Gelombang Frekuensi
Radio, Propagasi, Dan Saluran Transmisi
Tujuan
Setelah mengikuti
kegiatan pembelajaran ini, peserta diharapkan dapat:
1. Menganalisis gelombang frekuensi
radio
2. Menganalisis propagasi gelombang radio
3. Menganalisis saluran transmisi
gelombang radio
Indikator Pencapaian Kompetensi
1. Menunjukkan gelombang frekuensi radio
2.
Menunjukkan
propagasi sinyal radio
3.
Menunjukkan
saluran transmisi gelombang radio
Uraian Materi
1.
Gelombang Frekuensi Radio
Getaran adalah gerakan bolak-balik dalam suatu interval
waktu tertentu. Gelombang adalah suatu getaran yang merambat, selama
perambatannya gelombang membawa energi. Pada gelombang, materi yang merambat
memerlukan medium, tetapi medium tidak ikut berpindah.
Walaupun terdapat banyak contoh gelombang dalam kehidupan
kita, secara umum hanya terdapat dua jenis gelombang saja, yakni gelombang
mekanik dan gelombang elektromagnetik. Pembagian jenis gelombang ini didasarkan
pada medium perambatan gelombang. Contoh dari gelombang elektromagnetik adalah gelombang
radio. Panjang gelombang dinyatakan dalam ʎ (lamda)
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1
1.1.
Gelombang menurut arah perambatannya
Gelombang longitudinal. Gelombang dengan arah gangguan sejajar dengan arah penjalarannya.
Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi, gelombang bunyi ini analog dengan
pulsa longitudinal dalam
suatu pegas vertikal di bawah tegangan
dibuat berosilasi ke atas dan ke bawah disebuah ujung,
maka sebuah gelombang longitudinal berjalan sepanjang pegas
tersebut, koil – koil pada pegas tersebut bergetar bolak –
balik di dalam arah di dalam mana gangguan berjalan sepanjang pegas.
Gambar 1.1. Gelombang merambat
pada pegas
Gambar 1.1 memperlihatkan sebuah gelombang longitudinal
merambat dalam medium pegas yang diregangkan dimana arah gangguaan searah
dengan arah penjalaran gelombang.
Gelombang Transversal. Gelombang
transversal adalah gelombang dengan gangguan
yang tegak lurus
arah penjalaran. Misalnya
gelombang cahaya dimana gelombang listrik dan gelombang
medan magnetnya tegak lurus kepada arah penjalarannya.
Gambar 1.2. Gelombang Transversal
Gambar 1.2 diatas memperlihatkan medan listrik dan medan
magnet dari gelombang elektromagnetik adalah tegak lurus dan tegak lurus juga
pada arah menjalarnya gelombang.
1.2.
Gelombang menurut medium perambatannya
Gelombang mekanik. Gelombang mekanik
adalah gelombang yang memerlukan
medium tempat merambat. Contoh gelombang mekanik gelombang pada tali, gelombang
bunyi.
Gelombang elektromagnetik. Gelombang
elektromagnetik adalah gelombang yang energi dan momentumnya dibawa
oleh medan listrik
(E) dan medan magnet
(B) yang dapat menjalar melalui vakum atau tanpa
membutuhkan medium dalam perambatan
gelombangnya.
1.3.
Jenis Gelombang radio
Gelombang panjang (long wave)
; gelombang jenis ini memiliki signal yang panjang sehingga
mampu menjangkau range area yang sangat luas. Kerugian dari gelombang ini adalah :
•
Memerlukan daya listrik yang
sangat besar sehingga mahal dalam operasionalnya.
•
Karena jenis gelombangnya panjang
dan lebar menyebabkan rentan terhadap gangguan (noise).
Gelombang pendek (short wave) ; gelombang
yang menggunakan udara sebagai
mediator. Jenis gelombang ini adalah SW (short wave).
Keuntungan :
•
Mampu menjangkau wilayah (coverage
area) yang luas
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1
•
Banyak digunakan oleh pemancar
internasional atau antar benua
Kerugian :
•
Banyak noise-nya khususnya dari
matahari, cuaca, udara, halilintar dan sebagainya.
•
Suara manusia dapat didengar
dengan baik tetapi pengguanaan sound effect akan kehilangan
mutu kualitasnya (kabur).
