Pengaruh Loading Coil Terhadap Redaman Kabel

Pengaruh Loading Coil Terhadap Redaman Kabel Wahyu Pamungkas1 , , Eka Wahyudi 2, Andy Wijaya3 Prodi D3 Teknik Telkom, STT Telematika Telkom Purwokerto [email protected], 1 [email protected], 2 [email protected] 3,

ABSTRAK Perkembangan teknologi telekomunikasi membutuhkan peningkatan jaringan yang baik sehingga dapat mentransmisikan sinyal dengan baik. Teknologi jaringan kabel yang masih digunakan salah satunya adalah jaringan kabel tembaga. Kabel tembaga merupakan media transmisi yang biasa dipakai dalam sistem telekomunikasi. Redaman sebagai salah satu faktor yang mempengaruhi dari kualitas jaringan kabel tembaga sebisa mungkin harus ditekan nilainya agar kualitas jaringan menjadi baik. Ada empat faktor yang mempengaruhi dari nilai redaman pada saluran kabel tembaga yaitu resistansi, induktansi, konduktansi, dan kapasitansi. Agar memiliki nilai distorsi yang kecil sebuah saluran kabel harus mempunyai rasio nilai perbandingan resistansi per induktansi yang berbanding lurus dengan nilai konduktansi per kapasitansi.Untuk mengurangi nilai redaman dapat dilakukan dengan cara menaikkan nilai induktansi. Agar nilai tersebut dapat diperoleh maka biasanya saluran kabel tersebut akan ditambahkan loading coil agar nilai dari induktansi dapat di perbesar sehingga saluran kabel dapat memiliki nilai distorsi yang kecil dan memiliki nilai redaman yang kecil agar saluran tersebut dapat meningkat kualitasnya. Penelitian ini menggunakan kabel yang memiliki redaman bernilai 0.091 nepper. Setelah ditambahkan loading coil yaitu 0.052 nepper maka didapatkan nilai redaman menjadi semakin kecil yaitu 0.039 neper (penguatan). Sehingga didapatkan bahwa menggunakan loading coil dapat memperbaiki redaman pada kabel tembaga. Keyword : Redaman, Loading coil, Kabel Tembaga, Resistansi, Induktansi, Konduktansi, Kapasitansi

I.

Untuk memperkecil nilai dari sebuah redaman maka dapat dilakukan dengan mengubah nilai dari ke empat faktor tersebut. Antara lain dengan memperbesar nilai dari induktansi. Nilai induktansi dapat dirubah dengan menambahkan loading coil. Loading coil merupakan sebuah lilitan kawat dengan panjang tertentu dan dililit dengan jumlah tertentu. Dengan menambahkan loading coil sama halnya dengan menambahkan nilai induktansi ke dalam kabel tembaga sehingga nilai induktansi pada kabel tembaga akan naik.

PENDAHULUAN

Pada masa sekarang ini, telekomunikasi menjadi sebuah kebutuhan hidup yang tidak dapat dilepaskan dari kehidupan manusia. Sama seperti makanan atau pakaian, telekomunikasi berubah yang dahulunya hanya kebutuhan sekunder sekarang menjadi kebutuhan primer. Dalam bidang telekomunikasi, kabel tembaga merupakan salah satu sistem telekomunikasi yang pertama kali digunakan dalam perkembangan teknologi telekomunikasi. PT. Telkom Indonesia pada saat ini merupakan salah satu perusahaan penyedia layanan suara, pertama kali memakai teknologi ini dalam menyediakan layanan suara di Indonesia. Sebagai sarana penyampaian informasi pada saat ini, jaringan kabel menjadi primadona dalam penyediaan layanan suara sehingga peningkatan kualitas jaringan sangat dibutuhkan untuk menunjang semua itu. Pada dasarnya pada semua jenis sistem telekomunikasi kualitas jaringan sangat berpengaruh, karena dengan semakin meningkatnya kualitas suatu jaringan maka hasil yang dihasilkan akan semakin bagus. Kabel tembaga merupakan suatu media transmisi berupa suatu kawat tembaga yang dibungkus oleh plastik polyethelene. Pada sistem jaringan komunikasi kabel, khususnya kabel tembaga, ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kualitas dari jaringan tersebut, seperti redaman, banyaknya sambungan, dan sebagainya. Redaman pada kabel tembaga dipengaruhi resistansi, induktansi, kapasitansi, dan konduktansi dari kabel tersebut. Resistansi adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik dengan arus listrik yang melewatinya. Induktansi merupakan efek dari medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor pembawa arus yang bersifat untuk menahan arus. Kapasitansi adalah suatu besaran yang menyatakan kemampuan untuk dapat menampung muatan elektron dari suatu kapasitor. Sedang konduktansi merupakan kebalikan dari sifat resistansi yaitu daya hantar listrik dari suatu bahan, sedang resistansi yaitu nilai dari suatu hambatan listrik dari suatu bahan.

