SALURAN TRANSMISI

BAB 1

KONSEP MEDIA TRANSMISI

1.1 Pendahuluan

Penyampaian informasi dari sumber informasi (komunikator) ke penerima

informasi (komunikan) hanya dapat terlaksana bila ada semacam sistem alat

penghubung (media) di antara keduanya. Sistem tersebut disebut dengan sistem

transmisi. Bila jarak antara komunikator dan komunikan saling berdekatan, maka

sistem transmisi cukup dengan penggetaran udara di sekitarnya. Tetapi bila

jaraknya cukup jauh, maka dibutuhkan sistem transmisi yang lebih kompleks.

Dalam sistem telekomunikasi, suatu sistem transmisi bisa terdiri dari lebih

dari satu media transmisi, yang secara umum dibedakan menjadi 2 (dua) bagian,

yaitu : media fisik dan media non-fisik. Yang dimaksud dengan media fisik adalah

kabel (wired), yang lebih umum disebut dengan saluran transmisi (transmision

line). Media non fisik merupakan udara (yang lebih dikenal dengan wireless).

1.1.1 Definisi Saluran Transmisi

Saluran transmisi adalah setiap bentuk hubungan secara listrik, baik

berupa kawat penghantar, kabel dan lain-lain yang menghubungkan suatu sumber

sinyal ke beban. Dalam mempelajari saluran transmisi, yang menjadi

permasalahan dari jawaban diatas adalah perhitungan yang demikian kompleks,

karena teori saluran transmisi tidak semudah teori-teori pada rangkaian listrik

lainnya; meskipun bentuk saluran itu hanya berupa sepasang kawat penghantar

yang pendek. Jika sepasang kawat penghantar itu dianggap terlalu panjang, maka

dapat mengekivalenkan penghantar tersebut sebagai sekumpulan induktor dan

kapasitor.

1.1.2 Konsep Dasar Saluran Transmisi

Pada prinsipnya, konsep dasar saluran transmisi dapat digambarkan sebagai

berikut. Apabila antara sumber sinyal dan beban dihubungkan oleh suatu saluran

transmisi, maka :

Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta1

(1) Arus akan mengalir di sepanjang saluran dan akan membangkitkan

medan magnet yang menyelimuti penghantar itu sendiri dan adakalanya

medan magnet ini akan saling berimpit dengan medan magnet lain yang

berasal dari kawat penghantar lain yang berasal dari kawat penghantar

lain disekitarnya. Medan magnet yang dibangkitkan oleh kawat

penghantar berarus listrik ini merupakan suatu timbunan energi yang

tersimpan dalam kawat penghatar tersebut. Gejala tersebut menyebabkan

saluran bersifat induktif.

(2) Akan terjadi beda tegangan antara ke dua kawat penghantar sehingga

membangkitkan medan listrik. Medan ini juga merupakan timbunan

energi yang mungkin juga akan terjadi tumpang tindih dengan medan

listrik lain disekitarnya. Gejala tersebut menyebabkan saluran bersifat

kapasitip.

(3) Gejala-gejala tersebut di atas akan menyebabkan terjadinya aliran energi

gelombang elektromagnetik dalam saluran transmisi.

Ketiga hal tersebut merupakan suatu alasan, bahwa saluran transmisi tidak

dapat ditangani secara mudah seperti pada rangkaian-rangkaian listrik lainnya.

1.2 Medan Elektromagnetik

Dalam saluran transmisi, adakalanya medan listrik dan medan magnet

akan selalu saling tegak lurus satu sama lain, dan gabungan anatara kedua medan

tersebut dinamakan medan elektromagnetik.

Tegangan, arus dan medan elektromagnetik saling memiliki pengaruh

secara timbal balik satu sama lain, sehingga bila pada medan elektromagnetik

mengalir mengikuti suatu kawat penghantar, serta bila karena sesuatu hal

tegangan berubah, maka medan elektromagnetik akan mengikuti perubahan itu.

Atau sebaliknya, apabila ada sesuatu hal yang menyebabkan medan

elektromagnetik itu berubah, maka tegangan dan arus akan mengikutinya.

Konsentrasi medan elektromagnetik yang paling adalah pada bagian

diantara dua penghantar tersebut. Untuk maksud tertentu, daerah ini biasanya diisi


oleh suatu bahan isolator (bahan dielektrik). Parameter penting dari bahan isolator

ini adalah konstanta dielektrik (k). Harga konstanta dielektrik dari bahan isolator

ini merupakan harga relatif terhadap harga konstanta dielektrik dari ruang hampa.

Sebagai contoh harga konstanta dielektrik suatu bahan isolator pada kabel adalah

k=4, ini berarti bahwa kekuatan medan listrik pada bahan isolator itu akan

menjadi seperempat dibanding bila bahan isolator itu diganti dengan udara (ruang

hampa).

1.2.1 Cepat Rambat

Cepat rambat medan elektromagnetik di udara mendekati cepat rambat di

ruang hampa, yaitu 299.792.462 meter/detik (sekitar 3 x 108 meter/detik). Bila

gelombang tersebut merambat dalam bahan dielektrik, maka cepat rambatnya

akan lebih kecil dari harga di atas. Semakin besar harga k suatu bahan dielektrik,

maka cepat rambat akan semakin kecil. Hubungan antara kecepatan dan harga k

dapat dituliskan sebagai :

Cepat rambat (meter/detik) =

(1.1)

Di mana k adalah konstanta dielektrik bahan isolator. Harga k ini adalah

harga relatif dibandingkan dengan konstanta dielektrik udara (ruang hampa),

sehingga harga k disini adalah tanpa satuan. Tabel 1.1 menyajikan harga konstanta

dielektrik dari beberapa material atau bahan isolator.

Bila diketahui distribusi induktansi L dan kapasitansi C, maka cepat

rambat gelombang dalam suatu saluran transmisi tanpa rugi-rugi (lossless) dapat

dinyatakan dengan persamaan (1.2)

Cepat rambat (meter/detik) = (1.2)

Di mana l = panjang potongan saluran (meter)

L = induktansi total dari saluran sepanjang l (henry)

C = kapasitansi antar saluran sepanjang l (farad)


1.2.2 Frekuensi

Frekuensi menyatakan banyaknya gelombang dalam satu detik, dan

dinyatakan dengan ‘herzt’ (disingkat Hz). Dalam perambatan gelombang dalam

saluran transmisi, cepat rambat dan panjang gelombang boleh jadi akan berubah

jika memasuki medium (bahan dielektrik) yang berbeda, tetapi frekuensi

gelombang akan selalu tetap tanpa pengaruh medium yang dilewatinya.

Jika periode gelombang dinyatakan dengan T (detik), maka frekuensi gelombang

tersebut merupakan kebalikan dari T, dan dinyatakan :

(1.3)

Tabel 1.1. Konstanta Dielektrik Dan Kecepatan Rambat Gelombang Elektromagnetik Pada Bahan Isolator

MATERIALKONSTANTADIELKTRIK (k)

KECEPATAN(METER/DETIK)

Ruang hampaUdaraTeflonPolyethylenePVCNylonPolystyrene

1,0001,00062,1002,2703,3004,9002,500

300 x 106

299,2 x 106

207 x 106

199 x 106

165 x 106

136 x 106

190 x 106

1.2.3 Panjang Gelombang

Panjang gelombang dari suatu gelombang elektromagnetik berbanding

lurus dengan harga cepat rambat. Bila suatu sinyal frekuensi tinggi merambat

pada suatu saluran transmisi dengan bahan dielektrik k, maka panjang

gelombangnya akan tergantung juga pada harga k dari bahan dielektrik saluran

menurut hubungan

Panjang gelombang (meter) = (1.4)


1.2.4 Impedansi Karakteristik

Parameter penting yang merupakan karakterisitik dasar suatu saluran

transmisi adalah impedansi karakteristik (dinyatakan dengan Zo).

Impedansi karakteristik saluran tanpa rugi-rugi diberikan dengan persamaan

berikut :

(1.5)

Dimana L = induktansi per satuan panjang (H/m)

C = kapasitansi per satuan panjang (F/m)

Berdasarkan pengukuran, impedansi karakteristik dinyatakan sebagai

impedansi yang diukur di ujung suatu saluran transmisi dengan menganggap

panjang saluran itu tak berhingga. Untuk kondisi ini, maka pemasangan beban

sebesar Zo di ujung lain dari saluran dengan panjang berhingga tidak akan

menimbulkan efek. Pada kondisi ini, impedansi karakteristik saluran transmisi

dapat diperoleh dari perbandingan tegangan maju dan arus maju yang menuju ke

beban pada ujung tak berhingga.

Impedansi karakteristik (Zo) =Contoh 1.1 :

Hitunglah impedansi karakteristik saluran kawat sejajar bila induktansi

setiap kawat adalah 0,25 mH per meter dan kapasitansi antar kawat sebesar 30 pF

per meter.

Jawab :

Induktansi yang telah diketahui sebesar 0,25 mH per meter itu adakah untuk satu

kawat. Untuk induktansi total per meter dari saluran dua kawat, maka harga di

atas harus dikalikan dua sehingga L = 0,5 mH dan C = 30pF.

Zo =


=

= 129 W

1.3 Syarat Batas Medan Elektromagnetik

Syarat batas medan elektromagnetik merupakan salah satu prasyarat dalam

mempelajari suatu waveguide. Persamaan-persamaan dasar menggambarkan

sebuah fenomena, bahwa gelombang elektromagnetik diturunkan dari persamaan

Maxwell dan dua persamaan kontinyuitas. Apabila persamaan-persamaan itu

dalam bentuk persamaan diferensial, maka syarat batas harus digunakan untuk

menyelesaikan persoalan-persoalan yang khusus.

1.3.1 Syarat Batas Dielektrik (a = 0 )

Dua buah aturan dasar digunakan pada permukaan antara dua material yang

berbeda.

(1) Komponen tangensial dari intensitas medan listrik dan intensitas medan

magnet, E dan H harus kontinyu pada batas antara dua material.

Et1 = Et2 (1.6a)

Ht1 = Ht2 (1.6b)

(2) Komponen normal dari kerapatan fluks listrik dan fluks magnet (D dan

B) kontinyu pada batas anatara dua material. untuk a = 0.

Dn2 = Dn1 (1.7a)

Bn1 = Bn2 (1.7b)

Pernyataan di atas dibenarkan oleh pemakaian hukum Faraday, hukum Gauss dan

hukum Ampere.

1.3.2 Permukaan Konduktor (a = ¥)


Apabila diasumsikan bahwa permukaannya adalah konduktor sempurna,

maka akan terlihat bahwa Et2 adalah nol sepanjang batas antara dua material.

Et1 = Et2 =0 (1.8)

Tetapi komponen normal dari intensitas medan listrik tetap ada, seperti

diperlihatkan pada gambar 1.1(a).

Apabila tidak terdapat muatan magnetik pada permukaan, maka Bn2 adalah

nol.

