ee3253b 4 difraksi-tropospheric final1

Modul 4 TE 3253b Propagasi Gelombang EM Hubungan Difraksi dan Hamburan Tropospheric

Oleh :Nachwan Mufti Adriansyah, STRevisi September 2001

Modul 4 Hubungan Difraksi dan Hamburan Tropospheric A. Pendahuluan page 3B. Hubungan Difraksi page 5C. Komunikasi Hambur Tropo ( Troposcatter )page 19Organisasi

Modul IVb Hubungan Difraksi dan Hamburan Tropospheric

A. Pendahuluan Troposfer adalah lapisan atmosfer yang paling bawah. Komunikasi pada troposfer terdiri dari : (1) Komunikasi dengan memanfaatkan tanah dan ionosfer lapisan D sebagai pemantul. (2) Ducting Tropospheric, yang memanfaatkan adanya duct pada troposfer(3) Hubungan Difraksi.

(4) Troposcatter / Hambur Tropo / Tropospheric ScatteringUmumnya diklasifikasikan sebagai gelombang langit dengan tinggi khayal pada lapisan DMFDeskripsiFrekuensi KerjaKadang-kadang terdapat duct pada troposfer yang dapat berfungsi sebagai wave guideMemanfaatkan penghalang sebagai sumber gelombang yang baruMFVHF, UHFUHF, SHFMemanfaatkan partikel-partikel troposfer sebagai media difraksiPada modul ini, yang kita bahas terutama adalah Hubungan Difraksi dan Troposcatter !!


Pendahuluan Refleksi, refraksi, dan difraksi... Perilaku gelombang , berkaitan dengan jenis medium yang dilalui terdiri dari : (1) Refleksi (pantulan), (2) Refraksi (pembiasan), (3) Difraksi, (4) HamburanRefleksiRefraksiDifraksiScatteringterjadi karena ketidakteraturan media transmisi


Berdasarkan Teorema Huygens, dimana tiap titik muka gelombang dapat dipandang sebagai suatu sumber isotropis yang baruPada difraksi : terjadi gejala bayangan tidak mendadak gelap, tetapi membaur menuju gelapDifraksi akan semakin tegas jika dimensi penghalang semakin kecil dibandingkan dengan panjang gelombangSinyal difraksi masih terukur untuk jarak > LOSB. Hubungan Difraksi


Hubungan DifraksiDifraksi dapat kita pahami dengan meninjau kasus-kasus redaman perambatan gelombang yang terhalang, untuk berbagai kondisi ; dari yang sederhana ( tak terhalang ) hingga kasus yang ekstremFenomena difraksi memungkinkan komunikasi untuk jarak > komunikasi LOS, karena adanya difraksi disekitar lengkung bumiRedaman tambahan akibat difraksi penting untuk dikuantisasi dengan alasan untuk menghitung daya pancar yang sesuai untuk komunikasi difraksi yang bersangkutan. Kasus-kasus yang ditinjau adalah : Kasus IBumi datar, jarak belum melampui daerah bayangan Kasus IIJarak melampaui daerah bayangan ( Jarak melebihi jumlah jarak horison kedua antena )Kasus IIIBumi rata ( Smooth Earth ) , d >> hKasus IVPenghalang tajam ( Knife Edge Diffraction )Kasus VUntuk frekuensi rendah ( < beberapa ratus MHz )


Hubungan DifraksiKasus I Bumi datar, jarak komunikasi belum melampaui daerah bayanganDaerah bayangan adalah daerah di luar lingkaran jarak horison antenad >> hSecara umum didefinisikan, redaman propagasi : Dari penurunan pada bab sebelumnya, sudah didapatkan medan total di penerima untuk bidang datar, sbb : Sehingga, didapatkan persamaan umum redaman propagasi untuk bidang datar, sbb : Disebut Plane Earth Propagation Model , nomogramnya bisa dilihat pada halaman berikut ( Nomogram 1 )


Nomogram 1Redaman bidang datarContoh : ht = 50 feet , hr = 50 feet, d = 50 mile Lp = Lbd = 120 dB


Hubungan DifraksiKasus II Jarak komunikasi melampaui daerah bayangan ( melebihi jumlah jarak horison kedua antenaTernyata muncul persoalan jika jarak komunikasi d, melebihi jumlah jarak horison kedua antena ht dan hr Disebut sebagai Melampaui Daerah Bayangan Redaman propagasi menjadi : Dimana, Lbd = redaman jarak dianggap bidang datarLb=Redaman difraksi / bayanganDari nomogram ILb merupakan redaman tambahan jika d melampaui daerah bayangan. Dapat dilihat nomogramnya pada halaman berikut ( Nomogram 2 ) !!


