole pendek I kW (EIRP), maka pada jarak 1 km diperoleh kuat medan listrik 300 mVolt/m,

sehingga untuk sembarang antena pemancar :

⁄ 2.7

G merupakan penguatan antena terhadap dipole pendek, dengan efisiensi 100%, adalah daya

pancar masuk ke antena pemancar (kWatt), merupakan kuat medan pada jarak 1 km

(mVolt/m).

Penentuan nilai A, faktor redaman a dicari dari grafik, setelah menghitung parameter jarak

numerik p, dan fasa b.



25

- Jarak numerik, p

- Keadaan permukaan bumi umum

2.8

- Permukaan bumi konduktor yang baik

2.9

- Permukaan bumi dielektrik yang baik

2.10

- Fasa, b

2.11

( ⁄ ), merupakan konduktivitas bumi (S/m), f adalah frekuensi (Hz),

merupakan permitivitas relative (tanpa satuan)

Gambar 2.4 Grafik p terhadap A



26

P merupakan variable utama bagi penetuan A. Jika p kecil, maka A mendekati 1, sehingga bumi

tidak meredam. Jika p besar, maka A berbanding terbalik dengan jarak d, sehingga sebenarnya Eg

berbanding terbalik dengan d2. Berarti permukaan bumi sangat besar. Rumus sommerfield cukup

mendekati data eksperimental untuk jarak sampai dengan , bahkan kesalahan

juga masih belum terlampau besar untuk jarak sampai dengan . Broadcast

dengan ground wave umumnya dapat mencapai jarak puluhan kilometer.

Gambar 2.5 Kelengkungan bumi untuk berbagai permukaan bumi



27

Gambar 2.6 Kelengkungan bumi untuk permukaan air laut

Jika digunakan bermacam macam antena, maka daya efektif yang keluar antena 1 kW, akan

diperoleh kuat medan listrik tanpa redaman permukaan bumi pada jarak 1 km (E o) sebagai

berikut :

- Antena pendek vertikal s.d 0,25

300 (mV/m)

- Antena pendek vertikal 0,25 s.d 0,4 322 (mV/m)

- Antena pendek vertikal 0,4 s.d 0,6 386 (mV/m)

Komunikasi ini sangat handal dalam fluktuasi sinyal karena sifat dari permukaan bumi yang

hampir tetap untuk daerah frekuensi tertentu sampai 300 KHz (LF).Gelombang elektromagnetik

pada sistem propagasi ground wave ini tidak dapat menembus lapisan ionosfer

Gambar 2.7 Propagasi ground wave



28

Beberapa karakteristik propagasi ground wave/surface wave:

- Mengikuti contour bumi

- Dapat merambat pada jarak tertentu

-

Frekuensi sampai 2 MHz

- Ground-wave terpolarisasi vertikal

- Contoh : gelombang radio AM, komunikasi untuk navigasi, komunikasi maritim

Beberapa keuntungan dari propagasi ground wave:

- Power yang diberikan secukupnya sehingga dapat berjalan mengikuti curva bumi

- Relatif tidak terpengaruh dengan kondisi atmosfer

Kerugian pada propagasi ground wave:

- Relatif membutuhkan power transmisi yang tinggi

- Membutuhkan antena yang panjang/besar karena frekwensinya rendah

- Ground losses bervariasi terhadap terrain



29

RANGKUMAN

Propagasi ground wave efektif untuk spektrum VLF dan LF. Propagasi ground wave

menggunakan polarisasi vertikal untuk menghindari hubungan singkat dengan permukaan bumi.

Selain redaman karena penyebaran daya dan absorbsi (konstanta redaman), ground wave

mendapatkan redaman tambahan akibat disipasi arus pada tahanan permukaan bumi. Redaman

permukaan bumi dinyatakan oleh faktor redaman A sebagai fungsi jarak numeric (p) dan fasa (b).



