TRANSMISSION lINE

1.    Pengertian dan Penjelasan

Transmission Line  merupakan “Perangkat atau media yang dirancang untuk menyalurkan  energi listrik dari satu titik ke titik lain. Khusus dalam bidang telekomunikasi, digunakan untuk transfer energi  RF signal output dari pemancar ke antena.”

“Media yang menghubungkan antara pengirim dan penerima informasi (data), karena jarak yang jauh, maka terlebih dahulu data diubah menjadi kode/isyarat tertentu, dan kode/isyarat tertentu inilah yang kemudian akan dimanipulasi sedemikian rupa untuk diubah kembali menjadi sebuah informasi (data).”

·         Fungsi Transmission Line :
“Untuk mengirim energi dan sinyal listrik dari satu tempat ke tempat lainnya (dari titik sumber/generator ke titik beban).”

·         Karakteristik Transmission Line :
Karakteristik ini bergantung pada :
1. Jenis perangkat elektronika
2. Data yang digunakan oleh perangkat elektronika
3. Tingkat keefektifan dalam pengiriman data
4. Ukuran data yang dikirimkan

2.    Pengertian dan Satuan - satuan Unit

a.    Impedansi

Impedansi adalah perbandingan fasor tegangan V dan fasor arus I pada suatu elemen kutub dua dengan adanya sinyal masukan gelombang sinusoida.

 

                                    Z  =  Impedansi    (ohm)

V  =  Tegangan     (volt)

I    =  Arus             (Ampere) 

                                            

Pada sebuah rangkaian RLC dengan sumber tegangan sinusoidal, besarnya       impedansi total pada rangkaian tersebut adalah perbandingan antara V total terhadap I total. 

         Impedansi juga bisa didefinisikan sebagai besarnya pembebanan atau hambatan suatu komponen pada arus bolak-balik. Impedansi memiliki satuan Ohm. Hambatan pada resistor (R) dinamakan resitansi, hambatan pada kapasitor (X_C) dinamakan reaktansi kapasitif, dan hambatan pada induktor (X_L) dinamakan reaktansi induktif.

                         Rumus untuk impedance

                         Z     =  Impedansi

                   R     =  Resistansi   

                   XL   =  Reaktansi induktif

                   XC  =  Reaktansi kapasitif          

                                            Gambar diagram fasor impedansi

X   =  Reaktansi pada arus bolak-balik (ohm)

R  =  Resistansi pada arus bolak-balik (ohm)

Z  =  Impedansi (ohm)

θ  =  Sudut beda phase antara tegangan dan arus bolak-balik

b.    Reaktansi Induktif

Reaktansi induktif adalah perlawanan terhadap aliran arus dalam sebuah sirkuit induktif. Hal ini menyebabkan arus dalam sebuah rangkaian tertinggal oleh tegangan yang diberikan. Hal ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

 

Contoh rangkaian Induktif dan resistif

 

Dalam suatu rangkaian yang berhubungan dengan frekuensi harga tahanan dari sebuah induktor akan berubah, perubahan ini disebut dengan reaktansi induktif.Reaktansi induktif adalah besarnya hambatan yang dilakukan terhadap arus bolak-balik (AC). Reaktansi induktif diberi simbol (X_L) sedangkan besarnya diukur dalam satuan Ohm ( Ω). Hubungan antara reaktansi induktif dan perubahan induktansi terhadap perubahan frekuensi adalah:

1.     bila frekuensi tetap, sedangkan induktansi bertambah maka X_L akan naik.

2.     bila frekuensi tetap, sedangkan induktansi menurun maka X_L akan turun.

3.     bila induktansi tetap  tetapi frekuensi naik maka X_L akan naik.

4.     bila induktansi tetap  tetapi frekuensi turun maka X_L akan turun.

