BAB II GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
2.1
Umum Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat
walaupun tidak ada medium dan terdiri dari medan listrik dan medan magnetik seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.1. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa parameter yang bisa diukur, yaitu : panjang gelombang, frekuensi, amplitudo, dan kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombangnya, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya [3].
E y
Arah Gerak Gelombang
x
z B
Gambar 2.1 Perambatan gelombang elektromagnetik yang terdiri dari medan listrik E dan medan magnetik B [3].
Universitas Sumatera Utara
2.2
Spektrum Gelombang Elektromagnetik Tabel 2.1 menunjukkan spektrum frekuensi gelombang radio yang dibagi
menjadi beberapa pita frekuensi. Tabel 2.1 Pembagian Pita Frekuensi
2.3
No.
Pita Frekuensi
Rentang Frekuensi
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Extremely Low Frequency (ELF) Very Low Frequency (VLF) Low Frequency (LF) Medium Frequency (MF) High Frequency (HF) Very High Frequency (VHF) Ultra High Frequency (UHF) Super High Frequency (SHF) Extra High Frequency (EHF)
< 3kHz 3 - 30 kHz 30 - 300 kHz 300 kHz – 3 MHz 3 - 30 MHz 30 - 300 MHz 300 MHz – 3 GHz 3 - 30 GHz 30 - 300 GHz
Sifat-Sifat Gelombang Elektromagnetik Beberapa sifat dari gelombang elektromagnetik adalah : 1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium. 2. Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama. 3. Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang (transversal). 4. Gelombang
elektromagnetik
mengalami
peristiwa
pemantulan,
pembiasan, dan difraksi.
Universitas Sumatera Utara
5. Cepat rambat gelombang hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.
2.4
Mode Perambatan Gelombang Elektromagnetik Energi gelombang elektromagnetik terlihat dalam bentuk perambatan
gelombang radio yang keluar dari antena pengirim dan dalam beberapa mode perambatan gelombang ini sangat tergantung pada frekuensi yang dikirimkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 [4].
Gelombang Radio
Gelombang angkasa atau Ionosfer
Gelombang Bumi
Gelombang Permukaan
Gelombang Ruang Bebas
Gelombang Langsung
Gelombang Troposfer
Gelombang Pantul
Gambar 2.2 Mode Perambatan Gelombang Radio [4].
Universitas Sumatera Utara
Ada beberapa mode perambatan gelombang elektromagnetik yang dikenal yaitu : 1.
Propagasi Gelombang Bumi/Tanah (Ground Wave). Gelombang bumi/tanah (ground wave) merambat mengikuti bentuk atau
kontur dari permukaan bumi dan merambat pada jarak yang cukup jauh seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.3. Efek ini ditemukan pada frekuensi-frekuensi sampai 2 MHz. Gelombang elektromagnetik dalam rentang frekuensi ini tersebar di atmosfer sedemikian rupa sehingga gelombang-gelombang ini tidak menembus atmosfer atas [5].
Antena Pemancar
Propagasi Sinyal Antena Penerima
Bumi
Gambar 2.3 Propagasi Gelombang Bumi (di bawah 2 MHz) [5]. Gelombang bumi dapat dibagi menjadi gelombang ruang bebas dan gelombang permukaan, dimana gelombang ruang bebas dapat dibagi lagi menjadi gelombang langsung yang merambat melalui jalur langsung antara antena pengirim dan antena penerima, dan gelombang pantul yang mencapai antena penerima setelah gelombang tersebut dipantulkan oleh tanah seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.4.
Universitas Sumatera Utara
Ionosfer
Gelombang angkasa
Gelombang ruang
Antena Pemancar
Bumi Gelombang permukaan
Gambar 2.4 Gelombang permukaan dan gelombang ruang [10].
2.
Propagasi Gelombang Angkasa/Langit (Sky Wave) Dengan propagasi gelombang angkasa/langit, sinyal dari antena bumi
dipantulkan dari lapisan terionisasi pada atmosfer atas (ionosfer) kembali ke bumi. Walaupun sepertinya gelombang dipantulkan oleh ionosfer seolah-olah ionosfer adalah permukaan pemantul yang keras, efek ini sebenarnya disebabkan oleh refraksi. Sebuah sinyal gelombang langit dapat menjalar melalui beberapa lompatan, memantul bolak-balik antara ionosfer dan permukaan bumi seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.5. Dengan mode propagasi ini, sebuah sinyal dapat diterima ribuan kilometer dari pemancar. Propagasi gelombang angkasa/langit digunakan untuk radio amatir, radio CB, dan siaran internasional seperti BBC dan Voice of Amerika.
Universitas Sumatera Utara
Ionosfer
Antena Pemancar
Antena Penerima Propagasi Sinyal
Bumi
Gambar 2.5 Propagasi Gelombang Angkasa/Langit (2 sampai 30 MHz) [5].
3.
Propagasi Segaris Pandang (Line of Sight) Di atas 30 MHz, baik propagasi gelombang bumi maupun gelombang
langit tidak bekerja dan komunikasi harus dilakukan secara segaris pandang (Line of Sight) seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.6. Untuk komunikasi berbasis bumi, antena pemancar dan antena penerima harus berada dalam garis pandang efektif antara satu dengan yang lainnya. Istilah efektif digunakan karena gelombang mikro dibengkokkan atau mengalami refraksi oleh atmosfer. Besar dan arah pembengkokan ditentukan oleh berbagai keadaan, tetapi pada umumnya gelombang mikro dibengkokkan sesuai kelengkungan bumi sehingga merambat lebih jauh daripada garis pandang optik.
