Transmisi (telekomunikasi)

Transmisi merupakan sebuah pemancar (Transmitter) telekomunikasi yang bertujuan untuk memancarkan sinyal Radio Frekuensi (RF) yang membawa sinyal informasi berupa gambar (Video) dan suara (Audio), sehingga dapat diterima oleh pesawat penerima (Receiver) TV di daerah yang tercakup/tercover oleh pemancar TV tersebut.

Lihat juga

Saluran komunikasi

Artikel bertopik komunikasi ini adalah sebuah rintisan. Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya.

=Penerapan

Dalam banyak rangkaian listrik , panjang kabel yang menghubungkan komponen sebagian besar dapat diabaikan. Artinya, tegangan pada kabel pada waktu tertentu dapat dianggap sama di semua titik. Namun, ketika tegangan berubah dalam interval waktu yang sebanding dengan waktu yang dibutuhkan sinyal untuk melakukan perjalanan ke kawat, panjangnya menjadi penting dan kawat harus diperlakukan sebagai saluran transmisi. Dengan kata lain, panjang kawat penting ketika sinyal memasukkan komponen frekuensi dengan panjang gelombang yang sesuai sebanding dengan atau kurang dari panjang kawat.

Aturan umum adalah bahwa kabel atau kawat harus diperlakukan sebagai saluran transmisi jika panjangnya lebih dari 1/10 dari panjang gelombang. Pada panjang ini penundaan fase dan gangguan dari setiap refleksi pada saluran menjadi penting dan dapat menyebabkan perilaku yang tidak terduga dalam sistem yang belum dirancang dengan hati-hati menggunakan teori saluran transmisi.

=Empat Model Terminal

Variasi pada simbol elektronik skematis untuk saluran transmisi

Untuk keperluan analisis, saluran transmisi listrik dapat dimodelkan sebagai jaringan dua-port (juga disebut quadripole), sebagai berikut:

Dalam kasus yang paling sederhana, jaringan diasumsikan linier (yaitu tegangan kompleks di kedua port sebanding dengan arus kompleks yang mengalir ke dalamnya ketika tidak ada pantulan), dan kedua port diasumsikan dapat dipertukarkan. Jika saluran transmisi seragam sepanjang, maka perilakunya sebagian besar dijelaskan oleh parameter tunggal yang disebut impedansi karakteristik , simbol Z0. Ini adalah rasio dari tegangan kompleks dari gelombang yang diberikan ke arus kompleks dari gelombang yang sama di setiap titik di saluran. Nilai tipikal Z ₀ adalah 50 atau 75 ohm untuk kabel koaksial , sekitar 100 ohm untuk pasangan kabel bengkok, dan sekitar 300 ohm untuk jenis umum pasangan tidak berpilin yang digunakan dalam transmisi radio.

Saat mengirimkan daya ke saluran transmisi, biasanya diinginkan bahwa daya sebanyak mungkin akan diserap oleh beban dan sesedikit mungkin akan dipantulkan kembali ke sumbernya. Ini dapat dipastikan dengan membuat impedansi beban sama dengan Z ₀ , dalam hal ini saluran transmisi dikatakan cocok .

Saluran transmisi diambil sebagai dua kabel hitam.Pada jarak x ke saluran, ada arus I(x) yang berjalan melalui masing-masing kabel, dan ada perbedaan tegangan V(x) antara kabel. Jika arus dan tegangan berasal dari gelombang tunggal (tanpa refleksi), maka V(x) / I(x) = Z ₀ , di mana Z ₀ adalah impedansi karakteristik saluran.

Beberapa daya yang dimasukkan ke dalam saluran transmisi hilang karena hambatannya.Efek ini disebut kerugian ohmik atau resistif (lihat pemanasan ohmik ). Pada frekuensi tinggi, efek lain yang disebut kerugian dielektrik menjadi signifikan, menambah kerugian yang disebabkan oleh resistensi. Kehilangan dielektrik disebabkan ketika bahan isolasi di dalam saluran transmisi menyerap energi dari medan listrik bolak-balik dan mengubahnya menjadi panas (lihat pemanasan dielektrik ). Saluran transmisi dimodelkan dengan resistansi (R) dan induktansi (L) secara seri dengan kapasitansi (C) dan konduktansi (G) secara paralel.Hambatan dan konduktansi berkontribusi terhadap hilangnya saluran transmisi.

