RADIO PENDETEKSI ARAH SINYAL PEMANCAR HANDY TRANSCEIVER IC2N
Skripsi ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Elektro Telekomunikasi
Oleh: Nama : Asep Suradireja NIM : 020301005
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO TELEKOMUNIKASI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PROF. DR. HAMKA JAKARTA 2008
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama
: Asep Suradireja
Nim
: 020301005
Jurusan
: Elektro Telekomunikasi
Dengan ini menyatakan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar Handy Transceiver IC2N“ dibuat untuk melengkapi sebagai persyaratan menjadi sarjana Teknik Elektro UHAMKA. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari karya tulis yang pernah dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapat gelar kesarjanaan dilingkungan UHAMKA maupun perguruan tinggi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Jakarta, 27 Agustus 2008 Yang membuat pernyataan
( Asep Suradireja ) NIM : 020301005
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah S.W.T atas segala rahmat dan hidayah-Nya, tak lupa pula junjungan Nabi Besar Muhammad S.A.W. yang terus membimbing kita dijalan kebenaran sepanjang masa, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik, penulis juga menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada : 1. Kedua orang tua tercinta yang tak pernah lelah berdoa untuk penulis, terima kasih atas pengorbanannya selama ini, kakak Fitri, adik-adiku Boim, Ali, Dinda yang tersayang. 2. Bapak H. Endy Syaiful Alim, S.T, M.T Selaku Dekan Fakultas Teknik UHAMKA. 3. Ibu Emilia Roza S.T selaku Pembimbing Skripsi I terima kasih banyak telah membimbing penulis sampai selesai. 4. Bapak Ir. Harry Ramza M.T selaku Pembimbing Skripsi II terima kasih banyak telah membimbing penulis sampai selesai. 5. Bapak Mujirudin, S.T, M.T Selaku PUDEK I Fakultas Teknik. 6. Bapak Ir. Gunarwan Prayitno, M.Eng terima kasih atas saran dan masukannya.
5. Guru-guruku dan Dosen Fakultas Teknik Uhamka yang telah mendidik sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi, semoga jasa yang telah engkau berikan kepada penulis dibalas oleh Allah S.W.T amin. 6. Kawan – kawan Teknik Elektro seperjuangan angkatan VI / 2002, dan kawan – kawan Fakultas Teknik Uhamka yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu terima kasih kawanku semoga kalian sukses amin. 8. Nur’aini kekasihku tersayang yang selalu membantu dan mendampingi penulis, dan juga telah memberikan semangat dan doanya. 11. Mas Sonora YC1XGL, om Ute, om Wisnu, terima kasih yang sebanyak– banyaknya telah membimbing penulis hingga selesai, penulis tidak bisa berbuat banyak tanpa dukungan dan bantuannya dari anda semua. Demikianlah ucapan terima kasih penulis, semoga Allah SWT selalu memberikan
rahmatnya.
Penulis
menyadari
bahwa
skripsi
ini
jauh
dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis akan menerima sekali segala saran dan kritik yang membangun skripsi ini. Penulis selalu berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi dunia pendidikan pada umumnya dan bagi pengajaran teknik elektro pada khususnya.. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih.
Jakarta, 27 Agustus 2008
Asep Suradireja
ABSTRAK
Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar Handy Transceiver IC2N adalah alat yang berfungsi mencari
dan menentukan arah sinyal pemancar, frekuensi yang
digunakan dari 144 MHz sampai 145 MHz. Dalam pembuatan alat radio pendeteksi arah sinyal pemancar ini dibuat dengan cara sederhana yaitu dengan memodifikasi radio pemancar dan penerima portabel Handy Transceiver merek icom type IC2N, dengan menambahkan rangkaian Attenuator, untuk antena meggunakan jenis yagi 3 elemen. Radio pendeteksi arah sinyal pemancar digunakan secara manual, yaitu dengan cara menseting frekuensi sesuai frekuensi pemancar yang akan dicari, kemudian mengarahkan antena yagi ke arah sinyal pemancar yang terkuat, nilai yang diterima oleh radio pendeteksi arah sinyal pemancar dapat dilihat pada display meter (VU meter).
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN……………....…………………………………......
i
LEMBAR PENGESAHAN .................…………………………………….........
ii
LEMBAR KEASLIAN SKRIPSI .........................................................................
iii
ABSTRAK ............................................................................................................. iv KATA PENGANTAR ........................................................................................... v DAFTAR ISI .......................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………....
x
DAFTAR TABEL .................................................................................................
xiii
DAFTAR SINGKATAN ......................................................................................
xiv
BAB I
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ..............................................................................
1
1.2. Tujuan ...........................................................................................
2
1.3. Pokok Permasalahan .....................................................................
2
1.4. Batasan Masalah ...........................................................................
3
1.5. Sistematika Penulisan ...................................................................
3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar ……………………….
5
2.2. Radio Pemancar dan Penerima (Handy Transceiver IC2N)……..
6
2.2.1. Panjang Gelombang Frekuensi ...........................................
6
2.2.2. Modulasi Frekuensi (FM) ...................................................
9
2.2.3. Filter ....................................................................................
16
2.2.4. Osilator ................................................................................
19
2.3. Antena Yagi ..................................................................................
23
2.3.1. Pola-Pola Medan Pada Antena ............................................
25
2.3.2. Directivitas (Keterarahan) ...................................................
31
2.3.3. Impedansi Input ................................................................... 32 2.3.4. Polarisasi .............................................................................. 33 2.3.5. Lambda Antena .................................................................... 34 2.3.6. Gain Antena ........................................................................
36
2.4. Prinsip Kerja Attenuator ................................................................ 41 2.4.1. Faktor ”K” ..........................................................................
42
2.4.2. Disipasi Daya Attenuator ....................................................
44
BAB III PERANCANGAN RADIO DIRECTION FINDING 144 MHz VHF FM HANDY TRANSCEIVER IC2N ………………………………………
45
3.1. Blok Rangkaian Attenuator ……………………….………………
45
3.2. Blok Rangkaian Display Meter …………………………………..
46
3.3. Blok Rangkaian Antena Yagi .......................................................
48
BAB IV PENGUJIAN ALAT DAN ANALISISA ALAT .................................... 58 4.1. Pengambilan Data Pola Radiasi Antena Yagi ..............................
59
4.2. Pengambilan Data Daya Pemancar ...............................................
63
4.3. Pengambilan Data Display Meter Analog ..................................... 64 4.4. Pengambilan Data Kekuatan Sinyal Berdasarkan Lokasi dan Tempat Pencarian Sinyal ............................................................................. 68 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...............................................................
72
5.1. Kesimpulan ………………………………………………………... 72 5.2. Saran ……………………………………………………………….. 73 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 74 LAMPIRAN ........................................................................................................... 75
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1. Handy Transceiver IC2N ……………………………………….
6
Gambar 2. 2. Gelombang radio ……………………………………………….
7
Gambar 2. 3. Modulasi Frekuensi (FM) ……………………………………….
14
Gambar 2. 4. Rangkaian Low Pass Filter 20 dB ………………………………
18
Gambar 2. 5. Frekuensi respon dari LPF ………………………………………
18
Gambar 2. 6. Osilator hartley ………………………………………………….
21
Gambar 2. 7. Osilator colllpitts ………………………………………………..
22
Gambar 2. 8. Radiasi antena …………………………………………………...
24
Gambar 2. 9. Daerah medan yang mengelilingi antenna ………………………
25
Gambar 2. 10. Pola radiasi sebuah directional antenna …………………………
30
Gambar 2. 11. Sebuah gelombang secara bergaris yang dipertentangkan ………
33
Gambar 2. 12. Gerakan menurut jalan jam ……………………………………...
34
Gambar 2. 13. Satu lambda ……………………………………………………… 36 Gambar 2. 14. Macam-macam bentuk pola radiasi ……………………………... 37 Gambar 2. 15. SWR dan power meter …………………………………………... 39 Gambar 2. 16. Rangkaian attenuator Pi …………………………………………. 42 Gambar 3. 1. Gambar 3. 1. Rangkaian attenuator ……………………………… 46 Gambar 3. 2. Gambar 3. 2. Display meter analog ................................................ 47
Gambar 3. 3.
Gambar
3.
3.
LED
meter
display
………………………………… 47 Gambar 3. 4. Bentuk pola berkas antena …………..…………………………..
48
Gambar 3. 5. Bentuk dasar antena yagi ………………………………………..
50
Gambar 3. 6. Antena yagi 3 elemen ……………………………………………
53
Gambar 3. 7. Gamma match antena yagi 3 elemen ……………………………
54
Gambar 3. 8. Blok Rangkaian Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar Handy Transceiver IC2N …………………………………………………….
55
Gambar 4. 1. Antena yagi dan pemancar serta penerima. (a). Pengambilan data pola radiasi dilihat dari sisi pemancar, (b). Proses pengambilan data pola radiasi menggunakan spektrum analyzer .....................................
61
Gambar 4. 2. Spektrum analyzer pengambilan pola radiasi antena yagi ...........
61
Gambar 4. 3. Bentuk pola radiasi antena yagi 144 MHz hasil pengambilan data 62 Gambar 4. 4. Bentuk polarisasi secara simulasi MATLAB ...…………………
63
Gambar 4. 5. Frekuensi counter pengambilan data daya pemancar ...................
64
Gambar 4. 6. Spektrum analyzer data pengujian daya pemancar........................
64
Gambar 4. 6. Display meter analog ....................................................................
66
Gambar 4. 8. Pengambilan data display meter analog .......................................
67
Gambar 4. 9. Grafik hasil pengambilan data terhadap point display meter .......
67
Gambar 4. 10. Cara pengambilan data dengan sudut acuan terhadap arah utara... 70
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1.
Panjang gelombang dan frekuensi gelombang pembawa .............
8
Tabel 2. 2.
Band frekuensi radio Alokasi frekuensi radio dan lebar jalur frekuensi .......................................................................................................
9
Tabel 2. 3.
Perbandingan FM ..........................................................................
14
Tabel 2. 4.
Nilai resistor untuk sebuah rangkaian attenuator pi 50Ω ............
43
Tabel 3. 1.
Keterangan rangkaian antena yagi ................................................
53
Tabel 4. 1.
Pengambilan data pola radiasi antena yagi 144 MHz ...................
59
Tabel 4. 2.
Pengambilan data pengujian display meter analog .......................
65
Tabel 4. 3.
Pengambilan data kekuatan sinyal berdasarkan lokasi dan tempat pencarian sinyal ............................................................................