II.

KAJIAN TEORI

Energi dapat ditansmisikan dan dapat dihantarkan dengan berbagai media, salah satunya dengan radiasi gelombang elektromagnetik yang terdapat seperti dalam radio atau dapat dibawa menggunakan berbagai jenis konduktor. Semua ini disebut dengan saluran transmisi. Saluran transmisi mengarahkan energi elektrik dari satu tempat ke tempat lainnya. Di ranah telekomunikasi, saluran ini digunakan sebagai penghubung antara antena dengan sebuah pemancar atau penerima.[1] Noise

PEMANCAR

Media Transmisi

PENERIMA

Redaman

Gambar 1. Diagram Blok Sistem Transmisi Sederhana Penyampaian informasi dari suatu sumber informasi kepada penerima informasi dapat terlaksana bila ada suatu sistem atau media penyampaian di antara keduanya. Jika jarak antara sumber informasi dengan penerima informasi dekat, maka sistem transmisi yang dipakai cukup melalui udara. Namun bila jarak keduanya jauh dan sangat jauh, maka dibutuhkan suatu sistem transmisi yang lebih kompleks. Sistem transmisi itu dapat terdiri atas satu atau lebih media transmisi. Secara pokok ada tiga jenis saluran transmisi.[1] a. Jenis kabel paralel, sebuah bentuk umum dari saluran transmisi yang juga dikenal dengan saluran open wire dikarenakan oleh konstruksinya.

b. Jenis coaxial, konduktor pertama adalah tabung kosong, konduktor kedua berada di dalam dan coaxial berada dalam tabung tersebut. c. Gelombang radio, digunakan untuk saluran Ultra High Frequency (UHF) Gelombang yang merambat pada saluran transmisi yang panjangnya tak berhingga, tidak akan mempengaruhi apa yang ada di ujung saluran. Perbandingan antara tegangan dan arus di ujung masukan saluran sesungguhnya dapat dianggap sama dengan perbandingan antara tegangan dan arus setelah mencapai ujung lainnya. Dapat diartikan bahwa arus dan tegangan di antara kedua kawat penghantar saluran itu memandang saluran transmisi sebagai suatu impedansi. Impedansi inilah yang disebut "Impedansi Karakteristik (Zo)" = ..................... (1) Zo dan P merupakan konstanta kompleks yang biasanya muncul dalam proses penyederhanaan matematika yang biasa disebut sebagai konstanta sekunder dalam saluran kabel. P merupakan konstanta propagasi dan Zo adalah impedansi karakteristik. Perumusan Zo dapat dilihat dibawah ini =

.................................. (2)

=

.......................................... (3)

