SALURAN TRANSMISI TELEKOMUNIKASI

Daftar Isi



Daftar Isi

iii

SALURAN TRANSMISI TELEKOMUNIKASI Oleh

: Mudrik Alaydrus

Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2009 Hak Cipta  2009 pada penulis, Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit.

Candi Gebang Permai Blok R/6 Yogyakarta 55511 Telp. : 0274-882262; 0274-4462135 Fax. : 0274-4462136 E-mail : [email protected]

Alaydrus, Mudrik SALURAN TRANSMISI TELEKOMUNIKASI/Mudrik Alaydrus - Edisi Pertama – Yogyakarta; Graha Ilmu, 2009 xii + 284 hlm, 1 Jil. : 23 cm. ISBN:

978-979-756-554-1

1. Teknik

iv

Saluran Transmisi Komunikasi

I. Judul

Kata Pengantar

K

ebudayaan adalah hasil dari perjalanan hidup suatu bangsa, yang terbentuk dari sekumpulan individu yang menjalani kesehariannya dengan suatu atau beberapa cara. Kebudayaan adalah suatu perjalanan sejarah yang dibuat manusia melalui proses yang panjang dengan penuh perjuangan dan eksperimen untuk mendapatkan kondisi yang baik dan lebih baik, kondisi yang aman dan lebih aman dan tak ketinggalan kondisi yang ekonomis dan lebih ekonomis. Ilmu pengetahuan dan teknologi adalah kebudayaan. Ilmu pengetahuan dan teknologi adalah hasil usaha manusia untuk memahami tingkah laku alam dan pemanfaatannya. Bermula dari pengamatan sederhana yang dilakukan secara berulang-ulang, berbulan-bulan, bahkan bertahun-tahun, sampai ditemukan suatu keteraturan yang menghubungkan besaran fisika satu dengan besaran yang lainnya dalam suatu rumusan matematika tertentu. Persamaan yang menyatakan tegangan pada suatu resistor tergantung dari besar arus yang melaluinya dikalikan dengan resistansi itu sendiri, yang diformulasikan oleh Georg Ohm, adalah contoh tingkah laku alam yang telah diketahui manusia dengan cara eksperimen untuk memaksa alam memberikan jawabannya. Charles Coulomb menemukan hasil lainnya,

yang memberikan data kuantitatif mengenai gaya tarik antara muatanmuatan listrik. Hans Oersted menurunkan rumus medan magnet yang dibangkitkan oleh arus listrik juga dari pengamatan, yang mendorong Michael Faraday untuk bereksperimen untuk membangkitan arus dan tegangan listrik akibat dari medan magnet. Sekumpulan jawaban yang diberikan oleh alam ini dirangkumkan secara teoretis oleh James Maxwell, dan ia meramalkan secara pembuktian matematis akan adanya gelombang elektromagnetika yang bisa merambat di udara. Heinrich Hertz kembali bereksperimen dan membuktikan adanya gelombang elektromagnetika, yang dengannya energi listrik dan magnet bisa dikirimkan dari pemancar ke penerima tanpa bantuan kawat (nirkabel/wireless). Beberapa tahun setelah itu Guglielmo Marconi menunjukkan manfaat bisnis dari urut-urutan perjalanan kehidupan ini, dengan mengirimkan informasi antara dua tempat yang berjauhan. Inilah momen awal kelahiran teknologi komunikasi wireless. Dewasa ini teknologi komunikasi wireless selalu menggunakan sinyal yang berfrekuensi tinggi (radio frequency/RF), yang pembahasannya memerlukan perhatian yang lebih dan berbeda dibandingkan dengan sistem berfrekuensi rendah. Sinyal-sinyal tegangan atau arus, yang merupakan kasus khusus dari medan listrik dan magnet, merambat di dalam komponen pemancar dan penerima sesuai dengan formulasi Maxwell. Gelombang elektromagnetika ini akan mengalami perlambatan, peredaman dan refleksi dalam perambatannya. Buku ini akan membahas masalah-masalah penting tentang gelombang elektromagnetika di dalam Saluran Transmisi. Bab pertama memberikan definisi tentang saluran transmisi dan jenis-jenisnya. Setelah itu dibahas fenomena perambatan gelombang yang terjadi dalam sebuah saluran transmisi. Pembahasan secara matematis dan kualitatif diberikan untuk menambah pengertian kepada pembaca. Di bab pembuka ini diperkenalkan pula besaran inti pada saluran transmisi, yaitu impedansi gelombang dan konstanta perambatan, yang terdiri dari konstanta peredaman dan konstanta phasa. vi