30

LATIHAN

1. Jelaskan polarisasi pada ground wave

2. Jelaskan kenapa propagasi hanya efektif pada frekuensi rendah

3. Jelaskan analisa sommerfield

4. Faktor faktor apa saja yang mempengaruhi redaman permukaan bumi



31

BAB III

SISTEM PROPAGASI SKY WAVE

Tujuan khusus :

1.Menjelaskan lapisan ionosfer, proses ionisasi, ionosonde,MUF, FOT/OWT, LUF

3.1 Propagasi sky wave

Sky wave sering juga disebut sebagai skip wave,sering digunakan sebagai media transmisi radio

siaran internasional seperti BBC (British Broadcasting Corporation) dan VOA (Voice Of

America) untuk memancarkan siaran ke seluruh dunia. Sky wave menggunakan high frequency

pada frekuensi 3 – 30 MHz dengan batas atas dibatasi MUF (Maximum Usable Frequency).

Gambar 3.1 High frequency untuk komunikasi sky wave

Pada propagasi sky wave gelombang elektromagnetik “direfleksikan” oleh lapisan ionosfer.

Sistem propagasi ini lebih sering digunakan untuk komunikasi jarak sedang hingga jarak jauh.

Perhitungan jarak antara dua titik komunikasi dengan propagasi sky wave berdasarkan koordinat

kedua titik, sebagai berikut :

Gambar 3.2 Koordinat transmiter – receiver



32

3.1

Jarak dua titik A – B

= x 111,12 (km)

= x 69,05 (mile)

Gambar 3.3 Propagasi sky wave

Beberapa karakteristik propagasi sky wave:

- Sinyal dipantulkan dari lapisan ionofer kembali ke bumi

-

Sinyal dapat menjalar dalam beberapa lintasan, bolak-balik antara ionosfer dan permukaan bumi

- Efek pantulan disebabkan oleh refraksi, 3 – 30 MHz (HF)

- Contoh : Radio Amatir , Radio CB, Shortwave broadcasting, Military, Aircraft (long dista nce

communication), Marine radio (long distances)

Komunikasi jarak jauh pada band frekuensi tinggi, dimungkinkan karena adanya refraksi

didaerah atmosfer yang disebut ionosfer. Ionosfer merupakan bagian atmosfer yang terionisasi

oleh radiasi matahari. Lapisan ini berperan penting bagi keelektrikan atmosfer dan membentuk

batas dalam lapisan magnetosfer. Fungsi utamanya, di antara fungsi-fungsi yang dimilikinya,

adalah mempengaruhi rambatan radio ke tempat-tempat yang jauh di muka bumi..Ionosfer dibagi

menjadi tiga daerah yang disebut lapisan D, E, dan F. Ionisasi berbeda untuk ketinggian diatas

bumi yang berbeda dan dipengaruhi oleh waktu (siang-malam) dan aktivitas matahari.

http://id.wikipedia.org/wiki/Atmosfer

http://id.wikipedia.org/wiki/Ionisasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Matahari

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Keelektrikan_atmosfer&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Magnetosfer

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Rambatan_radio&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Rambatan_radio&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Magnetosfer

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Keelektrikan_atmosfer&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Matahari

http://id.wikipedia.org/wiki/Ionisasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Atmosfer



33

Gambar 3.4 Ionisasi

Proses ionisasi merupakan proses pelepasan elektron bebas dari suatu atom netral yang berubah

menjadi ion positif, dan juga proses penggabungan elektron dengan ion positif menjadi atom

netral. Ionosfer terjadi akibat perubahan atom atom gas menjadi elektron elektron dan ion ion

dalam skala besar yang disebabkan radiasi matahari,meteor,energi rekombinasi. Pemantulan

gelombang terjadi karena elektron saja yang berkelompok membentuk lapisan dengan

konsentrasi maksimum pada tengah tengah lapisan

Gambar 3.5 Susunan lapisan ionosfer



34

Gambar 3.6a Lapisan ionosfer pada atmosfer Gambar 3.6b Perubahan elektron lapisan

ionosfer siang dan malam hari

3.2 Lapisan ionosfer

Lapisan ionosfer terdiri atas :

- Lapisan D

Lapisan D akan menghilang pada saat malam hari, memantulkakn gelombang VLF,LF (3

– 300 KHz). Berada pada ketinggian 50 – 100 km, sedikit ionisasi, menyerap gelombang

MF dan HF (0,3 – 3 MHz). Konsentrasi elektron dan ion serta tinggi khayal tergantung

pada elevasi matahari.