Sedang untuk perumusan P seperti di bawah ini = ( + )( + ) ........... (4) = √ ..................................... (5) Dari persamaan di atas dapat dilihat hubungan antara konstanta primer seperti R, L, C, dan G dan konstanta sekunder P dan Zo. Perumusan ini sangat membantu dalam perhitungan konstanta sekunder jika konstanta primer diketahui nilainya dan sebaliknya. Jadi dapat dikatakan bahwa impedansi karakteristik adalah impedansi yang diukur diujung saluran transmisi yang panjangnya tak berhingga. Bila daya dirambatkan pada saluran transmisi dengan panjang tak berhingga, maka daya itu akan diserap seluruhnya disepanjang saluran sebagai akibat bocornya arus pada kapasitansi antar

penghantar dan hilangnya tegangan pada induktansi saluran.[2] Parameter Sistem Telekomunikasi Pada saluran telekomunikasi ada empat parameter yang disebut sebagai konstanta tetap primer yaitu : a. Resistansi (R), didefinisikan sebagai resistansi putaran per panjang unit dari sebuah saluran. Satuannya adalah ohm per kilometer. b. Induktansi (L), didefinisikan sebagai induktansi putaran per panjang unit dari senuah saluran. Satuannya adalah henry per kilometer. c. Konduktansi (G), didefinisikan sebagai konduktansi antara dua kabel per panjang saluran. Satuannya adalah mhos per kilometer. d. Kapasitansi (C), didefinisikan sebagai kapasitansi antara dua kabel per panjang saluran. Satuannya adalah farad per R

G

L

C

kilometer. Gambar 2. Parameter Kabel Secara garis besar adalah resistansi adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik dengan arus listrik yang melewatinya. Induktansi merupakan efek dari medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor pembawa arus yang bersifat untuk menahan arus. Kapasitansi adalah suatu besaran yang menyatakan kemampuan untuk menampung muatan elektron dari suatu kapasitor. Sedang konduktansi merupakan kebalikan dari sifat resistansi yaitu daya hantar listrik dari suatu bahan, sedang resistansi yaitu nilai dari suatu hambatan listrik dari suatu bahan Meskipun semua direferensikan sebagai konstanta tetap tapi umumnya semua akan berubah dengan adanya frekuensi. Dikarenakan kabel telepon memiliki frekuensi yang tinggi (f>>) maka kabel telepon harus dibuat dengan memiliki noise dan distorsi yang kecil. Untuk memiliki distorsi yang kecil maka kabel harus memiliki karakteristik yaitu[1] :

= ....................................................... (2.6 ) R = Resistansi (ohm/km) L = Induktansi (henry/km) G = Konduktansi (mhos/km) C = Kapasitansi (farad/km) Sebuah kabel memiliki parameter yaitu R = 42.1 ohms/km, G = 1.5 µ mhos/km, C = 0.062 µf/km, dan L = 1mH/km maka diperoleh : 42.1 = = 42.1 10 1 10 1.5 10 = = 0.0242 10 0.062 10 Dengan hasil tersebut maka menghasilkan nilai [ > ]. Ini adalah hasil yang akan didapat pada kabel tembaga secara nyata. Padahal agar kabel tersebut memiliki kualitas yang bagus maka kabel tersebut harus memenuhi [ = ]. Agar nilai [ = ] dapat dicapai maka ada beberapa hal yang dapat dilakukan yaitu: a. Cara pertama yaitu menurunkan nilai resistansi (R) dengan cara memperbesar diameter kabel, tetapi cara ini tidak efektif, dikarenakan dengan memperbesar diameter kabel maka ukuran kabel akan menjadi lebih besar dan akan memperbesar harga kabel tersebut. b. Cara kedua yaitu menaikan nilai konduktansi (G) dengan cara mempertipis selubung kabel, tetapi cara ini juga tidak efektif karena dapat mengakibatkan rugi – rugi redaman akan naik. c. Cara ketiga yaitu menurunkan nilai kapasitansi (C) dengan cara memperlebar jarak spasi antar konduktor, tetapi cara ini juga tidak efektif dikarenakan ukuran kabel juga ikut naik dan harga kabel juga akan naik. d. Cara ke empat yaitu menaikan nilai induktansi (L) dengan cara menambah lilitan pada kabel dengan jarak tertentu dengan nilai induktansi yang tepat. Cara ini dinilai yang paling efektif.

Untuk menaikan induktansi maka ditambahkan lilitan atau loading pada kabel. Biasanya lilitan ditambahkan dengan alasan berikut[9] : a. Untuk mengurangi redaman saluran. b. Untuk menyamakan dengan nilai impedansi input. c. Untuk menyeimbangkan redaman yang berlebihan di suatu frekuensi.