Oleh karena itu garis-garis gaya magnetik digambarkan suatu rangkaian

tertutup, seperti diperlihatkan pada gambar 1.1(b).

medan listrik medan magnet

konduktor konduktor

(a) (b)

Gambar 1.1. Syarat Batas Permukaan konduktor

1.4 Mode Gelombang

Mempelajari tentang persoalan transmisi energi dari suatu titik ke titik

yang lain dengan menggunakan sepasang konduktor merupakan persoalan

mendasar yang harus diketahui. Banyak jenis media transmisi yang digunakan

dalam perambatan suatu energi gelombang elektromagnetik, dimana dengan

adanya kondisi syarat batas akan menentukan mode gelombang yang

dirambatkan. Selanjutnya pada bagian ini adalah akan membahas beberapa cara

(mode) dari transmisi energi.


Untuk memahami yang lebih mendalam tentang bentuk dari transmisi

energi, akan lebih mudah bila melalui pemahaman tentang saluran transmisi. Oleh

karena itu, kita harus mengenal konsep-konsep dasar dari saluran transmisi.

Sebagai langkah awal untuk memulainya, marilah kita lihat persoalan

klasik suatu medan dari saluran transmisi, dengan sudut pandang yang agak lebih

dari sekedar sebuah rangkaian. Dari dasar teori medan, telah kita ketahui bersama

bahwa akan terdapat hubungan anatara medan listrik dan medan magnit, dengan

tegangan dan arus seperti ditunjukkan pada gambar 1.2(a).

(a) (b)

Gambar 1.2. Gelombang Berjalan pada Saluran Transmisi dari kawat terbuka

Dari sudut pandang ini, kita melihat bahwa medan listrik dan medan

magnit tampak berjalan bersama pada kecepatan yang sama dalam medium.

Sehingga kawat hanya akan membimbing gelombang dalam arah tertentu.

Gambar dari medan listrik dan medan magnit jika dilihat secara melintang dari

ujung-ujung kawat ditunjukkan dalam ganbar 1.2(b). Gelombang seperti itu,

mempunyai ciri tidak ada medan listrik dan medan magnit dalam arah rambatan

gelombang. Mode seperti ini disebut mode TEM (transverse electric and

magnetic), yaitu medan listrik dan medan magnit yang melintang dari arah

rambatan. Apabila medan listrik saja yang melintang dari arah rambatan, maka

mode seperti ini disebut mode TE (transverse electric). Dan apabila medan

magnitnya saja yang melintang dari arah rambatan, maka mode ini disebut mode


E

H

Arah rambat G.E.Mi

B

TM (transverse magnetic). Mode TE dan TM akan dapat terjadi didalam suatu

pipa berongga pemandu gelombang (waveguide), seperti pada gambar 1.3.

(a) (b)

Bumbung Gelombang Bentuk Persegi Bumbung Gelombang Bentuk Silinder

(mode TE) (mode TM)

Gambar 1.3. Bentuk Gelombang Terbimbing

1.5 Terminasi dan Refleksi

Jika suatu sumber (generator) mengirimkan gelombang ke beban melalui

suatu saluran transmisi, maka akan terjadi dua kemungkinan pada saat gelombang

tersebut sampai pada beban, yaitu diterminasi di beban atau direfleksi

(dipantulkan) lagi oleh beban ke sumber.

Bila impedansi beban tepat sama dengan impedansi karakteristik saluran,

maka seluruh gelombang yang datang ke beban itu akan diserap seluruhnya oleh

beban. Tetapi bila impedansi beban tidak sama dengan impedansi karakteristik

saluran, maka sebagian atau seluruh gelombang tersebut yang datang ke beban itu

akan dipantulkan menuju sumbernya semula. Besarnya sinyal yang kembali

menuju sumber ini tergantung pada bagaimana ketidaksamaan antara impedansi

karakteristik saluran terhadap impedansi beban. Perbandingan level tegangan yang

datang menuju beban dan yang kembali ke sumbernya lazim disebut koefisien

refleksi dan dinyatakan dengan simbol G . Harga koefisien refleksi ini dapat

bervariasi antara 0 (tanpa pantulan) sampai 1, yang berarti sinyal yang datang ke

beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya.


EH

X

Y

ZZ

Y

XZ

G = (tanpa satuan) (1.9)

Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban

dapat ditulis

G = (1.10)

Dimana : Zo = impedansi karakterisitk saluran (W)

ZL = impedansi beban (W)

Contoh 1.2 :

Suatu saluran transmisi mempunyai Zo = 200 W , ZL = RL = 300 W,

tegangan maju (tegangan yang merambat menuju beban) V+ = 100 mV. Berapakah

koefisien refleksi, tegangan yang direfleksikan serta tegangan pada beban ?

Jawab :

Dari persamaan (1.7) :

G =

Sehingga tegangan refleksi dapat dicari dengan persamaan (1.6) seperti berikut

ini:

V - = G V +

= 0,2 x 100 mV

= 20 mV

Tegangan di beban dapat dihitung :

VL = V+ + V - = 100 mV + 20 mV = 120 mV

Daya input (daya datang atau daya yang dikirimkan ke arah beban) dapat dihitung

sebagai berikut :


P+ = V+ . I+ =

=

= 0,05 mW

Daya yang dipantulkan kembali ke arah sumber dapat pula dihitung sebagai :

P- = G 2 . P+

= (0,2)2 x 0,05 mW

= 0,002 mW

Sehingga daya yang diserap oleh beban adalah :

PL = P+ - P -

= 0,05 mW – 0,002 mW

= 0,048 mW.

SOAL-SOAL :

1. Jelaskan yang anda ketahui tentang saluran transmisi dan berilah beberapa

contoh tentang saluran transmisi yang umum digunakan dalam sistem

telekomunikasi.

2. Hitunglah cepat rambat gelombang elektromagnetik yang merambat pada

medium dielektrik dengan k = 2,50.

3. Hitunglah panjang gelombang di udara dari frekuensi-frekuensi berikut

ini : 45 KHz, 46 MHz, 5,8 GHz, 35,4 GHz.

4. Ulangi soal 3, bila gelombang tersebut merambat pada bahan dielektrik

dengan k = 3,20.

5. Saluran transmisi diketahui mempunyai induktansi total sebesar 0,50 mH

per meter dan kapasitansi 40 pF per meter. Hitunglah harga impedansi

karaktersitik saluran tersebut.

6. Suatu saluran transmisi dengan Zo = 50 W , ZL = RL = 75 W, tegangan

maju V+ = 12,50 volt. Hitunglah besar koefisien refleksi, tegangan yang

direfleksikan serta tegangan pada beban.


B A B 2

PRINSIP SALURAN TRANSMISI DAN WAVEGUIDE


2.1 Rangkaian Ekivalen

Rangkaian ekivalen suatu saluran transmisi tanpa rugi-rugi (lossless) dapat

digambarkan dengan terdisrtibusinya rangkaian induktansi L1, L2, L3, … seri dan

kapasitansi C1, C2, C3, … paralel, seperti ditunjukkan dalam gambar 2.1 di bawah.

Kedua macam komponen itu terdistribusi secara merata sepanjang saluran

transmisi. Arus yang mengalir di sepanjang saluran transmisi akan menimbulkan

suatu medan magnet di sepanjang saluran, yang kemudian karena adanya medan

magnet itu, maka akan timbul pula suatu tegangan induksi sebesar L.di/dt.

Induktansi ini juga terdistribusi merata sepanjang saluran, dengan satuan Henry

per meter. Sedangkan kapasitansi yang terdistribusi merata sepanjang saluran itu

dapat dibayangkan sebagai kapasitansi yang timbul karena dua konduktor pada

saluran transmisi letaknya sejajar satu sama lain.

Gambar 2.1. Rangkaian Ekuivalen Saluran Transmisi

Jika suatu saluran transmisi dikatakan mempunyai rugi-rugi (lossy), maka

selain mempunyai memiliki L dan C, juga memiliki resistansi R yang seri dengan

L dan konduktansi G yang paralel dengan C. Resistansi R di sini dapat

digambarkan sebagai rugi-rugi konduktor sebagai bahan saluran transmisi.

Koduktansi G digambarkan sebagai rugi-rugi bahan isolator (dielectric loss)

antara kedua buah kawat penghantar pada saluran transmisi.

2.2 Saluran Transmisi Beban Sesuai (Match)

Suatu saluran transmisi tanpa rugi-rugi (lossless) jika pada ujung beban dipasang

beban dengan impedansi RL yang harganya sama dengan impedansi karakteristik

saluran Zo, maka gelombang dari sumber (generator) yang dikirimkan ke beban


L1

IC1

I I

L2 L3

C3C2

Vinput100 V

RS = 50 W RL = 50

W

Z0 = 50 WW

100 V

Rs = 50 W

Z0 = 50 W

Waktu

Gelombang berjalan50 V

Panjang Lintasan

Waktu

Gelombang berjalan1 A

tidak akan dipantulkan oleh beban. Dengan kata lain, semua energi yang

dikirimkan oleh sumber ke baban semuanya diserap oleh beban.

Sebagai contoh saluran transmisi dengan beban sesuai (match) dapat dilihat pada

gambar 2.2 di bawah ini

(a)

(b)

(c)

(d)Gambar 2.2. Saluran Transmisi dengan Beban Sesuai

Sumber membangkitkan gelombang sebesar 100 V dengan tahanan dalam

generator Rs = 50 W. Sumber tersebut dihubungkan oleh suatu saluran transmisi

dengan impedansi karakteristik Zo = 50 W ke suatu beban dengan impedansi RL =

50 W. Bila rangkaian pada gambar 2.2(a) diamati, maka Zo = Rl = 50 W, sehingga

dapat dikatakan bahwa saluran transmisi dalam keadaan sesuai (match).

Perhitungan selanjutnya dapat dilakukan sebagai berikut :

Vinput =


Sedangkan arus input yang mengalir dalam saluran transmisi dari sumber dinyatakan dengan :

Iinput =

Daya yang siap dikirimkan ke beban :

Pinput = Vinput Iinput = 50 W

Sekarang gelombang yang merambat pada saluran transmisi dari sumber ke beban

V+ = Vinput sebesar 50 V atau I+ = Iinput sebesar 1 A. Koefisien pantul di ujung beban

G = 0, sehingga tegangan pantul V- = 0 dan arus pantul I - = 0. Artinya tidak akan

terjadi gelombang pantul di ujung beban dan semua energi akan diserap oleh

beban.

Untuk membuktikan hal yang demikian ini, terlebih dahulu harus

menghitung daya yang diserap beban sebagai berikut.

Tegangan di beban VL dan arus di beban IL adalah :

VL = V+ + V - = 50 V, dan

IL = I+ + I - = 1A.

Maka adaya yang diserap oleh beban PL dapat dihitung :

PL = VL IL = 50 W.

Dari perhitungan di atas harga Pinput = PL, yang menunjukkan semua daya diserap

dengan oleh baban dengan sempurna.

2.3 Saluran Transmisi Beban Tidak Sesuai (Missmatch)

Sekarang bagaimana jika impedansi beban yang dipasang tidak sama

dengan impedansi karakteristik saluran. Jawabannya sudah jelas sebagian energi

akan dipantulkan oleh beban.