69
DAFTAR SINGKATAN
Singkatan a.c alternating current a.f. audio frequency automatic frequency a.f.c. control automatic gain a.g.c control amplitudo a.m. modulation a.t.u. automatic tuning unit beat frequency b.f.o. oscillator CB Citizen's Band c.w.
continuous wave
dB
decibels
d.c.
direct current
D.F
Direction Finder
d.s.b.
double side band
e.h.t e.h.L e.m.f. e.r.p. f.e.t. f.m.
extremely high frequency extra high tension
Artinya arus bolak balik getaran suara/bunyi pengaturan frekuensi secara otomatis pengatur penguatan secara otomatis modulasi amplitudo alat penyesuai frekuensi dan impendensi antene oscilator yang digunakan pada pesawat penerima jika menerima CW dan SSB istilah Indonesia : KRAP berita Morse yang dikirimkan secara pancaran RF yang terputus-putus seirama dengan kode Morse unit satuan yang dipergunakan dalam perhitungan perbandingan intensitas atas dasar perbandingan logaritmes x2 dB = 10 log ----xl
arus searah alat untuk mencari arah datangnya pancaran RF dari sebuah pemancar radio Jems kelas siaran yang dapat dipersamakan dengan a.m. klasifikasi frekuensi antara 30 - 300 Mega Hertz
tegangan listrik yang sangat tinggi salah satu satuan yang digunakan dalam ilmu electro motive force listrik effective radiated daya pancar efektif power fiel effect transistor transistor jenis FET frequency
f.s.d.
modulation full scale deflection
g.d.o
grid dip oscillator
h.f.
high frequency
h.t
high tension
Hz
Hertz
i.e.
integrated circuit
i.f.
intermediate frequency
I.f.
low frequency
l.o.
local oscillator
l.s.b. l.t
lower side band low tension lowest usable frequency long wave
l.u.f. l.w. m.u.f. m.w. ab.f.m. p.c.b. p. e.p
maximum usable frequency medium wave narrow band frequency modulation printed circuit board peak envelope power
p.tt
push to talk
r.f.
radio frequency radio frequency interference
r.f.i.
penunjukan jarum meter tertinggi alat untuk mengukur frekuensi resonansi dari rangkaian induktip dan kapasitip klasifikasi frekuensi antara 3-Mega Hertz sampai dengan 30-Mega Hertz tegangan listrik tinggi unit satuan yang dipakai dalam menyatakan nilai frekuensi rangkaian elektronik yang terdiri dari beberapa komponen yang dipadukan menjadi satu dan dibentuk menjadi ujud yang sangat kecil frekuensi antara klasifikasi frekuensi antara 30-kilo Hertz sampai dengan 300-kilo Hertz oscillator yang frekuensinya digunakan untuk digabungkan (mixing) dengan frekuensi utama salah satu side-band yang dihasilkan oleh SSB tegangan listrik rendah frekuensi terendah yang dapat digunakan sebagai jalur komunikasi pada waktu tertentu gelombang panjang frekuensi tertinggi yang dapat dipergunakan untuk komunikasi dengan pantulan ionosphere pada waktu tertentu gelombang menengah kelas siaran FM yang menggunakan band yang sempit pengawatan rangkaian elektronik yang tercetak daya (watt) khususnya dipakai pada SSB cara berkomunikasi dengan menekan saklar bila berbicara gangguan-gangguan yang menyusup ke dalam pesawat radio
r.m.s.
root mean square
RTTY RX
radio teletype receiver
s.h. f.
super high frequency
s.s.b.
single side-band
s.w. s. w.g.
short wave standard wire gauge
s.w.1.
short wave listener
s.w.r.
standing wave ratio
TV1
television interference
u.h.f.
ultra high frequency
u.s.b.
upper side-band voltage controlled oscillator
v.c.0. v.h.f.
very high frequency
v.x.o.
variable crystal oscillator
unit satuan listrik yang menyatakan nilai efektip dari arus bolak-balik sistem komunikasi radio dengan telex pesawat penerima radio klasifikasi frekuensi antara 3-Giga Hertz sampai dengan 30-Giga Hertz kelas siaran yang memancarkan hanya salah satu side band saja gelombang pendek standardisasi ukuran kawat hobi seperti amatir radio akan tetapi hanya mendengarkan siaran radio dan tidak pernah memancar nilai perbandingan yang dapat menentukan besarnya daya yang hilang dan daya yang terpancar gangguan-gangguan yang menyusup ke dalam pesawat TV klasifikasi frekuensi antara 300-Mega Hertz sampai dengan 3.000-Mega Hertz salah satu side band yang dihasilkan oleh SSB oscillator yang frekuensinya diatur oleh tegangan listrik klasifikasi antara 30-Mega Hertz sampai dengan 300-Mega Hertz oscillator kristal yang frekuensinya dapat dirubahrubah
BAB I PENDAHULUAN
1. 1. Latar Belakang. Akhir–akhir ini banyak sekali musibah kecelakaan transportasi udara, laut, yang memakan korban jiwa yang disebabkan oleh buruknya cuaca maupun tidak layaknya pesawat terbang dan kapal laut komersil yang seharusnya tidak dapat digunakan lagi. Untuk mengetahui lokasi kecelakaan tersebut diperlukan alat untuk mengetahui lokasi pemancar ELT (Emergency Locator Transmitter), alat pemancar kecil yang dilengkapi antena dan akan memancar secara terus menerus, jika alat tersebut basah terkena air laut atau hempasan dan benturan yang cukup kuat (G Switch).alat tersebut merupakan perlengkapan emergency pada setiap pesawat udara dengan berbagai type pesawat dengan ukuran badan pesawat seperti Boeing 737-400 pada jenis pesawat besar terdapat dua unit ELT (Emergency Locator Transmitter) salah satu berfungsi secara otomatis jika terendam air laut terletak pada moncong depan pesawat, satu lagi terletak pada bagian ekor dari pesawat yang berfungsi jika terkena hempasan dan benturan keras (G switch). Radio pendeteksi arah sinyal pemancar digunakan untuk dapat menentukan lokasi transmisi ELT (Emergency Locator Transmitter) secara manual, radio pendeteksi arah sinyal pemancar terdiri dari beberapa bagian yaitu radio penerima yang dilengkapi dengan sinyal meter, antena (beam antena, hallo
antena), receiving booster, atennuator, untuk alat-alat pendukung lainnya seperti peta lokasi, kompas, busur derajad, jangka, dan penggaris alat tulis juga mutlak untuk selalu dibawa dalam setiap melakukan bearing (menentukan arah) objek pencarian arah. Syarat utama untuk menentukan lokasi ELT (Emergency Locator Transmitter) adalah dengan menyesuaikan frekuensi penerima ke pemancar ELT (Emergency Locator Transmitter) (121,5Mhz) dan coba mendengar dengan seksama mendeteksi sinyal pancaran ELT (Emergency Locator Transmitter) yang secara terus menerus memancar selama 2 x 24 jam, Jika belum terdengar sinyal ELT (Emergency Locator Transmitter), akan lebih baik jika peralatan dibawa ke lokasi yang dicurigai sebagai lokasi terdekat dengan lokasi musibah, lakukan pendakian bila disekitar lokasi berbukit atau letakan antena penerima setinggi mungkin dari permukaan darat atau laut, upayakan sedapat mungkin bisa mendengar sinyal dari pemancar ELT (Emergency Locator Transmitter) yang selalu memancarkan beacon atau sinyal.
1. 2. Tujuan. Tujuan dari pembuatan alat radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N ini untuk mendeteksi arah pemancar dengan cara menyeseuaikan frekuensi kemudian mengarahkan antena dimana sinyal pemancar terkuat. nilai yang diterima radio pendeteksi arah pemancar dapat dilihat pada display meter (VU meter).
1. 3. Pokok Permasalahan.
1. Apakah radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N dapat mendeteksi sinyal dari pemancar. 2. Apakah radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N dapat menentukan lokasi pemancar. 3. Bagaimana faktor penguatan sinyal yang diterima radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N dengan sudut azimuth yang berbeda. 4. Pengaruh apa saja yang dapat menyebabkan pelemahan sinyal yang diterima radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N.
1. 3. Batasan Masalah. Batasan masalah pada skripsi radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N mengenai pola radiasi yang dihasilkan antena yagi, attenuasi terhadap sinyal RF (Radio Frekuensi), display meter analog dan kekuatan sinyal yang diterima.
1. 5. Sistematika Penulisan. Penulisan skripsi ini terdiri dari lima bab, dengan beberapa lampiran. Bab I Pendahuluan Yang berisi latar belakang, tujuan, batasan masalah dan sistematika penulisan. Bab II Landasan Teori
Membahas tentang teori radio pemancar dan penerima (Handy Transceiver IC2N), teori antena yagi, teori attenuasi (Attenuator). Bab III Perancangan alat radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N Handy Transceiver IC2N menjelaskan perancangan masing-masing rangkaian. Bab IV Pengujian radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N. Menguji dan menganalisa radio pendeteksi arah pemancar Handy Transceiver IC2N yang meliputi pengujian pola radiasi antena yagi, daya pemancar, attenuasi, display meter. kekuatan sinyal pemancar berdasarkan lokasi dan tempat pencarian sinyal pemancar. Bab V Penutup Berisi kesimpulan yang diperoleh dari pembuatan alat dalam penyusunan skripsi radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N.
BAB II LANDASAN TEORI
2. 1. Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar Handy Transceiver IC2N. Adalah alat untuk mendeteksi dan mencari sinyal pemancar yang dioperasikan melalui penerimaan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh pemancar. Kemudian antena radio pendeteksi arah sinyal pemancar Handy Transceiver IC2N akan menerima gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh pemancar. Antena merupakan suatu penghantar gelombang elektromagnetik dari pemancar yang diterima oleh antena dan membangkitkan arus gelombang yang getarannya sama dengan getaran gelombang elektromagnetik dari pemancar. Bila bidang antena searah dengan arah datangnya isyarat dari pemancar maka tegangan yang dijangkitkan dalam antena akan maksimum dan bila bidang antena diputar 900 tidak searah lagi dengan arah datangnya isyarat maka tidak ada tegangan yang terjangkit dalam antena, karena petunjuk arah dihubungkan dengan antena maka arah datangnya isyarat dapat dibaca pada indikatornya. Bila pemancar berada diantara itu maka akan menghasilkan tegangan
yang
menimbulkan
medan
magnit.
Tiap
medan
magnit
akan
menggambarkan sebagai vektor, jumlah vektor itulah menunjukkan arah tempat di mana pemancar berada1.
2. 2. Radio Pemancar dan Penerima (Handy Transceiver IC2N). Radio pemancar dan penerima (Transmitter dan Receiver) adalah pesawat pemancar radio sekaligus berfungsi ganda sebagai pesawat penerima radio yang digunakan untuk keperluan komunikasi. Terdiri atas bagian pemancar dan bagian penerima yang dirakit secara terintegrasi. Pada generasi mula-mula, bagian pemancar atau transmitter dan bagian penerima atau receiver dirakit secara terpisah dan merupakan bagian yang berdiri sendiri-sendiri dan bisa bekerja sendiri-sendiri pula. Pada saat ini kedua bagian diintegrasikan dipekerjakan secara bergantian. Pesawat pemancar sederhana terdiri atas suatu osilator pembangkit getaran radio dan getaran ini setelah ditumpangi dengan getaran suara kita, dalam teknik radio disebut dimodulir, kemudian oleh antena diubah menjadi gelombang radio dan dipancarkan2.
Gambar 2. 1. Handy Transceiver ic2n. 2. 2. 1. Panjang Gelombang Frekuensi.
Gelombang radio yang dipancarkan dari antena pemancar berjalan melalui atmosfer sebagai pemampatan dan pembiasan garis-garis gaya listrik. Panjang gelombang dari puncak ke lembah disebut “panjang gelombang”. Gelombang radio berjalan dari antena dengan kecepatan 3x10 8 m/detik sama dengan kata lain
gelombang radio berjalan sejauh 7,5 kali keliling bumi dalam satu detik.