Gambar 3. Loading Coil[8] III.

PEMODELAN SISTEM

Dalam pengukuran ini menggunakan kabel tembaga sepanjang 100 meter dengan menggunakan 2 urat kabel tembaga yang berdiameter 0.6 milimeter, yang kemudian kabel ini dialiri oleh nilai frekuensi tertentu yaitu 10260 Hz. Kabel ini kemudian diukur dengan menggunakan osiloskop digital untuk melihat grafik yang dihasilkan dari aliran frekuensi yang dihasilkan oleh frequency generator. Setelah nilai redaman kabel didapat kemudian ditambahkan loading coil pada urat kabel untuk mengetahui efek dari loading coil tersebut. Frequency Generator

Media Transmisi

Osiloskop

Gambar 4. Diagram Blok Pengiriman Frekuensi tanpa Loading coil Gambar 4. menunjukkan frekuensi dikirimkan dari frequency generator melalui media transmisi dalam hal ini kabel tembaga kemudian diterima oleh osiloskop. Frequency generator mengirimkan sebuah sinyal dengan nilai frekuensi tertentu yang melewati media transmisi. Di dalam media transmisi sinyal tersebut akan dilewatkan menuju osiloskop. Pada osiloskop hasil yang diterima berupa grafik yang dari grafik tersebut didapatkan nilai redaman dikarenakan redaman yang didapat dari media transmisi.

Frequency Generator

Media Transmisi

Loading Coil

Osiloskop

Gambar 5. Diagram Blok Pengiriman Frekuensi dengan Loading coil Gambar 5. menunjukkan dengan rangkaian yang sama tetapi dalam diagram ini ditambahkan loading coil pada media transmisi sehingga nilai redaman yang didapat diketahui apakah nilainya berkurang ataupun tidak.

Loading Coil

Frequency Generator B A

100 Meter

Osiloskop

A B

Kabel Tembaga

Gambar 7. Nilai Pengukuran Frequency Generator Pada pengukuran kabel tembaga output dari frequency generator menggunakan osiloskop menghasilkan nilai yang dapat dilihat pada gambar 7. Dari gambar 7 menunjukkan nilai keluaran frequency generator adalah 21.30 V Setelah nilai dari keluaran frequency generator diketahui maka dipasangkan kabel tembaga sebagai media transmisi. Lalu dilakukan pengukuran kembali dan hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.2

Gambar 6. Rangkaian Equivalen Percobaan IV. PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada pengukuran kabel tembaga, hasil yang didapatkan setelah pengukuran didapat dari tampilan pada osiloskop. Parameter yang akan diamati sendiri pada pengujian kabel tembaga adalah nilai dari tegangan di mana dalam pengujian nilai dari tegangan masuk akan dibandingkan dengan nilai dari tegangan keluar kemudian dibandingkan dengan nilai dari saluran kabel tembaga menggunakan loading coil dengan parameter yang sama. Pada bagian ini analisis yang dilakukan adalah membandingkan nilai yang didapat pada pengukuran tanpa menggunakan loading coil dan pengukuran dengan menggunakan loading coil pada kabel tembaga. Kemudian hasil tersebut dibandingkan dengan nilai yang didapat pada saat perhitungan.

Gambar 8. Hasil Nilai Output Frequency Generator Melalui Kabel Tembaga Didapatkan hasil pada gambar 8. menunjukkan nilai pengukuran sebesar 21.80 V. Kemudian ditambahkan loading coil pada saluran kabel tembaga untuk pengujian. Setelah ditambahkan loading coil diukur kembali nilai dari saluran kabel tembaga tersebut. Hasilnya dapat dilihat pada gambar 9.

Gambar 9. Hasil Pengukuran Menggunakan Loading Coil Hasil pada gambar 9. menunjukkan nilai keluaran setelah menggunakan loading coil adalah 27.50V. Tabel 1 Perbandingan Nilai Tegangan

Status Loding Coil

Langsung dari Frequency 21.30 V Generator Setelah Melewati Kabel 21.80 V Tembaga Setelah Ditambah 27.50 V Loading Coil Hasil – hasil tersebut kemudian dihitung untuk menghasilkan nilai redaman seperti yang terdapat dalam tabel berikut. Tabel 2 Perbandingan Nilai Pengukuran Perbandingan Parameter Setelah Melewati Kabel Tembaga Setelah Ditambah Loading Coil

27.50 21.30 = 20 1.29 = 20 x 0.11 = 2.22

= 20

Nilai dari Tegangan (Volt)

Nilai Perhitungan (dB) 0.2 2.22

Perbandingan ini menunjukkan adanya perbedaan yang terdapat pada saat mengukur pada saat sebelum menggunakan loading coil dan setelah menggunakan loading coil. Untuk menghitung hasil dalam tabel 2 digunakanlah persamaan/ rumus : = 20 Vin merupakan nilai output sebelum memakai kabel tembaga sebagai sistem transmisi dan Vout adalah nilai output setelah memakai kabel tembaga. Sehingga nilai yang didapat yaitu : Redaman Saluran = 20

dB Hasil pengamatan terhadap nilai nilai yang berasal dari pengujian loading coil pada kabel tembaga dapat dilihat pada hasil pengujian. Penggunaan loading coil di sini dimaksudkan agar dapat mengurangi redaman yang terdapat pada saluran kabel. Untuk analisis hasil perhitungan menggunakan asumsi sebagai berikut : Diketahui kabel tembaga dengan konstanta primer R = 6.4 ohm, C = 0.04 mikro farad pada frekuensi 10260 Hz, efek dari L dan G diabaikan dan kabel diberi loading coil dengan diameter induktor 2.2 cm, panjang induktor 4 cm, memiliki 600 lilitan dan R = 4 ohm terdapat pada interval 100 m. Diketahui  R = 6.4 Ω C = 0.04 x 10-6 d = 2.5 cm = 0.98 inch l = 4.4 cm = 1.73 inch n = 1200 r = 20.2 Ω  Menghitung nilai induktansi loading coil L (dalam mikro Henry (µH) =

dB Setelah nilai dari redaman kabel diketahui lalu dihitung juga nilai redaman kabel setelah menggunakan loading coil. Lalu dimasukan kembali ke dalam rumus seperti pada saat mengukur nilai redaman tanpa loading coil. Redaman Saluran = 20

.

L=(

) (

.

.

)

= . = 15925.56 µH = 15.93 mH  Menghitung redaman sebelum loading α= =

.

=

.

.

.

= √8 10 = 0.091 nepper

.

= 20 . = 20 1.02 = 20 x 0.010 = 0.2

.

β =

= 0.091 radian

 Menghitung redaman setelah loading . Rc = 6.4 + = 6.602 Ω Lc = 0 +

.

= 159.3 x 10-6

µH C = 0.04 x 10-6 farad G=0 αL =

+

dikarenakan G = 0 maka persamaan di atas dapat disederhanakan pula menjadi αL = =

.

. .

= 3.301 x 0.016 = 0.052 nepper  Pengurangan redaman = α – αL = 0.091 - 0.052 = 0.039 nepper Dikarenakan 1 nepper = 8.69 dB dan 1 dB = 0.115 nepper Maka nilai dalam dB = 0.039 x 8.69 = 0.339 dB Hasil pengujian pada saluran kabel dapat dilihat pada tabel 1 Pada tabel tersebut memuat nilai dari tegangan input dan output dari pengujian saluran kabel tembaga. Kualitas dari sebuah kabel dapat dikatakan baik jika redaman dalam kabel bernilai kecil sehingga nilai dari tegangan input hampir menyamai dengan nilai tegangan output meski terjadi redaman di dalam kabel. Tetapi pada percobaan yang sudah dilakukan bukanlah nilai peredaman yang didapat tetapi didapatkan hasil yang sebaliknya yaitu terjadi penguatan pada saluran kabel sehingga pada tegangan output nilainya lebih besar dibanding tegangan input. Pada tabel 1 nilai tegangan masukan sebesar 21.30 V tetapi setelah melewati kabel tembaga nilai kabel tersebut mengalami kenaikan menjadi 21.80 V dan setelah memakai loading coil nilainya bertambah lagi menjadi 27.80 V. Ini sesuai dengan prinsip loading coil bahwa loading coil dapat mengurangi redaman sehingga dapat meningkatkan nilai dari tegangan input. Kemudian hasil tersebut melalui dihitung sehingga menghasilkan seperti pada tabel 2. Untuk redaman kabel tembaga sendiri memiliki nilai 0.2 dB. Nilai tersebut berupa penguatan dikarenakan nilai tersebut berupa nilai positif sedangkan nilai redaman berupa nilai negatif. Sama halnya setelah diberi loading coil menghasilkan nilai 2.22 dB yang juga berupa penguatan. Jadi nilai penguatan dari loading coil ini senilai 2.22 dB – 0.2 dB yang menghasilkan nilai 2.02 dB. Nilai dari pengukuran kabel sendiri juga menunjukkan bahwa kabel ternyata mengalami penguatan sehingga nilai redaman