Sebagai contoh saluran transmisi dengan beban tidak sesuai (missmatch)

dapat dilihat pada gambar 2.3 di bawah ini. Sumber membangkirkan gelombang

100 V dengan tahanan dalam generator Rs = 35 W. Sumber tersebut dihubungkan


Vinput100 V

RS = 35 W RL =105

W

Z0 = 75 WW

100 V

Rs = 35 W

Z0 = 75 W

V+ = 68,2 V

V - = 11,4 V

oleh suatu saluran transmisi dengan impedansi karakteristik Zo = 75 W ke suatu

beban dengan impedansi juga RL = 105 W.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.3 Saluran Transmisi Beban Tak Sesuai

Contoh di atas, bila diamati maka Zo ¹ RL, dapat dikatakan bahwa saluran

transmisi dalam keadaan tidak sesuai (missmatch). Maka selanjutnya dapat

dianalisa sebagai berikut :

Vinput =

Koefisien pantul di beban adalah

G=

Sekarang gelombang V+ = Vinput sebesar 68,2 V yang ditransmisikan ke baban.

Pada saat sampai di beban tegangan pantul V- adalah


100 V

Rs = 50 W

Z0 = 50 W

Vinput100 V

RS = 50 W Z0 = 50 W

W

V- = G V+ = (0,167)(68,2 V) = 11,4 V.

Artinya dalam saluran akan terjadi gelombang pantul 11,4 V di ujung beban dan

gelombang ini kembali ke sumber (generator)

2.4 Saluran Transmisi Beban Hubung Singkat

Suatu saluran transmisi tanpa rugi-rugi (lossless) jika pada ujung beban

dihubung singkat (short circuit), artinya impedansi RL = 0, maka gelombang dari

sumber (generator) yang dikirimkan ke beban akan dipantulkan semuanya oleh

beban. Atau dengan kata lain, semua energi yang dikirimkan oleh sumber ke

beban semuanya tidak ada yang diserap oleh beban.

Sebagai contoh saluran transmisi dengan beban hubung singkat dapat

dilihat pada gambar 2.4 di bawah ini. Sumber membangkitkan gelombang 100 V

dengan tahanan dalam generator Rs = 50 W. Sumber tersebut dihubungkan oleh

suatu saluran transmisi dengan impedansi karakteristik Zo = 50 W ke suatu beban

yang dihubung singkat (RL = 0).

Dan selanjutnya dapat dianalisa sebagai berikut :

Vinput =

Iinput =

Pinput = W50IV inputinput

(a)


50V

Panjang Saluran

V+ - V -

V+

V -

50 V 0 -50V

2 A 1 A 0

I +

I -

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.4 Saluran Transmisi Beban Hubung Singkat

Sekarang gelombang V+ = Vinput sebesar 50 V atau I+ = Iinput sebesar 1 A yang

ditransmisikan ke baban. Besarnya koefisien pantul di beban :

G =

Tegangan pantul V- dan arus pantul I - di beban adalah

V - = G V+ = -50V

I - = -G I+ = 1A

Untuk membukktikan bahwa semua energi dikembalikan oleh beban, maka harus

dibuktikan daya yang diserap beban PL = 0 sebagai berikut.



Vinput100 V

RS = 50 W Z0 = 50 W

W

RL = ~ (terbuka)

VL = V+ + V - = 0 , dan

IL = I+ + I - = 2A.


PL = VL IL = 0

Dari perhitungan di atas harga = PL = 0, artinya tidak ada daya yang diserap oleh

baban dan semua energi dikembalikan oleh beban ke sumber.

2.5 Saluran Transmisi Beban Terbuka

Jika pada ujung suatu saluran transmisi tanpa rugi-rugi (lossless) dibuka

(open circuit), artinya impedansi RL = ¥, maka gelombang dari sumber

(generator) yang dikirimkan ke beban juga akan dipantulkan semuanya oleh

beban.

Sebagai contoh saluran transmisi dengan beban sesuai dapat dilihat pada gambar

2.5 di bawah ini. Sumber membangkirkan gelombang 100 V dengan tahanan

dalam generator Rs = 50 W. Sumber tersebut dihubungkan oleh suatu saluran

transmisi dengan impedansi karakteristik Zo = 50 W dengan ujung dibuka, RL = ¥.

Seperti pembahasan sebelumnya :

Vinput = 50 V; Iinput = 1 A, dan Pinput = 50 W

Besarnya koefisien pantul di beban :

G= 1

75x

75xlim

ZR

ZR

xoL

0L

¥

Tegangan pantul V- dan arus pantul I - di beban adalah

V - = G V+ = 50V

I - = -G I+ = -1A


100 V

Rs = 50 W

Z0 = 50 W

100 V 50 V 0

V+

V-

Panjang Saluran

100 V 50 V 0

V + - V -

I+

I-

1 A 0 -1 A

1 A

Panjang Saluran

I+ - I -

(a)

(b)

(c)

(d )

Gambar 2.5. Saluran Transmisi Ujung Terbuka


VL = V++ V - = 100 V, dan

IL = I+ + I - = 0


Z0ZL

Zin

l


PL = VL IL = 0

2.6 Impedasi Imput

Suatu saluran transmisi dengan impedansi karakterisitik Zo dihubungkan

dengan beban dengan impedansi ZL seperti pada gambar 2.6, maka impedansi

terukur pada jarak l dari beban mempunyai harga tertentu. Impedansi ini disebut

dengan impedansi input saluran yang disimbulkan dengan Zin

Gambar 2.6 Impedansi Input

Rumusan impedansi input dapat dinyatakan dengan :

Zin = (2.1)

Dimana, b merupakan konstanta propagasi (b = 2p¤l) dan panjang saluran l

dinyatakan dalam panjang gelombang (l).

Keadaan-keadaan istimewa ditinjau dari saluran transmisi :

1). Untuk l = l/4 Zin =

2). Untuk l = l/2 Zin = ZL


ZoZL

Zin

11 cm

3). Untuk l = l Zin = ZL

Keadaan-keadaan istimewa ditinjau dari beban :

1). ZL = ZO Zin = ZO

2). ZL = 0 Zin = Zin (sc) = jZO tan bl (short circuit)

3). ZL = ¥ Zin = Zin (oc) = -jZO ctg bl (open circuit)

Dari dua persamaan terakhir dapat diperoleh :

ZO2 = Zin (sc) . Zin (oc)

Contoh 2.1 :

Hitunglah impedansi input dari gambar di bawah ini, bila diketahui Zo = 50 W, dan

frekuensi kerja = 3 GHz),

Untuk a) ZL = 0

b) ZL = 70 W dan

c) ZL = 73 + j42

Jawab :

l = pp

lpb 2,211

10

2210

10.3

10.39

8

cmllcm

Dinyatakan bahwa Zin = , maka :

a). Zin =


b). Zin =

c). Zin =

2.7 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

Bila saluran transmisi dengan beban tidak sesuai (missmatch), dimana Zo ¹

RL, dan gelombang dibangkitkan dari sumber secara kontinyu, maka dalam

saluran transmisi selain ada tegangan datang V+ juga terjadi tegangan pantul V-.

Akibatnya, dalam saluran akan terjadi interferensi antara V+ dan V- yang

membentuk gelombang berdiri (standing wave).

Suatu parameter baru yang menyatakan kwalitas saluran terhadap

gelombang berdiri disebut dengan Voltage Standing Wave Ratio (VSWR).

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) didefinisikan sebagai perbandingan

(atau ratio) antara tegangan rms maksimum dan minimum yang terjadi pada

saluran yang tidak match, sehingga dapatlah dituliskan :

VSWR =

=

VSWR = ; dimana : (2.2)

Untuk saluran yang match (ZO = ZL), dimana tidak terdapat gelombang pantul,

atau ½Vmaks½ = ½Vmin½, atau juga GL = 0, maka VSWR = 1.

Beberapa keadaan istimewa ditinjau dari beban :

ZL = 0 (short circuit) VSWR = ¥

ZL = ZO (matched) VSWR = 1

ZL = ¥ (open circuit) VSWR = ¥


Pada suatu saluran transmisi tanpa rugi-rugi, tegangan yang dikirim dan tegangan

refleksi memiliki hubungan sebagai :

V- = ½GL½V+

Dengan demikian perbandingan daya yang dikirimkan dengan daya pantul adalah:

=

Dari persamaan (2.2) dapatlah kita cari hubungan antara koefisien pantul dan

VSWR sebagai berikut :

½GL½ =

Dengan menggantikan harga ½GL½ di atas, maka perbandingan antara daya kirim

dan daya pantul akan menjadi :

Tabel 2.1 Hubungan antara VSWR, Daya Refleksi dan Daya Kirim

VSWR

Daya Refleksi(%)

= 100

2xG

=

Daya Kirim(%)

= 1001

2xG

1.0 0.0 100.0


1.11.21.52.03.04.05.05.8310.0

0.20.84.011.125.036.044.450.066.9

99.899.296.088.975.064.055.650.033.1

Contoh 2.2 :

Suatu gelombang dengan level puncak 100 Volt dihubungkan ke salah satu ujung

dari suatu saluran transmisi. Karena beban yang terpasang pada ujung yang lain

dari saluran itu ternyata tidak sesuai, maka tegangan yang diserap oleh beban

hanya 80 Volt peak, sedangkan sisanya sebesar 20 Volt peak akan dipantulkan

kembali ke saluran yang selanjutnya terus kembali ke generator. Gelombang

berdiri (Standing Wave) yang terjadi didalam saluran akan memiliki harga

maksimum sebesar :

Vmaks = (100 Vpeak + 20 Vpeak) = 120 Vpeak

Sedangkan harga minimumnya adalah selisih kedua tegangan tadi, yaitu sebesar :

Vmin = (100 Vpeak - 20 Vpeak) = 80 Vpeak

Dengan demikian perbandingan gelombang berdiri (VSWR) akan menjadi

sebesar :

VSWR =

Contoh 2.3 :

Berapakah perbandingan gelombang berdiri (VSWR) dan koefisien pantulan, bila

suatu antenna dengan impedansi sebesar 24 W dihubungkan ke suatu saluran yang

memiliki impedansi karakteristik sebesar (a) 60 W ; (b) 150 W.


Jawab :

(a) Koefisien pantulan adalah

G =

sehingga perbandingan gelombang berdiri akan menjadi sebesar :

VSWR =

(b) Besarnya koefisien pantulan adalah :

G =

dan perbandingan gelombang berdiri adalah :

VSWR =.

BAB 3

TIPE SALURAN TRANSMISI

Di era yang semakin maju dan modern ini teknologi informasi akan

semakin berkembang pesat termasuk unsur – unsur pendukung dari sistem

komunikasi seperti media transmisi yang digunakan untuk menghantarkan


informasi. Dimana media transmisi mengalami kemajuan dalam hal kualitas

dalam menghantarkan informasi dari sumber informasi ke tujuan.

Internet kabel menggunakan media kabel koaksial sebagai media

aksesnya. Asalnya kabel koaksial ini hanya digunakan untuk menyalurkan signal

TV saja. Signal TV ini menggunakan alokasi frekuensi 6Mhz (standard NTSC)

atau 7 atau 8Mhz (standard PAL), sehingga dalam satu kabel dapat disalurkan

berpuluh siaran TV. Umumnya spektrum frekuensi yang digunakan untuk signal

TV berkisar antara 111Mhz - 450 Mhz, padahal kabel koaksial ini mampu

membawa frekuensi hingga 1000 Mhz. Frekuensi yang tidak terpakai inilah yang

kemudian digunakan untuk membawa signal data, dan dibawa pada frekuensi 550

Mhz.

Traffic yang terjadi pada pelanggan kabel modem umumnya bersifat

asimetrik. Trafik downstream bersifat lebih besar daripada trafik upstreamnya, hal

ini umum terjadi pada traffic Internet. Trafik downstream memakai besar

frekuensi 6 Mhz dan dimodulasi dengan 64QAM, sehingga bandwidth yang

didapat sekitar 6Mhz x 6 (banyaknya bit dlm 64QAM) x FEC x overhead =

27Mbps. Bandwidth sebesar ini dishared bersama-sama dengan pengguna lainnya.

Sedangkan di sisi upstream, besar frekuensi yang digunakan bervariasi antara

200Khz, 400, Khz, 800 Khz, 1600 Khz, dan 3200 Khz. Apabila 800Khz yang

digunakan maka besar bandwidth yang didapat sekitar 800Khz x 4 (banyaknya bit

dalam QPSK) x overhead x FEC = 2700 Kbps

I. Pengertian.

Kabel merupakan suatu media penghantar dimana umumnya data mengalir

dari satu piranti rangkaian ke satu peranti rangkaian yang lain. Terdapat beberapa

jenis kabel yang biasa digunakan di dalam Local Area Network (LAN). Terdapat

beberapa kondisi di mana rangkaian hanya mengijinkan satu jenis kabel saja yang

dapat digunakan, namun terdapat juga situasi ataupun kondisi di mana kombinasi

lebih dari satu jenis kabel dibenarkan.

Pemilihan jenis-jenis kabel adalah berhubungan erat dengan topologi,

protokol dan ukuran rangkaian. Memahami kriteria-kriteria berbagai jenis kabel


yang berlainan dan kaitannya dengan berbagai aspek lain di dalam rangkaian

adalah perlu untuk perkembangan sistem rangkaian yang modern.

Di antara jenis-jenis kabel yang digunakan di dalan rangkaian ialah seperti:

1. Kabel Berpasangan Tanpa Pelindung (Unshielded Twisted Pair - UTP)

2. Kabel Berpasangan Dengan Pelindung (Shielded Twisted Pair - STP)

3. Kabel Sepaksi (Coaxial )

4. Kabel Fiber Optik

Kabel Koaksial (Coaxial).

Gambar 3.1. Kabel Koaksial (Coaxial).

Kabel koaksial ini mempunyai satu kawat tembaga yang berfungsi sebagai

media penghantar elektrik yang terletak di tengah-tengah. Satu lapisan plastik

berfungsi sebagai pemisah terhadap kawat tembaga yang berada di tengah-tengah

itu dengan satu lapis pintalan besi. Pintalan besi ini berfungsi sebagai penghalang

terhadap gangguan dari cahaya florensen, komputer dan sebagainya.

Walaupun pengkabelan koaksial agak sulit untuk pemasangannya, namun

ia sangat peka terhadap datangnya sinyal. Selain itu, ia dapat menampung


Protective plastic coveringCopper Core

Insulating Material

Braided outer conductor

pengkabelan yang lebih panjang terhadap rangkaian dengan peranti-peranti lain

dibandingkan dengan kabel lapis pasangan berpintal.

Kabel koaksial yang tipis juga dikenal sebagai thinnet.10Base2 yang

berarti memiliki spesifikasi untuk fungsi kabel koaksial tipis yang dapat

membawa sinyal Ethernet. Angka 2 berarti menerangkan panjang untuk panjang

maksimal yaitu 200 meter. Kabel koaksial yang tipis ini adalah umumnya

digunakan di dalam rangkaian yang terdapat di sekolah-sekolah.

Kabel koaksial yang tebal juga dikenal sebagai thicknet. 10Base5 yang

berarti memiliki spesifikasi untuk fungsi kabel koaksial tebal yang dapat

membawa isyarat Ethernet. Angka 5 mewakili panjang maksimal yaitu 500 meter.

Kabel koaksial ini mempunyai penutup (cover) plastik yang berfungsi sebagai

penahan kelembapan dari bahan konduktor yang berada di tengah-tengah. Hal Ini

menjadikan ia mampu menampung gelombang yang lebih besar terutama pada

topologi linear bus. Namun begitu, kekurangan kabel ini ialah ia sangat sukar

untuk dibengkokkan dan ini turut menyulitkan proses pemasangan(installasi).

Kabel koaksial terbagi menjadi :

1. Kabel koaksial Baseband.

2. Kabel koaksial Broadband.

Gambar 3.2. Kabel Sepaksial (Coaxial Cable 50 Ohm).

Kabel koaksial Baseband

Kabel koaksial memiliki perlindungan yang lebih baik dibandingkan dengan

twisted pair. Ada 2 jenis kabel koaksial :

1. 50 Ohm untuk transmisi digital.

2. 75 Ohm untuk transmisi analog.

Selain itu kabel koaksial juga memiliki noise immunity yang lebih baik di

bandingkan dengan kabel twisted pair.


Sedangkan kemampuan untuk menghantarkan data yaitu sebesar 1 ~ 2 Gbps untuk

panjang kurang lebih 1 Km

Kabel koksial Broadband

Umumnya kabel jenis ini digunakan dalam dunia telepon (bekerja dengan

frekuensi lebih besar dari 4 Khz). Sedangkan kegunaanya di dunia computer yaitu

berfunsi sebagai penyalur sinyal analog

Karena kabel jenis ini menggunakan standar kawat televisi maka dapat digunakan

hingga 300 MHz (450 MHz) dengan panjang 100 Km

Broadband berarti meliputi daerah yg luas yang berarti perlu amplifier analog

sebagai penguatnya. Sedangkan amplifier analog bekerjanya 1 arah yang berarti

perlu 2 arah pengiriman.

Penyambungan Kabel Koaksial

Penyambung yang paling sesuai digunakan dengan kabel koaksial ialah Bayone-

Neil-Councelman (BNC). Adapter yang berlainan disediakan untuk penyambung

BNC dan ini termasuk T-connector, barrel connector dan saklar.

Penyambung kabel adalah piranti paling lemah bagi sesuatu rangkaian.

Untuk menghindari masalah di kemudian hari dengan rangkaian, cukup

menggunakan BNC yang mudah dikaitkan dan bukan dibautkan pada kabel.

II. Kabel Twisted Pair

adalah kawat tembaga yang di lilit untuk mengurangi gangguan listrik.

Kabel jenis ini biasanya digunakan untuk sistem telepon karena murah dan andal,

dimana kabel ini dapat dipasang hingga jarak beberapa Km tanpa repeater.


Gambar 3.3. Twisted Pairs

Dimana hubungan pasangan antar kabel yaitu :

Kabel 1 dan 2 terhubung berpasangan dengan ujung keluaran 3 dan 6




Kabel Twisted Pair terbagi menjadi dua, yaitu :

Kabel twisted pair dengan lapisan pelindung

Kabel Twisted pair tanpa lapisan pelindung

II.a. Kabel Twisted Pair Tanpa Pelindung (UTP).

Gambar 3.4. Kabel Twisted Pair Tanpa Pelindung (UTP)

Kabel Berpasangan (Twisted Pair) hadir di dalam dua bentuk yaitu

berlapis (shielded) dan tidak berlapis (unshielded). Kabel Berpasanan

tidak berlapis (unshielded twisted pair- UTP) merupakan jenis kabel yang paling

mudah ditemui dan umumnya digunakan pada instansi – instansi pendidikan.

Kualitas kabel UTP berbeda dari kabel telepon, Kabel UTP mempunyai empat

pasang kawat di dalamnya dan setiap pasang berpinlin dengan jumlah pilinan

yang berlainan bagi setiap inci untuk membantu menyingkirkan gangguan dari


pasangan kawat yang hampir atau dari peranti bereletrik yang lain.

EIA/TIA(Electronic Industry Association/Telecommunication Industry

Association) telah menyetadarkan mutu, dan standard UTP dan memberikan lima

kategori utama.

Penyambungan Kabel Tidak Belapis Berpasangan Berpintal

( Unshielded Twisted Pair Connector)

Penyambung yang paling sesuai untuk kabel berpasangan tidak berlapis

ialah RJ-45 connector. RJ berarti Registered Jack yang mana nama tersebut

diambil dari penyambungan kabel telpon. RJ-45 connector merupakan

penyambung yang dibuat dari plastik dan berguna untuk menyambung kabel

telepon. Satu slot difungsikan hanya untuk penyambungan dari satu sisi saja.

Gambar 3.5. Penyambungan Kabel Tidak Belapis Berpasangan Berpintal( Unshielded Twisted Pair Connector)

II.b. Kabel Twisted Pair Berlapis Berpintal

Satu kekurangan kabel UTP ini ialah ia mudah terpengaruh dengan

gelombang frekuensi radio dan alat elektrik yang lain. Kabel berlapis pasangan

berpintal ini sangat sesuai untuk daerah yang mempunyai banyak gelombang

frekuensi alat elektrik. Namun begitu, banyaknya gangguan akan menjadikan

kabel ini cepat rusak. Kabel jenis ini sesuai digunakan pada rangkaian yang

menjalankan topologi Gelang Token.


III. Kabel Fiber Optik

Gambar 3.6. Kabel Fiber Optik

Pendahuluan

Perkembangan dan penerapan teknologi telekomunikasi dunia yang

berkembang dengan cepat, secara langsung ataupun tidak langsung akan

mempengaruhi perkembangan sistem telekomunikasi Indonesia. Beroperasinya

satelit telekomunikasi Palapa dan kemudian pemakaian SKSO (Sistem

Komunikasi Serat Optik) di Indonesia merupakan bukti bahwa Indonesia juga

mengikuti dan mempergunakan teknologi ini di bidang telekomunikasi.

Tidak disangkal lagi bahwa serat optik akan memberikan kemungkinan

yang lebih baik bagi jaringan telekomunikasi. Serat optik adalah salah satu media

transmisi yang dapat menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dengan

keandalan yang tinggi. Berlainan dengan media transmisi lainnya, maka pada

serat optik gelombang pembawanya tidak merupakan gelombang elektromagnet

atau listrik, akan tetapi merupakan sinar/cahaya laser.

Sistem telekomunikasi ini sebenarnya sudah diteliti sejak lama, tetapi

karena banyaknya kesulitan atau hambatan yang timbul terutama di dalam usaha

menghilangkan kotoran dalam pembuatan serat optik. Kotoran di dalam serat

optik dapat mengakibatkan rugi-rugi transmisi dan dispersi yang tidak sempurna.


Actual Optical FiberCentral PVC Tube

Outer PVC jacket Kevlar Yam Streght Member

Sebagaimana namanya maka serat optik dibuat dari gelas silika dengan

penampang berbentuk lingkaran atau bentuk-bentuk lainnya. Pembuatan serat

optik dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental-cair sehingga dapat

diperoleh serabut/serat gelas dengan penampang tertentu. Proses ini dikerjakan

dalam keadaan bahan gelas yang panas. Yang terpenting dalam pembuatan serat

optik adalah menjaga agar perbandingan relatif antara bermacam lapisan tidak

berubah sebagai akibat tarikan. Proses pembungkusan seperti pemberian bahan

pelindung atau proses pembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah

hingga ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan pembuatan kabel biasa.