Saluran Transmisi Komunikasi

Fenomena refleksi, penyebab dan akibatnya diberikan secara mendetil di bab kedua. Kondisi tidak matching dan konsekuensinya berupa refleksi dan terbentuknya gelombang berdiri yang dikuantifikasikan dengan VSWR merupakan pembahasan penting di bab ini. Kondisi yang tidak matching akibat beban yang tak sesuai akan mengakibatkan terjadinya transformasi impedansi. Transformasi impedansi menyatakan besar impedansi di ujung awal saluran transmisi tidaklah sama dengan impedansi yang ada di beban. Beberapa kasus menarik dibahas, seperti transformator setengah lambda dan seperempat lambda. Impedansi masukan dari sebuah saluran transmisi terbuka dan terhubung singkat juga mendapat perhatian di bab ketiga ini. Bab ini ditutup dengan pengenalan diagram Smith, sebagai alat bantu transformasi impedansi, yang pada saat yang sama juga menggambarkan besaran refleksi. Bab keempat membahas rangkaian matching, terutama dengan menggunakan diagram Smith. Ada beberapa jenis rangkaian matching yang dibahas, yaitu transformator seperempat lambda, rangkaian matching dengan stub tunggal baik serial ataupun paralel dan rangkaian matching stub ganda. Proses transien adalah kejadian ‘singkat’ interaksi gelombang dengan saluran transmisi dan pembebanan. Di bab kelima dibahas bagaimana sebuah impuls dengan suatu durasi tertentu dikirimkan ke dalam sebuah saluran transmisi yang tak matching. Persamaan Maxwell dan solusinya diberikan di bab keenam. Di sini diberikan solusi dengan cara penggunaan besaran fiktif (potensial vector dan skalar), yang memberikan proses penyelesaian lebih efisien. Solusi diberikan dalam kordinat kartesian dan silinder. Bab ketujuh sampai kesepuluh membahas secara spesifik empat macam saluran transmisi, yaitu kabel koaxial dan kabel parallel ganda, waveguide, fiber optic dan mikrostrip.

Kata Pengantar Daftar Isi

vii

Buku ini bisa digunakan untuk pembaca juga praktisi di bidang teknologi telekomunikasi dalam proses problem-solving di tempat kerjanya dan untuk dosen di universitas sebagai buku pegangan. Buku ini ditulis sebagai suatu bentuk karya yang didedikasikan untuk masyarakat Indonesia, yang diharapkan menjadi satu literatur dalam bidang teknologi frekuensi radio. Dan penulis berpesan, bahwa suatu tujuan dan cita-cita hanya bisa dicapai dengan keyakinan, ketekunan dan kesabaran. Ketiganya harus dijalankan secara konsisten dan kontinyu. Semoga Allah SWT merestui usaha kita. Ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada Maryam ZA yang selalu menemani dengan penuh pengertian dan perhatian, juga kepada anak-anak kami, Zainal Abidin, Muhammad Fatih, Adni, Muhammad Ayman dan Sofia.