- Lapisan E

Terletak pada ketinggian 100 – 140 km, menghilang saat malam hari, memantulkan

gelombang HF saat siang hari untuk komunikasi < 1500 km.

- Lapisan Es / E sporadis

Terletak pada ketinggian 100 – 140 km, kadang kadang terjadi 50% pada siang dan

malam, penggunaan untuk frekuensi VHF dengan jarak jauh (hamburan). Seringmenghalangi lapisan diatasnya dalam komunikasi karena frekuensi kritisnya libih tinggi.

- Lapisan F1

F1 pada ketinggian 140 – 210 km, konsentrasi elektron dan ion serta tinggi khayal

tergantung pada elevasi matahari, hanya ada pada siang hari, kadang digunakan pemantul



35

pada siang hari, gelombang yang menembus F1 kadang menembus F2 sehingga untuk

komunikasi sering terjadi absorbs yang berlebihan

- Lapisan F2

F2 terletak pada ketinggian 140 km ke atas. Ketinggian/lokasi F1 dan F2 akan berubah

ubah pada siang dan malam hari serta pada musim panas maupun musim dingin.Sebagian

besar gelombang HF untuk komunikasi jarak jauh akan dipantulkan lapisan F2 ke bumi.

Pada malam hari F1 dan F2 akan bersatu pada ketinggian sekitar 300 km.

Pada propagasi siang hari lapisan D dan E menyerap frekuensi dibawah 8 MHz, sedangkan

lapisan F memantulkan gelombang berfrekuensi 10 – 30 MHz. Propagasi malam hari lapisan D

dan E akan hilang, sedangkan lapisan F memantulkan gelombang berfrekuensi 2 – 10 MHz.

Gambar 3.7 Keberadaan lapisan D,E,F pada siang dan malam hari

Indeks bias ionosfer dapat dinyatakan secara umum sebagai berikut :

3.2

Jika tumbukan perdetik kecil dibandingkan frekuensi gelombang, maka :

3.3

N merupakan kepadatan ion ⁄ , m adalah massa partikel (ion),q adalah muatan partikel, v

adalah jumlah benturan per detik, konstanta kompleks permitivitas ionosfer

Ionosfer dapat dianggap merupakan bahan dielektrik dengan permitivitas relatif , jika N makin

padat maka indek bias akan mengecil sehingga pembiasan makin efektif. Frekuensi makin tinggi



36

maka pembiasan makin kecil. Untuk parameter kondisi tertentu yang konstan dapat didefinisikan

sebagai berikut :

[ ] 3.4

3.5

Frekuensi kritis (f c) adalah frekuensi maksimum gelombang elektromagnetik masih dipantulkan

oleh lapisan ionosfer jika sudut datang gelombang elektromagnetik pada ionosfer adalah 0o

- Jika kondisi f > f c dan indek bias < 1 bilangan real/nyata maka terjadi pembiasan biasa,

menjauhi garis normal.

- Jika kondisi f >> f c dan indek bias = 1 maka hampir tidak ada pembiasan, gelombang

elektromagnetik menembus ionosfer tanpa pembelokan

- Jika f < f c dan indek bias bernilai imajiner maka tidak terjadi penerusan gelombang

elektromagnetik, seolah olah gelombang elektromagnetik mengalami redaman sangat besar,

atau gelombang elektromagnetik dipantulkan kembali ke bumi.

Untuk propagasi gelombang elektromagnetik menembus ionosfer digunakan f > f c, sedangkan

propagasi gelombang memantul ionosfer harus menggunakan f < f c. Dengan mengambil nilai

nilai berikut:

= 9,11 10-31

kg , qe = 1,6 10-19

coulomb, o = ⁄ , ⁄

didapat rumusan praktis :

3.6

Frekuensi kritis dapat juga didapat dari hasil rekaman ionosonde.

Ionosonde (ionospheric sounding) adalah radar frekuensi tinggi (HF) yang mengirimkan pulsa

pulsa radio pendek vertikal ke ionosfer. Ionosonde merekem delay waktu antara pengirim dan

penerima pulsa.

3.7

merupakan tinggi khayal, ketinggian dimana seolah olah gelombang elektromagnetik mulai

dipantulkan kembali ke bumi.



