Teknik Radio

Sistem Komunikasi Radio
Analog
Frekuensi & Panjang Gelombang
Definisi
Frekuensi Radio :
Spektrum energi gelombang elektromagnetik yang mempunyai
panjang gelombang di antara spektrum gelombang audio dan
spektrum gelombang cahaya
Panjang Gelombang
Radio :
Panjang suatu gelombang elektromagnetik yang merambat
dalam satu periode.
T
F (Hz) =
1
T (s)
l (m) =
C (m/s)
F (Hz)
C = 3 x108 (m/s)
Gelombang Radio
• Electromagnetic wave F < 3000 GHz
• Gelombang elektromagnetik memiliki 2
vector:
– H : Medan Magnet
– E : Medan Listrik
E
H
i
Propagation
Polarisasi Gelombang Radio
– Horizontal
Polarization
Antena
E
Arah Propagasi
– Vertical
Polarization
H
Arah Propagasi
Antena
H
E
Spektrum Frekuensi
Definisi Spektrum Frekuensi Radio :
Kumpulan pita frekuensi radio yang kontinyu dari besaran 300 Hz sampai dengan 3000
GHz
0
300 3K
3M
3G 3T
3.1015
300T
3.1016 3.1019
F (Hz)
Infra
sound
Radioelectric waves
Audio
Infra red
Ultra
sound
Ultra
violets
Light
Gamma
rays
X rays
l (m)

11
1000K 100K
0.1mm 1
1.10-7
Electro magnetic
waves
1.10-8
1.10-
SPEKTRUM FREKUENSI RADIO
3 kHz
VLF
30 kHz
Sub-marine
100 km
30 kHz
300 kHz
Broadcasting
LF
10 km
300 kHz
MF
1000 m
3 MHz
100 m
30 MHz
10 m
300 MHz
UHF
100 m
30 MHz
Tactical & ground links (Ground & ionospheric waves)
VHF
1 km
3 MHz
Broadcasting & maritime links
HF
10 km
10 m
300 MHz
Radio-telephony &
aeronautic
1m
3 GHz
Radio-telephony, aeronautic, TV & Micro-waves
100 mm
1000 mm
3 GHz
SHF
30 GHz
Radar, Micro-waves & spatial links
100 mm
30 GHz
EHF
10 mm
10 mm
300 GHz
Radar, Micro-waves
1 mm
SPEKTRUM HF & V-UHF
0.3 MHz
HF LW
MW
30 MHz 41 MHz
VHF
Band 1
FM
7.32 m
3.75 m
3.42 m
Band 3
2.78 m
638 mm
489 mm
Band 5
1.12 GHz
L
315 mm
268 mm
1.7 GHz
LS
176 mm
248.000 MHz
238.000 MHz
Band 4
958 MHz
UHF
225.000 MHz
614 MHz
1.3 m
155.975 MHz
470 MHz
AVIATION
VHF
143.975 MHz
1000 mm
118.000 MHz
399.975 MHz
UHF
UHF
10 m
80 MHz 87.5 MHz 108 MHz
TACTICAL VHF
300 MHz
11.5 m
HF (step 100Hz)
Extension VHF
10 m
30 MHz
SW
1.5 MHz
100 m
26 MHz
Guard Reception
2.8 GHz 3 GHz
S
115 mm
100 mm
Media Transmisi
1. Wire / Kabel
•
•
•
Kawat Tembaga
Coaxial Cable
Serat Optik
2. Wireless / Tanpa Kabel
•
•
Frekuensi Radio (HF, VHF, UHF,
Gelombang Mikro)
Infra Red
Media Transmisi
- Getaran
sinyal
pembawa
itu
harus
disampaikan kepada penerima
- Proses penyampaian ini harus dilakukan
melalui suatu media
- Analogi dengan pembawa truk maka maka
jalan rayanya disebut media transmisi
- Proses perambatan sinyal gelombang
pembawa dari satu tempat ketempat lain
disebut propagasi.