Reaktansi induktif berbanding lurus terhadap frekuensi, jika frekuensi meningkat maka reaktansi induktif juga akan meningkat atau membesar dan begitu juga sebaliknya.

c.    Reaktansi Kapasitif

Reaktansi kapasitif adalah perlawanan terhadap aliran arus dalam sirkuit kapasitif. Ini akan menyebabkan arus dalam rangkaian mendahului tegangan. Hal ini dapat dihitung dengan :

 

Contoh Rangkaian Resistif dan Kapasitif

Contoh Rangkaian Resistif, Induktif dan kapasitif

 

Reaktansi kapasitif berbanding terbalik terhadap frekuensi, jika frekuensi meningkat maka reaktansi kapasitif akan menurun dan begitu juga sebaliknya. Karakteristik disipasi daya kapasitor pada rangkaian AC sama seperti pada karakteristik daya induktor yaitu sama dengan ‘0’ (Nol), karena daya yang diserap dan disalurkan oleh kapasitor sama besar dan ini hanya berlaku untuk kapasitor ideal.

d.    Impedansi karakteristik

Impedansi karakteristik merupakan impedansi yang berada pada saluran transmisi. Terbentuk oleh adanya resistansi, reaktansi kapasitif dan reaktansi induktif pada sebuah saluran transmisi.

Misalnya terdapat sebuah saluran transmisi yang sangat panjang (infinite length). Pada titik input diberi sinyal, dan sinyal tidak pernah mencapai output, maka impedansi yang terukur pada input saluran tersebut adalah impedansi karakteristik, yang dinyatakan dalam satuan ohm dan dinotasikan sebagai Zo, Sedangkan untuk kondisi yang nyata, impedansi karakteristik diukur pada saluran transmisi yang panjangnya tertentu dengan ujung outputnya dipasang sebuah beban yang impedansinya sama dengan impedansi karakteristik saluran yang diukur tersebut

Transfer energi listrik maksimum (dan paling efisien) terjadi ketika impedansi sumber sama dengan impedansi beban.

Jika karakteristik impedansi dari suatu transmission line dan impedansi pada beban adalah sama, maka energi dari pemancar akan mengalir melalui transmission line menuju ke antenna tanpa adanya losses yang disebabkan oleh reflection.  Setiap transmission line pasti memiliki CHARACTERISTIC IMPEDANCE,  biasanya bersimbol Z0. Z0 adalah perbandingan antara E terhadap I pada tiap titik di sepanjang transmission line.

Karakteristik impedan menentukan jumlah jumlah arus yang dapat mengalir di sepanjang transmission line ketika dihubungkan pada sebuah sumber tegangan.  Karakteristik impedan dapat dibandingkan dengan resistan pada rangkaian DC yang menentukan besarnya arus yang dapat  mengalir.

                  Characteristic Impedance and the Infinite Line

       

Impedansi yang ada pada input transmission line adalah bukan hanya resistansi yang ada pada kabel yang terhubung seri dangan impedansi beban.

Dampak dari hubungan seri induktor dan shunt capasitor pada kabel itu sendiri dapat meng”overshadow” resistansi, dan bahkan beban.

Untuk menentukan input impedansi dari transmission line, tentukan dahulu impedansi dari suatu bagian/potongan transmission line.

Impedansi antara titik K dan L pada gambar B, dapat dihitung dengan menggunakan rumus impedansi seri dan paralel.

Hasilnya akan menjadi nilai impedansi yang melewati titik M dan N. Namun ingat bahwa ini hanya satu bagian kecil dari suatu transmission line, ada bagian lain yang identik dan terhubung dengan titik M dan N.

Impedansi yang melewati titik K dan L pada dua bagian dapat dihitung, menghasilkan impedansi untuk potongan/bagian ketiga.

Proses ini (penjumlahan impedansi dari satu bagian dengan bagian lainnya) dapat berulang terus menerus.

Penambahan masing-masing bagian menghasilkan impedansi yang melalui titik K dan L berubah menjadi nilai yang lebih rendah.

Dan setelah sekian banyak bagian telah ditambahkan/dijumlahkan, maka akan semakin berkurang dampaknya terhadap impedansi yang melalui titik K dan L.

e.    Impedansi di Kawasan Fasor

Impedansi suatu elemen rangkaian di kawasan fasor adalah perbandingan antara fasor tegangan dan fasor arus elemen tersebut

Rumus untuk Impedansi Secara Umum

 

Rumus Impedansi Karakteristik :

·         Paralel Wire

·         Coaxial Cable

D = diameter bahan dielektrik

   d  = diameter konduktor

f.     Admitansi

 adalah kebalikan dari impedansi, yang merupakan nilai yang menunjukkan seberapa mudah suatu rangkaian AC mengalirkan arus listrik. Satuan Internasional untuk admitansi adalah Siemens (S) atau mho (Ʊ).

