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

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