- Di dalam media, carrier dalam bentuk
gelombang pembawa. ( carrier wave ).
Modulation - Carrier
Modulasi : Proses yang mengubah gelombang pembawa sesuai dengan sinyal informasi yang akan
ditransmisikan
Carrier Frequency: Frekuensi yang membawa sinyal informasi untuk ditransmisikan melalui
media transmisi tertentu
MODULATION
?
DEMODULATION
?
MODULASI AM
Sistem Komunikasi
Input
Transducer
Input
Sinyal Input
Tx /
Pemancar
Sinyal transmisi
Media
Transmisi
Output
Transducer
Output
Sinyal Output
Rx /
Penerima
Sinyal transmisi
- Redaman
- Noise
- Distorsi
- Interferensi
Signal Losses
•
Interferensi : tumpang tindihnya sinyal gelombang radio yang diakibatkan
karena penggunaan frekuensi yang sama (sebutkan contoh penyebabnya
seperti penggunaan yang bersamaan, kerusakan perangkat, perangkat
yang tidak standar, perangkat lain yang memiliki frekuensi yang sama)
•
Noise : sinyal gelombang elektromagnetik yang tidak diinginkan dimana
masuk dan mengurangi kualitas sinyal gelombang yang dikehendaki
•
Distorsi : Perbedaan nilai antara sinyal sebenarnya dengan sinyal yang
terukur
•
Redaman : Penurunan daya dari suatu sinyal terhadap nilai referensi atau
nilai yang telah ditentukan
Transceiver
CONTOH TRANSMITTER
antenna
Input
Mic
IF Filter
Modulator
Penguat RF
Carrier
Frequency
OSC
Local Oscilator
CONTOH RECEIVER
antenna
RF BPF
Penguat RF
Detektor
IF Filter
OSC
Penguat IF
speaker
DIAGRAM BLOK TRANSCEIVER –
CONTOH LAIN
1
2
5
6
7
Sumber
sinyal
pesan
Penguat
Modulator
Penguat RF
Antena
pemancar
9
11
12
13
14
15
Penguat RF
(+ noise)
Mixer
(+ noise)
Penguat IF
Detektor
Penguat
Pengeras suara
Dsb.
3
4
Osilator
RF3
Penguat RF,
Pelipatan
frekuensi
8
Antena
penerima
Osilator
Lokal
(+ noise)
10
Sumber : Teknik Radio Benda Padat
UI Press, 1990
Elemen-elemen Sistem Radio - Keterangan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Sumber dari sinyal pesan/informasi mungkin suatu mikropfon, kamera, atau alat lain yang
mengubah informasi yang diinginkan menjadi sinyal listrik.
Low Pass Filter. Sinyal informasi tersebut diperkuat dan dilewatkan melalui low pass filter
untuk membatasi lebar pita.
Osilator RF menentukan frekuensi pembawa atau kelipatannya.
Penguat. Satu atau beberapa tingkat penguat menaikkan tingkat daya sinyal dari osilator ke
besaran yang diperlukan untuk masuk ke modulator.
Modulator menggabungkan sinyal dan komponen-komponen frekuensi pembawa untuk
menghasilkan gelombang termodulasi. Spektrum sinyal keluaran berada dlaam daerah
frekuensi pembawa RF yang diinginkan.
Penguatan tambahan mungkin diperlukan setelah modulasi untuk membawa tingkat daya
sinyal pada harga masukan ke antena yang diinginkan.
Antena pemancar mengubah energi RF menjadi gelombang elektromagnet dengan polarisasi
yang diinginkan. Antena harus diarahkan sebanyak mungkin energi yang dipancarkan menuju
ke antena penerima.
Antena penerima dapat bersifat omnidireksional (ke segala arah) untuk maksud pelayanan
umum (broadcast) ataupun sangat terarah untuk komunikasi titik ke titik.
Tingkat penguat RF menaikkan daya sinyal ke tingkat yang sesuai untuk masukan ke mixer
dan membantu mengisolasi osilator lokal dari antena.