Universitas Sumatera Utara
Antena Pemancar
Propagasi Sinyal
Antena Penerima
. Bumi
Gambar 2.6 Propagasi Segaris Pandang (Line of Sight) di atas 30 MHz [5].
Penentuan LOS (Line of Sight) sangat dipengaruhi oleh kelengkungan bumi. Jika antara penerima dan tinggi antena pemancar tidak segaris lurus maka penerima tidak bisa menerima sinyal radio. Model sederhana untuk menentukan jarak LOS yang bisa dilalui antara dua titik yaitu pemancar dan penerima dimana penentuan jaraknya adalah : d2 + r2 = (h+r)2
(2.1)
Sehingga :
d2 = (h+r)2 – r2
(2.2)
Maka :
d2 = h2 + 2hr
(2.3)
d
(2.4)
dengan r >> h. Jari-jari bumi r kira-kira 3960 mil pada khatulistiwa, tinggi antena h dalam feet (5280 feet = 1 mil), jarak antara pemancar dan penerima radio d secara horizontal. Sinyal gelombang radio dipengaruhi atmosfer bumi. Karena atmosfer sifatnya mengikuti lengkungan bumi walaupun juga ditentukan oleh kepadatan
Universitas Sumatera Utara
dan ketinggian, maka untuk menyesuaikan hal tersebut digunakan 4/3 radius bumi seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.7. d h
r r Permukaan Bumi Ideal
Gambar 2.7 Perambatan LOS yang melalui lengkung bumi [5].
2.5
Mekanisme Dasar Perambatan Gelombang Elektromagnetik Ada beberapa mekanisme dasar perambatan gelombang elektromagnetik
yang dikenal, yaitu : 2.5.1 Refleksi (Pemantulan) Refleksi seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.8, terjadi ketika gelombang elektromagnetik mengenai obyek yang memiliki dimensi lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombang sinyal dari pemancar gelombang. Refleksi terjadi pada permukaan bumi, bangunan, tembok, dan penghalang yang lain. Ketika gelombang radio mengenai bahan dielektrik sempurna, sebagian dari energinya ditransmisikan ke medium kedua, dan sebagian lagi dipantulkan
Universitas Sumatera Utara
kembali ke medium pertama sehingga tidak ada kehilangan energi karena penyerapan. Jika medium kedua adalah konduktor yang sempurna, maka semua energinya terpantul kembali ke medium pertama tanpa kehilangan energi.
Gelombang Datang
Gelombang Terpantul
Permukaan Tanah
Gambar 2.8 Refleksi (pemantulan) Gelombang Elektromagnetik
2.5.2 Scattering (Hamburan/Penyebaran) Scattering
terjadi
ketika
medium
dimana
gelombang
merambat
mengandung obyek yang lebih kecil dibandingkan dengan panjang sinyal gelombang tersebut dan jumlah obyek perunit volume sangat besar. Gelombang tersebar dihasilkan dari permukaan kasar, benda kecil, atau obyek seperti tiang lampu dan pohon seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.9.
Universitas Sumatera Utara
Gelombang Hamburan
Gelombang Datang
Permukaan Kasar
Gambar 2.9 Scattering (hamburan) Gelombang Elektromagnetik
2.5.3 Refraksi (Pembiasan) Refraksi digambarkan sebagai pembelokan gelombang radio yang melewati medium yang memiliki kepadatan yang berbeda. Dalam ruang hampa udara, gelombang elektromagnetik merambat pada kecepatan sekitar 300.000 km/detik. Ini adalah nilai konstan c, yang umum
disebut dengan kecepatan
cahaya tetapi sebenarnya merujuk kepada kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Dalam udara, air, gelas, dan media transparan, gelombang elektromagnetik merambat pada kecepatan yang lebih rendah dari c. Ketika suatu gelombang elektromagnetik merambat dari satu medium ke medium lain dengan kepadatan berbeda maka kecepatannya akan berubah. Akibatnya adalah pembelokan arah gelombang pada batas kedua medium tersebut. Jika merambat dari medium yang kurang padat ke medium yang lebih padat, maka gelombang akan membelok ke arah medium yang lebih padat seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.10.
Universitas Sumatera Utara
Gelombang Datang Gelombang Pantul Medium kurang padat
Medium lebih padat
Gelombang Bias
Gambar 2.10 Refraksi (Pembiasan)
2.5.4 Difraksi (Lenturan) Difraksi terjadi ketika garis edar radio antara pengirim dan penerima dihambat oleh permukaan yang tajam atau dengan kata lain kasar seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.11. Pada frekuensi tinggi, difraksi, seperti halnya pada refleksi, tergantung pada ukuran objek yang menghambat dan amplitudo, fase, dan polarisasi dari gelombang pada titik difraksi.
Antena Pemancar
Antena Penerima
Permukaan Bumi
Gambar 2.11 Difraksi (Lenturan)
Universitas Sumatera Utara
