ATMOSPHERIC EFFECTS ON PROPAGATION
Introduction • Jika pancaran radio di propagasikan di ruang bebas yang tidak terdapat Atmosphere maka pancaran akan berupa garis lurus. • Gas Atmosphere akan menyerap dan menscatter energi lintasan radio.
Pengaruh Atmosphere 1. Redaman Butir-butir hujan memberikan redaman terhadap gelombang elektromagnetik yang melintas. Semakin lebat hujan maka redaman tersebut semakin besar. (Gideon Jonatan, Rekayasa Transmisi Radio, Jilid I, 2003 ) Melalui pemahaman Fisika dan percobaan dapat dihitung seberapa besar redaman tersebut. Besar redaman hujan merupakan fungsi dari: - Besar curah hujan (R dengan satuan mm/hr). - Bentuk butiran air hujan. - Besar frekuensi yang digunakan. - Polarisasi gelombang yang digunakan (horizontal/vertikal). - Jarak yang ditempuh, distribusi hujan sepanjang lintasan gelombang 3
Curah hujan adalah besaran yang menyatakan tingginya kenaikan air hujan dalam suatu wadah (yang luas permukaannya sampai ke dasarnya sama) dalam satu jam1). Besarnya redaman karena curah hujan dapat dinyatakan dengan rumus: (Roger L. Freeman, Telecomunication Transmission Handbook, New York, 1981. )
A a.R b 90 r 90 4 D Aeff A.D.r dimana :
…………….1 …………….2
…………….3
A = redaman karena hujan dalam dB/km R = curah hujan dalam mm/jam r = faktor reduksi D = panjang lintasan dalam kilometer a dan b merupakan fungsi dari frekuensi dan polarisasi {harga a dan b dapat dilihat pada tabel} 4
Koefisien Regresi dari Fungsi Frekuensi dan Polarisasi (Sumber: Roger L. Freeman, 1987)
5
Untuk mengatasi redaman hujan ini, maka daya pancar harus dinaikkan sebesar redaman tersebut. Dari permasalahan yang ada pada diketahui bahwa curah hujan setempat adalah 50 mm/jam, panjang lintasan sejauh 39 km, frekuensi yang digunakan sebesar 6 GHz dan polarisasi yang digunakan adalah polarisasi horizontal. Dari polarisasi ini dapat dicari faktor regresi fungsi dari frekuensi dan polarisasi berdasarkan tabel pada slide sebelumnya. Dari tabel akan didapatkan nilai a sebesar 0.00175 dan nilai b sebesar 1.308. Untuk mencari besarnya redaman karena hujan dapat dicari dengan cara sebagai berikut: Untuk mencari redaman curah hujan, langkah pertama adalah mencari besarnya redaman, dengan menggunakan rumus pada slide sebelumnya akan didapatkan hasil sebagai berikut: A = a x Rb A = 0.00175 x 50 1.308 A = 0.29 dB/km 6
Langkah kedua, mencari faktor reduksi dengan rumus 2 dan akan didapatkan hasil sebagai berikut:
90 r 90 4 D 90 r 90 ( 4 x 39) r 0,37 Langkah terakhir, mencari besarnya redaman efektif karena hujan sepanjang 39 km, dengan rumus sebelumnya dan didapatkan hasil sebagai berikut: Aeff = A x D x r Aeff = 0.29 x 39 x 0.37 Aeff = 4.18 dB 7
2. Absorption Dari penelitian yang telah dilakukan, oksigen di atmosphere menyerap beberapa energi dari gelombang microwave dan untungnya pelemahan yang diberikan kecil pengaruhnya. Pelemahan yang didapat sekitar 0.01 dB/Km pada frekuensi 2 Ghz dan naik ke 0.02 dB/km pada frekuensi 26 Ghz.
8
Curah hujan juga berpengaruh pada transmisi GM terutama diatas frekuensi 10 Ghz. Sebagai contoh pada 12 Ghz pelemahan yang dicapai hampir 10 dB/km. Dan hujan yang sangat deras juga bisa mengakibatkan jatuhnya link (break transmition ) 3. Refraction (Pembiasan) Refraction adalah belokan dari gelombang radio yang disebabkan salah satunya oleh karena perubahan karakteristik dari atmosphere. Efek dari refraction menyebabkan arah dari tembakan microwave menyimpang dari jalur line of sight (LOS) nya. Padahal dalam komunikasi yang diinginkan adalah propagasi garis pandang atau LOS Rata-rata kondisi atmosphere menyebabkan jalur propagasi mempunyai radius lengkungan atau belokan sebesar 1.33 kali radius bumi yang sebenarnya. Secara praktisnya menyebabkan panjang dari jalur propagasi bertambah rata-rata 15% lebih panjang dibanding jalur LOS nya.
9
Refraktifitas • Adalah index bias yang ditentukan sebagai rasio dari kecepatan propagasi dari gelombang radio pada ruang bebas (free space) terhadap kecepatan pada media yang ditentukan. • Indek bias radio pada atmosphere dapat ditentukan dengan persaman:
Refraktifitas
Refraktifitas
Perubahan dari belokan bumi yang disebabkan oleh refraction dinyatakan dengan kfactor, yang didefinisikan sebagai perbandingan antara radius effective dari bumi dengan radius bumi yang sebenarnya. Radius Bumi yang sebenarnya adalah (Ref 6370 km dalam RADIO PROPAGATION TUTORIAL Copyright : © 1997 TALTEL SISTEMI Via Tempesta 2, Milano, Italy, Luigi Moreno Radio Engineering Services) k = effective earth radius/ true earth radius Pada kondisi atmosfir normal, dalam perhitungan radius bumi ekuivalen biasanya digunakan k = 4/3 Kondisi k-faktor lainnya : k < 4/ 3 Sub- refractive Atm. Jalur dari gelombang radio teralu dekat dengan permukaan bumi. Nilai k yang terlalu rendah berhubungan dengan tingginya probabilitas gelombang radio terhalangi oleh permukaan tanah.
13
k > 4/ 3 Super- refractive Atm. Jalur dari gelombang radio teralu jauh dari permukaan bumi dan bisa memperluas interferensi yang tidak diinginkan.
14
Ray-beam bending for Various K-Faktor • 𝐾≈
𝑟 𝑟𝑜
• K = faktor radius efektif Bumi ro = radius permukaan bumi sebenarnya r = radius bumi efektif
Ray-beam bending for Various K-Faktor
17
4. Ducting Ducting adalah peristiwa dimana terperangkapnya gelombang mikro dalam sebuah atmosphere waveguide. Ini biasa terjadi pada ketinggian yang rendah dengan lapisan atmosphere yang sangat padat dan terjadi didekat atau diatas permukaan air
Ada 2 macam ducting : 1.
Surface Ducts : jika batas terendah dari duct adalah permukaan bumi.
2.
Elevated Ducts : jika batas terendah dari duct adalah diatas permukaan bumi.
18
TERRAIN EFFECTS Effect yang diakibatkan dari penghalang seperti pohon dan bangunan. Dalam propagasi gelombang mikro sangat diharapkan terjadinya suatu propagasi garis pandang yang Line Of Sight (LOS) tanpa adanya penghalang. Untuk mengingat kembali sebuah persamaan yang sering dipergunakan tentang Free Space Propagations (Propagasi ruang bebas), yaitu : FSL (Free Space Loss) = 32,45 + 20 log f (MHz) + 20 log d (km) Dimana R dalam Km dan f dalam MHz FSL (Free Space Loss) = 92,5 + 20 log f (GHz) + 20 log d (km)
Dimana R dalam Km dan f dalam Ghz Hubungan antara Frekuensi, jarak dan FSL
19
20
Tapi pada prakteknya akan sangat banyak penghalang pada sebuah komunikasi gelombang mikro. Disini akan dibahas efek apa saja yang terjadi karena adanya penghalang dalam propagasi gelombang mikro. a. Fresnel Zone Daerah Fresnel pertama merupakan hal yang perlu diperhatikan dalam lintasan gelombang mikro line of sight. Daerah ini diutamakan harus bebas dari halangan pandangan (free of sight obstruction) karena bila tidak, akan menambah redaman lintasan.
d1 21
d2
Gambar di slide menunjukkan dua berkas lintasan propagasi gelombang radio dari pemancar (Tx) ke penerima (Rx), yaitu berkas lintasan langsung (direct ray) dan berkas lintasan pantulan (reflected ray). Jika berkas lintasan pantulan mempunyai panjang setengah kali lebih panjang dari berkas lintasan langsung dan bumi dianggap pemantul yang sempurna (koefisien pantul = -1, yang berarti gelombang datang dan gelombang pantul berbeda fase 180o), maka pada saat tiba di penerima akan mempunyai fase yang berbeda dengan gelombang langsung. Hal tersebut akan mengakibatkan terjadinya intensitas kedua gelombang pada saat mencapai antena penerima akan saling melemahkan. Batas daerah Fresnel dapat dicari dengan rumus sebagai berikut: (Roger L. Freeman, Radio System Design for Telecomunications (1-100 GHz),New York, 1987.)
22
Surface Refraction Februari (example)
Surface Refraction August(example)
