oleh : nachwan mufti adriansyah, st, mt dan gelombang ruang bebas oleh : nachwan mufti adriansyah,...

Download Oleh : Nachwan Mufti Adriansyah, ST, MT dan Gelombang Ruang Bebas Oleh : Nachwan Mufti Adriansyah, ST,

Post on 18-Jan-2020

3 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Modul#8 Modul#8 TTG3D3 TTG3D3 AntenaAntena dandan PropagasiPropagasi

    Komunikasi Gelombang Ruang dan Gelombang Ruang Bebas

    Komunikasi Gelombang Ruang dan Gelombang Ruang Bebas

    Oleh : Nachwan Mufti Adriansyah, ST, MT

    1

    OutlineOutline

    � Analisis Lengkungan Lintasan Gelombang

    Elektromagnetik

    � Gelombang Ruang: Komunikasi LoS (Line of

    Sight)

    � Geometri Perencanaan LoS

    � Gelombang Ruang Bebas

    2

  • Radio Communication Radio, microwave, satellite

    3 kHz 300 GHz

    Pendahuluan

    Komunikasi pada frekuensi di atas 30 MHz umumnya adalah komunikasi gelombang ruang ( Line Of Sight dan Wireless ) dan gelombang ruang bebas ( Space Communication )

    Nachwan Mufti A 3

    VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF

    3 kHz 30 kHz 300 kHz

    3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz

    TroposphericSurface Ionospheric Space & Line Of Sight Space

    AnalisisAnalisis LengkunganLengkungan LintasanLintasan GelombangGelombang ElektromagnetikElektromagnetik

    4

  • TujuanTujuan AnalisisAnalisis LengkunganLengkungan

    � Terutama untuk komunikasi jarak jauh

    � Jarak dekat: bumi dianggap datar, gelombang

    dianggap lurus

    � Berkas gelombang melengkung dipengaruhi indeks

    bias atmosfir

    � Permukaan bumi melengkung & gelombang � Permukaan bumi melengkung & gelombang

    juga melengkung

    � Gambar analisis lintasan:

    � Lengkungan gelombang EM ditransformasi menjadi garis lurus

    � Lengkungan bumi (jari-jari = R) ditransformasi lengkungan baru dengan jari-jari = Reff

    � Analisis lintasan GEM � dalam Profile Chart

    5

    “di realita...” “dalam analisis ..”

    Tidak tepat jika dalam perencanaan menggambarkan muka bumi sebagai lengkungan dan lintasan GEM juga sebagai lengkungan

    6

    Pusat bumi

    Transformasi

    geometrik

    RkReff =

    2Jari bumi R=

  • Lengkungan Gelombang EM…

    • Persamaan lengkungan GEM…

    ρ −=

    1

    dh

    dn ρ = Jari-jari lengkungan lintasan gelombang EM

    ( dipengaruhi oleh perubahan indeks bias terhadap ketinggian )

    Kasus :

    Nachwan Mufti A

    Kasus : Atmosfer Standar ( ) )h136,0(6 e289101nN −=−=

    ( ))h136,0exp.10.289.136,0 dh

    dn 6 −−= −

    untuk hkm kecil , didapatkan :

    ρ −=−= −

    1 10.3,39

    dh

    dn km

    6 km25.000≈≈ρ km445.25

    ( ATM standar, hkm kecil )

    7

    RkReff = dimana, Reff = Jari-jari lengkung bumi hasil transformasi k = faktor kelengkungan bumi ( dipengaruhi atmosfer )

    11

    dan,

    Transformasi ⇔⇔⇔⇔ Jari-Jari Efektif Bumi

    Lengkung muka bumi ditransformasi menjadi lengkungan

    baru dengan Jari-Jari Efektif Bumi = kR

    Nachwan Mufti A

    • Untuk atmosfer standar, R = 6370 km dan ρ = 25000 km (perhitungan sebelumnya ), didapatkan :

    ρ −

    = R1

    1 k

    dh

    dn R1

    1 k

    +

    = atau

    3

    4 ≈

    =

    ρ −

    =

    25000

    6370 1

    1

    R1

    1 k sehingga km8500=== 6370

    3

    4 RkReff

    8

  • 3 4k =

    1k0

  • Nomogram Horison Radio

    Nachwan Mufti A 11

    Profile chart digunakan dalam perencanaan untuk mengetahui apakah 2 titik di atas permukaan bumi terletak pada garis pandang radio dan obstacle di sepanjang lintasan

    700 m

    800 m

    900 m

    K = 4/3

    xB yB

    Untuk menggambar garis lengkung :

    B B

    R

    x y

    2

    2

    −=

    Profile Chart

    Nachwan Mufti A

    50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50

    100 m

    200 m

    400 m

    300 m

    500 m

    600 m

    700 m

    obstacl e

    Jari-Jari Fresnell

    d1 d2

    ht

    hr eff R2

    Tapi yang lebih cocok dipakai ( sesuai skala )

    2

    BB xcy −=

    Dengan c (konstanta) :

    k c

    1 ~

    Sesuai kebutuhan ! 12

  • Komunikasi di atas 30 MHz

    Gelombang Ruang

    Asumsi :

    Terdapat gelombang

    langsung dan

    gelombang pantul

    Komunikasi Line Of Sight

    Komunikasi Jarak Dekat (mis. Mobile Communication)

    � Rugi lintasan umumnya

    dianggap free space

    � Rugi lintasan orde ββββ

    Klasifikasi Komunikasi > 30 MHz

    Nachwan Mufti A

    Gelombang Ruang Bebas

    Asumsi :

