analisis pengaruh frekuensi terhadap redaman pada kabel - USU-IR

ANALISIS PENGARUH FREKUENSI TERHADAP REDAMAN
PADA KABEL KOAKSIAL
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan
sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
OLEH :
SURYANTO
NIM: 070402051
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
1
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Kabel koaksial merupakan salah satu jenis saluran transmisi yang secara
praktis mempunyai bidang aplikasi yang luas. Dari struktur penampang kabel,
didapati tiga komponen utama: penghantar dalam, penghantar luar dan dielektrik
pengisolir kedua penghantar tersebut. Kabel koaksial memiliki dua macam
redaman yaitu redaman konduktor dan redaman dielektrik.
Pada Tugas Akhir ini akan dibahas tentang pengaruh frekuensi terhadap
redaman pada kabel koaksial. Parameter yang akan dianalisis di sini adalah
redaman konduktor dan redaman dielektrik dari kabel koaksial.
Dari hasil analisis yang dilakukan, didapatkan bahwa semakin tinggi
frekuensi yang diberikan pada kabel koaksial maka redaman pada konduktor dan
dielektrik akan semakin besar. Seiring kenaikan frekuensi, besar redaman
konduktor yang dipengaruhi oleh konduktivitas bahan dan diameter konduktor
akan bertambah secara kuadratik sedangkan redaman dielektrik yang besarnya
bergantung pada jenis dielektrik bertambah secara linier. Redaman konduktor
bahan tembaga pada frekuensi 1 GHz, 2 GHz, 3 GHz berturut-turut adalah 0,258
dB/m, 0,364 dB/m, 0,446 dB/m. sedangkan redaman dielektrik Teflon pada
frekuensi yang sama 0,02 dB/m, 0,039 dB/m, 0,059 dB/m.
Pada frekuensi rendah redaman sangat bergantung pada konstruksi kabel
atau diameter kabel, namun pada frekuensi tinggi (biasanya di atas 10 GHz) jenis
dielektrik mempunyai pengaruh yang besar terhadap redaman.
2
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis kepada Allah SWT yang telah memberikan kekuatan
dan membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang
berjudul:
ANALISIS PENGARUH FREKUENSI TERHADAP REDAMAN PADA KABEL
KOAKSIAL
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib
dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Elektro USU.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua tercinta,
Ibunda (Nurlina) dan Ayahanda (Amir Hamzah) kakak dan adik yang saya
sayangi (Tuti Awalis dan Suci Mulyani).
Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas
bimbingan, dukungan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Dengan setulus hati
penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir
yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Ahri Bahriun, M.Sc selaku dosen wali penulis yang sudah
memberikan bimbingan yang sangat bermanfaat bagi penulis.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si dan Bapak Rahmat Fauzi, MT selaku
ketua dan sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
3
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro USU yang telah
memberikan bekal ilmu yang tidak ternilai.
5. Bapak Ir. Mas`adi, Bapak Nasaruddin, Ibu Sulastri Muharman, dan Datuk
terima kasih atas doa dan bantuan yang sangat berarti bagi penulis.
6. Sahabat-sahabat stambuk 07 di Departemen Teknik Elektro USU: Reza,
Hirzi, Susandi, Recky, Toni, Leo, Ajir, Habibi, Andre, Ali, Oki, Noe,
Yovi, Yudi, Borong, dan banyak lagi yang tak bisa penulis sebutkan satu
persatu terima kasih atas dorongan dan semangat yang diberikan kepada
penulis selama menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Keluarga besar IMTE baik senior maupun junior terima kasih atas
segalanya.