Gambar 2. 2. Gelombang radio. Bentuk gelombang dari A ke C yang berulang-ulang dengan sendirinya disebut cycle, banyaknya cycle disebut frekuensi. Frekuensi dalam hertz, biasanya disingkat dengan Hz. Jika panjang gelombang disebut lamdha (λ), kecepatan = V(m/detik), dan frekuensi = f(Hz) maka : V 3 x10 8 Lamdha (λ ) = = = (m) f f
.................................. (2. 1)
Gelombang yang berfrekuensi rendah mempunyai lamdha yang lebih panjang dan gelombang yang berfrekuensi tinggi mempunyai lamdha lebih pendek. Gelombang radio terdiri dari :
1. Informasi suara (percakapan, yang dibawa dari stasiun pemancar ke stasiun penerima). 2. Gelombang pembawa carrier (alat pembawa dari informasi suara). Setiap stasiun pemancar mempunyai frekuensi gelombang pembawa sendiri. Frekuensi-frekuensi dari gelombang pembawa yang berlainan telah ditetapkan dalam kelompok-kelompok/daerah-derah gelombang sebagai berikut. Tabel 2. 1. Panjang gelombang dan frekuensi gelombang pembawa. Kelompok
Panjang Gelombang Dari
Frekuensi Gelombang
Gelombang Pembawa
Pembawa
Gelombang Panjang
2.000 - 1.000 meter
150 – 300 kHz
Gelombang Menengah
600 – 150 meter
500 – 2.000 kHz
Gelombang Pendek
60 – 10 meter
5 – 30 MHz
Gelombang Pendek
10 – 1 meter
30 – 300 MHz
Ultra
Pada prinsipnya gelombang radio adalah gelombang elektromagnet yang tergolong dalam ”sinar yang dapat dilihat” atau visible light. Gelombang radio VHF mempunyai jangkauan dari 30 sampai 300 MHz. Apabila gelombang radio dipancarkan menyebabkan berubahnya gais-garis gaya listrik. Garis-garis gaya listrik yang terdapat pada antena disebut medan listrik. Kekuatan
medan
listrik
diukur
dengan
satuan
V/m
yang
menggambarkan/menunjukan banyaknya tegangan yang diinduksikan dalam antena yang panjangnya 1 meter. Dalam banyak hal kekuatan medan listrik biasanya dinyatakan dalam mV/m (1/1.000 V/m) atau mikrodesibel (1.000.000 V/m)3. Desibel atau disingkat dB juga digunakan sebagai satuan pengukuran, persamaanya dalam desibel adalah sebagai besikut : 1 mikrovolt/m = 0 dB. 0,1 mV/m = 40 dB. 1 mV/m = 60 dB. 2 mV/m = 66 dB. Tabel 2. 2. Band frekuensi radio dan lebar jalur frekuensi. Very Low Frekuensi
VLF
3-30 KHz
Low Frekuensi
LF
30-300 KHz
Medium Frekuensi
MF
300-3.000 KHz
High Frekuensi
HF
3-30 MHz
Very High Frekuensi
VHF
30-300 MHz
Ultra High Frekuensi
UHF
300-3.000 MHz
Super High Frekuensi
SHF
3-30 GHz
Extremely High
EHF
30-300 GHz
Frekuensi
2. 2. 2. Modulasi Frekuensi (FM).
Dalam komunikasi radio, modulasi adalah suatu sistem atau cara mengirimkan sinyal informasi agar dapat dibawa oleh gelombang radio yang dipancarkan melalui
pemancar. Maka penerima radio harus menyesuaikan dengan sistem modulasi yang dipakai oleh stasiun pemancar. Pada penerima radio AM hanya akan menerima gelombang yang dipancarkan dengan modulasi amplitudo (AM) begitu pula untuk penerima radio FM (Frekuensi Modulasi) hanya dapat menerima gelombang radio dari pemancar yang menggunakan modulasi frekuensi (FM). Sistem yang dipakai dalam teknik komunikasi radio adalah sistem modulasi yang dipakai untuk mengirimkan sinyal informasi seperti, modulasi ampltudo (AM), modulasi frekuensi (FM), dan modulasi pulsa (PM)5. Dalam modulasi frekuensi (FM) frekuensi dari gelombang pembawa dimodulasikan sesuai dengan amplitudo gelombang sinyal, sedangkan amplitudo gelombang pembawanya tetap (tidak berubah). Modulasi frekuensi biasa disingkat FM. Apabila amplitudo gelombang sinyal pada puncak positifnya, frekuensi gelombang pembawa juga menjadi maksimum apabila amplitudo gelombang sinyal pada puncak negatifnya, frekuensi gelombang pembawa menjadi minimum. Dalam hal ini frekuensi gelombang pembawa diubah sesuai dengan amplitudo gelombang sinyal. Perubahan frekuensi yang disebabkan oleh perubahan amplitudo gelombang sinyal disebut Frekuensi deviation atau penyimpanan frekuensi. Perbandingan modulasi dari FM ditentukan/ditetapkan 100% pada penyimpanan frekuensi maksimum. Bentuk umum dari sinyal pembawa (carrier) dapat dituliskan sebagai berikut : vc = E c cos θ c = E c cos(ω c t + φc )
............................ (2. 2).
Berubahnya parameter θ c akibat adanya sinyal base band yang menyebabkan terjadinya modulasi sudut dimana dudut θ c berkaitan dengan dua parameter yaitu ω c dan θ c . Perubahan terhadap parameter ω c akan terjadi proses modulasi frekuensi, sedangkan berubahnya parameter θ c akan terjadi proses modulasi fasa. Prinsip dasar dari frekuensi modulasi adalah berubahnya frekuensi dari sinyal pembawa secara linear dengan antara kecil (δ f c 〈〈 f c ) , yang disebabkan oleh suatu perubahan tegangan baseband (vm). Dengan berubahnya frekuensi pada sinyal pembawa menandakan adanya informasi yang dibawa, yang kemudian dapat diambil kembali oleh penerima. Bentuk ungkapan dasar untuk modulasi frekuensi adalah :
δω α v m Atau
........................................... (2. 3).
δω c = Kv m K adalah sensitifitas modulasi yang memiliki dimensi rad s-1 V-1, δω merupakan perubahan kecil dari frekuensi operasional ωi sinyal pembawa akibat adanya base band terhadap deviasi dari frekuensi tanpa modulasi ωc, yakni
ωi = ω c + δω
...................................... (2. 4).
v FM = E c cos θ i
...................................... (2. 5).
Dengan mengingat bahwa :
Dimana θi merupakan sudut fasa operasional dari carrier, dan kemudian frekuensi adalah laju perubahan dari fasa sedemikian hingga ωi = dθi/dt ungkapan yang tepat bagi θi adalah : dθ i = ∫ ω i dt θi
t
0
0
∫ dθ i = ∫ ω i dt t
θ i = ∫ (ω c + Kv m )dt 0
t
= ∫ (ω c + Kv m )dt 0
t
t
0
0
= ∫ ω c dt + ∫ Kv m dt
Sehingga menjadi : t
θ i = ω c t + K ∫ v m dt
........................... (2. 6).
0
Dapat memberikan ungkapan secara umum secara menyeluruh bentuk gelombang frekuensi modulasi, untuk beberapa frekuensi sinyal baseband yang dimodulasikan pada sinyal pembawa yakni, t v FM = E c cos ω c t + Kv m ∫ v m dt 0
......................... (2. 7).
Sedangkan sinyal baseband tunggal dengan : v m (t ) = E m cos ω m t
........................ (2. 7)
Akan memberikan :
δω = E m cos ω m t = ∆ω cos ω m t = 2π∆f cos ω m t
....................... (2. 8).
Dimana ∆ω dan ∆f merupakan deviasi maksimum yang terjadi ketika cos ω m t = ±1 yang masing-masing merupakan parameter penting dari beberapa sistem FM (Frekuensi Modulasi). Kedua deviasi tersebut adalah : ∆ω = KE m ∆f = KE m / 2π
............................ (2. 9).
Dengan masukan v M ke dalam ungkapan umum v FM , akan diperoleh v FM
t t = E c cos ω c t + K ∫ E m cos ω m dt 0
t = E c cos ω c t + KE m ∫ cos ω m tdt 0 t = E c cos ω c t + ∆ω ∫ cos ω m tdt 0
∆ω = E c cos ω c t + sin ω m tdt ωm
Besarnya ∆ω / ω m sebagaimana konstanta tunggal β yang memberikan v FM = E c cos(ω c t + β sin ω m t )
........................ (2. 10).
Dimana β adalah indeks modulasi dan sebagai besaran penting lain pada beberapa sistem komunikasi FM, yang diberikan dengan :
β=
∆ω
ωm
=
∆f fm
........................ (2. 11).
Harga β bergantung kepada f m sehingga β akan bervariasi diatas band frekuensi sinyal dan dapat menjadi sangat besar. Sebuah ungkapan umum bagi v FM dapat dianalisa lebih jauh, memberikan
v FM = E c cos ω c t cos(β sin ω m t ) − E c sin ω c t sin (β sin ω m t )
....................... (2. 12).
Yang dapat mengambarkan komponen spektral dari sinyal FM. Bentuk gelombang untuk modulasi frekuensi dapat dilihat pada gambar 2. 3 dibawah ini.5
Gambar 2. 3. Modulasi frekuensi (FM). Tabel 2. 3. Perbandingan FM. Bagian Cara modulasi
FM Frekuensi dari gelombang pembawa dimodulasikan dengan gelombang sinyal, amplitudo gelombang pembawa tetap.
Gelombang samping
Dihasilkan gelombang samping yang sangat besar (lebar) dengan selang waktu yang teratur dengan frekuensi gelombang sinyal dihasilkan diatas dan
Lebar band gelombang radio
dibawah f0.
Lebar band gelombang
Lebar.
pembawa
Band gelombang sangat tinggi 88-108 MHz.
Daerah dinamis
20 kali lipat lebih besar dari AM. Modulasi lebih dari 100% masih memungkinkan, tanpa cacat.
Tanggapan frekuensi
Daftar dalam batas 30-15.000
(frequency response)
Hz.
Noise (berisik) Lebar band penerimaan
Sedikit
Frekuensi menengah (IF)
Lebar, maksimum 200 kHz.
Pemancar stereo
10,7 MHz. Hanya diperlukan satu gelombang.
2. 2. 3. Filter
Filter adalah suatu rangkaian yang dipergunakan untuk meloloskan atau meredam sinyal pada suatu batas frekuensi tertentu. Idealnya pada saat terjadi meloloskan frekuensi tidak akan terjadi redaman. Dalam teknik pemancar banyak sekali filter yang terdiri dari gulungan, salah satunya yang sangat populer adalah apa yang dinamakan Rfc (Radio Frekuensi
Choke). Ada banyak rangkaian filter yang digunakan untuk menyeleksi suatu daerah frekuensi, yang secara garis besar dibedakan menjadi dua yaitu : 1. Filter Aktif. 2. Filter Pasif. Filter aktif seleksi frekuensinya lebih tajam dan pembagi impedansinya dapat diatur sedemikian rupa sehingga penguatan tegangan outputnya juga dapat diatur. Sedang filter pasif tidak memiliki penguatan, tetapi untuk rangkaian tertentu (pembagi impedansi) masih sering digunakan. Jaringan filter sederhana (RC sederhana/pasif) terbuat dari kombinasi induktor, kapasitor, dan resistor.dan menurut pembagian frekuensi yang diseleksi, filter sederhana dapat dibedakan menjadi banyak macam, seperti : filter lalu rendah (low pass filter/LPF), filter lalu tengah (bandpass
filter/BPF), filter lalu tinggi (bandstop/notch filter), dan filter eliminasi jalur (band elimination filter/BEF). 1. Low Pass Filter.
Low pass filter yang dibahas disini adalah model butterworth dan beberapa model lainnya antara lain adalah model buffer model inverting. Seperti tampak pada gambar 2. 4 dibawah adalah Low Pass Filter Butterworth dengan perhitungan sebagai berikut :
v1
J = −1
Dimana :
Didapat : vI =
− jX c
dan
1 j 2π fC
vin Rf dan tegangan outputnya : v0 = 1 + v1 1 + j 2π fRC R1
Jadi persamaanya :
Dimana :
− jX c Vin R − jX c
Rf vin v0 1 + R1 1 + j ( f / fH )
…….…………… (2. 14)
v0 = penguatan filter fungsi frekuensi v1 AF = 1 +
RF = penguatan pass band dari filter R1
f = frekuensi sinyal input fH =
1 = cut off frekuensi tinggi dari filter 2π RC
Sudut fasa yang terjadi pada low pass filter ini adalah : v0 f 1 sehingga sudutnya adalah : φ = − tan −1 = 2 v f H 1 + ( f / fH ) in
Gambar 2. 4. Rangkaian low pass filter 20 dB.