Kehilangan total daya dalam saluran transmisi sering ditentukan dalam desibel per meter (dB / m), dan biasanya tergantung pada frekuensi sinyal. Pabrikan sering menyediakan bagan yang menunjukkan kerugian dalam dB / m pada rentang frekuensi. Hilangnya 3 dB kira-kira setara dengan separuh dari daya.

Saluran transmisi frekuensi tinggi dapat didefinisikan sebagai saluran yang dirancang untuk membawa gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya lebih pendek dari atau sebanding dengan panjang saluran. Dalam kondisi ini, perkiraan yang berguna untuk perhitungan pada frekuensi yang lebih rendah tidak lagi akurat. Ini sering terjadi pada sinyal radio , microwave dan optik , filter optik mesh logam , dan dengan sinyal yang ditemukan di sirkuit digital berkecepatan tinggi .

=Impedansi Input Saluran Transmisi

Melihat ke arah beban melalui panjang (l) {\ displaystyle \ ell}dari saluran transmisi lossless, perubahan impedansi sebagai l{\ displaystyle \ ell} meningkat, mengikuti lingkaran biru pada grafik Smith impedansi ini.(Impedansi ini dicirikan oleh koefisien pantulannya , yang merupakan tegangan pantul dibagi dengan voltase kejadian). Lingkaran biru, yang berpusat di dalam bagan, kadang-kadang disebut lingkaran SWR (kependekan dari rasio gelombang berdiri konstan ).

Impedansi karakteristik Zo dari saluran transmisi adalah rasio amplitudo gelombang tegangan tunggal dengan gelombang arusnya. Karena sebagian besar saluran transmisi juga memiliki gelombang pantul, impedansi karakteristik umumnya bukan impedansi yang diukur pada saluran.

Impedansi diukur pada jarak tertentu l dari impedansi beban ZL dapat dinyatakan sebagai

$Z_{\mathrm {in} }\left(\ell \right)={\frac {V(\ell )}{I(\ell )}}=Z_{0}{\frac {1+{\mathit {\Gamma }}_{\mathrm {L} }e^{-2\gamma \ell }}{1-{\mathit {\Gamma }}_{\mathrm {L} }e^{-2\gamma \ell }}}$ ,

dimana γ adalah konstanta propagasi dan I'L= (ZL- Z0)/(ZL+ Z0 ) adalah koefisien refleksi tegangan yang diukur pada ujung beban saluran transmisi. Atau, rumus di atas dapat disusun kembali untuk menyatakan impedansi input jika impedansi beban lebih besar daripada koefisien refleksi tegangan beban.

$Z_{\mathrm {in} }(\ell )=Z_{0}\,{\frac {Z_{\mathrm {L} }+Z_{0}\tanh \left(\gamma \ell \right)}{Z_{0}+Z_{\mathrm {L} }\,\tanh \left(\gamma \ell \right)}}$ .

Impedansi input dari saluran transmisi lossless

Untuk saluran transmisi lossless, konstanta propagasi adalah murni imajiner, γ=jβ, sehingga rumus di atas dapat ditulis ulang sebagai

  $Z_{\mathrm {in} }(\ell )=Z_{0}{\frac {Z_{\mathrm {L} }+j\,Z_{0}\,\tan(\beta \ell )}{Z_{0}+j\,Z_{\mathrm {L} }\tan(\beta \ell )}}$

dimana β= 2π/(panjang gelombang) adalah bilangan gelombang itu .