kabel berkurang. Redaman kabel dalam perhitungan senilai 0.091 nepper dan setelah diberi loading coil menjadi 0.052 nepper. Nilai setelah diberi nilai loading coil bernilai sebagai pengurang redaman dalam arti lain berarti sebagai nilai penguatan. Sehingga nilai redaman 0.091 nepper dikuatkan senilai 0.052 nepper menghasilkan menghasilkan nilai 0.039 nepper dan jika dikonversikan menjadi 0.339 dB sehingga dapat dikatakan nilai redaman kabel berkurang sebanyak 0.052 nepper. Kabel tembaga memiliki nilai redaman dan nilai redaman tersebut dapat dikurangi dengan pemasangan loading coil. Tetapi pada prakteknya yang terjadi ialah pada saluran kabel tembaga bukanlah peredaman tetapi yang terjadi adalah penguatan. Setelah ditambahkan loading coil hasil yang didapatkan juga adalah penguatan yang lebih besar. Hasil ini sesuai dengan yang diinginkan yaitu terjadi penaikan kualitas pada kabel tembaga dikarenakan nilai redaman semakin kecil bahkan tidak ada. Sehingga sinyal masukan akan dapat tersalurkan dengan baik sampai dengan tujuan. Tidak terganggu oleh interferensi yang dihasilkan oleh kabel tembaga. V.

PENUTUP

KESIMPULAN 1. Berdasarkan pada hasil pengamatan faktor – faktor yang dapat mempengaruhi penguatan sinyal adalah loading coil dan kabel tembaga. 2. Nilai tegangan input pada saat melewati kabel tembaga tidak diredam tetapi semakin dikuatkan oleh kabel tembaga. 3. Semakin besar nilai induktansi pada loading coil semakin besar juga nilai penguatannya. 4. Jumlah loading coil berpengaruh terhadap redaman kabel tembaga.

DAFTAR PUSTAKA [1] SINHA, UMESH. “Transmission Lines and Networks”, Satya Prakashan, New Delhi, 1977. [2] Repository.usu.ac.id (2014, Agustus). Chapter II.[Online]

[3] [4] [5] [6]

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123 456789/22084/3/Chapter%20II.pdf. Divlat Dasar Teknik Jaringan Kabel Tembaga. Telkom. 1997. Divlat Teknologi Aplikasi Jarlokat. TELKOM. 2001. Konfigurasi Jarlokat. Telkom Training Center. 2004. Modul Teknik Pemeliharaan Peralatan Telekomunikasi Pelanggan Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, Direktoral Pendidikan Dasar

dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, 2003 [7] Mangsudi, Slamet. “Modul Praktikum Wireline”, STTT Telkom, Purwokerto, 2007 [8] White Paper. “Cable Loading”, Superior Essex, 1987. [9] A British Company of ITT.“Standard Telephones and Cables Limited”, London, 1974. [10] Herbert L. Krauss dan Charles W. Bostian. “Teknik Radio Benda Padat”, Jakarta: UI-Press, 1990..