    Hanya terdapat gelombang langsung saja

    � Rugi lintasan orde ββββ

    � Plane Earth Propagation Model

    � Rugi lintasan free space

    GelombangGelombang RuangRuang: : Komunikasi Komunikasi LoSLoS ((Line of SightLine of Sight))

    14

  • Digital Radio Microwave Digital Radio Microwave

    � Long Haul � >25 km (typically 50-80 km) � Exceptionally fine visibility required for LOS survey � Antenna heights typically very high e.g. 60-80 m

    � Medium Haul � 10-25 km � Good visibility required

    Modul 3 - Line of Sight Planning 15

    � Good visibility required � Approx. 10 days/month provide right conditions

    � Short Haul � 0-10 km � Visibility unlikely to cause problems esp. 2-5 km � DMR 38 (3-7 km) ideal for urban links and dense

    networks

    Pengaruh frekuensi terhadap jangkauan

    Long haul

    Frequency Band (GHz)

    Max Hop Length

    1.7 - 2.7

    7.1 - 7.7

    2 GHz

    7 GHz

    Bandwidth (GHz)

    ~ 80 km

    ~ 50 km

    Modul 3 - Line of Sight Planning 16

    Medium haul

    Short haul

    12.75 - 13.25 14.40 - 15.35

    17.7 - 19.7 21.2 - 23.6 25.25 - 27.5 36.0 - 40.5

    13 GHz 15 GHz

    18 GHz 23 GHz 26 GHz 38 GHz

    ~ 40 km ~ 35 km

    ~ 20 km ~ 18 km ~ 15 km ~ 10 km

  • OverviewOverview Komunikasi Komunikasi LoSLoS Komunikasi LoS : Komunikasi point to point yg umumnya digunakan untuk broadband communication , dengan frekuensi pembawa umumnya diatas 1 GHz

    Modulasi:

    analog (FM) ataupun

    modulasi digital �

    pelajari ambang daya

    terima (Pth)

    Pathloss:

    Rumus transmisi Friis +

    faktor koreksi (jika ada)

    17Jarak (d) : 10 – 100 km

    Informasi:

    Kanal telepon , Informasi

    data, telegraph dan telex,

    Facsimile, Video,

    Telemetry, dsb

    PengaruhPengaruh penghalangpenghalang ((obstacleobstacle))

    Sinyal terima adalah hasil

    superposisi gelombang

    langsung dan gelombang

    pantul

    Gelombang dianggap

    melewati celah lingkaran

    berjari-jari tertentu �

    dianalisis dgn Teori Difraksi Fressnell

    Kirchoff

    18

  • � Teori difraksi Fresnell-Kirchoff : untuk menjelaskan difraksi gelombang (cahaya) yang melalui suatu celah

    � Berdasarkan prinsip Huygens � tiap titik yang dilalui gelombang dapat dianggap sebagai sumber titik gelombang, sehingga gelombang yang dipancarkan dapat dianggap sebagai superposisi gelombang dari sumber-sumber titik tersebut

    ln l

    Analisis…Teori Difraksi Fresnell - Kirchoff

    Agustien Jean Fresnel

    Nachwan Mufti A

    R1

    R2

    O

    dinding

    Rn

    ln l1

    d1 d2

    Tx Rx

    d

    Bidang lingkaran yang dibatasi R1 � Daerah Fresnell I

    Bidang lingkaran yang dibatasi R2 �Daerah Fresnell II

    Dan seterusnya….

    R

    dinding

    Rn

    ln l1

    d1 d2

    Tx Rx

    d

    Jari-jari Fresnell diperoleh dari konsep perbedaan fasa antara gelombang pantul dan gelombang langsung,

    21t EEE += ( )R11 j

    xo

    j

    xot eEReEE φ+φφ +=

    Analisis…Teori Difraksi Fresnell - Kirchoff

    Nachwan Mufti A 20

    R1

    R2

    O xoxot eEReEE +=

    Karena,

    Jarak Tx-Rx >> tinggi menara, maka biasa dianggap REV = REH = 1 , dan φR = π

    ( ) ( ) 2

    nddll 21n1 λ

    =+−+

    Untuk d1 >> 10 d2 , maka : l1 ≈ d1 Sehingga,

    2 ndl 2n

    λ =−

  • Jari-jari Fresnell dapat dihitung sbb : 2

    2

    2

    n2n d 2

    nl 2

    ndl  

      

     +

    λ =⇒

    λ =−

    2

    2

    2

    2

    2

    n

    2

    2

    2

    n

    2

    n dd 2

    nRdlR − 

      

     +

    λ =⇒−=

    2

    2

    2

    n dn 2

    nR λ− 

      λ

    =

    Analisis…Teori Difraksi Fresnell - Kirchoff

    Nachwan Mufti A 21

    2n dnR λ=

    2n dn 2

    nR λ− 

     

    =

    ���� Karena nλ

  • a. Medan yang diterima dari daerah Fresnell ganjil adalah sefasa, demikian juga yang berasal dari daerah Fresnell genap. Tetapi antar keduanya berlawanan fasa

    b. Jika ada sebuah layar dengan luas tak berhingga, dilubangi sebesar daerah Fresnell I, maka penerimaan kuat medan di penerima adalah 2 kali penerimaan kuat medan tanpa layar

    c. Jika lubang diperbesar lagi seluas daerah

    Analisis…Arti fisis jari-jari Fresnell

    23

    c. Jika lubang diperbesar lagi seluas daerah Fresnell II, maka pen