Dalam menghitung β panjang gelombang umumnya berbeda di dalam saluran transmisi dengan apa yang akan di ruang bebas.Konsekuensinya, konstanta kecepatan material yang dibuat oleh saluran transmisi perlu diperhitungkan saat melakukan perhitungan seperti itu.

Kasus khusus saluran transmisi lossless

setengah panjang gelombang

Untuk kasus khusus dimana βl=nπ di mana n adalah bilangan bulat (artinya panjang garis adalah kelipatan setengah panjang gelombang), rumus berkurang ke impedansi beban sehingga

Zin = ZL

untuk semua n. Ini termasuk kasus ketika n=0, yang berarti bahwa panjang saluran transmisi sangat kecil dibandingkan dengan panjang gelombang. Signifikansi fisik dari hal ini adalah bahwa saluran transmisi dapat diabaikan (yaitu diperlakukan sebagai kabel) dalam kedua kasus.

Panjang gelombang kuartal

Untuk kasus di mana panjang saluran adalah seperempat panjang gelombang, atau kelipatan ganjil dari seperempat panjang gelombang, impedansi input menjadi

$Z_{\mathrm {in} }={\frac {Z_{0}^{2}}{Z_{\mathrm {L} }}}~\,.$

Beban yang cocok

Kasus khusus lain adalah ketika impedansi beban sama dengan impedansi karakteristik saluran (yaitu saluran dicocokkan ), dalam hal ini impedansi berkurang ke impedansi karakteristik saluran sehingga

Zin = ZL = Z0

untuk semua l dan semua lambda(panjang gelombang).

Gelombang berdiri pada saluran transmisi dengan beban sirkuit terbuka (atas), dan beban sirkuit pendek (bawah). Titik-titik hitam mewakili elektron, dan panah menunjukkan medan listrik.

Rangkaian hubung singkat

Untuk kasus korsleting (ZL=0), impedansi input murni imajiner dan fungsi periodik dari posisi dan panjang gelombang (frekuensi)

$Z_{\mathrm {in} }(\ell )=j\,Z_{0}\,\tan(\beta \ell ).\,$

Rangkaian terbuka

Untuk kasus beban terbuka (ZL = ∞ ), impedansi input sekali lagi imajiner dan periodik

$Z_{\mathrm {in} }(\ell )=-j\,Z_{0}\cot(\beta \ell ).\,$

Jalur transmisi bertahap

Contoh sederhana dari saluran transmisi stepped yang terdiri dari tiga segmen.

Saluran transmisi bertahap digunakan untuk pencocokan impedansi rentang luas. Hal ini dapat dianggap sebagai beberapa segmen saluran transmisi yang dihubungkan secara seri, dengan impedansi karakteristik masing-masing elemen menjadi Z0,i. Impedansi input dapat diperoleh dari aplikasi yang berurutan dari relasi rantai

   $Z_{\mathrm {i+1} }=Z_{\mathrm {0,i} }\,{\frac {\,Z_{\mathrm {i} }+j\,Z_{\mathrm {0,i} }\,\tan(\beta _{\mathrm {i} }\ell _{\mathrm {i} })\,}{Z_{\mathrm {0,i} }+j\,Z_{\mathrm {i} }\,\tan(\beta _{\mathrm {i} }\ell _{\mathrm {i} })}}\,$

dimana βi adalah nomor gelombang dari i-th segmen saluran transmisi dan li adalah panjang segmen, dan Zi adalah impedansi front-end yang memuat segmen i-th.

Lingkaran transformasi impedansi sepanjang saluran transmisi yang karakteristik impedansinya Z_0,i {\ displaystyle Z _ {\ mathrm {0, i}}} lebih kecil dari kabel input Zo{\ displaystyle Z_ {0}}. Dan sebagai hasilnya, kurva impedansi tidak terpusat ke arah {\ displaystyle -x}sumbu -x. Sebaliknya jika Z_0,i {\ displaystyle Z _ {\ mathrm {0, i}}> Z_ {0}}>Zo, kurva impedansi harus off-centered menuju {\ displaystyle + x}sumbu +x.