Akhirnya penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini sangat jauh dari
sempurna. Masih banyak kesalahan dan kekurangan baik dari materi ataupun
penulisan. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca
agar Tugas Akhir ini dapat lebih baik kedepannya. Semoga Tugas Akhir ini
bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 25 Januari 2013
Penulis
Suryanto
NIM: 070402051
4
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR ISI
ABSTRAK ..………………………………………………………………………i
KATA PENGANTAR ……….………………………………………………….ii
DAFTAR ISI ………………………….…………………………………………iv
DAFTAR GAMBAR …………………………………..……………………….vii
DAFTAR TABEL …………………………………………………….……….viii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang …………………………………………………..1
1.2 Rumusan Masalah ……………………………………………….2
1.3 Tujuan Penulisan ………………………………...………………3
1.4 Batasan Masalah …………………………………………………3
1.5 Metodologi Penulisan ……………………………………………3
1.6 Sistematika Penulisan ……………………………………………4
BAB II
SALURAN TRANSMISI
2.1 Umum ……………………………………………………………6
2.2 Persamaan Umum Saluran Transmisi ……..………………….…7
2.3 Konstanta Primer Saluran Transmisi ………………..………….10
2.4 Konstanta Sekunder Saluran Transmisi ………………………..12
2.5 Jenis-Jenis Saluran Transmisi …...…….……………………….15
2.6 Perambatan Gelombang Pada Saluran Transmisi ……………...20
2.6.1 Kecepatan Rambat Gelombang ………..………….21
2.6.2 Panjang Gelombang …..…………………………………..23
2.8 Rugi-Rugi Pada Saluran Transmisi …………….………………23
5
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
BAB III
SALURAN TRANSMISI KABEL KOAKSIAL
3.1 Umum …………….…………………………………………….26
3.2 Konstruksi Kabel Koaksial ……………..………………………26
3.3 Jenis-Jenis Kabel Koaksial ……………………..………………27
3.4 Konstanta Saluran Transmisi Kabel Koaksial ……………...…..29
3.5 Daya Kabel Koaksial ……………………..…………...………..36
3.6 Mode Transmisi Kabel dan Frekuensi Cut-Off …………...……37
3.7 Redaman Pada Kabel Koaksial …..…………………………….39
3.7.1 Redaman Pada Konduktor ………………………………..39
3.7.2 Redaman Pada Dielektrik …………………………………40
3.8 Dimensi Optimal Kabel Koaksial ………..…………………….41
3.9 Beberapa Contoh Kabel Koaksial ………………………...……42
3.10 Kelebihan dan Kekurangan Kabel Koaksial ...………………..44
BAB IV
ANALISIS PENGARUH FREKUENSI TERHADAP REDAMAN
PADA KABEL KOAKSIAL
4.1 Umum …………………………………………….…………….45
4.2 Parameter-Parameter Asumsi ……………………………….….46
4.3 Analisis Pengaruh Frekuensi Terhadap Redaman
Pada Kabel Koaksial ...................................................................47
4.3.1 Analisis Pengaruh Frekuensi Terhadap Redaman
Konduktor …………………………………………………48
4.3.2 Analisis Pengaruh Frekuensi Terhadap Redaman
Dielektrik …………………………………………………..52
4.3.3 Analisis Pengaruh Frekuensi Terhadap Redaman Beberapa
6
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Tipe Kabel Koaksial ……………..………………………....55
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ………….………………………………………….61
5.2 Saran ……………………………………………………………62
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………….63
7
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Model Rangkaian Saluran Transmisi ……….…………………….8
Gambar 2.2
Kabel Paralel Ganda dan Pola Medannya …….…………………16
Gambar 2.3
Struktur Kabel Koaksial dan Pola Medannya ..………………….17
Gambar 2.4
Balanced Shielded Line dan Pola Medannya ………………..…..18
Gambar 2.5
Saluran Mikrostrip dan Pola Medannya ………..………………..19
Gambar 2.6
Rectangular Waveguides dan Circular Waveguides ..…………...20
Gambar 3.1
Konstruksi Kabel Koaksial ….…………………………………..26
Gambar 3.2
Thick Coaxial Cable (R G 6) ……………………………………28
Gambar 3.3
Thin Coaxial Cable (R G 59) ……….…………………………...29
Gambar 3.4
Penampang Kabel Koaksial …….……………………………….30
Gambar 3.5
Penampang kabel koaksial untuk penghitungan C ……….……...31
Gambar 3.6
Penampang kabel koaksial untuk penghitungan L ………………32
Gambar 3.7
Besar medan magnet di penampang kabel koaksial sebagai
fungsi radius ……………………………………….…………….34
Gambar 4.1
Bagian-Bagian Kabel Koaksial ………………………………….46
Gambar 4.2
Grafik pengaruh frekuensi terhadap redaman konduktor …….….51
Gambar 4.3
Grafik pengaruh frekuensi terhadap redaman dielektrik …...……54
Gambar 4.4
Grafik pengaruh frekuensi terhadap redaman total ………..……59
8
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Konstanta Primer beberapa saluran transmisi ………..……………..12
Tabel 2.2
Impedansi Karakteristik Beberapa Saluran Transmisi ………..……15
Tabel 2.3
Konstanta Dielektrik dan Kecepatan Rambat Gelombang
Elektromagnetik Bahan Isolator …………………………………….22
Tabel 3.1
Data Beberapa Kabel Koaksial ………………………………….….43
Tabel 4.1
Konduktifitas bahan konduktor ………………….………………….47
Tabel 4.2
Permitivitas relatif dan faktor redaman bahan dielektrik …………...47
Tabel 4.3
Redaman konduktor ………………………...………………………50
Tabel 4.4
Redaman dielektrik ……………….…………..…………………….53
Tabel 4.5
Redaman total kabel koaksial yang dianalisis ……………..………..58
9
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA