5
BAB II TEORI DASAR SALURAN TRANSMISI
2.1 Umum Penyampaian imformasi dari suatu sumber informasi kepada penerima informasi dapat terlaksana bila ada suatu sistem atau media penyampai diantara keduanya jika jarak antara sumber informasi dengan penerima informasi dekat, maka sistem transmisi yang dipakai ckup melalui media udara. Namun jika jarak keduanya jauh dan sangat jauh maka di butuhkan suatu sistem transmisi yang lebih kompleks. Sistem transmisi itu dapat terdiri dari satu atau lebih media transmisi. Media yang digunakan dalam sistem ini dapat berupa media fisik (kabel) maupun nonfisik (nirkabel). Media transmisi fisik merupakan media transmisi yang mempunyai bentuk fisik. Media fisik ini umumnya menggunakan kabel, bumbung gelombang atau serat optik, sedangkan media non fisik berupa udara atau ruang bebas. Saluran transmisi merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam sistem transmisi baik sistem kabel maupun nirkabel. Pada sistem transmisi nirkabel, saluran transmisi digunakan untuk menghubungkan pemancar dengan antena pemancar dan penerima dengan antena penerima. Walaupun gelombang yang merambat pada saluran transmisi berupa medan listrik dan medan magnet yang terdapat diantara kedua penghantarnya, tetapi dapat dimodelkan sebagai suatu rangkaian listrik yang memiliki tegangan dan arus sehingga dapat dianalisis, dimana yang membedakan analisis pada saluran transmisi dengan rangkaian listrik adalah ukuran dan karakteristik listrik saluran transmisi.
6
2.2 Jenis Media Saluran Transmisi Walaupun secara umum media saluran transmisi yang digunakan pada frekuensi tinggi maupun gelombang mikro (microwaves) dapat berupa sepasang penghantar atau sebuah penghantar berongga, namun dalam aplikasinya dapat kita bedakan dalam 4 kategori, yakni : A. Saluran transmisi dua kawat sejajar (two-wire transmission line), B. Saluran transmisi koaksial (coaxial transmission line), C. Bumbung gelombang (waveguides), D. Microstrip dan stripline. Saluran transmisi two-wire hanya cocok dipakai pada daerah frekuensi terendah dari spekrum frekuensi radio sebab pada frekuensi yang lebih tinggi saluran transmisi jenis ini memiliki redaman yang sangat besar. Untuk memperbaiki keterbatasan saluran two-wire ini maka pada frekuensi yang lebih tinggi, Penggunaan sepasang penghantar sejajar digantikan oleh sepasang penghantar yang disusun dalam satu sumbu yang sama, disebut (koaxial). Dengan saluran ini redaman yang dialami medan elektromagnetik dapat dikurangi. Pada daerah frekuensi yang lebih tinggi lagi (gelombang mikro), saluran koaxial tidak cocok dipakai karna gelombang elektromagnetik merambat dalam bentuk radiasi menembus bahan dielektrik saluran sehingga redamannya semakin besar. Untuk itu, digunakan suatu saluran berupa penghantar berongga yang disebut bumbung gelombang (waveguides). Berdasarkan konstruksi fisik, saluran trasmisi dibedakan menjadi : a. Two-wire line (Twin Lead) Merupakan dua kawat yang terdiri dari sepasang penghantar sejajar yang dipisahkan oleh bahan dielektrik polyethylene. Saluran ini biasanya mempunyai impedansi karakteristik 300Ω sampai 600Ω dan banyak dipakai menghubungkan penerima pesawat televisi dengan antena penerima pada daerah Very High frequency (VHF). b. Coaxial line Merupakan saluran tidak seimbang (unbalanced line), dimana salah satu kawat penghantarnya digunakan sebagai pelindung bagi kawat penghantar
7
yang lain dalam yang sama. Kedua kawat penghantarnya dipisahkan oleh bahan dielektrik polyethylene atau Teflon. Saluran transmisi ini paling banyak digunakan untuk mengirimkan energi dengan frekuensi radio (RF), baik dalam sistem pemancar maupun penerima. Impedansi karakteristiknya beragam, mulai dari 50Ω sampai 75Ω. c. Balance Shielded line Merupakan perpaduan dari saluran two-wire line dan coaxial, dimana kedua kawat penghantarnya saling sejajar, namun untuk mengurangi rugi-rugi radiasi digunakan pelindung (shielded) dari jalinan serat logam seperti pada saluran coaxial. Kabel ini mempunyai karakteristik yang lebih baik dibanding kabel two-wire. d. Microstrip dan stripline Merupakan saluran transmisi yang bentuk fisiknya berupa kabel yang bersifat kaku. Saluran transmisi jenis ini biasanya digunakan untuk bekerja pada daerah frekuensi gelombang mikro (orde GHz) dan digunakan untuk menghubungkan piranti elektronik yang berjarak dekat. Saluran microstrip biasanya dibuat dalam bentuk Printed Cabling Board (PCB) e. Bumbung gelombang (waveguides) Merupakan saluran transmisi yang berbentuk konduktor berongga, akan tetapi masih bisa dikategorikan sebagai saluran transmisi, karna masih berfungsi untuk menyalurkan gelombang walaupun yang disalurkan didalamnya bukan lagi berupa arus atau tegangan, namun berupa gelombang elektromagnetik pada frekuensi tinggi, diatas 1 GHz, saluran transmisi sudah tidak efektif lagi sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik, karena pada frekuensi tersebut efek radiasi dari redaman saluran sudah terlalu besar. Impedansi karakteristik dan mode perambatan gelombang pada jenis ini berbeda dengan jenis sebelumnya. Salah satu aplikasi dari bumbung gelombang ini adalah serat optik. Walaupun kondisinya berbentuk kabel namun serat optik merupakan saluran transmisi jenis bumbung gelombang.
8
2.3 Karakteristik Saluran Transmisi Karakteristik listrik pada saluran transmisi berbeda dengan karakteristik dari rangkaian listrik biasa. Karakteristik listrik suatu saluran transmisi sangat bergantung pada konstruksi dan dimensi fisiknya. Ketika hubungan antara sumber sinyal dengan beban sedang berlangsung, maka sinyal akan merambat pada pasangan kawat penghantar saluran transmisi menuju keujung yang lain dengan kecepatan tertentu. Semakin panjang saluran transmisi, maka waktu tempuh dari rambatan sinyal itu akan semakin lama. Arus yang mengalir di sepanjang saluran akan membangkitkan suatu medan magnet yang menyelimuti kawat penghantar dan adakalanya saling berhimpit dengan medan magnet lain yang berasal dari kawat penghantar lain di sekitarnya. Medan magnet yang dibangkitkan oleh kawat penghantar berarus listrik, merupakan suatu timbunan energi yang tersimpan dalam kawat penghantar tersebut sehingga dapat dianggap bahwa kawat penghantar bersifat induktif atau memiliki induktansi. Tegangan yang ada diantara dua kawat penghantar akan membangkitkan medan listrik. Medan listrik ini juga merupakan timbunan energi yang mungkin juga saling berimpit dengan medan listrik lain di sekitarnya, sehingga akan timbul kapasitansi diantara dua kawat penghantar. Untuk saluran yang panjang, induktansi dan kapasitansi itu akan menyebar secara merata pada sepanjang saluran dan besarnya tergantung pada frekuensi sinyal atau gelombang yang merambat didalamnya.
2.4. Impedansi Karakteristik Saluran Besaran-besaran terdistribusi seperti induktansi, kapasitansi, resistansi dan konduktansi merupakan parameter primer suatu saluran transmisi yang terdapat dalam semua jenis saluran, terlepas apakah saat itu saluran tersebut dihubungkan atau tidak dengan sumber sinyal. Tetapi ada juga parameter yang penting dari saluran transmisi yang di sebut “impedansi karakteristik’’. Gelombang yang akan merambat pada saluran transmisi yang panjangnya tak terhingga, tidak akan mempengaruhi apa yang ada diujung saluran. Perbandingan antara tegangan dan arus diujung masukan saluran sesungguhnya
9
dapat dianggap sama dengan perbandingan antara tegangan dan arus setelah mencapai ujung lainnya. Dapat diartikan bahwa arus dan tegangan diantara kedua kawat penghantar saluran itu memandang saluran transmisi sebagai suatu impedansi. Impedansi inilah yang di sebut sebagai impedansi karakteristik (Z0).
2.5 Rugi-rugi (Losses) pada Saluran Transmisi Tegangan maupun arus dari sinyal yang merambat di sepanjang saluran transmisi akan mengalami penurunan seiring dengan jarak yang makin panjang, ini berarti saluran transmisi memiliki rugi-rugi. a. Rugi-rugi Tembaga Rugi-rugi antara lain berupa disipasi daya (I 2 R) yang berupa panas yang bersifat resistif dan rugi-rugi akibat efek kulit (skin effect). Makin tinggi frekuensi, makin besar resistensi yang timbul akibat efek kulit ini. Sehingga ini mengakibatkan rugi-rugi saluran makin besar. Jadi selain disebabkan oleh resistansi penghantarnya sendiri, rugi-rugi tembaga ini juga disebabkan oleh efek kulit, yang menyebabkan resistensi penghantar pada frekuensi tinggi juga meningkat. b. Rugi-rugi Dielektrik Rugi-rugi ini timbul diakibatkan oleh pemanasan yang terjadi pada kawat penghantar sewaktu dilalui arus bolak-balik. Daya yang dikirimkan sumber sinyal sebagian berubah menjadi panas yang terjadi pada bahan dielektrik. Ketika dilalui arus bolak-balik, maka struktur atom dari bahan dielektrik akan mengalami perubahan dan perubahan ini membutuhkan energi. Energi inilah yang mengakibatkan timbulnya rugi-rugi daya. Semakin sulit struktur atom suatu bahan dielektrik berubah, maka semakin besar energi yang dibutuhkannya, yang berarti semakin besar rugi daya yang disebabkan nya. c. Rugi-rugi Radiasi dan Induksi Rugi-rugi ini terjadi akibat adanya medan-medan yang ada disekitar kawat penghantar. Rugi-rugi induksi terjadi ketika medan elektromagnetik disekeliling penghantar terkena langsung dengan suatu penghantar tersebut, akibatnya daya hilang pada penghantar tersebut. Rugi-rugi radiasi merupakan
10
rugi-rugi yang disebabkan hilangnya sebagian garis-garis gaya magnet karena memancar keluar dari saluran transmisi. Rugi-rugi pada saluran ini mengakibatkan redaman yang dinyatakan dalam satuan decibel per satuan ataupun neper per satuan panjang.
2.6 Perambatan Gelombang dalam Waveguide Ketika pengiriman sinyal melalui suatu saluran, maka medan-medan (listrik dan magnet) yang dikirimkan dari sumber sampai ke beban dan setelah sampai di beban, energi yang tersimpan dalam medan-medan tersebut diubah menjadi energi yang diinginkan, dimana medan-medan ini dikenal sebagai medan elektromagnetik. Perambatan energi listrik di sepanjang saluran transmisi adalah dalam bentuk medan elektromagnetik transversal yaitu gelombang yang arah perambatannya tegak lurus terhadap perpindahannya. Ada tiga tipe perambatan yang dikenal pada saluran transmisi maupun bumbung gelombang, yaitu tipe TEM (Transverse Electric Magnetic), TE (Transverse Electric) dan TM (Transverse Magnetic), biasanya TEM yang terjadi pada saluran transmisi, sedangkan TE dan TM umumnya terjadi pada bumbung gelombang.