Lingkaran transformasi impedansi sepanjang saluran transmisi yang karakteristik impedansinya Z0,i lebih kecil dari kabel input Zo. Dan sebagai hasilnya, kurva impedansi tidak terpusat ke arah sumbu -x. Sebaliknya jika Z0,i>Zo, kurva impedansi harus off-centered menuju sumbu +x.

Karena karakteristik impedansi dari setiap segmen saluran transmisi Z0,i sering berbeda dari kabel input Zo, lingkaran transformasi impedansi tidak terpusat di sepanjang sumbu x dari sumbu Chart Smith yang representasi impedansinya biasanya dinormalisasi oleh Zo.

Saluran transmisi bertahap adalah contoh dari rangkaian elemen terdistribusi . Berbagai macam sirkuit lain juga dapat dibangun dengan saluran transmisi termasuk filter, pembagi daya dan skrup arah.

=Kabel Koaksial

Garis koaksial membatasi hampir semua gelombang elektromagnetik ke area di dalam kabel. Oleh karena itu, garis koaksial dapat ditekuk dan dipelintir (tunduk pada batas) tanpa efek negatif, dan dapat diikat ke pendukung konduktif tanpa menyebabkan arus yang tidak diinginkan di dalamnya. Dalam aplikasi frekuensi radio hingga beberapa gigahertz, gelombang merambat hanya dalam mode listrik dan magnetik transversal (TEM), yang berarti bahwa medan listrik dan magnet keduanya tegak lurus terhadap arah propagasi (medan listrik radial, dan medan magnet melingkar). Namun, pada frekuensi yang panjang gelombangnya (dalam dielektrik) secara signifikan lebih pendek dari keliling kabel mode transversal lain dapat merambat. Mode-mode ini diklasifikasikan ke dalam dua grup, mode pemandu gelombang listrik transversal (TE) dan magnetik transversal (TM). Ketika lebih dari satu mode dapat ada, tikungan dan penyimpangan lainnya dalam geometri kabel dapat menyebabkan daya ditransfer dari satu mode ke mode lainnya.

Penggunaan yang paling umum untuk kabel koaksial adalah untuk televisi dan sinyal lainnya dengan bandwidth beberapa megahertz. Pada abad ke-20 pertengahan mereka membawa koneksi telepon jarak jauh .

Garis planar

Microstrip

Suatu jenis saluran transmisi yang disebut saluran sangkar , digunakan untuk daya tinggi, aplikasi frekuensi rendah. Fungsinya mirip dengan kabel koaksial besar. Contoh ini adalah saluran umpan antena untuk pemancar radio gelombang panjang di Polandia , yang beroperasi pada frekuensi 225 kHz dan daya 1200 kW.

Sirkuit mikrostrip menggunakan konduktor datar tipis yang sejajar dengan bidang tanah . Microstrip dapat dibuat dengan memiliki strip tembaga di satu sisi papan sirkuit cetak (PCB) atau substrat keramik sedangkan sisi lainnya adalah bidang tanah kontinu. Lebar strip, ketebalan lapisan isolasi (PCB atau keramik) dan konstanta dielektrik dari lapisan isolasi menentukan impedansi karakteristik. Microstrip adalah struktur terbuka sedangkan kabel koaksial adalah struktur tertutup.

Stripline

Sirkuit stripline menggunakan strip datar logam yang diapit di antara dua bidang tanah paralel. Bahan isolasi substrat membentuk dielektrik. Lebar strip, ketebalan substrat, dan permitivitas relatif dari substrat menentukan karakteristik impedansi strip yang merupakan saluran transmisi.

Coplanar waveguide

Waveguide coplanar terdiri dari strip tengah dan dua konduktor luar yang berdekatan, ketiganya struktur datar yang diendapkan ke substrat isolasi yang sama dan dengan demikian terletak di bidang yang sama ("coplanar"). Lebar konduktor tengah, jarak antara konduktor dalam dan luar, dan permitivitas relatif substrat menentukan impedansi karakteristik saluran transmisi coplanar.