Para peneliti Lucent hari Kamis (28/06) menemukan bahwa sehelai serat optik

ternyata mampu mengirimkan informasi 10 kali lebih banyak dari yang selama ini

diperkirakan. Tim di Bell Labs mengungkapkan bahwa secara teori ternyata

dimungkinkan mengirimkan sekitar 100 terabit data, atau sekitar 20 milyar e-mail

satu halaman, secara simultan lewat sehelai serat optik. Sebagai pembanding,

sistem optik komersial saat ini hanya mampu mengirim data di bawah 2 terabit

per detik. Sedangkan percobaan di laboratorium menunjukkan laju transmisi yang

dapat dicapai adalah sebesar 10 Terabytes per second (Tbps).

Sejauh ini para ilmuwan kesulitan menghitung seberapa besar informasi,

secara teoritis, yang dapat dikirimkan melalui serat optik karena bentuk optik-nya

sendiri membuat pengiriman data mudah sekali mengalami ketidakteraturan.

Dalam melakukan risetnya, Bell Laps meneliti sistem telekomunikasi yang

menggunakan wavelength division multiplexing --suatu teknik untuk

meningkatkan kapasitas sehelai serat-- dan memperkirakan seberapa banyak

informasi yang dapat dikirim dari transmitter ke receiver. Menurut Lucent, bila

signal yang dikirim memiliki tenaga terlalu kecil, maka signal itu akan terganggu

atau dikalahkan "keramaian" sistem, sebaliknya bila signal terlalu kuat, maka dia

akan berbaur dan mengganggu signal lain. Namun dengan kekuatan dan panjang

gelombang tertentu, para peneliti memastikan bahwa, secara teoritis, serat optik

dapat mengirim 100 terabit data per detik tanpa mengalami gangguan atau

mengganggu.


Kabel Fiber Optik memiliki suatu inti yang dibuat daripada kaca yang

terletak di tengah-tengah. Ia dikelilingi oleh beberapa lapisan bahan pelindung. Ia

menghantarkan cahaya dan bukannya sinyal elektronik dan mengurangi masalah

gangguan gelombang frekuensi bahan elektrik.

Ini menjadikan ia amat ideal bagi daerah yang memiliki gelombang

frekuensi yang tinggi. Ia juga merupakan bahan yang paling bermutu bagi

sambungkan rangkaian antara bangunan terutama kelebihannya yang tahan pada

kerosakan yang disebabkan oleh suhu kelembapan dan cahaya.

Kabel fiber optik mampu mengantarkan sinyal di dalam daerah yang luas

dibanding kabel koaksial dan Twisted pair. Serat Optik juga mempunyai

kemampuan membawa informasi dengan jumlah yang besar. Kapasitas membawa

informasi yang besar ini berarti menambah kemampuan berkomunikasi termasuk

acara interaktif dan tatap muka dengan video (video conferencing).

Harga kabel fiber optik berbeda jauh dibandingkan kabel tembaga namun kabel

serat optic juga sulit untuk dipasang(install) dan dimodifikasi. Harus

memperhatikan sudut tekukan pada saat pemasangan.

Jenis Jenis Kabel Koaksial Dengan Karakteristik

A. Untuk jenis RG tahanan 50 ohm

Makna RG pada kabel koaksial yaitu tipe-tipe kabel koaksial dilihat dari keadaan

fisik dan kegunaan kabel koaksial menurut American Askery Standarty MIL-C-17


.

B. Untuk Jenis RG tahanan 75 ohm

Perbandingan kabel koaksial dengan Serat optis

Kabel Coaxial Kabel Serat Optik

Delay 0.005 ms/km 0.048 ms/km

Keamanan

- aman dari penyadapan - tidak dapat di jamming

- aman dari penyadapan - tidak dapat di jamming

Penambahan kanal Kapasitas kanal Transmisi TV Broadcast Transmisi data Umur sistem

memasang kabel baru sedang-besar baik, tidak ekonomis tidak dapat

memasang kabel baru sedang-besar sekali baik dan ekonomis tidak dapat baiksekali


MTBF baik, tidak praktis lebih dari 25 tahun ± 10 tahun

lebih dari 25 tahun ± 10 tahun

Sistem Komunikasi Serat Optik (SKSO)

A. Pendahuluan

Perkembangan dan penerapan teknologi dunia yang berkembang dengan

cepat, secara langsung ataupun tidak langsung akan mempengaruhi perkembangan

sistem telekomunikasi Indonesia. Beroperasinya satelit telekomunikasi Palapa dan

kemudian pemakaian SKSO (Sistem Komunikasi Serat Optik) di Indonesia

merupakan bukti bahwa Indonesia juga mengikuti dan mempergunakan teknologi

ini di bidang telekomunikasinya.

Tak disangkal lagi bahwa serat optik akan mmberikan kemungkinan yang lebih

baik bagi jaringan telekomunikasi. Serat optik adalah salah satu media transmisi

yang mampu menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dengan keandalan

yang tinggi. Berlainan dengan media transmisi lainnya, maka pada serat optik

gelombang pembawanya bukan gelombang listrik ataupun gelombang

elektromagnetik akan tetapi cahaya, baik cahaya tampak maupun cahaya tak

tampak.

Sistem telekomunikasi ini sebenarnya sudah diteliti sejak lama,tetapi

karena banyaknya kesulitan atau hambatan yang timbul terutama didalam usaha

menghilangkan kotoran dalam pembuatan serat optik. Kotoran dalam serat optik

dapat mengakibatkan rugi-rugi transmisi dan disperse yang tidak sempurna.

Sebagaimana namanya maka serat optik dibuat dari gelas silika dengan

penampang berbentuk lingkaran atau berbentuk lainnya. Pembuatan serat optic

dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental cair sehingga dapat diperoleh

serabut/serat gelas dengan penampang tertentu.Proses ini dikerjakan dalam

keadaan bahan gelas yang panas. Yang penting dalam pembuatan serat optic

adalah menjaga agar perbandingan relatifantara bermacam lapisan tidak berubah

sebagai akibat tarikan.Prosespembungkusan seperti pemberian bahan pelindung


atau prosespembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah hingga

ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan pembuatan kabel biasa.

B. Pembuatan serat optik

Serat optik dapat dibuat dari silika (SiO2), polimer1 (Plastic Optical Fiber,

POF), atau campuran keduanya. Pada dasarnya serat optik disusun oleh bagian-

bagian:

Bagian dalam silinder yang memiliki indeks bias tinggi yaitu inti (core);

Bagian tengah silinder yang memiliki indeks bias lebih rendah yaitu

selimut (cladding);

Bagian pelindung terluar (biasanya terbuat dari Polyurethane atau PVC),

yaitu pelindung (jacket).

Untuk serat optik umumnya diameter core berkisar 10 – 600 mikron,

ketebalan cladding berkisar 125 – 630 mikron, dan jaketnya bervariasi antara 250

– 1040 mikron. Sedangkan untuk POF diameter keseluruhannya berkisar antara

750 – 2000 mickron. Dengan adanya perbedaan diameter tersebut membuat serat

optik POF lebih mudah ditangani daripada serat optik yang berasal dari silika.

Gambar 3.7 Struktur dasar serat optik.

Pembuatan serat optik apakah menggunakan silika, plastik, ataupun

kombinasi keduanya mempertimbangkan berbagai faktor seperti kualitas dan

1 Polimer merupakan bahan hasil turunan dari minyak bumi. Hasil jadi dari polimer antara lain karet sintetis dan plastik.


harga. POF memiliki keuntungan pada harga yang lebih murah dan

penggunaannya pada spektrum cahaya tampak. Akan tetapi kelemahannya adalah

besarnya rugi-rugi. Oleh karena itu POF hanya digunakan pada jarak yang

pendek. Pada aplikasinya POF umum digunakan pada bidang medis dan

instrumen industri. Dan menurut penelitian terakhir, serat jenis ini digunakan pada

sistem transmisi data pada mobil.

Kemudian jika bahan yang digunakan adalah kaca silika maka bahan

tersebut harus memiliki tingkat kemurnian yang tinggi supaya rugi-rugi cahaya

yang melewati serat tersebut minimal. Mungkin timbul pertanyaan mengenai

bagaimana kaca silika murni diperoleh, sebagaimana diketahui, bahwasanya kaca

terbuat dari pasir? Bagaimana cara membuat indek bias core dan cladding

berbeda, padahal berasal dari bahan yang sama?

Untuk pertanyaan pertama, terdapat reaksi kimia yang dapat menerangkan

cara pembuatan kaca selain dengan jalan meleburkan pasir untuk mendapatkan

benih kaca yan terkandung di dalamnya. Dimulai dengan SiO4 dan O2 dalam

keadaan gas, kemudian digunakan panas atau katalis agar terjadi reaksi:

SiCl4 + O2 SiO2 + 2Cl2

Sedangkan untuk pertanyaan kedua, ada prosedur sederhana untuk

memperoleh indek bias core lebih tinggi dari cladding. Seperti kita ketahui bahwa

dengan menambahkan sejumlah kecil substansi ke substansi lain akan

menghasilkan perubahan atau peningkatan sifat dari substansi yang ditambahi.

Dalam kasus pembuatbedaan indek bias core dan cladding ini, ditambahkan

germanium tetrachloride dalam wujud gas ke dalam kaca silika murni.

Germanium yang memiliki 18 elektron lebih banyak daripada silika bertindak

sebagai dopan. Sebagai hasilnya, indek bias dari inti akan menjadi lebih tinggi.

Dan untuk cladding, dari silika murni ditambahkan boron atau flourine untuk

mengurangi indek biasnya. Peningkatan perbedaan itulah yang menentukan baik

tidaknya transmisi cahaya.


Ada berbagai macam serat optik menurut mode transmisi dan profil indek

bias. Hal tersebut tidak akan dibahas secara detail di sini, namun pada dasarnya

dalam merancang serat optik bergantung kepada kebutuhannya. Parameter-

parameter seperti atenuasi, bandwidth, dispersi, dan kekuatan tarik harus menjadi

pertimbangan dalam perancangan tersebut. Juga mengenai perlindungan terhadap

faktor-faktor eksternal seperti kelembaban, panas, dingin, dan air harus

diperhatikan. Itulah mengapa lembaran plastik digunakan. Biasanya kabel serat

optik tersebut juga harus memenuhi kebutuhan seperti fleksibilitas, ketahanan

terhadap ikatan dan benturan serta ringan. Berikut diilustrasikan desain serat optik

untuk menggambarkan banyaknya polimer yang digunakan dalam pembuatan

serat optik.

Sebagai contoh, serat optik disusun sebagai suatu sistem multilayer

dimana serat pertama kali dikelilingi oleh tabung penyangga. Tabung penyangga

ini biasanya berupa lapisan silikon atau epoxy resin yang lebih lembut dari jaket

luar dan tidak memiliki fungsi optik. Lapisan ini menjaga serat dari microbend

(bengkokan mikro) karena adanya kontak fisik dengan komponen lain dalam

susunan kabel.

Gambar 3.8 Contoh desain serat optik.

Sebagai benda yang mudah putus, serat memerlukan penguat secara

mekanik. Banyak bahan yang biasanya berbentuk benang / filamen digunakan


untuk melakukan fungsi tersebut. Salah satunya adalah fiberglass, dan dalam

contoh ini dapat dilihat benang-benang fiberglass mengelilingi tabung penyangga.

Karena serat optik adalah bahan yang kaku maka ditambahkan lapisan

polyurethane sebagai bantalan.

Jika kabel tersebut diinginkan untuk memiliki kekuatan regang yang baik

maka dapat digunakan lapisan KevlarÒ. Biasanya Kevlar® disusun dalam kabel

dalam bentuk filamen / benang-benang halus. Lingkungan pemasangan kabel juga

harus dipertimbangkan, misalnya dipasang di udara, dalam air, atau bawah tanah.

Pertimbangan tersebut membuat penambahan lapisan luar / jaket menjadi sangat

diperlukan. Untuk keperluan tersebut biasanya digunakan PVC dan polyurethane.

PVC merupakan bahan yang lebih baik dari polyurethane, jika dibutuhkan

ketahanan terhadap air, api, asam, alkalis, hidrokarbon, dan alkohol. Sebaliknya,

polyurethane lebih baik dari PVC apabila dibutuhkan ketahanan terhadap abrasi,

radiasi nuklir, dan temperatur yang rendah.

Proses pembuatan serat optik sendiri melalui tiga langkah dasar yaitu:

pembuatan bahan dasar, penarikan serat dari bahan dasar, dan pengujian.

1. Pembuatan bahan dasar

Pembuatan bahan kaca ini melalui proses yang disebut dengan modified chemical

vapor deposition (MCVD).

Gambar 3.9 Proses MCVD.


Dalam MCVD, oksigen ditiupkan dalam senyawa silikon klorida (SiCl4),

germanium klorida (GeCl4) dan senyawa-senyawa lainnya. Keluaran dari

peniupan senyawa-senyawa tersebut kemudian masuk ke tabung pembentuk.

Dalam tabung berputar yang dipanasi tersebut terjadi dua hal:

Silikon dan germanium bereaksi dengan oksigen, membentuk silikon

dioksida (SiO2) dan germanium dioksida (GeO2).

Silikon dioksida dan germanium dioksida melebur membentuk kaca silika.

Hasil dari proses ini adalah kaca silika yang berbentuk batangan / tabung panjang

sebagai bahan untuk proses selanjutnya.

2. Penarikan serat dari bahan dasar

Setelah bahan diuji kemudian bahan tersebut dimasukkan ke menara

penarikan serat untuk dibentuk menjadi serat optik.


Gambar 3.10 Penarikan serat dari bahan dasar

Bahan dasar yang diperoleh dari proses sebelumnya dimasukkan ke

tungku (furnace) grafit yang dipanasi hingga 1900 – 2200 derajat Celcius. Karena

panas itu bahan (preform) meleleh dan jatuh karena tarikan gravitasi. Dalam

proses tersebut pula terjadi pendinginan sehingga membentuk benang dan ukuran

diameter benang diukur oleh mikrometer laser. Kemudian benang tersbut

dimasukkan ke tungku pelapis pertama (Coating Cup I) untuk dilapisi dengan

lapisan penyangga dan dipanaskan pada UV Curing Oven I. Selanjutnya serat

melalui Coating Cup 2 dan UV Curing Oven 2 untuk lapisan selanjutnya.

Sedangkan Tracktor digunakan untuk menggulung serat optik yang dihasilkan

dengan kecepatan 10 – 20 m/s.

Pengujian

Setelah proses pembuatan serat selesai, diperlukan pengujian terhadap

serat tersebut. Pengujian yang dilakukan adalah:

1. Kekuatan tarik / rentang, setidaknya harus memenuhi 100.000 lb/in2.

2. Profil indek bias, untuk menentukan tingkap (aperture) numeris.

3. Geometri serat, yaitu mengenai keseragaman diameter core, ukuran

cladding, dan diameter pelapis.

4. Atenuasi, yaitu nilai pelemahan sinyal / cahaya dari berbagai panjang

gelombang cahaya.

5. Kapasitas informasi yang dapat dibawa (Bandwith), jumlah sinyal yang

dapat dibawa pada satu waktu (serat multimode).

6. Dispersi kromatik, penyebaran berbagai panjang gelombang saat melalui

core, hal ini berpengarung pada bandwidth.

7. Temperatur dan kelembaban operasi.

8. Ketergantungan atenuasi terhadap temperatur.

9. Kemampuan untuk menyalurkan cahaya dalam air.


Setelah melalui pengujian tersebut, barulah serat optik dapat digunakan

sesuai rancangan penggunaannya, misalnya dalam air, di udara, ataupun dalam

tanah.

3. Bagaimana Serat Optik Bekerja?

Adanya perbedaan indek bias antara core (n1) dan cladding (n2) merupakan

kunci utama dalam pemanduan sinar yang masuk ke serat optik.

Gambar 3.11 Perambatan sinar dalam serat optik.

Seperti gambar di atas, jika ada sinar yang masuk ke core serat optik maka

sebenarnya sinar tersebut akan dipantul-pantulkan oleh lapisan antara core dan

cladding sehingga sinar tetap pada core. Kejadian tersebut akan terjadi jika sudut

datang lebih besar dari sudut kritis. Jika sudut datang kurang dari sudut kritis2

maka sinar akan dibiaskan ke cladding, kejadian tersebut membuat atenuasi yang

sangat besar pada kuantitas sinar yang dilewatkan. Besarnya sudut kritis

dirumuskan:

Misalkan jika n1=1,446 dan n2=1,430 maka diperoleh sudut kritis 8,53 derajat.

Jika sinar datang berasal dari udara (tidak langsung ke core) maka indek bias

udara harus dilibatkan dalam perhitungan sudut kritis sinar datang dari luar /

udara. Sudut datang luar yang dapat diterima dirumuskan:

2 Perlu dicatat bahwa sudut kritis pada serat optik mengacu pada sumbu serat optik, hal ini berbeda dengan fisika umum dimana pengukuran sudut bias / kritis diacukan pada garis normal.


Karena n0=1 maka melanjutkan contoh di atas diperoleh Qext=12,4 derajat. Berikut

digambarkan kedatangan sinar dari berbagai sudut:

Gambar 3.12 Tanggapan lapisan core-cladding terhadap sinar dari berbagai sudut.

4. Berapa banyak sinar yang dapat dilewatkan core?

Faktor-faktor dominan yang berpengaruh terhadap kemampuan tampung sinar

adalah ukuran serat optik, komposisi serat optik, dan mode perambatan sinar. Jika

yang diacu adalah ukuran, maka semakin besar ukuran core maka semakin besar

kemampuan tampung sinar. Namun dengan besarnya ukuran tersebut juga

membawa masalah saturasi pada penerima. Ukuran serat optik dinyatakan dalam

diameter core/diameter cladding, dalam satuan mikron (10-6). Misalnya, serat

optik 50/125, berarti diameter core 50 mikron dan diameter cladding adalah 125

mikron. Berikut diilustrasikan ukuran-ukuran serat optik yang umum digunakan:

Gambar 3.13 Penampang lintang ukuran serat optik yang umum, dalam mikron.


Jika yang diacu adalah bahan, maka yang dipertimbangkan adalah atenuasi

dan harga. Serat optik yang umum dipakai adalah berasal dari kaca silika, plastik,

dan Plastic Clad Silica (PCS). Serat optik dari kaca silika memiliki atenuasi

terendah tetapi paling mahal. Serat optik dari plastik memiliki atenuasi terbesar

tetapi paling murah. Kelemahannya adalah ketahanannya terhadap panas dan api.

Serat Optik PCS memiliki atenuasi dan harga diantara kedua macam serat

sebelumnya.

Sedangkan menurut mode propagasinya, serat optik dibedakan menjadi

dua tipe yaitu single mode dan multi mode. Untuk multi mode sendiri dibedakan

menjadi multi mode step index dan multi mode graded index. Berikut

digambarkan pola propagasi sinar dalam ketiga jenis mode tersebut:

Gambar 3.14 Macam-macam mode propagasi pada serat optik

Keterangan mode propagasi pada serat optic dari gambar diatas:

Multi mode step index

Pada jenis ini cahaya merambat dalam beberapa mode.Ukuran diameter

core antara 50-250µm yang dilapisi cladding yang sangat tipis.Penyambungannya

lebih mudah karena diameter core lebih besar.Jenis ini hanya digunakan untuk

jarak pendek.

Multi mode graded index

Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang memiliki index bias berbeda,

index bias yang tertinggi terdapat pada pusat core dan berangsur-angsur turun

sampai kebatas core dan cladding.Ukuran diameter core antara 30-60µm.Cahaya

merambat karena refaraksi yang terjadi pada core, sehingga rambatan cahaya

sejajar dengan sumbu serat.Jenis ini digunakan untuk jarak menengah.

Singlemode step index


Cahaya merambat hanya dalam satu mode yaitu sejajar dengan sumbu

serat optic.Ukuran diameter core antara 2-10µm.Cladding lebih besar dari

inti(core).Digunakan untuk jarak jauh, dan mampu menyalurkan data dengan

kecepatan bit rate yang tinggi.

Propagasi cahaya dalam banyak mode

Total mode Mn meningkat dengan naiknya apentur numeric (NA)

Jumlah mode dapat didekati dengan

MN = V2/2

Dimana:

V: Frekuensi normalisasi

V=2πa √N12-N2

2

λ

=2πd x NA

λ

=[2πa] x n1 x (2 x ∆)

λ

a = Radius inti

λ = panjang gelombang operasi

N1 =indeks gas inti

∆ = indeks kias relative

Banyaknya mode kayu mengakibatkan naiknya dispersi.

Contoh

Diketahui serat optik dengan λ =820 nm

n1 = 1,41

n2 = 1,4

diameter inti = 50 nm

∆ = 0,0071

hitung:

NA


Jumlah mode

Jawab

1. NA = (1,412 – 1,42) ½ = 0,1676

V = (2 x π x 25.10 -6 ) x 0,1676

820.10-9

=32,1

2. Jumlah mode

MN = V2/2 = 32,1/2 =515

Catatan

MN harus integer dengn pembulatan kebawah

Material serat optik.

Serat optic - seluruh gelas

- inti gelas, selubung plastic

- seluruhnya plastik

Serat optic:

Bahan dasar : silica (SiO2), indeks bias =1,458 pada λ =850nm

Modifikasi indeks bias dicapai dengan pemberian dopant: GeO2, P2O5 dsb.

1,48

Indeks 1,46

Bias

1,44

0 5 10 15 20 Penambahan dopant (x mol)

Keunggulan serat gelas : absorpsi sangat rendah

Kelemahan : fabrikasi sukar

1000

Atenuasi


Ga O2

F2O5

(db/km) 100

10

1

0,1

1960 1970 1900 1990

Atenuasi 0,3 db/km berarti perbandingan daya setiap km diberikan oleh:

0,3 = 10 log Po/Pi

Po/Pi ≈ 1,07

Setiap km, daya cahaya hanya berkurang 57%

Inti gelas,selubungplastik.

Bahan selubung: - resin silicon,indeks bias=1,405 pada λ = 850nm.

- Teflon FEP,indeks bias = 1,338

Kegunaan: - link jarak agak pendek (~102m)

- Cahaya lebih efisien

- Sumber cahaya murah dapat digunakan

Serat Plastik

Untuk jarak pendek: sampai 100m

NA sampai 0,6

Sudut penerima sampai 70º

Diameter inti 110 – 1400 µm

Contoh:

1. Inti polysterene (n1 = 1,60)

Selubung methyl methacrylate (n2=1,47)

NA = 0,60

2. Inti polymethyl methacrylate (n1=1,49) selubung copolymer NA = 0,50

Tabel. Karekteristik atenuasi dan bandwidth pada berbagai macam serat optik.


Mode MaterialIndex of

Refraction Profile

l microns

Size (microns)

Atten. dB/km

Bandwidth MHz/km

Multi-mode Glass Step 800 62.5/125 5.0 6Multi-mode Glass Step 850 62.5/125 4.0 6Multi-mode Glass Graded 850 62.5/125 3.3 200Multi-mode Glass Graded 850 50/125 2.7 600Multi-mode Glass Graded 1300 62.5/125 0.9 800Multi-mode Glass Graded 1300 50/125 0.7 1500Multi-mode Glass Graded 850 85/125 2.8 200Multi-mode Glass Graded 1300 85/125 0.7 400Multi-mode Glass Graded 1550 85/125 0.4 500Multi-mode Glass Graded 850 100/140 3.5 300Multi-mode Glass Graded 1300 100/140 1.5 500Multi-mode Glass Graded 1550 100/140 0.9 500Multi-mode Plastic Step 650 485/500 240 5 @ 680Multi-mode Plastic Step 650 735/750 230 5 @ 680Multi-mode Plastic Step 650 980/1000 220 5 @ 680Multi-mode PCS Step 790 200/350 10 20

Single-mode Glass Step 6503.7/80 or

12510 600

Single-mode Glass Step 850 5/80 or 125 2.3 1000Single-mode Glass Step 1300 9.3/125 0.5 *Single-mode Glass Step 1550 8.1/125 0.2 *

* Tidak dapat diukur dengan cermat, diperkirakan tak berhingga.

Karakteristik Fiber

1.Rugi-rugi fiber

2.Dispersi

3.Pemilihan panjang gelombang

Rugi-rugi fiber disebabkan oleh

a) Material absorsi oleh material karena ketidak murnian

b) Light scattering karena ketidak sempurnaan material

c) Rugi-rugi belokan karena deformasi struktur dan Wave Guide

Loss =


Los| = 10 log (db)

Elading

Core

Pin Pout

Contoh:

Fiber dengan panjang 100m memiliki Pin = 10 µw dan P out = 9 µw .

Hitung rugi-rugi dalam db /km.

Jawab :

db = 10 log 9/10 = - 0,458 db

db/km = 0,458/ 0,1 = - 4,58 db/km

rugi-rugi = 4,58 db/km

Contoh-contoh :

1. Ditemukan rugi-rugi absobs absorsi 3% dari daya masukan ke fiber dengan

panjang daya masukan ke fiber dengan panjang 10M . Hitung rugi-rugi dalam

db/km

Jawab :

10 m

Pin 0,97 Pin

0,03 Pin

(db) = 10 log

= - 0,132 db / 10 m

= - 13,2 db/km


rugi-rugi = 13,2 db/km

2. Sistem komunikasi serat optic memiliki panjang 10 km dan rugi-rugi 2,5

db/km. Hitung daya keluaran jika daya masukan 400 µm

10 m

400 µm P out L = 25 db

10 log (db) = - 25

= anti log -2,5 = 0,00316

P out = 0,00316 x 400 µm

P out = 1,264 µm

Dispersi

Dispersi digunakan untuk menjelaskan 2 fak pelebaran pulsa.Jika lebar

pulsa input tp1 , lebar pulsa tp2 dispersi ∆t dapat didefinisikan sebagai berikut: ∆t

= √ (tp2² - tp1² )

Dispersi diukur dalam unit waktu umumnya orde monoseconds ( 10-9 s)

atau pikoscon (10 -12 s)

Total dispersi dari fiber tergantung kepada panjang , file yang panjang

akan menyebabkan pelebaran pulsa yang lebih panjang. Jika dalam pabrikasi

disebutkan disperse kesatuan panjang ( µs/km )maka dapat dihitung disperse total

∆t = L x ( disperse / km )

dimana:

∆t = disperse fiber

L = panjang fiber

Dispersi terbagi dalam dua kategori :


1.Dispersi Intermodal

Dispersi yang disebabkan oleh delay perbedaan antar mode

Waktu perjalanan untuk mode nol

Tdo = = ß--- delay propagasi minimum

dimana :

L = panjang fiber

n 1= indeks bias inti

c = kecepatan cahaya

c/n1= Kal cahaya dalam fiber

Waktu perjalanan ujntuk mode kritis

Tdc= ß--- delay propagasi maksimum

dimana sin αc = cos өc = n2 / n1

maka

∆t = tdc – tdo

= [ ( L ≈ n1 )/c ) ≈ [ ( n1 - n2 ) / n2 ]

Untuk ∆ << 1 dimana ∆ =

Didapat

∆t = (L x n1 / c) x ∆

dengan menggunakan NA

∆t = [ L x (NA)²] / (2xn1xc)

C. Sistem Jaringan

Serat optik digunakan untuk menggantikan jenis penghantar data yang

lain. Oleh karena itu serat optik dapat digunakan untuk transmisi data, dengan

berbagai topologi jaringan seperti star, ring, dan bus. Struktur dasar penggunaan

serat optik dalam komunikasi end-to-end ditunjukkan gambar berikut:


Gambar3.15 Model pemakaian serat optik sederhana.

Pada pemancar (transmitter) diperlukan pengubah isyarat listrik ke isyarat

cahaya, sedangkan pada penerima (receiver) diperlukan pengubah dari isyarat

cahaya ke isyarat listrik. Pada transmisi jarak jauh, digunakan repeater untuk

menguatkan kembali sinyal / sinar yang lemah karena rugi-rugi transmisi. Dalam

repeater itupun terjadi pengubahan ke bentuk isyarat listrik untuk dikuatkan,

karena penguatan cahaya tidak dapat dilakukan.

Karena kemampuan tampung sinyal oleh serat optik sangat besar maka

seringkali serat optik digunakan untuk menggantikan beberapa kabel untuk akses

dari satu tempat ke tempat lain dengan cara multiplexing.

Gambar 3.16 Pemaksimalan bandwidth serat optik dengan multiple access.

D. Keuntungan dan Kerugian Atas Pemakaian Serat Optik

Keuntungan atas pemakaian serat optik antara lain:

1. Mempunyai lebar pita frekuensi (bandwidth) yang lebar, sehingga jumlah

informasi yang dibawa akan lebih banyak.


2. Dapat mentransmisikan sinyal digital dengan kecepatan data yang sangat

tinggi dari beberapa Mbit/s sampai dengan Gbit/s.

3. Kebal terhadap interferensi gelombang elektromagnetik, seperti gangguan

petir, transmisi RF, dan sentakan elektromagnetik yang disebabkan oleh

ledakan benda.

4. Memiliki redaman yang sangat kecil dibandingkan dengan kabel tembaga.

5. Serat optik memiliki ukuran fisik yang relatif kecil dan ringan.

6. Serat optik terbuat dari bahan yang tidak menghantarkan listrik, sehingga

resiko hubungan pendek arus listrik yang mengakibatkan kebakaran tidak

terjadi.

Kerugian atas pemakaian serat optik:

1. Serat optik tidak dapat menyalurkan energi listrik, sehingga repeater harus

melakukan pengubahan dari besaran optis ke besaran elektris baru dapat

menguatkan sinyal dan kemudian harus mengubahnya kembali ke besaran

optis.

2. Karena umumnya yang dipancarkan adalah sinar infra merah dengan

intensitas tertentu jika mengenai mata dapat merusak mata.

3. Konstruksi serat optik cukup lemah / rapuh.

E. Kesimpulan1. Pada dasarnya serat optik tersusun atas tiga lapisan yaitu

i. Core (inti)

ii. Cladding (pelindung)

iii. Coat (jaket)

2. Jenis serat optik menurut mode rambatan sinarnya adalah

iv. Single mode

v. Multi mode, terbagi dalam dua macam

1. multi mode step index


2. multi mode graded index

3.Keuntungan terbesar dengan pemakaian serat optik adalah besarnya

bandwidth

yang tersedia dan kecilnya atenuasi selama perambatan sinyal.

BAB 4

SMITH CHART (PETA SMITH)

Pendahuluan

Metode Grafis lazim digunakan pada pemecahan persoalan transmisi,

karena munculnya bilangan kompleks sering mengakibatkan perhitungan menjadi

lama dan sulit. Dengan metode grafis diharapkan kelambanan dan kesulitan

perhitungan dapat jauh dikurangi dengan ketelitian hasil yang cukup memadai,

yaitu dengan mengunakan chart saluran transmisi yang paling popular adalah

dengan mengunakan smith char.

Smith Chart pada dasarnya merupakan kumpulan kurva-kurva untuk resistansi

konstans yang dapat menyatakan impedansi beban, impedansi input, bahkan

impedansi pada tiap titik pada saluran tersebut, dinyatakan dalam fraksi/pecahan

panjang gelombang relative terhadap tempat terjadinya tegangan maxsimum atau

titik tegangan minimum. Juga dapat dengan mudah diturunkan |Ѓ|<Ф dan VSWR.

Smith char dibangun didalm lingkaran dengan radius sebesar satu, pada

koordinat polar yang mengunakan variable radius |Ѓ| dan variable sudut


berlawanan arah jarum jam, sehingga suatu ttik menunjuk koordinat Ѓ = |Ѓ|<Ф

dapat dipandang dalam suatu system koordinat Rectampular komplek, bahwa

koofisien pantul terdiri dari bagian real dan bagian imajiner. Tetapi informasi

tentang koefisien pantul malah tidak dicakup didalam smith chart, hal ini

menghindari keruetan jika harus ditampilkan bertumpukan dengan kurva-kurva

impedansi.

ø

Γi

Γr

|Γ| = 1

Matching impedance

Sebuah system saluran transmisi direfresentasikan oleh gambar berikut :

E

Rs Xs

Zs

ZL

XL

RL

Syarat agar tak terjadi gelombang pantul atau gelombang tegak (standing wave)

maka impedansi karakteristik saluran haruslah setara dengan nilai impedansi

beban (adanya matching impedance).

Rs + jXs = RL - jXL

Diagram Smith

Diagram smith merupakan grafik Г = f (Zo,Zr) pada sumbu Гr tegak lurus sumbu

Гi.


Bagaimana melukis Diagram smith ?