37

Gambar 3.8 Ionosonde

3.3 Pemantulan lapisan ionosfer

Pembiasan dan pemantulan dalam ionosfer

Gambar 3.9 Pemantulan ionosfer

Dengan hukum snellius , dengan

3.8

Pada suatu ketinggian tertentu, terjadi sudut bias maksimum = 90o

, pada saat itu gelombang

elektromagnetik mulai dipantulkan kembanli ke bumi. dengan = 90o



38

[

]

3.9

f merupakan Maximum Usable Frequency (MUF) dengan

Jika sudut datang = 0o, frekuensi maksimum yang dipantulkan ionosfer pada suatu tinggi khayal

tertentu disebut frekuensi kritis, sedangkan jika sudut datang =

, frekuensi maksimum yang

dipantulkan ionosfer pada tinggi khayal tertentu disebut sebagai Maximum Usable Frequency

(MUF), jika frekunsi operasi (f ops) < MUF dan N < Nmaks dengan konstan, maka makin tinggi

frekuensi operasi maka tinggi khayal yang dicapai makin tinggi dan jarak yang di capai makin

jauh.

Gambar 3.10 Perubahan frekuensi dengan konstan

Jika frekuensi operasi (f ops) konstan dengan berubah, maka semakin besar semakin jauh

jarak yang ditempuh dan diperlukan tinggi khayal pemantul yang semakin rendah.



39

Gambar 3.11 Perubahan dengan frekuensi konstan

Untuk suatu kondisi dimana suatu sudut datang tertentu minimum dan f ops = MUF, maka jarak

di bumi yang ditempuh gelombang disebut jarak skip yang merupakan jarak minimum untuk

siskom sky wave.

Gambar 3.12 Jarak skip

Konstata propagasi ionosfer dapat dinyatakan :



40

3.10

Sehingga didapatkan

3.11

Dari persamaan diatas ,didapatkan bahwa dilapisan atmosfer :

Redaman naik jika N meningkat dikarenakan makin efektif pembiasan makin besar redaman

penyerapan. Redaman kecil untuk m besar, hal ini dikarenakan ion ion tidak berperan dalam

redaman penyerapan. Redaman mengecil jika frekuensi makin tinggi hal ini dikarenakan redaman

naik untuk frekunsi rendah.

Dalam komunikasi sky wave selalu menggunakan frekuensi operasi di bawah MUF pada suatu

sudut datang tertentu, namun juga harus lebih besar dari suatu frekuensi tertentu(LUF - LowestUseful High Frequency). LUF dipertimbangkan karena redaman absorpsi ionosfer membesar

pada frekunsi makin rendah, sehingga diperlukan daya pancar sangat besar sehingga tidak

ekonomis.

FOT = 85 % MUF, digunakan karena ionosfer yang selalu berubah sepanjang hari, sehingga

diperlukan realibilitas yang lebih baik. MUF itu sendiri sering dinyatakan sebagai frekuensi

dengan realibilility 50 %.

Critical Angle merupakan sudut vertikal maksimum yang mana menyebabkan gelombang

elektromagnetik mulai dipantulkan kembali ke bumi oleh ionosphere.



41

Gambar 3.13 Ilustrasi MUF, FOT, LUF

Secara geometris, pantulan gelombang elektromagnetik oleh ionosfer ekivalen dengan pantulan

oleh titik puncak segitiga dengan tinggi h’ (tinggi khayal).

-

Jarak dekat, bumi dianggap datar / flat

3.12

Gambar 3.14 Jarak dekat dengan permukaan bumi flat



42

- Jarak jauh

3.13

3.14

dengan , merupakan take of angle, Ro adalah jari jari bumi 6370

km.

Gambar 3.15 Jarak jauh permukaan tidak datar

Redaman propagasi pada sky wave terdiri dua macam, yaitu :

-

redaman penyebaran

- redaman penyerapan/absorbsi.

Pada lapisan D terjadi penyerapan yang besar, redaman oleh lapisan yang lain sebagai fungsi

frekuensi dan konsentrasi elektron dan molekul gas.