Gelombang medium (medium wave)
; gelombang yang menggunakan permukaan bumi sebagai
mediator. Secara umum kebanyakan gelombang yang dipakai oleh stasiun radio.
Jenis yang dipakai oleh gelombang ini adalam AM (amplitudo modulation) dan FM (frequency modulation).
Keuntungan :
•
Permukaan bumi kurang dipengaruhi cuaca sehingga tidak terjadi noise
•
Mutu penyiaran lebih bagus
dalam kualitas suara
dan sound effect. Kerugian :
•
Tanah menyerap gelombang lebih
cepat daripada udara yang menyebabkan jarak jangkauan siaran lebih sempit
sehingga memerlukan booster.
•
Tanah di Indonesia mengandung besi yang cepat menyerap gelombang
sehingga merupakan penghantar yang buruk.
2.
Propagasi Gelombang Radio
Apabila kita berbicara tentang propagasi maka kita menyentuh pengetahuan yang
berhubungan dengan pancaran gelombang radio. Seperti kita ketahui bahwa apabila
kita transmit, pesawat kita memancarkan gelombang radio yang ditumpangi oleh
audio kita. Gelombang radio tadi diterima oleh receiver lawan bicara kita dan
oleh receiver itu gelombang radionya dihilangkan dan audio kita ditampung lewat
speaker. Gelombang radio yang dipancarkan tadi berupa gelombang elektromagnetik
bergerak menuruti garis lurus. Perambatan gelombang radio mempunyai sifat
seperti kecepatan rambat cahaya, dapat dipantulkan, dibiaskan, direfraksi dan dipolarisasikan.
Kecepatan rambatanya sama dengan kecepatan sinar ialah 300.000 km tiap detik.
Dapat kita bayangkan bila gelombang radio bisa mengelilingi dunia, maka dalam
satu detik bisa keliling dunia 7 kali. Kita ketahui
bahwa dunia kita berbentuk bulat seperti bola, akan tetapi pancaran gelombang radio high frequency dari Indonesia bisa sampai di Amerika Serikat yang terletak dibalik
bumi sebelah sana,
padahal ia bergerak
menuruti
TEKNIK AUDIO VIDEO KK H SMK
garis lurus. Phenomena alam seperti tersebut
tadi dapat dijelaskan sebagai uraian di
bawah ini. Di angkasa luar, ialah di
luar lapisan atmosphere bumi terdapat lapisan yang dinamakan ionosphere.
Ionosphere adalah suatu lapisan gas yang terionisasi sehingga mempunyai muatan
listrik, lapisan ini berbentuk kulit bola raksasa yang menyelimuti bumi.
Lapisan ini dapat berpengaruh kepada jalannya gelombang radio. Pengaruh-pengaruh penting dari ionosphere
terhadap gelombang radio adalah bahwa lapisan ini mempunyai kemampuan untuk
membiaskan dan memantulkan gelombang radio. Kapan gelombang radio itu
dipantulkan dan kapan gelombang radio dibiaskan atau dibelokkan tergantung
kepada frekuensinya dan sudut datang gelombang radio terhadap ionosphere.
Frekuensi gelombang radio yang mungkin dapat dipantulkan kembali adalah
frekuensi yang berada pada range Medium Frequency (MF)
dan High Frequency (HF).
Adapun gelombang radio pada Very High Frequency (VHF)
dan Ultra High Frequency (UHF)
atau yang lebih tinggi, secara praktis dapat dikatakan tidak dipantulkan oleh
ionosphere akan tetapi hanya sedikit dibiaskan dan terus laju menghilang ke angkasa luar. Gelombang radio yang
menghilang ke angkasa luar tadi dalam istilah propagasi dikatakan SKIP.
Tabel 1.1. Pembagian Band Frekuensi Radio
|
Very Low Frequency |
VLF |
3 - 30 KHZ |
|
Low Frequency |
LF |
30 - 300
KHz |
|
Medium Frequency |
MF |
300 - 3.000 KHz |
|
High Frequency |
HF |
3 - 30 MHz |
|
Very High Frequency |
VHF |
30 - 300
MHz |
|
Ultra High Frequency |
UHF |
300 - 3.000
MHz |
|
Super High Frequency |
SHF |
3 - 30 GHz |
|
Extremely High Frequency |
EHF |
30 - 300 GHz |
2.1.