Jakarta, 31 Agustus 2009

Mudrik Alaydrus

viii

Saluran Transmisi Komunikasi

Daftar Isi Kata Pengantar.................................................................................. v Daftar Isi.......................................................................................... ix Bab 1 Saluran Transmisi.................................................................1 1.1 Fenomena Dasar..........................................................1 1.2 Penurunan Persamaan Diferensial pada Saluran Transmisi...................................................................11 1.3 Solusi Persamaan Diferensial Untuk Sinyal Harmonis 16 1.4 Perambatan Gelombang.............................................25 1.5 Konstanta Sekunder pada Saluran Transmisi...............33 Bab 2 Refleksi dan Faktor Refleksi...............................................43 2.1 Kasus Beban Matching...............................................44 2.2 Kasus Saluran Transmisi yang sangat panjang.............46 2.3 Kasus B ban Secara Umum.........................................48 2.4 Pola Gelombang Berdiri (Standing Wave Pattern).......55 2.5 Pengukuran dengan ‘slotted line‘...............................67 2.6 Daya Transmisi..........................................................71 Bab 3 Transformasi Impedansi.....................................................75 3.1 Impedansi Masukan (Input Impedance)......................75 3.2 Transformator /4 dan Transformator /2..................82 3.3 Impedansi Masukan Hubungan Singkat dan Rangkaian Terbuka......................................................................86 3.4 Dasar Diagram Smith.................................................91 3.5 Contoh-contoh Penggunaan Diagram Smith...............97

Bab 4 Rangkaian Matching........................................................107 4.1 Matching dengan Saluran Transmisi /4...................108 4.2 Rangkaian Matching dengan Stub Tunggal (Single Stub) Parallel.....................................................................112 4.3 Rangkaian Matching dengan Stub Tunggal (Single Stub) Serial........................................................................117 4.4 Rangkaian Matching dengan Stub Ganda (Double Stub) Parallel.....................................................................120 Bab 5 Transien...........................................................................125 5.1 Solusi Persamaan Gelombang Secara Umum...........126 5.2 Syarat Batas Awal dan Syarat Batasan Pada Transien....128 5.3 Refleksi dan Pembelokan (Reflection and Refraction)...132 5.4 Aplikasi....................................................................136 5.5 Contoh Perhitungan:................................................136 5.6 Pulsa Pada Hubungan Singkat, Rangkaian Open dan Matching..................................................................144 5.7 Pulsa Pada Beban Induktif dan Kapasitif...................148 5.8 Kecepatan Phasa, Kecepatan Grup dan Dispersi.......151 Bab 6 Persamaan Maxwell dan Solusinya..................................157 6.1 Persamaan Maxwell.................................................157 6.2 Potensial Vektor dan Skalar......................................163 6.3 Solusi untuk Wilayah tanpa Sumber.........................167 Bab 7 Kabel Koaxial dan Kabel Paralel Ganda...........................181 7.1 Pendahuluan............................................................181 7.2 Kabel Koaxial...........................................................182 7.3 Kabel Paralel Ganda ...............................................202 Bab 8 Pemandu Gelombang (Waveguides).................................205 8.1 Pemandu Gelombang Segiempat (Rectangular Waveguide)..............................................................205 8.2 Pemandu Gelombang Lingkaran (Circular Waveguide).... 223



Saluran Transmisi Komunikasi

Bab 9 Pemandu Gelombang Dielektrika Optik..........................233 9.1 Pendahuluan............................................................233 9.2 Fenomena Dasar pada Serat Optik...........................236 9.3 Solusi Persamaan Maxwell pada Serat Optik............241 9.4 Fenomena Penting Lainnya pada Serat Optik...........253 9.5 Komponen-komponen Penyambung........................257 Bab 10`Mikrostrip........................................................................261 10.1 Pendahuluan dan Jenis . ..........................................261 10.2 Perhitungan Impedansi Gelombang ........................266 10.3 Perancangan Mikrostrip...........................................269 10.4 Kerugian-kerugian pada Mikrostrip...........................270 10.5 Transisi Koaxial - Mikrostrip.....................................272 10.6 Bentuk Dasar Komponen Mikrostrip.........................273 10.7 Komponen-komponen Terbuat dari Mikrostrip.........275 Daftar Pustaka..............................................................................281 Tentang Penulis.............................................................................283 -oo0oo-

Daftar Isi

xi