43

RANGKUMAN

Propagasi sky wave memanfaatkan lapisan ionosfer sebagai pemantul gelombang

elektromagnetik. Ionosfer dibagi menjadi tiga daerah yang disebut lapisan D, E, dan F.

Ionisasi akan berbeda untuk ketinggian yang berbeda dan dipengaruhi oleh waktu (siang-

malam) dan aktivitas matahari. Pada propagasi sky wave, MUF - Maximum Usable

Frequency, FOT/OWT – Optimum Working Frequenct ,LUF - Lowest Useful High

Frequency), Critical Angle , sangat berperan pada mode propagasinya.



44

LATIHAN

1. Jelaskan layer layer/lapisan lapisan pada lapisan ionosfer berserta fungsinya

2. Jelaskan proses apa yang terjadi pada lapisan ionosfer sehingga bisa memantulkan

gelombang

3. Jelaskan frekuensi kritis dan apa peranannya pada propagasi sky wave

4. Dengan proses ionosonde membutuhkan = 10 detik, dengan sudut datang 15o

tentukan jarak dekatnya



45

BAB IV

SISTEM PROPAGASI SPACE WAVE

Tujuan khusus :

1.Menjelaskan propagasi LOS pada space wave, refraksi space wave, ducting tropospheric,

nomogram, tropospheric scaterring, knife edge diffraction

4.1 Propagasi space wave

Diatas 30 Mhz lapisan ionosfer “dapat ditembus” gelombang elektromagnetik

Gambar 4.1 Spektrum frekuensi pada propagasi space wave

Beberapa karakteristik propagasi space-wave/direct wave (line of sight):

- Sinyal VHF dan range yang lebih tinggi tidak selamanya dapat dikembalikan ke bumi oleh

ionosphere

- Kebanyakan komunikasi terrestrial menggunakan frekuensi-frekuensi yang diradiasikan

langsung dari pemancar ke penerima

- Tipe propagasi ini bertumpu pada lapisan troposfer

Pemancar dan penerima diharapkan dalam garis pandang (line of sight)

- Komunikasi satelit – sinyal diatas 30 MHz tidak dipantulkan oleh ionosfer

- Komunikasi di bumi (terrestrial) – antena harus berada dalam garis effective karena adanya

refraksi



46

Gambar 4.3 Propagasi line of sight

Refraksi – pembelokan/pembiasan gelombang mikro oleh atmosfer disebabkan kecepatan

gelombang elektromagnetik merupakan fungsi kerapatan medium, gelombang merambat pada

medium yang berbeda maka kecepatan juga akan berubah, gelombang akan dibelokkan pada

bidang batas antar medium. Pada mode propagasi space-wave/direct wave (line of sight), lapisan

troposfer sangat mempengaruhi komunikasi radio, terutama komunikasi VHF, UHF, SHF.

Troposfer merupakan lapisan terbawah dari atmosfer, yaitu pada ketinggian 0 - 18 km di atas

permukaan bumi. Tebal lapisan troposfer rata-rata ± 10 km. Di daerah khatulistiwa, ketinggian

lapisan troposfer sekitar 16 km dengan temperatur rata-rata 80°C. Hampir 80% dari seluruh

massa gas yang terkandung dalam atmosfer terdapat pada lapisan ini.

Tabel 4.1 Komposisi gas pada atmosfer

Beberapa hal yang menjadi kendala yang harus dipertimbangkan pada mode propagasi ini:

- redaman hujan dan distorsi , free space loss

- noise, interferensi, absorpsi atmosfer

- multipath, refraksi, difraksi, refleksi, termal noise

sistem komunikasi yang propagasinya space/direct wave, diantaranya : FM and TV broadcast,

short-range marine and aircraft communication, microwave communications, utilities (police, fire

etc), wireless data, celluler communication.



47

Troposfer merupakan lapisan atmosfer yang paling bawah. Komunikasi troposfer terdiri atas :

- Ducting tropospheric, memanfaatkan adanya ducting pada troposfer. Ducting bisa “dianggap”

sebagai waveguide.

-

Hubungan difraksi, memanfaatkan penghalang sebagai sumber gelombang baru.

- Troposcatter/ tropospheric scattering, memanfaatkan partikel partikel troposfer sebagai media

difraksi.