Perambatan Gelombang
Pada gambar dibawah dapat dilihat sebuah antena yang
memancarkan gelombang radio pancaran gelombang radio ini menyebar kesegala
penjuru secara merata untuk antena vertikal sebagian gelombang yang bergerak
pada permukaan bumi disebut GELOMBANG BUMI, selain dari pada itu disebut
GELOMBANG ANGKASA.
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1
Gambar 1.3. Perambatan gelombang
Kerugian pada permukaan
bumi dengan naiknya
frekuensi akan semakin
BESAR. Gelombang bumi dapat
merambat dalam daerah
gelombang panjang sampai
1000 km, dalam daerah
gelombang menengah hanya
sampai 300 Km dan dalam daerah
gelombang pendek sampai
100 km. gelombang angkasa merambat
secara GARIS LURUS, berhubung
dengan itu angkasa
tidak bisa mengikuti permukaan bumi kita. Berikut adalah tabel daerah
frekuensi kerja, redaman, jangkauan, pantulan dan jenis gelombang yang dipakai
untuk berkomunikasi.
Tabel 1.2. Daerah
frekuensi kerja radio
|
Daerah |
Gelombang
bumi |
Gelombang
Angkasa |
Jenis gelombang yang dipakai |
||
|
Redaman |
Jangkauan |
Redaman |
Pantulan |
||
|
LW |
Sedikit |
» 100
km |
sangat kuat |
- |
Gelombang bumi |
|
MW |
Kuat |
» 300 km |
kuat |
Sangat kuat |
Gelombang bumi dan angkasa |
|
SW |
Sangat kuat |
» 100
km |
Sedikit |
Kuat |
Gelombang angkasa |
|
VHF UHF |
Seluruhnya |
» 100 km |
Sangat sedikit |
Kadang kadang |
Gelombang angkasa |
2.2.
Pantulan
Pada daerah frekuensi
sebagian dari gelombang angkasa kembali ke permukaan bumi. Mereka dipantulkan oleh lapisan udara yang
terhampar diketinggian 50 km sampai
300 km. Lapisan udara pemantul ini disebut ionosphere.
Lapisan udara yang terionisasi kuat dinamakan lapisan heaviside.Daya pantul lapisan heaviside
TEKNIK AUDIO VIDEO KK H SMK
bergantung pada frekuensi pada suatu tempat penerimaan
dapat diterima gelombang bumi dan angkasa bersama, gelombang angkasa datang
lebih akhir, sehingga terdapat PERGESERAN FASA. Ini akan menimbulkan FADING,
dimana kuat medan penerimaan goyah. Gambar dibawah menunjukkan
pemantulan gelombang elektromagnetik oleh lapisan ionosphere.
VHF
PANTULAN
PEMBENGKOKAN
SW
IONOSPHERE
LW MW
SW - MW
LAPISAN HEAVISIDE
SW
VHF
PERMUKAAN BUMI
Gambar 1.4. Pemantulan gelombang
Gambar 1.5. Pemantulan gelombang sesuai frekuensinya
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1
2.3.
Perambatan LW,MW,SW,VHF
Perambatan gelombang panjang, dimana ʎ = 1km - 10 km, dengan polarisasi vertikal pada malam hari melalui interferensi antara gelombang bumi dan angkasa dapat menimbulkan FADING DEKAT.
Seperti terlihat pada gambar di bawah.
GELOMBANG BUMI
Gambar 1.6. Terjadinya fading
dekat
Perambatan gelombang menengah, dimana ʎ = 100m -10m, dengan polarisasi vertikal.
Pada jarak yang jauh dapat timbul interfrensi diantara gelombang bumi dan
angkasa yang disebut FADING JAUH. Hal ini bisa terlihat seperti gambar di bawah.