Gambar 2. 5. Frekuensi respon dari low pass filter. Pengoprasian dari Low Pass Filter ini ada 3 macam yaitu : 1. Pada frekuensi yang sangat rendah yaitu : f < fH v0 = AF vin
2. Pada f = fH
v0 AF = 0,707 AF = 2 vin
3. Pada f > fH
v0 < AF vin
Jadi Low Pass Filter akan konstans dari input 0 Hz sampai cut off frequensi tinggi
H
f . Pada
H
f penguatannya menjadi 0.707 AF dan setelah melewati
H
f maka
akan menurun sampai konstan dengan seiring penambahan frekuensi. Frekuensi naik 1 decade maka penguatan tegangan dibagi 10. Dengan kata lain, penguatan turun 20 dB (=20 log 10) setiap kenaikan frekuensi dikali 10. Jadi rate dari penguatan berulang turun 20dB/decade setelah
H
f terlampuai saat
in
f=
H
f , dikatakan frekuensi cut off
yang saat itu turun 3dB (=20 log 0.707) dari 0 Hz. Persamaan lain menyatakan untuk frekuensi cut off terjadi –3 dB, break frekuensi, ujung frekuensi.
2. 2. 4. Osilator.
Osilator adalah inti dari sebuah pemancar, pada sistem komunikasi radio osilator menghasilkan gelombang sinus yang dipakai sebagai sinyal pembawa, sinyal informasi kemudian ditumpangkan pada sinyal pembawa dengan proses modulasi. Osilator yang bisa dirubah disebut VFO (Variable Frequency Oscillator). VFO memiliki kelebihan pada deviasi frekuensinya yang lebar, karena pada VFO (Variable Frequency Oscillator) dipakai induktor dan kapasitor sebagai penentu frekuensinya maka kestabilan VFO (Variable Frequency Oscillator) sangat tergantung dari
kestabilan nilai induktor dan kapasitor. Komponen-komponen pada VFO (Variable Frequency Oscillator) yang mudah terpengaruh oleh suhu menyebabkan VFO (Variable Frequency Oscillator) mempunyai kestabilan yang rendah. VFO (Variable Frequency Oscillator) yang frekuensinya bisa berubah karena diberi besaran tegangan tertentu pada inputnya disebut sebagai VCO (Voltgje Controlled Oscillator), paling banyak dipakai pada rangkaian osilator FM (Frekuensi Modulasi) karena sinyal suara langsung dapat dimasukan pada input VCO (Voltage Controlled Oscillator). Osilator jenis lain memakai kristal sebagai komponen frekuensinya. Osilator kristal memiliki kestabilan frekuensi yang sangat tinggi. Kestabilan yang sangat tinggi ini membuat osilator kristal menjadi sulit untuk diterapkan pada metode FM (modulasi frekuensi). Kestabilan frekuensi dari osilator crystal dapat digabungkan dengan deviasi frekuensi VFO (Variable Frequency Oscillator) yang lebar dengan menerapkan osilator yang terkontrol dengan PLL (Phase Locked Loop), osilator kristal dipakai sebagai penghasil frekuensi referensi. Dengan demikian akan didapatkan frekuensi referensi yang sangat stabil. Sedangkan VFO (Variable Frequency Oscillator) dipakai pada osilator yang sebenarnya. 1. Rangkaian Osilator LC Tipe Hartley.
Hubungan antara fase tegangan basis VB dan tegangan kolektor VC dalam suatu rangkaian AC dari tipe hartley adalah sebagai berikut.
Bila
1 > ω.L1 ω.C1
dan
jika
tegangan
output
VC
dibagi
dengan
1 dan L1 (V1 ) menjadi lebih besar daripada VB . V1 dan VB dapat dianggap sebagai ω.C1 hubungan seri dengan L1 dan C1 berturut-turut. Oleh karena itu perbedaan fasenya adalah 180 ° , jumlah vektor dari V1 dan VB adalah VC . Perbedaan fase antara VB dan V1 adalah 180 ° dari diagram vektor, yaitu fase VB bertentangan dengan fase VC . Tegangan output kolektor dibagi oleh C1 dan L1 dan fase tegangan feedback VB digeser 180 ° dari tegangan kolektor sehingga fasenya sama dengan tegangan input basis pertama, frekuensi osilator dicapai sebgai berikut : f0 =
1 = (Hz ) 2.π (L1 + L 2 ).C
Gambar 2. 6. Osilator hartley.
.............................. (2. 15).
2. Rangkaian Osilator LC Tipe Colpitts.
Bila L dan C dalam rangkaian osilator hartley ditukar, rangkaian masih tetap merupakan suatu rangkaian osilator. Bila L lebih besar dari arus
dalam
tiap
bagian
adalah
sebagai
1 fase tegangan dan C1
berikut.
V1
mendahului
i1 90 ° ; (V1 ) > (VB ) ; fase i 2 bertentangan dengan fase i1 . Frekuensi osilator f 0 dalam rangkaian ini ditentukan oleh rangkaian resonansi yang terdiri dari kapasitansi C1 dan C 2 yang dihubungkan seri dan L frekuensi osilator dapat dicapai sebagai
berikut : 1 1 + C1 C 2
Gambar 2. 7. Osilator colpitts.
............................. (2. 16).
2. 3. Antena Yagi.
Antena adalah susunan logam yang dirancang untuk memancarkan dan menerima energi elektromagnetik. Sebuah antena bertindak sebagai sebuah susunan peralihan antara perlengkapan penuntun atau pedoman (contoh) : penuntun gelombang, jalur pengiriman) dan ruang bebas. Definisi resmi IEEE sebuah antena, sebagaimana dikemukakan oleh Stutzman dan Thiele, mengikuti pengertian : “Sistem antena tersebut terdiri dari sebuah pengirim dan penerima yang dirancang untuk memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik”. Untuk mengetahui bagaimana sebuah antena bekerja dapat kita lihat bagaimana proses terjadinya radiasi. Gerakan gelombang pada saluran kabel dapat terjadi karena adanya arus dengan variasi waktu atau adanya percepatan perlambatan gelombang Jika tidak ada gerakan gelombang dalam sebuah kabel maka tidak akan terjadi radiasi karena tidak adanya aliran arus didalam kabel tersebut. Radiasi tidak akan terjadi juga pada gelombang yang sedang bergerak, dengan kecepatan yang sama disepanjang sebuah kabel lurus, tetapi radiasi dapat terjadi jika gelombang tersebut bergerak bolak-balik dengan fungsi waktu, selain itu radiasi dapat terjadi pada pergerakan gelombang dengan kecepatan yang sama disepanjang kawat lengkung atau bengkok. Radiasi sebuah antena dapat dijelaskan pada gambar 2. 8 yang menunjukkan sebuah sumber tegangan yang terhubung dengan dua jalur pengiriman bahan konduktor. Ketika sebuah tegangan sinusoidal dipasang melalui jalur pengirim, maka sebuah medan listrik sinusoidal akan terbentuk dan hasilnya akan membentuk saluran yang bersinggungan dengan medan listrik. Besarnya jarak medan listrik di tunjukan
oleh kumpulan daya atau jalur medan listrik. Elektron-elekton bebas tersebut dapat digantikan oleh daya atau pergerakan medan listrik dan pergerakan medan listrik tersebut menyebabkan aliran arus yang secara bergantian yang akan membentuk medan magnet.
Gambar 2. 8. Radiasi antena. Oleh karena medan-medan magnet dan listrik dengan waktu yang bervariasi maka akan membentuk gelombang-gelombang elektromagnetik dan menjalar disepanjang konduktor-konduktor. Seperti halnya gelombang-gelombang tersebut melalui pendekatan ruang terbuka, maka gelombang-gelombang ruang bebas dibentuk dengan menghubungkan bagian akhir dari saluran listrik. Pada awalnya sumber gelombang sinusoidal yang bergerak secara kontinu akan membuat gangguan listrik
sehingga
gelombang
elektromagnetik
bergerak
secara
kontinu
dan
penjalarannya melalui saluran transmisi melalui antena serta diradiasikan ke dalam ruang bebas. Di dalam saluran transmisi antena, gelombang elektromagnetik disesuaikan oleh muatan-muatan, tetapi dengan cepat gelombang-gelombang tersebut memasuki ruang bebas dan kemudian gelombang tersebut membentuk lingkar tertutup serta meradiasikannya ke segala arah.
2. 3. 1. Pola-Pola Medan Pada Antena
Pola-pola medan digambarkan dengan sebuah antena, perubahan diakibatkan oleh jarak sebuah antena dan pola medan tersebut digambarkan dengan dua jenis: radiasi energi dan energi reaktif. Sehingga ruang disekitar antena dapat dibagi menjadi tiga bagian.
Gambar 2. 9. Daerah medan yang mengelilingi antena. Tiga bagian tersebut yang ditunjukan pada gambar 2. 14 itu adalah : 1. Bagian medan reaktif, pada bagian ini didominasi oleh medan reactive. Energi reactive berosilasi menuju dan sepanjang antena, sehingga menimbulkan reaktansi. Pada bagian ini pula, energi hanya tersimpan dan tidak terjadinya disipasi energi. Batas paling jauh pada daerah ini adalah pada jarak
R1 =
0.62 D 3
......................... (2. 17).
λ
Dimana : R1 merupakan jarak dari permukaan antena. D adalah dimensi paling luas dari antena tersebut. λ merupakan panjangnya gelombang. 2. Daerah radiasi medan dekat (atau disebut juga daerah fresnel). Daerah ini berada sepanjang garis lurus antara daerah medan dekat reactive (reactive near-field region) dan daerah medan jauh (far-field region). Medan reaktif ini sangat kecil dibandingkan pada daerah medan dekat reaktif. Pada daerah ini, distribusi medan sudut merupakan sebuah fungsi jarak dari antena. Batas paling luar untuk daerah ini berada pada jarak, R2 =
2D 2
λ
.............................................. (2. 18).
Dimana : R2 adalah jarak dari permukaan antena. λ adalah panjang gelombang. 3. Daerah medan jauh (Far-field region) atau biasa disebut dengan daerah Fraunhofer. Daerah yang merupakan daerah medan jauh tidak terdapat medan reaktif tetapi yang ada hanya medan radiasi saja. Distribusi sudut medan tidak tergantung pada jarak antena dan banyaknya densitas daya yang termasuk luas persegi dari jarak radial.