Perilaku gelombang berkaitan dengan jenis medium yang dilaluinya,diantaranya :

refleksi/pantulan Refraksi/pembiasan

Difraksi Scattering

Gambar 4.4 fenomena gelombang diperbatasan dua medium

4.2 Difraksi space wave

Scattering terjadi karena ketidakteraturan media transmisi. Berdasarkan teorema Huygens,

dimana setiap titik muka gelombang dapat dipandang sebagai suatu sumber isotropis baru.

Difraksi semakin tegas jika dimensi penghalang semakin kecil dibandingkan dengan panjang

gelombang.

Gambar 4.5 difraksi



48

Difraksi dapat dipahami dengan meninjau kasus kasus redaman perambatan gelombang yang

terhalang untuk berbagai kondisi, dari yang sederhana (tidak terhalang) hingga yang ekstrim.

Fenomena difraksi memungkinkan komunikasi untuk jarak > komunikasi LOS, karena adanya

difraksi disekitar lengkung bumi. Redaman tambahan akibat difraksi penting untuk dikuantisasi

untuk menghitung daya pancar yang sesuai untuk komunikasi difraksi yang bersangkutan.

Kondisi kondisi yang ditinjaui, meliputi :

- Bumi datar, jarak belum melampaui daerah bayangan

Gambar 4.6 Ilustrasi bumi datar dengan jarak belum melampaui daerah bayangan

Daerah bayangan adalah daerah diluar lingkaran jarak horizontal antena.

Secara umum didefinisikan redaman propagasinya, sebagai berikut:

[] 4.1

Sedangkan total medan dipenerima untuk bidang datar,didapatkan:

[ ] 4.2

Untuk d >> h,

[ ] 4.3

Sehingga didapatkan persamaan umum redaman propagasi untuk bidang datar yang biasanya

disebut plane earth propagation model, sebagai berikut :

[ ] 4.4

Selain menggunakan persamaan diatas, bisa juga menggunakan nomogram untuk menentukan

redaman bidang datar,contoh:

Ht = 50 feet, hr = 50 feet, d = 50 mile, dengan menggunakan nomogram didapatkan L p = L bd =

120 dB



49

Gambar 4.7 Nomogram redaman bidang datar

- Jarak melampaui daerah bayangan (jarak melebihi jumlah jarak horizontal Tx-Rx)

Muncul masalah baru jika jarak komunikasi d, melebihi jumlah jarak horizontal kedua antena h t

dan hr yang biasa disebut melampaui daerah bayangan, redaman propagasi menjadi: 4.5

L b merupakan redaman tambahan jika d melampaui daerah bayangan, dapat ditentukan lewat

nomogram sebagai berikut :

Gambar 4.8 Nomogram untuk redaman tambahan (L b)



50

Nomogram L b dipakai untuk Max[ ht , hr ] hmax pada skala, dengan jarak d memiliki hmax

tersendiri. Jika Max[ ht , hr ] = 2 hmax maka kesalahan nomogram + 2 dB. Makin tinggi menara

melampaui hmax kesalahan makin besar, sehingga perlu nomogram yang lain.

-

Bumi rata (smooth earth), d >> h

Jika jarak d >>> sehingga kelengkungan bumi sangat signifikan, sedangkan kontur bumi masih

rata disebut smooth earth diffraction, dirumuskan sebagai berikut : 4.6

Redaman tambahan difraksi melalui bumi rata (smooth earth) terhadap redaman ruang bebas

untuk jarak yang jauh ( d >>>)

d1 merupakan jarak horizontal menara rendah, menyebabkan L1. d2 merupakan jarak horizontal

menara tinggi, menyebabkan L2. D3 merupakan jarak daerah difraksi/bayangan, menyebabkan L3.

Gambar 4.9 .Nomogram dengan tambahan L1,L2,L3

-

Penghalang tajam (knife edge diffraction)

Difraksi oleh bukit, pepohonan, bangunan, adalah sulit dihitung sebagai pendekatan, sering

dipakai nilai ekstrem pada rintangan/obstacle yang menyerap gelombang d dengan sempurna,

yaitu difraksi oleh penghalang tajam yang di sebut knife edge diffraction.