LAPISAN F
FA DING DEKAT FADING JAUH GELOMBANG BUMI
LAPISAN D TERJADI
HANYA PA DA TENGAH HARI
Gambar 1.7. Terjadinya fading
jauh
Perambatan gelombang menengah, dimana l
= 100m -10m, dengan polarisasi vertikal. Antara
gelombang bumi yang sangat pendek
dan jatuhnya gelombang
TEKNIK AUDIO VIDEO KK H SMK
angkasa terjadi DAERAH
MATI. Jarak ini disebut jarak lompatan, yang bergantung
pada frekuensi hari dan tahun. Hal ini seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 1.8. Daerah mati
Perambatan gelombang sangat pendek, l = 1m - 10m, pada band 1
dengan polarisasi vertikal, band II dan III dengan polarisasi horisontal dalam
daerah frekuensi 30 MHz - 300 MHz dengan semakin pendeknya panjang gelombang
akan memisahkan diri dari permukaan
bumi, merambat diatas
bumi tanpa kerugian dan LURUS seperti GELOMBANG CAHAYA. Jangkauannya dengan
begitu sejauh pandangan antara
antena pemancar dan penerima ( maksimum kira-kira 50 km ). Perambatan gelombang desimeter dengan l
= 10 Cm - 100 Cm dengan polarisasi
horisontal. Dalam daerah
frekuensi antara 300 MHZ - 3 GHz ( televisi
band IV dan V
) mempunyai jangkauan terbatas (»
50 km). Pada semua jangkauan gelombang untuk menaikkan daya jangkauan dapat dengan menaikkan
daya pancar, menaikkan antena pemancar jauh dengan bumi.
F
E
BUMI
PANCARAN GELOMBANG ANGKASA HORISONTAL
Gambar 1.9. Perambatan gelombang angkasa
2.4.
Lapisan-lapisan Ionosfir
Ionosfir tersusun dari 3 (tiga) lapisan, mulai dari yang
terbawah yang disebut dengan lapisan D, E dan F. Sedangkan
lapisan F dibagi
menjadi dua, yaitu lapisan
F1 dan F2 (yang lebih atas), seperti
Gambar di bawah.
Ada atau tidaknya
lapisan-lapisan ini dalam atmosfir dan ketinggiannya di atas permukaan
bumi, berubah-ubah sesuai dengan posisi matahari. Pada siang hari (tengah
hari), radiasi dari matahari adalah terbesar, sedangkan di malam hari adalah
minimum.
Saat radiasi matahari tidak ada, banyak ionion yang
bergabung kembali menjadi molekul-molekul. Keadaan ini menetukan posisi dan
banyaknya lapisan dalam ionosfir. Karena posisi matahari berubah-ubah terhadap titik-titik tertentu di bumi,
dimana perubahan itu bisa harian,
bulanan, dan tahunan,
maka karakteristik yang pasti dari lapisan-lapisan tersebut
sulit untuk ditentukan/dipastikan.
Gambar 1.10. Lapiran-lapisan ionosfir
yang berpengaruh untuk propagasi
Untuk lebih jelasnya tentang fenomena masing-masing lapisan
pada ionosfir diberikan berikut ini.
•
Lapisan D terletak sekitar 40 km – 90
km. Ionisasi di lapisan D sangat rendah,
karena lapisan ini adalah daerah yang paling jauh dari matahari. Lapisan ini
mampu membiaskan gelombang-gelombang yang berfrekuensi rendah.
Frekuensi-frekuensi yang tinggi, terus dilewatkan tetapi mengalami redaman.
Setelah matahari terbenam, lapisan ini segera menghilang karena
ionionnyamdengan cepat bergabung kembali menjadi molekul-molekul.
•
Lapisan E terletak sekitar 90 km –
150 km. Lapisan ini, dikenal juga dengan lapisan Kenelly – Heaviside, karena
orang-orang inilah yang pertama kali menyebutkan keberadaan lapisan E ini.
Setelah matahari terbenam, pada lapisan ini juga terjadi penggabungan ion-ion
menjadi molekul-molekul, tetapi kecepatan pe nggabungannya lebih rendah
dibandingkan dengan lapisan D, dan baru bergabung seluruhnya pada tengah malam.
Lapisan ini mampu membiaskan gelombang dengan frekuensi lebih tinggi dari
gelombang yang bisa dibiaskan lapisan D. Dalam praktek, lapisan E mampu
membiaskan gelombang hingga frekuensi 20 MHz.