Elemen-elemen Sistem Radio - lanjutan
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Osilator lokal dalam penerima ditala untuk menghasilkan frekuensi fLO sebesar fRF + fIF atau fRF
- fIF
Pencampuran (mixer) merupakan alat non linier yang menggeserkan sinyal yang diterima
pada fRF ke frekuensi intermediate fIF. Modulasi pada pembawa yang diterima juga diubah ke
frekuensi IF.
Penguat IF menaikkan sinyal ke tingkat yang cocok untuk deteksi dan menyediakan sebagian
besar pemilahan frekuensi yang diperlukan untuk melewatkan sinyal yang diperlukan dan
menyaring keluar (filter) sinyal-sinyal yang tidak diinginkan yang terdapat dalam keluaran
mixer.
Detektor memulihkan sinyal pesan asli dari masukan IF termodulasi.
Penguat audio dan video menaikkan tingkat daya keluaran detektor ke besaran yang sesuai
untuk masukan pengeras suara, tabung televisi atau alat keluaran lain.
Alat keluaran mengubah sinyal informasi kembali ke bentuk aslinya (gelombang suara,
gambar dan sebagainya).
Model Komunikasi
Simplex :
Transmisi satu arah pada suatu kanal transmisi yang tidak dapat
dilakukan kebalikannya
Contoh : radio siaran, TV, radio paging
Half Duplex :
Transmisi dua arah yang dilakukan pada saat yang tidak bersamaan
Contoh : Handy Talky, Radio Trunking
Full Duplex :
Transmisi dua arah yang dilakukan pada saat yang sama
Contoh : Fixed Phone, Mobile Phone
Model Komunikasi
Simplex :
Transmisi satu arah pada suatu kanal transmisi yang tidak dapat
dilakukan kebalikannya
Contoh : radio siaran, TV, radio paging
Half Duplex :
Transmisi dua arah yang dilakukan pada saat yang tidak bersamaan
Contoh : Handy Talky, Radio Trunking
Full Duplex :
Transmisi dua arah yang dilakukan pada saat yang sama
Contoh : Fixed Phone, Mobile Phone
Parameter Transmisi
dB adalah satuan yang menggambarkan suatu perbandingan.
“ Suatu perbandingan antara dua besaran tenaga (power) dengan
skala logarithma”
Dalam domain daya dikatakan :
1w
10w
Jaringan
Contoh : Berapa dBW daya pancar yang diterima untuk sistem di atas ?
dBW = 10 log (Pi/1W)
= 10 log (10/1)
= 10 x 1
= 10 dBW
dBm
Adalah level daya dikaitkan dgn 1 mW
Dimana 0 dBm = 1 mW
Persamaan dBm = 10 log daya (mW)
mW
Contoh:
penguat punya keluaran = 100 w, berapa dalam dBm?
Jaringan dengan input = 0,0001 w, berapa dalam dBm?
•dB => 20 log E1/E2, or, 10 log P1/P2
•dBW => ref: 1 W
•dBm => ref: 1 mW
Propagasi Gelombang Radio
• Gelombang dapat merambat melalui berbagai
medium, antara lain:
– Padat
– Cair
– Udara
• Propagasi gelombang radio, dibedakan menjadi:
– Propagasi Gelombang tanah:
• Gelombang langsung
• Gelombang pantulan tanah
• Gelombang permukaan tanah
– Propagasi Ionosfer
Propagasi Gelombang HF
4
1
1. Free space propagation
IONOSPHERE
2. Refraction deviation
2
3. Over the horizon by diffraction
STRATOSPHERE
4. Over the horizon by
ionospheric reflection
TROPOSPHERE
3
Ionosphere
F4
F2
F1
30Km
F3
80Km
F5
Ground waves
Reception possibility
Uncertain possibility Reception possibility
Summary
FREQUENCIES
REFLEXION
ABSORBTION
PROPAGATION
Trop
Iono
D
E
LIMITATION
F
Noise
GROUND
WAVES
Distance
o
LF
30kHz-300kHz
x
A
X
MF
300kHZ-300MHz
x
A
X
HF
3MHz-30MHz
x
VHF
30MHz-300MHz
UHF
300MHz-300GHz
x
No
No R
R
x
No
No
x
No
No
X
X
X
X
No
X
X
No
X
X
Antena - Definisi
Definisi :
Antena adalah pengubah transmisi dari bentuk gelombang
terbimbing (saluran transmisi) menjadi bentuk gelombang ruang
bebas atau sebaliknya.