51

Gambar 4.10 Knife edge diffract

Redaman knife edge diffraction dirumuskan sebagai berikut : 4.7

Nilai Lke ditentukan dengan nomogram. Difraksi oleh dua penghalang tajam diekuivalenkan

menjadi difraksi oleh satu penghalang pengganti yang menghubungkan dua antena dan kedua

penghalang.

Gambar 4.11 Nomogram knife edge diffraction

Grafik fresnell – kirchoff dipakai untuk menentukan redaman difraksi tambahan akibat

penghalang tajam.



52

Gambar 4.12 Grafik fresnell – kirchoff

Sumbu mendatar merupakan parameter v, sumbu vertikal menyatakan redaman difraksi

penghalang tajam.

4.8

Dari grarik fresnell – kirchoff dapat diketahui berbagai keadaan :

- H > 0 (naik) menyebabkan Lke > 6 dB (naik )

- H = 0 menyebabkan Lke

6 dB

-

H < 0 (optical line of sight) menyebabkan Lke akan berisolasi menuju nilai 0 (menuju free

space loss)

Gambar 4.13 Ilustrasi H(ketinggian obstacle) pada fresnell - kirchoff

- Frekuensi rendah (kurang dari ratusan MHz)



53

Pada frekuensi yang cukup rendah (kurang dari beberapa ratus MHz) perlu dipertimbangkan

pantulan pantulan oleh permukaan bumi, sehingga dimodelkan bahwa gelombang sampai ke

penerima dalam 4 lintasan.

[ ] 4.9

Rumus yang lebih praktis untuk f < beberapa ratus MHz

4.10

Setelah mengalami penurunan rumus didapat :

4.11

Sehingga didapat dinyatakan : 4.12 merupakan redaman total pada smooth earth diffraction, ditentukan dengan nomogram.

Gambar 4.14 Nomogram untuk penentuan nilai



54

4.3 Tropospheric scattering

Tropospheric Scattering – terjadi dengan memanfaatkan adanya partikel pertikel pada ionosfer

yang dapat menghamburkan gelombang radio, sehingga masih dapat diterima sinyal kecil pada

daerah diluar (lebih jauh dari) daerah difraksi. Spesifikasi komunikasi tropospheric scattering

sebagai berikut :

Table 4.2 Spesifikasi komunikasi tropospheric scattering

Gambar 4.15. Tropospheric scatter

Pada kondisi tertentu, khususnya sepanjang daerah berair (laut), akan terbentuk lapisan super

refraktif di troposphere yang akan mengembalikan sinyal ke bumi. Sinyal dapat merambat jauh

karena lintasan bolak-balik akibat pantulan bumi dan refraksi dari lapisan super refraktif tersebut.

Kondisi tersebut terjadi karena lapisan tebal troposfer dengan indeks refraktif yang tinggi,

sedemikian rupa sehingga membentuk terowongan (duct). Selain itu, meteor setiap saat selalu

memasuki atmosfer bumi dan akan hancur menjadi butiran butiran. Meteor-meteor yang

memasuki atmosfir meninggalkan butiran-butiran terionisasi yang dapat digunakan untuk

komunikasi.



55

Ducting tropospheric - disamping komunikasi tropospheric scattering, komunikasi pada ionosfer

juga ada yang memanfaatkan lapisan D sebagai media pemantul gelombang dan membentuk

wave guide dengan permukaan bumi, selain itu terkadang pada troposfer terjadi “duct” yang juga

bisa dimanfaatkan untuk komunikasi. Kedua jenis komunikasi ini disebut ducting tropospheric.

Gambar 4.16 Ducting tropospheric.

Partikel partikel dalam troposfer membentuk lapisan dan gumpalan gumpalan gas berdiameter

dari orde centimeter hingga 50 meter, yang memiliki indek bias berbeda beda dan gerakan acak.

Indek bias masing masing (lapisan laminar dan partikel) dipengaruhi kadar H2O, temperatur,

musim.

Gambar 4.17 Gumpalan partikel pada troposfer

Indek bias lapisan laminar dan gumpalan berbeda dengan daerah sekitarnya, sehingga

membiaskan gelombang elektromagnetik kemana mana (terhambur), antara lain sebagian kecil ke

penerima, terutama yang berasal dari volume hambur.

Anomali- jika gain antena dinaikkan, penerima WR tidak naik linear dalam dB, karena jika GA

dan GB naik, sudut dan mengecil maka volume hambur berkurang.



56

Gambar 4.18 Volume hambur

Pathloss dalam komunikasi troposcatter perlu diukur sepanjang tahun, pathloss dalam komunikasi

ini merupakan fungsi dari jarak, frekuensi, sudut hambur, indek bias.

4.13

Beberapa metode penghitungan pathloss komunikasi troposcatter , meliputi :

- Metode L.P Yeh

Median pathloss dinyatakan sebagai berikut : 4.14

Dimana :

merupakan redaman free space loss scattering loss empiris ( )

⌊ ( )⌋ apperture to medium coupling loss merupakan faktor koreksi karena Ns untuk berbagai tempat dan tahun, telah

dipetakan (surface refractivity), biasanya diambil rata rata dari kedua tempat Tx dan Rx

Sehingga didapatkan rumus umum metode L.P Yeh, sebagai berikut :

4.15

Sudut hambur harus dicari untuk berbagai kontur bumi(terrain) dan kondisi kondisi tertentu,

kondisi tersebut mencakup :

1. Bumi rata, tinggi antena 0 /tidak signifikan



57

4.16

4.17

2. Bumi rata, tinggi antena cukup signifikan

4.18

4.19

4.20

3. Kontur tak teratur, ada satu penghalang



58

4.21

4. Kontur tak teratur, ada dua penghalang

4.22

- Metode Ryder 4.23

- Metode CCIR – 244



59

4.24

- Metode NBS

4.25

f frekuensi (MHz), d jarak (km), sudut hambur (rad), de jarak efektif (km), Lc aperture to

medium coupling loss (dB), Fo koreksi efisiensi hambur, Ho koreksi tinggi antenna, faktor

penyerapan atmosfer, faktor perubahan iklim, fungsi redaman terhadap nilai dan d

untuk suatu nilai Ns.



60

RANGKUMAN

Pada propagasi space wave, komunikasi line of sight sangat diperlukan. Selain line of sight,

difraksi, refraksi maupun refleksi sangat berperan dalam mode propagasi ini. Kondisi kontur

permukaan bumi sangat mempengaruhi propagasi gelombang mode sky wave, kondisi knife edge

diffraction merupakan kondisi yang ekstrem yang perlu dipertimbangkan didalam propagasi.

Tropospheric scattering merupakan komunikasi yang memanfaatkan partikel pertikel pada

ionosfer yang dapat menghamburkan gelombang radio, sehingga masih dapat diterima sinyal

kecil pada daerah diluar (lebih jauh dari) daerah difraksi. Selain difraksi, faktor faktor penyebab

timbulnya redaman antara lain : redaman hujan,distorsi,noise, interferensi, absorpsi atmosfer,

refraksi, refleksi, termal noise.



61

LATIHAN

1. Jelaskan terjadinya ducting tropospheric

2. Jelaskan proses difraksi, refraksi dan seberapa besar pengaruhnya pada propagasi space

wave

3. Jelaskan anomali apa yang terjadi pada volume hambur pada tropospheric scattering

4. Tentukan redaman propagasi space wave dengan obstacle knife edge berikut ini

Dengan frekuensi kerja 1,9 GHz , d1 600 m, d2 350 m, H = 3m, ht =40 m, hr = 10m



DAFTAR PUSTAKA

Gosling, William. 1998. Radio Antennas and Propagation: Radio Engineering Fundamentals.

Newnes.

J D Krauss.1988. Antennas. McGraw-Hill. New York

Mufti, Nachwan. 2003. Propagasi Radio.STT Telkom.Bandung

Prasad, Ramjee.2004.Wireless Communication. Artech House. Boston

http://www.amazon.com/s/ref=ntt_athr_dp_sr_1?_encoding=UTF8&sort=relevancerank&search-alias=books&field-author=William%20Gosling

http://www.amazon.com/s/ref=ntt_athr_dp_sr_1?_encoding=UTF8&sort=relevancerank&search-alias=books&field-author=William%20Gosling

komunikasi radio

Documents