Pemancar bidang jauh dari dipole Hertzian dapat dijelaskan dengan bantuan sistem koordinat bola yang terlihat pada gambar 2.3. Sumbu z diambil dari arah vertikal dan bidang horizontal xy. θ merupakan sudut elevasi dan Φ merupakan sudut azimuth. Bidang xz merupakan bidang elevasi ( Φ = 0 ) atau bidang – E yang merupakan bidang yang terdiri dari vector medan listrik dan radiasi arah maksimum. Bidang xy merupakan bidang azimuthal (Φ = π / 2 ) atau bidang H-yang merupakan bidang yang terdiri dari vector medan magnetik dan radiasi arah maksimum. Radiasi medan jauh dapat diterangkan dengan bantuan sebuah antena Hertzian dipole atau infinitesimal dipole yang merupakan sebuah potongan kabel lurus yang mempunyai panjang L dan diameter kedua kabel sangat kecil dibandingkan pada sebuah panjang gelombang. Sebuah arus uniform I(0) diasumsikan sebagai aliran arus sepanjang kabel. Jika dipole dipindahkan pada sebuah titik pusat sepanjang sumbu Z, kemudian dapat kita tuliskan : E 0 = jη
kI (0) − jkr sin θ 4πτ
1 1 − 1 + jkr (kr ) 2
I (0) Le − jkr cos θ Er = η 2πτ H = j
kI
Le − jkr
Hr = 0 H
θ
= 0
Eφ = 0
1 1 + jkr + jkr
Untuk radiasi medan jauh, pada bagian r 2 dan r 3 dapat diabaikan, sehingga dapat dimodifikasikan persamaan di atas menjadi persamaan : Eθ = jη
Hθ = j
kI (0) Le − jkr sin θ 4πτ
kI (0) Le − jkr sin θ 4πτ Er = 0
Dimana : η = impedansi ruang bebas intrinsik. K = Perambatan gelombang tetap R = Jari-jari (lingkaran) untuk sistem koordinat berbentuk Seluruh persamaan di atas, pada bagian phasa e jωt diletakan dan bagian tersebut diasumsikan bahwa seluruh medan akan bergerak secara sinusoidal yang berubah berdasarkan fungsi waktu. Persamaan phasa diatas hanya terlihat medan nonzero yaitu Eθ dan H φ ,dan bagian medan non-zero tersebut akan berpindah satu sama lain. Perbandingan Eθ / H φ = η , seperti halnya impedansi gelombang sebesar 120 π dan medan phasa medan-medan tersebut sebanding dengan r. Arah E,H dan r membentuk aturan tangan kanan seperti halnya vector poynting berada pada arah r dan vector tersebut mengindikasikan arah propagasi gelombang elektromagnetik. Sehingga vector poynting waktu rata-rata dapat dituliskan sebagai :
Wav =
[
1 RE E × H * 2
]
(Watts / m 2 )
Dimana E dan H melambangkan nilai puncak medan listrik dan medan magnetik. Daya radiasi rata-rata oleh sebuah antena dapat dituliskan : Prad = ∫∫Wrad ds(Watts ) Dimana ds adalah vector perbedaan permukaan = r 2 sin θdθdφr Wrad adalah magnetisasi dari vector poynting waktu rata-rata ( Watts / m 2 ). Intensitas radiasi didefinisikan sebagai daya radiasi dari sebuah antena persatuan sudut solid dan diberikan persamaan sebagai berikut
U = r 2Wrad Pola radiasi sebuah antena merupakan sebuah gambaran grafik prangkat radiasi medan jauh sebuah antena sebagai fungsi koordinat spasial yang dispesifikasi oleh sudut elevasi θ dan sudut azimut φ. Lebih detilnya,fungsi tersebut merupakan sebuah gambran grafik daya radiasi dari sebuah antena persatuan sudut solid. Sebagai contoh kasus yaitu antena isotropik dimana radiasinya akan sama dalam segala arah. Jika total daya radiasi antena isotropik adalah P, kemudian daya radiasi akan menyempit pada jari-jari spheris r, maka densitas daya S pada jarak setiap arah diberikan persamaan :
S=
P P = luas 4πr 2
........................... (2. 19).
Kemudian intensitas radiasi antena isitropik U, dapat dituliskan sebagai berikut :
Ui = r 2S =
P 4π
.......................... (2. 20).
Sebuah antena isotropik tidak mungkin terlaksana secara prakteknya dan hanya digunakan untuk gambaran perbandingan saja. Jenis antena yang praktis lainya adalah directional antena yang meradiasikan daya sangat besar pada beberapa arah dan daya yang sangat kecil pada arah lainnya. Sebuah kasus khusus directional antenna adalah antena omnidirectional dimana pola radiasi antena tesebut menjadi konstan dalam sebuah ruang medan (contoh : ruang medan E) dan variasi medannya pada sebuah ruang medan ortogonal (contoh : ruang medan H). Gambaran grafik pola radiasi sebuah antena directional secara umum ditunjukan pada gambar 2. 10 dibawah ini.
Gambar 2. 10. Pola radiasi sebuah directional antena. 1. HPBW (Half Power Beamwidth) dapat didefinisikan sebagi sudut arah bagian cuping utama dengan ukuran setengah daya pancar. 2. Main lobe (cuping utama) : Merupakan cuping radiasi ruang yang mengandung arah radiasi maksimum
3. Minor lobe (cuping tambahan) : Cuping ini menunjukan radiasi pada araharah yang tidak diinginkan, level cuping tambahan biasanya disebut sebagai perbandingan daya kekuatan dalam cuping kepada cuping besar. Perbandingan ini disebut sebagai level cuping sampingan (disebut dalam desibel). Pada kebanyakan sistem non kabel tambahan tidaklah diinginkan. Oleh karena itu sebuah disain antena yang baik harus meminimalisir cupingcuping tambahan.
2. 3. 2. Directivitas (Keterarahan).
Petunjuk sebuah antena telah ditegaskan sebagai ”perbandingan daya kuat radiasi pada arah yang telah diberikan dari antena ke daya kuat radiasi rata-rata diseluruh arah”. Dengan kata lain, petunjuk sumber non isotropik adalah seimbang ke perbandingan daya kuat radiasi pada arah yang telah diberikan, pada sumber isotropik.
D=
U 4πU = Ui P
Dimana : D adalah petunjuk arah antena.
U adalah daya kuat antena pada antena. U i adalah daya kuat radiasi pada sumber isotropik. P adalah jumlah akhir kekuatan radiasi. Terkadang, arah pada petunjuk tidaklah tepat. Dalam hal ini, arah daya kuat radiasi maksimal tidak langsung disebutkan.
Dimana : D max adalah petunjuk maksimal.
U max adalah daya kuat radiasi maksimum. Petunjuk adalah jumlah tak terbatas, karena merupakan perbandingan dua daya kuat radiasi. Oleh karena itu, biasanya disebut dengan dBi. Petunjuk antena dapat dengan mudah diperkirakan dari pola radiasi antena. Sebuah antena yang memiliki cabang utama yang sempit bisa mendapat petunjuk yang lebih baik, dari yang memiliki cuping utama yang besar, sehingga dapat menjadi lebih terarah.
2. 3. 3. Impedansi Input.
Impedansi sebuah antena didefinisikan sebagai impedansi yang diberikan pada sebuah antena pada ujung-ujung terminalnya atau perbandingan tegangan terhadap arus pada pasangan terminal antena, atau perbandingan komponen elektrik terhadap medan magnetik pada sebuah titik radiasi. Maka imedansi antena dapat dituliskan sebagai berikut :
Z in = Rin + jX in Dimana : Zin adalah impedansi antena pada terminalnya. Rin adalah resistansi antena pada terminalnya. Xin adalah reactansi antena pada teminalnya. Komponen imajiner, Xin dari sebuah impedansi input melambangkan daya yang tersimpan pada meean dekat antena. Komponen resistif, Rin dari impedansi input terdiri dari dua buah komponen, yaitu resistansi radiasi Rr dan resistansi rugi RL.
Daya diasosiasikan dengan tahanan radiasi yang merupakan daya radiasi aktual oleh antena, ketika daya terdisipasi dalam bentuk rugi-rugi tahanan yaitu rugi-rugi yang mengakibatkan panas antena tersebut akibat rugi-rugi dielektrik atau rugi-rugi konduksi.
2. 3. 4. Polarisasi.
Polarisasi dari gelombang yang telah diradiasi sebagai ”khasiat dari gelombang electromagnet menggambarkan waktu arah yang beragam dan hubungan magnet dari garis vektor medan listrik”. Polarisasi dari antena mengarah pada polarisasi vektor medan listrik dari gelombang yang telah diradiasi. Dengan kata lain, posisi dan arah medan listrik dengan hubungan permukaan atau bawah bumi menentukan polarisasi gelombang. Jenis yang paling umum dari polarisasi termasuk linear (horizontal dan
vertikal) dan sirkular (bagian kanan polarisasi atau bagian kiri polarisasi).
Gambar 2. 11. Sebuah gelombang secara bergaris yang dipertentangkan. Jika garis edar dari bidang listrik garis vektor bolak-balik sepanjang garis, dikatakan secara bergaris dipertentangkan. menunjukan sebuah gelombang secara bergaris yang dipertentangkan. Dalam sebuah gelombang yang dopertentangkan
secara bundar, garis vektor bidang listrik tetap konstan menurut panjangnya dan berputar keliling di garis edar bundar. Sebuah gelombang yang dipertentangkan bundar dari sisi kiri adalah gelombang yang mana gelombang tersebut berputar berlawanan dengan jalan jarum jam sedangkan sisi kanan bundar dari gelombang yang dipertentangkan menunjukkan gerakan menurut jalan jam sebagaimana ditunjukan dengan gambar 2. 12 dibawah ini.
gambar 2. 12. Gerakan menurut jalan jam.
2. 3. 5. Lambda Antena.
Lambda adalah panjang gelombang di udara. Cepat rambat gelombang listrik pada logam itu lebih kecil, sebesar 0.95 kali gelombang radio di udara. Jadi untuk menghitung lambda adalah sebagai berikut :
λ=
300 x0,95 f
1 λ = 75 x0,95 4 f
Dimana λ dinyatakan dalam meter dan f dalam MHz. Panjang gelombang radio di udara adalah :
λ=
V 3 x10 8 = = meter f f
............................. (2. 21).
Panjang gelombang radio pada logam (antena) adalah :
λ=
3 x10 8 x0,95 f
.......................... (2. 21).
λ = panjang gelombang dalam meter. f = frekuensi dalam MHz. Antena dipole untuk frekuensi 7.050 MHz, dengan rumus di atas akan didapatkan panjang setiap sayapnya 9.99 meter atau dibulatkan 10 meter, panjang 10 meter ini dinamakan panjang theoritis. Panjang theoritis tersebut belum dapat langsung kita gunakan karena faktor pengaruh lingkungan belum diperhitungkan, kita tahu bahwa pengaruh lingkungan di setiap lokasi itu berbeda. Perhitungan theoritis ini mutlak diperlukan agar kita bisa memulai percobaan, tanpa perhitungan theoritis kita tidak akan bisa mengetahui dari mana kita akan memulai percobaan. Kita ketahui bahwa lingkungan sangat berpengaruh terhadap panjang theoritis, terutama apabila antena itu dipasang rendah. Untuk itu, maka dalam praktek panjang theoritis tersebut harus diberikan koreksi yang dinamakan koreksi lingkungan. Penyesuaian dengan lingkungan itu dilakukan dengan metoda trial and error. Metoda trial and error adalah suatu metoda ilmiah yang digunakan apabila ada dua variabel yang saling tergantung atau bila ada beberapa variabel yang tidak dapat diukur besarnya.
Cepat rambat gelombang sama dengan cahaya ialah 300.000.000 = (3x108 meter/detik), sedangkan gelombang tersebut bergetar sejumlah f Hz/detik (f = frekuensi). Misalnya frekuensinya 6 MHz (mega artinya juta), maka setiap detik ia bergetar 6.000.000 kali. Kita tahu bahwa satu Lambda (λ) adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu kali getar.6
Gambar 2. 13. Satu lambda. Sehingga panjang satu lambda (λ) adalah :
λ=
3 x10 8 m/dt f Hz
......................................... (2. 22).
2. 3. 6. Gain Antena
Gain antena adalah pancaran gelombang radio oleh antena makin jauh dan makin lemah, melemahnya pancaran itu berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya, jadi pada jarak dua kali lipat kekuatannya menjadi
1 atau seperempatnya. Angka 22
tersebut masih belum memperhitungkan melemahnya pancaran karena hambatan lingkungan dalam perjalanannya. Kecuali sifat tersebut di atas, sifat lain dari antena adalah bahwa kekuatan pancaran ke berbagai arah cenderung tidak sama. Pancaran
gelombang radio oleh antena vertikal mempunyai kekuatan yang sama ke segala arah mata angin, pancaran semacam ini dinamakan omnidirectional. Pada antena dipole, pancaran ke arah tegak lurus bentangannya besar sedang pancaran ke samping kecil, pancaran semacam ini disebut bidirectional. Dalam teknik radio kekuatan pancaran ke segala arah digambarkan sebagai pola pancaran (radiation pattern) seperti terlihat pada gambar berikut ini.
Gambar 2. 14. Macam-macam bentuk pola radiasi. Pola 1 adalah pola pancaran antena dipole (antena 1), apabila ada antena lain (antena 2) yang mempunyai pola radiasi seperti pada pola 2, maka titik A akan menerima signal lebih kuat daripada pancaran antena 1, dikatakan bahwa antena 2 mempunyai gain. Gain dinyatakan dengan dB, sebagai pembanding untuk menentukan besarnya gain adalah dipole. 1. Omnidirectional (segala arah). Antena ini meradiasikan gelombang radio yang sama kuat ke segala arah. 2. Bidirectional (dua arah). Antena ini meradiasikan gelombang radio yang sama kuat ke hanya dua arah.
Dua parameter yang perlu diperhatikan pada antena adalah polarisasi dan penguatannya. Secara sederhana, sebuah antena mempunyai polarisasi vertikal jika antena tersebut diletakan pada posisi tegak lurus terhadap bumi. Antena dengan polarisasi vertikal akan menghasilkan gelombang radio dengan polarisasi vertikal juga. Selain vertikal, ada pula antena berpolarisasi horizontal, bila bidang antena berposisi sejajar dengan bumi7. Cara matching antena yang baik ialah dengan menggunakan alat, yaitu dip
meter dan impedance meter atau dapat juga menggunakan swr analyzer. Apabila alat tersebut tidak tersedia, matching dilakukan dengan menggunakan transceiver dan swr meter. Pertama-tama pasanglah antena dengan konfigurasi yang dikehendaki. Pasanglah swr meter diantara transceiver dengan transmission line kabel coaxial selanjutnya atur transceiver pada power yang paling rendah, sekitar 5-10 Watt dengan mode AM atau CW. Tentukan frekeuensi kerja yang dikehendaki, misalnya 144.790 MHz. Coba transmit sambil mengamati swr meter, putarlah tombol pengatur frekuensi sedemikian sehingga didapatkan Standing Wave Ratio (SWR) yang paling rendah. Bila frekuensi tersebut lebih rendah dari 144.790 MHz berarti sayap-sayap dipole terlalu panjang, jadi harus diperpendek. Bila frekuensi terlalu tinggi berarti sayap-sayap dipole-nya terlalu pendek. Untuk memperpanjang haruslah disambung, ini kurang menyenangkan. Jadi pemotongan awal antena harus dilebihi dari panjang theoritis, dan pada waktu dipasang dilipat balik sehingga panjangnya sama dengan panjang theoritis. Bila frekuensi match terlalu rendah, perpendek antena 10 cm setiap sayapnya. Bila masih terlalu rendah diperpendek lagi. Begitu seterusnya sehingga
diperoleh swr yang rendah ialah kurang dari 1:1.5. Cara memendekkan tidak dengan dipotong tetapi dilipat balik dan menumpuk rapat, lipatan yang mencuat akan membentuk capasitance head dan mempengaruhi Standing Wave Ratio (SWR). Perbandingan antara arus maksimum dengan arus minimum atau perbandingan antara voltage maksimum dengan voltage minimum in disebut Standing Wave Ratio
(SWR). Swr ini besarnya tergantung dari besarnya arus balik, makin besar arus balik maka swr menjadi makin besar pula. Adanya standing wave pada feeder line ini tidak dikehendaki karena hal ini memberikan indikasi adanya mismatch. Arus balik ini akan masuk ke final dan ditransformasikan menjadi panas, dimana panas ini bila cukup tinggi akan dapat merusak final. Untuk mengukur besarnya swr suatu transmission line yang menghubungkan transceiver dan antena digunakan swr meter yang berisi swr bridge. Contoh suatu swr meter terdapat pada gambar 2. 15 biasanya alat semacam ini dilengkapi dengan power meter dan field strength meter.
Gambar 2. 15. SWR dan Power Meter.
Field strength meter digunakan untuk mengukur kuat pancar transceiver dengan antena tertentu suatu antena. Kuat pancar diukur pada suatu jarak tertentu dan arah
tertentu, selanjutnya dibandingkan dengan kuat pancar pada arah lain. Ini dapat digunakan untuk mengukur besarnya front to back ratio. VSWR = Vmax / Vmin
........................ (2. 23).
(RP / FP ) (RP / FP )
......................... (2. 24).
VSWR =
1+ 1−
ρ = (VSWR − 1) / (VSWR + 1)
......................... (2. 25).
Re turnLoss (RL ) = −20 log ρ
......................... (2. 26).
Keterangan : FP = Forward Power (Daya yang dipancarkan dari sumber ke beban). FP = Reflected Power (Daya pantul dari beban ke sumber).
ρ = Coefisien Pantul. Hubungan antara vswr dengan Return Loss prinsipnya sama saja, nilai vswr sendiri dinyatakan dalam rasio atau perbandingan dan nilai Return Loss dinyatakan dB. Antena yang bagus menyerap energi 90% dan 10% yang dipantulkan kembali ke sumber. Nilai vswr ini sangat dipengaruhi oleh dua hal : 1. Perbedaan Impedanasi saluran transmisi dengan beban. 2. Diskontinuitas saluran transmisi, yang disebabkan oleh pemasangan konektor yang kurang bagus, bending feeder terlalu berlebihan atau kerusakan pada feeder itu sendiri.
Pada pengukuran antena dibutuhkan pengukuran daya gelombang yang bertujuan untuk menguji saluran saluran transmisi yang tidak sepadan, selain gelombang datang mengalir pula gelombang pantul, alat ini dikenal sebagai power meter. Gelombang datang arahnya dari sumber ke beban (dari pemancar ke antena) sedangkan gelombang pantul dari arah yang sebaliknya (dari antena ke pemancar). Biasanya pada power meter terdapat dua skala, satu untuk daya datang dan satu lagi untuk daya pantul. Skala untuk daya pantul lebih kecil dari skala untuk daya datang.8
2. 4. Prinsip Kerja Attenuator.
Rangkaian attenuator berfungsi sebagai sebuah sumber daya yang dapat mengurangi nilai daya masukan yang umumnya diungkapkan sebagai decibel (dB). Keuntungan besar sebuah attenuator yang awalnya dibuat dari resistor non induktif mampu merubah sebuah sumber atau beban, yang bersifat reaktif kedalam bentuk yang lain dan bersifat resistif. Pengurangan daya ini diterima oleh attenuator tanpa memperhitungkan gangguan. Gambar dibawah ini menunjukan rangkaian attenuator yang umum seperti rangkaian ”pi”. Persamaan gambar rangkaian ini termasuk perhitungan hambatan yang dibutuhkan R1 dan R2. Sebuah attenuator dapat digunakan pada rangkaian audio/sinyal radio lainnya.
Gambar 2. 16. Rangkaian attenuator Pi. Persamaan perkalian impedansi :
K + 1 R1 = 2 K + 1
................................... (2. 27).
2 2 K −1 R2 = x 2 K
................................... (2. 28).
Persamaan di atas merupakan perkalian sumber dan impedansi-impedansi beban berapa pun nilainya.
2. 4. 1. Faktor ”K”.
Faktor K disebut perbandingan arus tegangan atau daya yang dihubungkan pada nilai attenuasi yang diberikan ”A” diungkapkan dalam decibel (dB). Perhitungan faktor K ini sedikit rumit seperti : ”K” merupakan bilangan kenaikan 10 untuk nilai daya attenuasi A dalam decibel (dB), dibagi dengan nilai konstanta 20.
K = 10(" A" / 20)
............................... (2. 29).
Seperti contoh praktis, dapat dilihat pada attenuasi 3 dB dan perhitungan faktor ”K”,
K = 10(3dB / 20 ) = 10(0,15 ) = 1.4125
................................ (2. 30).
Persamaan di atas merupakan bagian sangat penting pada perancangan rangkaian attenuator pi. Nilai-nilai resistor untuk rangkaian attenuator pi 50Ω persamaan sumber dan beban. Pemakaian yang umum sebuah attenuator adalah rangkaian radio 50Ω di bawah ini sebuah tabel kecil pada gambar menerangkan pengurangan nilai daya 3 dB, 6 dB, 10 dB, dan 20 dB. Tabel 2. 4. Nilai resistor untuk sebuah rangkaian attenuator pi 50Ω . Attenuasi
R1
R2
Aktual R1
Aktual R2
3 dB
292 17.61
300
18
6 dB
150 37.28
150
39
10 dB
96
71.15
100
75
20 dB
61
247.5
62
240
Pada kolom tabel di atas merupakan nilai aktual nilai-nilai resistor. Gambaran praktis yang umum pada nilai-nilai ini akan dapat memenuhi secara perhitungan. Diasumsikan sebuah pemancar amatir 50Ω dengan sebuah daya keluaran 5 watt,
dengan pengurangan daya penurunan menjadi 250 mili watt. Pernyataan ini mengartikan bahwa terjadi pengurangan daya sebesar 4.75 watt. Penurunan daya ini terjadi disipasi pada rangkaian attenuator ini. Perhitungan sederhana yang dikenal bahwa 4.75 watt/5.0 watt = 0.95 watt atau sebuah penurunan daya sebesar 95%. Cara yang lain yaitu 50% daya awal atau 1
20
kali. Pada perhitungan 5% diungkapkan
sebagai 0.05 dan log 0.05 = 1.301, serta perlu diketahui perkalian dengan nilai 10 karena pada kesepakatan level daya. Artinya bahwa kita mencari nilai pengurangan sebesar 13 dB dengan menggunakan persamaan (28) dan (29), akan dibentuk sebuah rangkaian ”attenuator” pi 13 dB dan dirancang untuk sumber dan beban dengan nilai impedansi 50Ω .
2. 4. 2. Disipasi Daya Attenuator.
Perhitungan-perhitungan daya di dasarkan pada hukum ohm, jika dimulai dengan daya 5 watt kedalam 50Ω berapakah nilai tegangan RMS awal pada persamaan (28) gambar di atas.9 Diketahui bahwa,
P = E2 / R
.................................. (2. 31).
5 = E 2 / 50
.................................. (2. 32).
Sehingga,
BAB III BLOK RANGKAIAN RADIO PENDETEKSI ARAH PEMANCAR HANDY TRANSCEIVER ICOM IC2N
Pada rangkaian Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar Handy Transceiver
IC2N ini terdapat bagian-bagian yang penting yaitu : 1. Rangkaian Attenuator. 2. Tampilan Skala Meter. 3. AntenaYagi. Bagian-bagian ini dibuat secara terpisah kecuali Handy Transceiver IC2N, dan akan digabung sehingga menjadi alat yang dapat mendeteksi sinyal pemancar.
3. 1. Blok Rangkaian Attenuator.
Rangkaian attenuator untuk alat radio pendeteksi arah sinyal pemancar ini berfungsi sebagai peredam kuat sinyal dari frekuensi radio (RF), jika tidak menggunakan rangkaian attenuator sinyal pemancar yang akan dicari akan sulit ditemukan karena sinyal yang diterima sangat besar ditunjukan oleh vu meter display. Dibawah ini adalah rangkaian attenuator yang sederhana, attenuator ini di letakan didalam pesawat pemancar dan penerima (Handy TransceiverIC2N).
Gambar 3. 1. Rangkaian attenuator.
3. 2. Blok Rangkaian Display Meter.
Rangkaian display meter yang ada pada rangkaian radio pendeteksi arah sinyal pemancar terdapat dua display meter yaitu analog dan led meter. Rangkaian vu meter adalah rangkaian display analog yang cara kerja dari alat ini jika menerima masukan dari penerima sinyal frekuensi radio (RF) yang diterima dari rangkaian sehingga jarum vu meter akan naik menunjuk berapa yang diterima. Untuk rangkaian display meter led ini hanya menggunakan 1 buah IC dan beberapa buah komponen external. Rangkaian ini menampilkan rangkaian level audio dengan membagi 10 buah LED
(light emmiting diode). Tegangan masukan dapat divariasikan dari 12 volt sampai 20 volt, tetapi tegangan yang disarankan pada rangkaian ini adalah 12 volt. IC LM 3915 merupakan sebuah rangkaian terintegrasi jenis monolistik yang sensitif terhadap level tegangan analog dan mengendalikan 10 buah led memberikan sebuah nilai logaritma 3 dB/step.