Antena sebagai transducer :
Mengubah energi listrik menjadi gelombang elektromagnetik dan
sebaliknya
Antena
Tx
Saluran Transmisi
Saluran Transmisi
Antena berfungsi sebagai
• Pelepas gelombang elektromagnetik ke udara/ruang bebas
• Penerima gelombang elektromagnetik dari ruang bebas
Rx
Antena dalam Komunikasi
Gelombang Radio
• Untuk daerah frekwensi >30Mhz, antena
yang sering digunakan dalam komunikasi
gelombang radio adalah antena VHF dan
UHF
• Antena VHF / UHF ini dapat digolongkan
menjadi 2 jenis yaitu :
1. Antena Omnidirectional
2. Antena yang mempunyai pemancaran /
penerimaan ke suatu arah
Antena Omnidirectional
• Digunakan pada stasiun “ mobile service “
atau siaran radio dan televisi
• Antena Omnidirectional dapat dibedakan
menjadi 2 macam yaitu :
– Antena Omnidirectional dengan Polarisasi
Vertical
– Antena Omnidirectional dengan Polarisasi
Horizontal
Antena Omnidirectional dengan
Polarisasi Vertical
Macamnya:
a) Antena Koaksial dan antena Brown
b) Antena Vertikal dengan penguatan tinggi
(a)
(b)
Antena Omnidirectional dengan
Polarisasi Horizontal
Macamnya :
a) Antena Super Turnstile
b) Antena Super Gain
Antena Berarah
• Digunakan untuk perhubungan titik ke titik
atau penerimaan TV.
• Jenis – jenis antena dengan diagram
pancaran berarah antara lain adalah :
– antena “ corner reflector “
– antena Yagi Uda
– antena Parabola
– antena Helical.
Antena Corner Reflector
 Reflectornya berupa array dari “ parasitic
element “ pada dua bidang datar yang
berpotongan membentuk sudut, dimana
radiatornya berada
Antena Yagi Uda
 Terdiri dari “ driven element ”, reflektor,
direktor, dan boom
 Banyak digunakan dalam komunikasi VHF
Antena Parabola
 Digunakan untuk daerah frekuensi UHF
band atas dan gelombang mikro.
 Prinsipnya adalah memusatkan tenaga
radiasi dari radiator
 Penguatan antena parabola tergantung
dari diameter dan frekuensi
Macam – macam konfigurasi antena
Dipole
Dipole dengan
pemantul
Yagi
Dipole dengan pemantul dan penyearah
Parabola dengan prime focus
Horn
Parabola dengan casegrain
Gain dan Arah Pancar
Gain
•
Power yang dipancarkan suatu antena bergantung pada arah pancaran
di mana pengukuran dilakukan
•
Gain Antena adalah nilai/besar penguatan maksimum daya pancar
•
Suatu antena memiliki konsentrasi daya pancar dalam satu atau
beberapa arah pancaran
Arah Pancar (Directivity)
•
Antena memiliki arah pancaran
•
Diagram pancar digunakan untuk menggambarkan pola pancar dari
antena
Pola Radiasi
Elevation angle
plan
Radiation pattern in
elevation
Azimuth
Radiation pattern in azimuth
Azimuth radiation
Elevation angle radiation
Sensitivity - Selectivity
• Sensitivity:
Minimum input level require to produce an
acceptable output
• Selectivity:
A measure of the receivers ability to
accept desired signal and reject the
unwanted signals