Nomogram 2Redaman bayangan / difraksiNomogram Lb di samping dipakai untuk Max[ ht , hr ] hmax pada skala, dengan suatu jarak d memiliki hmax tersendiriJika Max[ ht , hr ] = 2 hmax , maka kesalahan nomogram +2 dB. Makin tinggi menara melampaui hmax , kesalahan makin besar, sehingga perlu nomogram lain ( Nomogram 3 )


Hubungan DifraksiKasus III Jarak komunikasi jauh melampaui daerah bayangan ( jauh melebihi jumlah jarak horison kedua antenaJika Max[ ht , hr ] = 2 hmax , maka kesalahan nomogram +2 dB. Makin tinggi menara melampaui hmax , kesalahan makin besar, sehingga perlu nomogram lain ( Nomogram 3 ) Pada nomogram sebelumnya ( Nomogram II )Dapat disimpulkan, nomogram III, diperlukan jika jarak d >> sehingga kelengkungan bumi sangat signifikan, sedangankan kontur bumi masih rata disebut Smooth Earth Diffraction Untuk Smooth Earth Diffraction, , dirumuskan redaman propagasi :


Nomogram 3Redaman tambahan difraksi melalui bumi rata ( Smooth Earth ) terhadap redaman ruang bebas untuk d >>d1 = jarak horison menara rendahd2 = jarak horison menara tinggi d3 = jarak daerah difraksi / bayangand1 L1d2 L2d3 L3


Hubungan DifraksiKasus IV Terdapat penghalang penghalang tajam ( Knife Edge Diffraction )Difraksi oleh bukit-bukit, pepohonan, bangunan-bangunan adalah sulit dihitung. Sebagai pendekatan, sering dipakai nilai ekstrem pada rintangan ( obstacle ) yang menyerap gelombang dengan sempurna, yaitu difraksi oleh penghalang tajam yang disebut Knife Edge Diffraction Untuk Knife Edge Diffraction, dirumuskan redaman propagasi :

Difraksi oleh 2 penghalang tajam diekivalensikan menjadi difraksi oleh satu penghalang pengganti yang menghubungkan kedua antena dan kedua penghalangLke diberikan nilainya pada Nomogram 4 !!h2h1Qd2d1h2h1Qd2d1H


Nomogram 4Redaman tambahan difraksi akibat penghalang tajam ( Knife Edge Diffraction )


Grafik Fresnell - KirchoffDiagram di samping adalah Diagram Fresnell-Kirchoff yang dapat dipakai untuk menentukan redaman difraksi tambahan akibat penghalang tajam.Sumbu mendatar adalah paramater v, sedangkan sumbu vertikal menyatakan redaman difraksi penghalang tajam. Parameter v dinyatakan sbb :


Hubungan DifraksiKnife Edge DiffractionDari grafik Fresnell - Kirchoff, kita dapat mengetahui berbagai keadaan : H = 0 Lke 6 dBH naik Lke > 6 dB ( naik juga )H < 0 ( Optical Line Of Sight ) Lke akan berosilasi menuju nilai 0 (menuju Free Space Loss )


Hubungan DifraksiKasus V Kasus untuk frekuensi rendah ( Kurang dari beberapa ratus MHz )Pada frekuensi yang cukup rendah (kurang dari beberapa ratus MHz), perlu dipertimbangkan pantulan-pantulan oleh permukaan bumi, sehingga dimodelkan bahwa gelombang sampai ke penerima dalam 4 lintasan : Lihat penurunan pada Diktat P Heroe hal IX-8 dan 9Rumus yang lebih praktis untuk f < beberapa ratus MHzSehingga dapat dinyatakan , Lp adalah redaman total pada Smooth Earth Diffraction. Lihat kasus III !!Lx dapat dilihat pada nomogram 5 !!