Tampilan analog pengendali arus led dapat diatur dan diprogram, penggantian eliminasi dibutuhkan untuk resistor pembatas arus. Ic ini terdiri dari sebuah tegangan acuan yang dapat diatur dan sebuah pembagi pembagi tegangan 10 langkah secara akurat masukan penyangga. Impedansi tinggi menerima sinyal menuju ground dan diatas 1/5 volt darisumber tegangan positif. Kemudian rangkaian ini tidak membutuhkan proteksi tegangan masukan sebesar - + 3,5 volt. 10 buah pengendali input penyangga komparator dihubungkan pada pembagian yang presisi. Tingkat keakuratannya secara typical lebih besar dari 1 dB.
Gambar 3. 2. Display meter analog.
Gambar 3. 3. LED meter display
3. 3. Blok Rangkaian Antena Yagi.
Pada alat radio pendeteksi arah sinyal pemancar jenis antena yang digunakan adalah antena yagi. Antena yagi merupakan salah satu kelompok antena dengan berkas terarah yang banyak digunakan pada frekuensi HF (high frekuensi). Gambar 3. 4. menunjukan bentuk pola berkas antena diletakan pada titik P arah sinyal pancaran ditunjukan oleh tanda panah. Lebar berkas antena (beamwidth) merupakan sudut antara titik pada main lube (cuping utama) sebesar -3dB dari titik pusat C.
Gambar 3. 4. Bentuk pola berkas antena.
Berkas antena yang sempurna hanya akan mempunyai main lobe (cuping
utama), tetapi kejadian situasinya hanya dalam gambaran seluruh antena sebesarnya mempunyai 2 buah side lobe (cuping samping) dan back lube (cuping belakang), seperti ditunjukan pada gambar 3. 4, seluruh cuping ini melambangkan daya pancar yang terbuang pada arah yang salah selama pemancaran dan kesempatan interferensi pada saat penerimaan. Tujuan perancangan antena adalah untuk meningkatkan cuping antena pada saat penurunan cuping samping dan cuping belakang. Gambar 3. 5 menunjukan skema dasar antena yagi uda (biasa disebut yagi antena dipole
( )
pengumpan setengah lambda 1 λ dari pusatnya. Bagian ini juga terdapat 2 elemen 2 tambahan yaitu reflector dan director, kedua elemen ini tidak dapat di bangkitkan arahnya oleh radio frekuensi, tetapi dapat menerima radiasi energi dari elemen driven dan di radiasikan kembali energi. Reflector diletakan disamping elemen driven dan secara fisik ukurannya sebesar 4 % panjangnya dari elemen driven. Director diletakan didepan elemen driven (relatif terhadap arah propagasi). Director secara fisik berukuran 4 % lebih pendek dari pada elemen driven. Walaupun begitu, kedua elemen tambahan tidak ada aturan yang tetap mengenai jumlah reflector atau director, elemen tambahan ini umumnya secara praktis menggunakan director tunggal dan sebuah elemen driven untuk berkas 2 elemen, dan
reflector tunggal serta director tunggal sebagai tabahan untuk elemen driven pada berkas 3 elemen.
Reflector tambahan dapat digunakan untuk berkas elemen 4 atau lebih tetapi standar praktis yang digunakan untuk arah tambahan tertentu. Panjang elemen diberikan, L= Dimana :
K ft Fmin
L = Panjang dalam satuan feet. F = Frekuensi dalam MHz. K = Konstanta.
Lebar antar elemen ukuran fisiknya sebesar 0.15 samapai 0.308 kali panjang gelombangnya, walaupun begitu 0.2 dan 0.25 merupakan nilai yang umum dipakai dalam perancangan antena yagi.
Gambar 3. 5. Bentuk dasar antena yagi.
Elemen-elemen berkas antena yang dapat diputar akan dirancang secara singkat pada bagian ini dan akan diukur pada BAB IV.
Boom (dudukan) dapat dibuat dari metal atau kayu pada perancangan ini digunakan bahan jenis metal, elemen driven harus di isolasi dari boom, walaupun begitu elemen parasitik dapat digabungkan langsung pada boom ini. Secara umum boom ini sebaiknya menggunakan bahan kayu sebagai dudukan, boom jenis kayu sangat mudah dibuat dan perawatannya, walaupun umur pemakaiannya yang pendek dari pada boom jenis metal. Impedansi titik pengumpan sebuah dipole sebesar 72 Ω pada ruang bebas, impedansi aktual akan berubah lebih dari pada nilai tersebut dan kurang yang digambarkan pada antena permukaan bumi tertutup1. Driven elemen (K = 478)2 L=
K F MHz
ft
478 0.304794 144 = 1.01174675 m = 1.01174675 x 100 = 101.1 cm =
Reflektor elemen (K = 492)3 L=
K F MHz
ft
…………………………. (3. 1).
492 0.304794 144 = 1.0413795 m = 1.0413795 x 100 = 104.1 cm =
…………………………. (3. 2).
Director elemen (K = 461.5)4 L=
K F MHz
ft
461.5 0.304794 144 = 0.9768224375.m …………………………. (3. 3). = 0.9768224375 x 100 = 97.6 cm =
Spasi elemen (K = 142)5 L=
K F MHz
ft
142 0.304794 144 = 0.30056075 m = 0.30056075 x 100 = 30.0 cm =
………………………… (3. 4).
Gambar 3. 6. Antena yagi 3 elemen.
Tabel 3.1. Keterangan Rangkaian Antena Yagi. Elemen
Panjang
Spasi
Diameter
Director
97.6 cm
30.0 cm
0.005 mm
Driven
101.1 cm
30.0 cm
0.005 mm
Reflector
104.1 cm
30.0 cm
0.005 mm
Untuk driven elemen, disamping menggunakan dipole seperti yang diuraikan di atas, dapat pula menggunakan driven elemen dengan gamma match. Pada elemen
dengan gamma match ini elemen tidak dibagi dua akan tetapi utuh dan pada feed point diberikan suatu matching device tersebut. Pada prinsipnya gamma match merupakan LC circuit.
Matching dilakukan dengan mengatur gamma rod dan bracket sehingga didapatkan SWR yang baik. Menggerakkan bracket berarti mengatur induktansi dan menggerakkan rod berarti mengatur kapasitansi. Antara gamma rod dan inner coaxial membentuk suatu kondensator, nilai kapasitansinya ditentukan oleh panjang coaxial
cable dalam gamma rod. Selain antena Yagi yang telah banyak dibahas disini, beberapa jenis antena pengarah yang lain banyak juga digemari, misalnya antena
Quad Beam, Log Periodic dan sebagainya6.
Gambar 3. 7. Gamma match antena yagi 3 elemen. Dari hasil masing-masing rangkaian diatas dibentuk rangkaian radio pendeteksi arah sinyal pemancar seperti terlihat pada gambar 3. 8 dibawah ini.
1
2
LOW
3
4
5
6
7
8
9
10
HIGH
Gambar 3. 8. Blok Rangkaian Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar Handy
Transceiver IC2N.
BAB IV PENGAMBILAN DATA RADIO PENDETEKSI ARAH SINYAL PEMANCAR HANDY TRANSCEIVER IC2N
Setelah perancangan radio pendeteksi arah sinyal pemancar dilakukan, pada bab ini dibahas mengenai pengujian alat radio direction finding dengan menunjukan apakah output bekerja sesuai dengan deskripsi yang di inginkan. Pengujian dilakukan setelah perancangan prototipe selesai. Berdasarkan hasil pengambilan data yang dilaksanakan di Laboratorium Teknik Elektro Telekomunikasi Fakultas Teknik Uhamka pada tanggal 1 juni sampai dengan 31 juli 2008, adapun pengujian yang dilakukan yaitu : 1. Pengambilan data pola radiasi antena yagi.
2. Pengambilan data attenuasi pada alat Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar Handy Transceiver IC2N. 3. Pengambilan data display meter analog. 4. pengambilan data kekuatan sinyal berdasarkan lokasi tempat pencarian. Pada pegambilan data alat Radio Pendeteksi Arah Sinyal Pemancar Handy Transceiver IC2N menggunakan bantuan alat yaitu :
1. AVO (Ampere Volt Ohm) meter. 2. Frekuensi counter. 3. Spektrum analyzer. 4. Penggaris busur 180o.
5. Kompas
4. 1. Pengambilan data pola radiasi antena yagi 144 MHz.
Pada pengujian pola radiasi antena yagi menggunakan alat ukur spektrum analyzer data yang diukur adalah setiap sudut pancaran antena yagi dari 0o sampai 180o yang masing-masing sudut diambil datanya untuk mendapatkan pola radiasi antena yagi dengan menggunakan frekuensi 141.127 MHz, dibawah ini bisa dilihat tabel 4. 1. pengujian pola radiasi dan gambar 4. 1. hasil dari pengukuran pola radiasi. Tabel 4. 1. Pengambilan data pola radiasi antena yagi.
θ sudut (derajat)
dB (Decibel)
Normalisasi
0
14
0
10
14
0
20
13.75
- 0.25
30
13.75
- 0.25
40
13.25
- 0.75
50
13.125
- 0.75
60
13
-1
70
12.5
- 1.5
80
12.5
- 1.5
90
12.5
- 1.5
100
12.25
- 1.75
110
12
-2
120
11.75
- 2.25
130
11.5
- 2.5
140
11.25
- 2.75
150
11
-3
160
11
-3
170
10.75
- 3.25
180
0
- 14
Dibawah ini bisa dilihat gambar 4. 1 pengambilan data pola radiasi antena yagi, pengujian dilakukan dengan cara menggunakan 2 buah antena yagi. Antena yang diukur memancarkan daya dari pemancar, Pengambilan data dilakukan dengan cara memutar antena pemancar sebanyak 1800 dengan setiap perputaran derajat 100.
(a)
(b)
Gambar 4. 1. Antena yagi dan pemancar serta penerima. (a). Pengambilan data pola radiasi dilihat dari sisi pemancar, (b). Proses pengambilan data pola radiasi menggunakan spektrum analyzer. Pemancar kemudian diterima oleh antena penerima yang telah dipasang perangkat spektrum analyzer akan membentuk pola radiasi sesuai pada gambar 4. 3. Bentuk spektrum yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 4. 2. dibawah ini.
Gambar 4. 2. Spektrum analyzer pengambilan data pola radiasi antena yagi. Pola radiasi pada gambar 4. 3. dibawah ini membentuk main lobe yang melebihi 900. Pola radiasi side lobe seharusnya dibentuk renggang 900 sampai dengan 1800 begitu sebaliknya untuk 1800 sampai dengan 2700
(1)
. Hal ini terbentuk karena
pengujian pola radiasi dengan cara pemutaran sudut hanya dari sisi pemancar. Pengukuran yang dilakukan sesuai dengan kondisi tempat yang ada, dengan cara pemutaran sudut dari sisi penerima tidak dapat dilakukan.
Gambar 4. 3. Bentuk pola radiasi antena yagi hasil pengambilan data. Dibawah ini adalah bentuk simulasi pola radiasi dengan program antena yagi MATLAB untuk membandingkan pola radiasi pengujian dan pola radiasi yang sebenarnya.
Gambar 4. 4. Bentuk polarisasi secara simulasi MATLAB(2).
4. 2. Pengambilan data daya pemancar.
Pada pengambilan data daya pemancar yang diambil adalah output atau keluaran daya dari power frekuensi radio (RF) pengujian dilakukan dengan bantuan alat yang digunakan adalah : 1. Frekuensi Counter. 2. Spektrum Analizer. Dibawah ini bisa dilihat frekuensi counter pada gambar 4. 4. dan spektrum analyzer pada gambar 4. 5. data dari hasil pengujian daya pemancar frekuensi yang digunakan adalah 146.000 MHz.