Dengan rumus  :

            Perlu diperhatikan, bahwa bagian riil admitansi tidak sama dengan kebalikan dari bagian riil impedansi. Bagian imajiner admitansi pun juga tidak sama dengan kebalikan bagian imajiner impedansi.

g.    Voltage Standing Wave Ratio

Ketika suatu saluran transmisi diakhiri dengan impedansi yang tidak sesuai dengan karakteristik saluran transmisi, maka tidak semua daya diserap di ujung. Sebagian daya direfleksikan kembali ke saluran transmisi. Sinyal yang masuk bercampur dengan sinyal yang dipantulkan yang menyebabkan suatu gelombang tegak tegangan mempola di saluran transmisi. Perbandingan tegangan maksimum terhadap tegangan minimum disebut Voltage Standing Wave Ratio (VSWR).

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu nilai standar VSWR yang diijinkan untuk pembuatan saluran transmisi dan antena adalah VSWR ≤ 2. Praktiknya suatu VSWR 1.2 : 1 adalah yang terbaik. Pada VSWR 2.0, kira-kira 10% dari daya dipantulkan kembali ke sumber. Tingginya VSWR tidak hanya berarti daya terbuang, tetapi juga daya yang dipantulkan akan menyebabkan kabel panas

Rumus untuk VSWR

                                                                        Atau

                                V fwd  = forward voltage (tegangan maju ke beban/ antena)

                        V refl  = reflected voltage (tegangan mundur dari beban/ antena)

h.    Koefisien Refleksi

Koefisien Refleksi (Γ) adalah perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dari beban terhadap tegangan yang dikirimkan ke beban yang disebabkan adanya diskontinuitas dalam suatu saluran transmisi. Koefien refleksi disimbolkan Γ. 

Rumus untuk Koefisien Refleksi

                                                           

                                                                V fwd  = forward voltage

                                                V refl  = reflected voltage

          VSWR berhubungan dengan koefisien refleksi. Dimana besarnya VSWR dapat dihitung sesuai persamaan berikut :

                         

i.      Return Loss

        Return Loss (RL) adalah hilangnya kekuatan sinyal akibat refleksi yang disebabkan pada diskontinuitas dalam jalur transmisi. Return loss juga dapat dinyatakan sebagai rasio (dalam dB) relatif daya sinyal terkirim terhadap daya sinyal refleksi

Rumus untuk Return Loss

 

                       

                        P_i  =  incident power atau daya yang terkirim (Watt)

                  P_r  =  reflected power atau daya yang terefleksi (Watt)

                        Besarnya Return loss juga dapat diketahui dengan persamaan :

 

3.    Jenis – Jenis Losses

Losses merupakan kerugian – kerugian yang muncul dalam transmission line karena faktor dari bahan penyusun transmission tersebut, atau faktor yang lainnya.

Jenis – jenis losses ialah :

a.    Copper Losses

Yakni losses yang terjadi akibat adanya dispasi daya berupa panas pada tembaga (copper) yang dapat merugikan sehingga proses transmisi data tidak dapat berjalan dengan 100%

Proses : ketika arus mengalir melalui konduktor yang terbuat dari tembaga sebagian energi akan berubah menjadi panas akibat conduktivity tembaga tidak 100 %

b.    Dielectric Losses

Yakni losses yang terjadi akibat adanya dispasi berupa panas yang ditimbulkan oleh bahan dielectric antara 2 konduktor

Proses : panas yang diakibatkan oleh konduktor akan disalurkan ke media disekitar konduktor. Pada saat terjadi beda potensial, arah orbit elektron bahan dielectric akan berubah akibat  panas sehingga mempengaruhi aliran elektron antar konduktor.

c.    Radiation and Induction Losses

Yakni losses yang terjadi diakibatkan daya yang teradiasi keluar konduktor dan tidak menuju ke antenna

Proses : terjadi ketika medan elektromagnetik disekitar konduktor “menabrak” benda / objek logam disekitarnya sehingga arus terinduksi ke benda tersebut