•
Lapisan F terdapat pada ketinggian
sekitar 150 km – 400 km. Selama siang hari, lapisan F terpecah menjadi dua,
yaitu lapisan F1 dan F2. Level ionisasi pada lapisan ini sedemikian tinggi dan
berubah dengan cepat se iring dengan pergantian siang dan malam. Pada siang
hari, bagian atmosfir yang paling dekat dengan matahari
mengalami ionisasi yang paling hebat. Karena atmosfir di daerah ini sangat renggang,
maka penggabungan kembali ion-ion menjadi
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1
molekul terjadi sanga t lambat
(setelah terbenam matahari). Karena itu, lapisan ini terionisasi relatif konstan
setiap saat. Lapisan F bermanfaat sekali untuk transmisi jarak jauh pada frekuensi tinggi dan mampu
membiaskan gelombang pada
frekuensi hingga 30 MHz.
Sebagai tambahan, pada lapisan-lapisan ionosfir yang
ditunjukkan di atas, ada juga variasi-variasi lain yang tidak
menentu yang terjadi
akibat dari partikel-partikel radiasi dari matahari,
sehingga mengakibatkan kacau atau rusaknya propagasi gelombang radio. Jenis
badai ini dapat berlangsugn beberapa hari, tetapi komunikasi masih dapat
dipertahankan dengan menurunkan frekuensi kerjanya. Radiasi yang berlebihan
dari matahari, juga dapat mengakibatkan ionisasi yang berat sekali pada
daerah/lapisan bawah yang dapat menyebab-kan komunikasi black out sama sekali
untuk gelombang dengan frekuensi di atas 1 MHz.
2.5.
Frekuensi Kritis
Jika frekuensi gelombang radio yang dipancarkan secara
vertikal perlahan-lahan dipertinggi, maka akan dicapai titik dimana gelombang
tidak akan bisa dibiaskan untuk kembali ke bumi. Gelombang ini tentu akan ke
atas menuju lapisan berikutnya, dimana proses pembiasan berlanjut. Bila frekuensi-nya
cukup tinggi, gelombang tersebut akan dapat menembus semua lapisan ionosfir dan
terus menuju ruang angkasa. Frekuensi tertinggi dimana gelombang masih bisa
dipantulkan ke bumi bila ditransmisikan secara vertikal pada kondisi atmosfir
yang ada disebut dengan frekuensi kritis. Sebagai ilustrasi tentang
frekuensi kritis gelombang untuk frekuensi 25 MHz, ditunjukkan pada Gambar di
bawah. Gelombang ditembakkan secara
vertikal oleh transmitter (pemancar dan sekaligus penerima), dengan frekuensi yang
bervariasi, mulai 24 MHz sampai 26 MHz. Untuk frekuensi kerja 25 MHz ke bawah,
gelombang yang dipancarkan ke atas, dapat diterima kembali
di bumi. Tetapi
untuk gelombang yang dipancarkan dengan frekeunsi 26 MHz ke atas,
gelombang di tidak dapat diterima oleh transmitter di bumi.
Gambar 1.11. Frekuensi
kritis
2.6.
Sudut Kritis
Secara umum, gelombang dengan
frekuensi lebih rendah akan mudah
dibiaskan, sebaliknya gelombang dengan frekuensi lebih tinggi lebih
sulit dibiaskan oleh ionosfir. Gambar di bawah menggambarkan hal yang demikian,
dimana sudut pancaran memegang peranan penting dalam menentukan apakah suatu
gelombang dengan frekuensi tertentu akan dikembalikan ke bumi oleh ionosfir
atau tidak. Di atas frekuensi tertentu, gelombang yang dipancarkan secara vertikal
merambat terus menuju ruang angkasa.
Namun demikian, bila sudut radiasi
(angle of radiation)-nya lebih rendah,
maka sebagian dari gelombang
berfrekuensi tinggi di bawah frekuensi kritis
akan dikembalikan ke bumi. Sudut terbesar dimana
suatu gelombang dengan frekuensi yang masih bisa dikembalikan (dibiaskan
ke bumi) disebut dengan sudut kritis bagi frekuensi tersebut.
Sudut kritis adalah
sudut yang dibentuk
oleh lintasan gelombang yang menuju dan masuk ionosfir dengan garis yang ditarik dari garis vertikal titik pemancar di bumi ke
pusat bumi. Gambar 6-6 menunjukkan sudut kritis untuk 20 MHz. Semua gelombang
yang mempunyai frekuensi di atas 20 MHz (misalnya 21 MHz) tidak dibiaskan kembali
ke bumi, tetapi
terus menembus ionosfir
menuju ruang angkasa.
Gambar 1.12. Sudut kritis