Gambar 4. 5. Frekuensi counter pada pengambilan data pemancar. Dibawah ini bisa dilihat hasil dari data pengujian daya keluaran dari pemancar dengan menggunakan alat spektrum analyzer.
Gambar 4. 6. Spektrum analyzer pada data pengambilan data pemancar.
4. 3. Pengambilan data display meter analog.
Pengambilan data display meter analog pada alat radio pendeteksi arah sinyal pemancar data yang diambil dengan cara merubah jarak terhadap pemancar. Pengambilan data dilakukan pada nilai display meter yang telah ditentukan sebesar 4 dengan jarak 18 meter dari pemancar. Posisi pengambilan data nilai dari display meter adalah tegak lurus atau horizontal terhadap pemancar. Berdasarkan hasil dari pengambilan data terlihat pada Tabel 4. 2. dibawah ini.
Tabel 4. 2. Pengambilan data display meter analog. Jarak (Meter)
Display Meter Analog (Point)
18
4.1
17
4.9
16
4.9
15
5
14
5
13
6
12
6.1
11
6.5
10
7.1
9
7.2
8
7.5
7
7.8
6
7.8
5
7.8
4
7.8
3
7.8
2
7.8
1
7.8
Tabel diatas tidak memiliki nilai satuan pada tampilan display meter analog, skala yang ditunjukan hanya skala tampilan tertulis. Data yang ditunjukan dari pengambilan data display meter analog ini adalah data kuat dan lemahnya sinyal secara absolut. Dapat dilihat pada gambar 4. 7 dibawah ini.
Gambar 4. 7. Display meter analog. Pengambilan data display meter analog yaitu dilakukan dengan cara merubah jarak terhadap pemancar. Sinyal terbesar akan terlihat di display meter analog ketika tegak lurus terhadap pemancar, semakin dekat dengan pemancar maka semakin besar sinyal yang didapat, cara pengambilan data dapat dilihat pada gambar 4. 8. dibawah ini.
Sinyal RF (Radio Frekuensi)
R DF Radio Direction Finding
ELT Em ergency Locator Transm itter
JARAK = 18 m eter
Gambar 4. 8. Pengambilan data display meter analog.
Dari hasil pengambilan data display meter analog didapatkan hasil grafik jarak terhadap point display meter analog seperti terlihat pada gambar 4. 9 dibawah ini.
Gambar 4. 9. Grafik hasil pengambilan data display meter analog.
Pada gambar 4. 9 diatas terdapat dua garis yaitu garis linieritas dan hasil percobaan. Pada garis hasil pengambilan data yang dihasilkan tidak konsisten karena posisi yang tidak sejajar dengan pemancar. Sensitifitas pengambilan data sebesar – 0.1943 atau disebut juga rata-rata faktor perubahan jarak terhadap nilai display meter analog. Tanda (-) menunjukan penurunan nilai point alat ukur akibat dari penambahan jarak lokasi pemancar. Ketidak konsistenan nilai point alat ukur diakibatkan pengambilan data dilakukan di dalam ruangan sehingga sinyal yang dideteksi hanya sinyal pantulan, apabila sinyal pantulan sejajar terhadap penerima maka terjadi penguatan begitu pula sebaliknya.
4. 3. Pengambilan data kekuatan sinyal berdasarkan lokasi dan tempat pencarian sinyal.
Data yang diambil adalah jarak maksimum penerimaan sinyal frekuensi radio
(RF) yang di pancarkan oleh pemancar dengan cara mencari sinyal pemancar dengan jarak yang telah ditentukan, kemudian pencarian sinyal pemancar yang tersembunyi dan tidak diketahui. Dapat dilihat dibawah ini tabel hasil pengambilan data.
Tabel 4. 3. Pengambilan data kekuatan sinyal berdasarkan lokasi dan tempat pencarian sinyal. Jarak Hari dan
Tempat Waktu
Tanggal
Sinyal RDF Sumber
Sumber Pengujian
Pengujian
Sudut Lokasi RDF
dan
ELT dan
Acuan
ELT
Keterangan RDF 90o
Rabu
Kampus A 14.00
09-07-2008
Kampus UIN
0.2 point
Ciputat
Sinyal kecil
10 Kilo UHAMKA
(terhadap utara) 130o
Rabu
Kampus A 15.05
09-07-2008
Kampus UMJ
0.4 point
Cireunde
Sinyal kecil
7 Kilo UHAMKA
(terhadap utara)
Rabu
Kampus A 15.30
09-07-2008
1.2 point
110o
Sinyal naik
(terhadap
sedikit
utara)
Perempatan 5 Kilo
UHAMKA
Lebak Bulus 160o
Rabu
Kampus A 16.00
09-07-2008
Pondok Indah
6.2 point
Mall
Sinyal besar
2 Kilo UHAMKA
(terhadap utara)
Tabel diatas terjadi kenaikan, pada jarak 5 kilometer dan 2 kilometer, kondisi ini terjadi ketika Radio Pendeteksi Arah Pemancar menerima sinyal dari pemancar pada kondisi attenuator sama dengan nol. Pengurangan attenuasi dilakukan pada saat terjadi sinyal puncak sebesar 10 point, pelemahan sinyal terjadi karena banyak gedung yang ada di sekitar lokasi pengukuran. Sinyal yang diterima berupa sinyal pantulan dengan sudut acuan yang besar.
U Lokasi pemancar ELT yang akan ditemukan
310 derajat
270 derajat
90 derajat
310 derajat 180 derajat Lokasi pointing 1 arah 180 derajat
Lokasi pointing 2 arah 310 derajat
Gambar 4. 10. Cara pengambilan data dengan sudut acuan terhadap arah utara Pada gambar 4. 10 diatas adalah cara
pencarian sinyal pemancar. Lokasi
pencarian (pointing) 1 merupakan sinyal pemancar dengan arah 00 sebagai referensi arah utara dan pencarian (pointing) 2 arah 3100 dengan sudut acuan timur. Setelah melakukan pointing maka hasil dari pointing 1 dan pointing 2 adalah lokasi pemancar yang akan ditemukan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5. 1. Kesimpulan.
Dari pembahasan bab-bab dan hasil pengambilan data yang diperoleh serta experiment dapat disimpulkan bahwa : 1. Dari hasil pengambilan data antena yagi, pola radiasi yang dihasilkan ini membentuk main lobe yang melebihi 900. Pola radiasi side lobe seharusnya dibentuk renggang 900 sampai dengan 1800 begitu sebaliknya untuk 1800 sampai dengan 2700
(1)
. Hal ini terbentuk karena pengujian pola radiasi
dengan cara pemutaran sudut hanya dari sisi pemancar. Pengujian dilakukan diruang terbuka untuk mennghasilkan pola radiasi yang stabil. 2. Bentuk simulasi software MATLAB antena yagi sangat diperlukan karena untuk membandingkan bentuk pola radiasi yang sebenarnya dengan bentuk pola radiasi hasil data pengujian dan pengukuran. 3. Hasil yang didapatkan dari keluaran spektrum analyzer pada frekuensi 141.127 MHz dan 144.600 MHz stabil dan tidak cacat, diperoleh data yang sudah dinormalisasi sebesar –14 dB. 4. Hasil yang didapatkan dari keluaran frekuensi counter pada frekuensi 141.127 MHz dan 144.600 MHz data yang dihasilkan sangat stabil, karena
radio pemancar dan penerima handy transceiver IC2N sudah diseting stabil dari pabriknya.
5. Hasil yang didapatkan pada pengambilan data antena dengan menggunakan SWR (Standing Wave Ratio) dihasilkan nilai 1: 1/5 sehingga antena yagi yang dibuat hasilnya baik. 6. Pada alat display meter analog dan LED (Light Emmiting Diode) display meter digunakan sumber tegangan external secara terpisah.
7. Pada pengambilan data jarak maksimal untuk mendapatkan sinyal dari pemancar sebesar 10 kilometer, dan jarak penerimaan sinyal yang baik pada 5 kilometer. 9. Radio pemancar dan penerima (Handy Transceiver IC2N) pada alat Radio Pendeteksi Arah Pemancar hanya berfungsi sebagai penerima saja. Dari segi penerimaan sinyal radio Handy Transceiver IC2N ini terbilang baik sensitifitasnya.
5. 2. Saran.
1. Penggunaan elemen antena yagi diharapkan lebih banyak dan ringan, sehingga dapat menghasilkan pola radiasi yang lebih baik. 2. Kondisi pengambilan data yang maksimal dilakukan dengan cara menambah ketinggian antena.
LAMPIRAN I PROSEDUR PENGERJAAN ALAT
Adapun langkah-langkah yang dikerjakan dalam pembuatan alat: 1. Mencari dan menggumpulkan data-data, baik dari teori maupun pembuatan skematik rangkaian. 2. Membuat skematik Attenuator dengan menggunakan Visio. 3. Membuat skematik Timer dengan menggunakan Visio. 4. Membuat skematik Antena Yagi dengan menggunakan Visio. 5. Untuk pembuatan jalur Attenuator, komponen tidak meggunakan PCB tetapi langsung dirangkai di dalam handy transceiver. 6. Untuk pembuatan jalur Timer ELT menggunakan PCB yang sudah berlubang. Untuk lebih jelasnya lihat keterangan dibawah ini :
FOTO-FOTO PEMBUATAN RANGKAIAN RADIO PENDETEKSI ARAH SINYALPEMANCAR HANDY TRANSCEIVER IC 2 N
Pembuatan Rangkaian Attenuator.
Pembuatan Rangkaian Display Meter dan Attenuator.
Pembuatan Rangkaian Timer ELT.
Pembuatan Rangkaian ELT.
Pembuatan Antena Yagi.
Alat-alat yang dipakai untuk membuat rangkaian Radio Pendeteksi Arah Pemancar Handy Transceiver IC2N adalah : 1. AVO meter. 2. Solder. 3. Timah.
4. Cutter. 5. Lotfet. 6. PCB berlubang. 7. Gergaji. 8. Pengupas kabel. 9. Sedotan timah. 10. Tang potong. 11. Bor besar. 12. Obeng kembang. Daftar Komponen yang digunakan : Komponen
Satuan
Transistor
A1015, C1815, C2458
IC
MC3357, LM555
Capasitor
10 nf, 100nf, 47µf/50v,
Resistor
Pot 100K, 47 K, 100Ω,
Vu Meter
1 Buah
Relay DC
9 volt
Saklar Toggle
4 Buah
Jack Mono
2 Buah
Jack DC
1 Buah
Kabel Head
1 Meter
Kabel Coaxial
1 Meter
Konektor
BNC, RG 58
Kabel Rakit
2 Meter
LED
10 Buah
Baterai
9 volt, Ni cd 1.2 volt
Box Plastik
1 Buah
Alluminium Antena Yagi
Boom 1 Meter, Driven, Direktor, Reflektor 3 Meter
LAMPIRAN II FOTO – FOTO PENGAMBILAN DATA RADIO PENDETEKSI ARAH SINYAL PEMANCAR HANDY TRANSCEIVER IC2N
Gambar 1. Pengambilan data pola radiasi antenna yagi di atas gedung UHAMKA 1507-08.
Gambar 2. Pengambilan data pola radisi antena yagi di atas gedung UHAMKA 1507-08.
Gambar 3. Pengambilan data pola radisi antena yagi menggunakan spectrum analyzer di atas gedung UHAMKA 15-07-08.
Gambar 4. Pengambilan data pola radisi antena yagi menggunakan busur derajat di atas gedung UHAMKA 15-07-08.
Gambar 5. Pengambilan data keluaran daya keluaran pemancar menggunakan Frekuensi counter dan spectrum analyzer dengan menggunakan frekuensi 144.600 MHz.
Gambar 6. Pengambilan data display meter analog, dengan jarak terhadap pemancar 18 meter.
Gambar 7. Pengambilan data kekuatan sinyal berdasarkan tempat dan lokasi pengambilan data.