Sebuah system saluran transmisi:

E

Rs Xs

Zs

ZL

XL

RL

Zo

ZL

Vinc

Vrefl

ΓL = Vinc

Vrefl


Koefisien pantul pada titik beban, jika beban ZL dihubungkan dengan saluran

yang mempunyai karakteristik Z0 ;

irZZ

ZZ

Vin

Vrefl

L

LL GG

G0

0

Karena harga atau nilai dari komponen pasif itu tidak tetap maka impedansi

komponen biasanya dinormalisasikan.

jxrZ

jXR

Z

Zz L

00 (pers.1)

Sehingga koefisien pantul :

1

1

1

1

/

/

00

00

0

0

GGGjxr

jxr

Z

Z

ZZZ

ZZZ

ZZ

ZZir

L

L

L

LL

(pers.2)

dari persamaan 1 dan 2 diperoleh ;

ir

ir

L

LjxrZ

GGGG

GG

1

1

1

1

dari persamaan ini dengan memisahkan harga normalisasi resistansi dan reaktansi,

maka diperoleh :

- Bagian Real ;

22

22

1

1

ir

irr

GGGG

- Bagian Imajiner ;

221

.2

ir

ix

GGG

Manipulasi terhap persamaan diatas (bagian real dan bagian imajiner) akan

menghasilkan bentuk yang menyatakan sifat kurva-kurva dalam koordinat

rektanguler-komplek dengan sumbu-sumbu Гr dan Гi.

1). Bagian real


22

22

1

1

ir

irr

GGGG

Ini adalah persamaan lingkaran dalam system koordinat Гr,Гi dimana

Berpusat dititik :

0,

1 r

r

Dan Berradius : 1/(1 + r).

Sebagai contoh :

- - jika r = 0 maka lingkaran mempunyai radius = 1 dengan pusat (Гr,Гi)

= (0,0). Ini sesuai dengan sifat pembebanan reaktif murni yang

menyebabkan koefisien pantul Г = 1.

- - Jika r = 00 , maka lingkaran mempunyai radius = 0 dengan pusat (Гr,Гi)

= (1,0). Ini sesuai dengan sifat beban terbuka yang menyebabkan koefisien

pantul |Г| = 0.

- - Jika r = 1 , maka lingkaran mempunyai radius = 1/2 dengan pusat

(Гr,Гi) = (1/2,0).

- - Dan seterusnya.

Diperoleh pola kurpa :


2). Bagian imajiner.

221

.2

ir

ix

GGG

Persamaan lingkaran dalam system koordinat Гr,Гi dimana;

Berpusat dititik : (1,1/x)

Berradius : 1/x

Sebagai contoh ;

- Jika x = 0, Maka radius = 00 dan pusatnya (Гr,Гi) = (1,00). Membentuk garis

lurus yang equivalent dengan sumbu Гr.

- Jika x = 00, maka radius = 0 dan pusatnya (Гr,Гi) = (1,0).

- Jika x = 1, Maka radius = 1 dan pusatnya (Гr,Гi) = (1,1). Simetris terhadap

sumbu Гr untuk x = 1.

- Dan seterusnya.


X = 1X = 1/2

X = 2

X = 0 X = 00

X = -1/2 X = -1

X = -2

Γi

Γr

1

Pada kurva-kurva, r = konstan dan x = konstans kemudian digabungkan

sehingga dapat menyatakan sembarang harga-harga ZL [ZL ternormalisasi terhadap

Z0] dan Zin [Zin ternormalisasi terhadap Z0) disepanjang saluran yaitu pada suatu

titik potong antara sumbu r = constant dengan suatu x = constant.

X = 1X = 1/2

X = 2

X = 0 X = 00

X = -1/2 X = -1

X = -2

Γi

Γr

1Γi

r = 1

r = 1/2

r = 2

Peta Smiht

VSWR


Pada smith chart disediakan pula skala khusus VSWR = (1 + | Г|) / (1 - |

Г|), sehingga dalam penentuan suatu swr disuatu titik dapat mengambil jarak

radial antara titik Zin pada chart dengan Z = r = 1 (titik pusat chart) kemudian

menyelesaikan jarak tersebut.

|.||.|

|.||.|

||1

||1

RoRorinRoRorin

RoRorinRoRorinVSWR

VSWR

GG

Jika rin > 1 atau rin > Ro, maka VSWRin = 1/rin = Rin/Ro,

Jika rin < 1 atau rin < Ro, Maka VSWRin = 1/Rin = ro/Rin.

Dimana :

- rin = Zin = Nilai impedansi masukan bagian Real.

- Ro = Zo = nilai impedansi saluran bagian real.

Smith Chart juga dapat dipergunakan sebagai chart admitansi, biasanya

dalam penyelesaian persoalan praktis untuk analisis rangkain / hubungan-

hubungan pararel agar lebih mudah. Dibandingkan kegunaanya sebagai chart

impedansi. Analogi dan perbedaannya sebagai chart acmitansi :

- admitansi ternormalisasi : y = 1/z = Y/Yo = 1/(r+jx) = g + Jb

- lingkaran r = constant -----à g = constant

lingkaran X = constant ----à b = constant

- untuk Г dan sudut Ф yang terbaca diskala pingiran chart harus ditambah

dengan 1800

Aturan – aturan Peta smith :

a. Aturan lingkaran.

- Garis mendatar yang melalui pusat (centrum) 1.0 menyatakan nilai

resistansi Normalisasi (R/Z0) atau Konduktasi Normalisasi ( G/Y0).

- Separuh lingkaran diatas garis menyatakan nilai reaktansi induktif

normalisasi ( +JX/Z0 ) atau suseptansi induktif normalisasi ( +JB/Y0 ).

Separuh lingkaran dibawah garis menyatakan nilai rekatansi kapasitif


Normalisasi ( -JX/Z0 ) atau nilai suseptansi Kapasitif normalisasi (

-JB/Z0 ).

- Jika yang diketahui adalah impedans masukan saluran transmisi (Zi) maka

untuk mencari impedans beban (ZB) harus diperhatikan lingkaran paling

luar dengan skala yang ada didalam lingkaran yang pembacaannya

berlawanan arah dengan jarum jam, yang diistilahkan panjang gelombang

menuju beban. Sebaliknya jika yang diketahui adalah impedans beban

(ZB) maka untuk mencari impedans masukan (Zi) diperhatikan lingkaran

paling luar dengan skala paling luar, pembacaanya mengikuti arah arum

jam, yang diistilahkan panjjang beban menuju generator.

- Lingkaran yang paling dalam menyatakan koepisien sudut pantul yang

dinyatakan dalam derajat.

b. Aturan skala garis.

- skala sebelah kanan menyangkut angka-angka pantulan koepisien pantul

(atas), bagiaan bawah menyangkut nilai rugi-rugi pantulan.

- Skala disebelah kiri, menyangkut masalah gelombang tegak (SWR) bagian

bawah, sedangkan bagian atas menyangkut masalah rugi-rugi trasmisi.

c. Skala derajat pada lingkaran dengan r = 0 pada peta smith mengambarkan nilai

koefisien sudut pantul (Φ).

d. Penentuan Nilai Vswr dan Koefisien pantul.

- Vswr, dalam penentuan suatu swr disuatu titik dapat mengambil jarak

radial antara titik Zin pada chart dengan Z = r = 1 (titik pusat chart)

kemudian menyesuaikan jarak tersebut. Atau mengambil jarak yang sama

pada Z = r = 1 tetapi berlawanan arah dan dari titik tersebut ditarik garis

tegak lurus ke ruler VSWR dan pada titik perpotongan antara garis dan

ruler adalah nilai Vswr.

- Koefisien pantul (k), dalam penentuan suatu swr disuatu titik dapat

mengambil jarak radial antara titik Zin pada chart dengan Z = r = 1 (titik

pusat chart) kemudian menyelesaikan jarak tersebut. Dari titik swr tersebut

ditarik garis lurus kebawah hingga memotong ruler koefisien pantul.

Pertemuan titik potong tersebut merupakan nilai koefisien pantul.


Contoh Soal:

1. Panjang saluran transmisi 84,96o

Yo = 0,02 siemens YB = (0,022 + j0,024) siemens Tentukan : a) Yi

b) Zi

Jawab:

a) Yi (normalisasi) = 0,45 - j0,55 Yi = (0,45 – j 0,55) 0,22 siemens = 0,009 – j0,011) siemensb) Zi (normalisasi) = 0,9 + j1,1

= (0,9 + j1,1) = (0,9+j 1,1)

= (45 + j55) W

2. Suatu Proyek pembangunan jaringan telepon yang membentangkan saluran koaksial sepanjang 15 Km. Kabel koaksial yang digunakan mempunyai nilai Vf = 0,8 . Frekuensi operasional 3 Khz. Tegangan sumber 15 Volt. Tahanan dalam (Rd) = 200 Ohm. Beban berupa resistansi murni sebesar 450 Ohm. Diameter luar koaksial mempunyai ukuran 6mm, sedangkan diameter dalam mempunyai ukuran 2,09 mm dengan konstanta dielektrik 1,6. Jika redaman sebesar 0,005 watt/Km. Tentukan:a) Daya sumberb) Daya beban

JawabDiketahui:Vf = 0,8f = 3 KhzVs= 15 VoltRd= 200 OhmRi = 450 OhmD = 6 mmd = 2,09 mmk = 1,6α = 0,005 watt/Km

Zo =


=

= 50,05 Ohm

ZB(norm) =

Zi(norm) = 0,125 – j 0,41Zi = (0,125 – j 0,41) 50,05

= 6,26 – j 20,52 Ohm

Ps = I2.R= Watt

Dari Peta smith diperoleh SWR = 9

9= maka diperoleh nilai k = 0,8

Zi =

Sehingga Pb = Ps (1-k2)e -2αl

= 0,0287(1-0,82) = 8,899 mWatt

3. Diketahui panjang saluran = 120,96o

Zo = 303,0303 Ohm Admitansi masukan (Yi) = (0,00726 – j 0,00066) siemens Tentukan a) YB

b) ZB

Jawab:

Yo = siemens

Normalisasi panjang saluran: o

Yi (norm) = siemens

YB (norm) = (0,55 – j 0,41) siemens ; dari persamaan YB = YB(norm).Yo


Maka diperoleh YB = (0,55 – j 0,41). 0,0033 = (0,001815 – j 0,001353) siemens

ZB(norm) = bertolak belakang 180o dengan YB(norm), maka diperoleh

ZB(norm) = 1,18 + j 0,85

ZB = ZB(norm) . ZO = (1,18 + j 0,85) . 303,0303

ZB = (357,58 + j 257,58) Ohm

4. Diketahui panjang saluran lnorm = 0,104 l

Zi(norm) = 1,2 + j 0,4 Ohm

Yi = (0,0125 – j 0,004167) siemens

Tentukan nilai YB…. ?

Jawab:

ZB (norm) = 0,75 + j 0,25 Ohm

Zi(norm) = bertolak belakang 180o dengan Yi(norm) maka di peroleh = 0,75 – j 0,25

ZB(norm) = bertolak belakang 180o dengan YB(norm) maka di peroleh = 1,2 – j 0,4

Yo = siemens

YB = YB(norm) . YO = (1,2 – j 0,4) . 0,0166

YB = (0,01992 – j 0,00664) siemens


Documents

SALURAN TRANSMISI