Nomogram 5Redaman tambahan untuk frekuensi < beberapa ratus MHz


C. Komunikasi Hambur Tropo Komunikasi Hambur Tropo atau biasa juga disebut Troposcatter terjadi dengan memanfaatkan adanya partikel-partikel pada ionosfer yang dapat menghamburkan gelombang. Sehingga masih dapat diterima sinyal kecil pada daerah diluar (lebih jauh dari) daerah difraksiTropospheric Scattering


Komunikasi Hambur Tropo Disamping komunikasi hambur tropo, komunikasi pada ionosfer juga ada yang memanfaatkan lapisan D sebagai media pemantul gelombang dan membentuk wave guide dengan permukaan bumi.Selain itu kadang-kadang pada troposfer terjadi duct yang juga bisa dimanfaatkan untuk komunikasi. Kedua jenis komunikasi ini disebut Ducting TroposphericDucting Tropospheric


Komunikasi Hambur Tropo Tropospheric Scattering, memanfaatkan sifat hamburan GEM dari partikel2 troposfer, dengan spesifikasi komunikasi sebagai berikut :


Partikel-partikel dalam troposfer membentuk lapisan dan gumpalan-gumpalan gas berdiameter dari orde sentimeter hingga 50 meter, yang memiliki indeks bias berbeda-beda dan gerakan acak

Indeks bias masing-masing (lapisan laminer dan partikel) dipengaruhi kadar H2O, temperatur, musim, dan posisiTipikal Kanal PropagasiKomunikasi Hambur Tropo Kata kunci : Volume hamburLapisan laminer / homogen


Indeks bias lapisan laminer dan gumpalan berbeda dengan daerah sekitarnya, sehingga membiaskan GEM kemana-mana (TERHAMBUR), antara lain sebagian kecil ke penerima, terutama yang berasal dari Volume Hambur

Anomali : Jika gain antena dinaikkan, penerimaan WR tidak naik linear dalam dB ( karena jika GA dan GB naik, sudut 1 dan 2 mengecil, sehingga volume hambur berkurang )Komunikasi Hambur Tropo


Redaman PropagasiKomunikasi Hambur Tropo Path loss dalam troposcatter communication perlu diukur sepanjang tahun. Pathloss dalam komunikasi ini merupakan fungsi dari jarak, frekuensi, sudut hambur, dan indeks biasAda berbagai metoda perhitungan pathloss komunikasi troposcatter : Metode L.P YehMetode RyderMetode CCIR - 244Metode NBS ( Tel. Note 101)Metode Setman : dengan grafik dan tabelMetode Collin, Norton, dsb


Metode L.P Yeh Komunikasi Hambur Tropo Median pathloss dinyatakan sebagai berikut :Dimana : Scattering loss empiris untuk > 1o dan Ns = 310 ( Free space loss )Apperture to Medium Coupling Loss umumnya kurang sesuai dgn hasil eksperimen Faktor Koreksi karena perubahan Ns untuk berbagai tempat dan tahun, telah dipetakan ( Surface Refractivity ) , biasanya diambil rata-rata dari kedua tempat Tx dan Rx


Komunikasi Hambur Tropo Pathloss : metode L.P. YehSehingga, didapatkan rumus umum untuk Metoda L.P. Yeh, sebagai berikut :Sudut Hambur , harus dicari untuk berbagai kontur bumi (terain) dan kasus : Bumi rata, tinggi antena = 0 / tidak signifikan Bumi rata, tinggi antena cukup signifikanKontur tak teratur, ada satu penghalangKontur tak teratur, ada 2 penghalangKasus2


Pathloss : metode L.P. YehKomunikasi Hambur Tropo Sudut HamburI. Bumi rata, tinggi antena = 0II. Bumi rata, tinggi antena signifikanhorison radio


Pathloss : metode L.P. YehKomunikasi Hambur Tropo III. Kontur tak teratur, satu penghalang


Pathloss : metode L.P. YehKomunikasi Hambur Tropo IV. Kontur tak teratur, dua penghalangd1, d2, h1, dan h2 didapat dari peta profile


Metode Ryder Komunikasi Hambur Tropo Metoda lainnya...Metode CCIR-244Metode NBS (Tel. Note 101)Untuk metoda CCIR dan NBS, fFrekuensi (MHz)dJarak (km)Sudut hambur (rad)deJarak efektif (km)LcApperture to Medium Coupling Loss (dB)F0Koreksi efisiensi hambur (dB)H0Koreksi tinggi antena (dB)AaFaktor penyerapan atmosfer (dB)V(de)Faktor perubahan iklim (dB)F(d)Fungsi redaman terhadap nilai dan d untuk suatu nilai Ns


ee3253b 4 difraksi-tropospheric final1

Documents