Baris seimbang

Saluran berimbang adalah saluran transmisi yang terdiri dari dua konduktor dengan tipe yang sama, dan impedansi yang sama untuk sirkuit pentanahan dan lainnya. Ada banyak format garis seimbang, di antara yang paling umum adalah twisted pair, star quad, dan twin-lead.

Twisted pair

Twisted pair biasanya digunakan untuk komunikasi telepon terestrial. Dalam kabel semacam itu, banyak pasangan dikelompokkan bersama dalam satu kabel tunggal, dari dua hingga beberapa ribu. [9] Format ini juga digunakan untuk distribusi jaringan data di dalam gedung, tetapi kabelnya lebih mahal karena parameter saluran transmisi dikontrol dengan ketat.

Bintang quad

intang quad adalah kabel empat konduktor di mana keempat konduktor dipelintir bersama di sekitar sumbu kabel. Kadang-kadang digunakan untuk dua sirkuit, seperti telepon 4-kawat dan aplikasi telekomunikasi lainnya. Dalam konfigurasi ini setiap pasangan menggunakan dua konduktor yang tidak berdekatan. Di lain waktu digunakan untuk saluran tunggal yang seimbang , seperti aplikasi audio dan telepon 2-kawat . Dalam konfigurasi ini dua konduktor yang tidak berbatasan diakhiri bersamaan di kedua ujung kabel, dan dua konduktor lainnya juga diakhiri bersama. Ketika digunakan untuk dua sirkuit, crosstalk berkurang relatif terhadap kabel dengan dua pasangan bengkok yang terpisah. Ketika digunakan untuk saluran tunggal, seimbang , interferensi magnetik yang diambil oleh kabel datang sebagai sinyal mode umum yang hampir sempurna, yang mudah dilepas oleh transformator kopling. Manfaat gabungan dari memutar, pensinyalan seimbang, dan pola quadrupole memberikan kekebalan kebisingan yang luar biasa, terutama menguntungkan untuk aplikasi tingkat sinyal rendah seperti kabel mikrofon, bahkan ketika dipasang sangat dekat dengan kabel daya. [10] [11] [12] [13] [14] Kerugiannya adalah bahwa bintang quad, dalam menggabungkan dua konduktor, biasanya memiliki dua kali lipat kapasitansi kabel audio berpilin dan berpelindung dua konduktor yang serupa. Kapasitansi tinggi menyebabkan peningkatan distorsi dan kehilangan frekuensi tinggi yang lebih besar dengan meningkatnya jarak. [15] [16]

Twin-lead

Twin-lead terdiri dari sepasang konduktor yang dipisahkan oleh isolator kontinu. Dengan memegang konduktor dengan jarak yang diketahui, geometri ditetapkan dan karakteristik garis konsisten konsisten. Ini kerugian yang lebih rendah daripada kabel koaksial karena impedansi karakteristik twin-lead umumnya lebih tinggi dari kabel koaksial, yang mengarah ke kerugian resistif yang lebih rendah karena berkurangnya arus. Namun, itu lebih rentan terhadap gangguan.

Garis Lecher

Garis Lecher adalah bentuk konduktor paralel yang dapat digunakan di UHF untuk membuat sirkuit resonan. Mereka adalah format praktis yang nyaman yang mengisi kesenjangan antara komponen yang disatukan (digunakan di HF / VHF ) dan rongga resonan (digunakan di UHF / SHF ).

kawat tunggal

Saluran yang tidak seimbang sebelumnya banyak digunakan untuk transmisi telegraf, tetapi bentuk komunikasi ini sekarang sudah tidak digunakan lagi. Kabel mirip dengan twisted pair karena banyak core yang dibundel ke dalam kabel yang sama tetapi hanya satu konduktor yang disediakan per sirkuit dan tidak ada putaran. Semua sirkuit pada rute yang sama menggunakan jalur umum untuk arus balik (bumi kembali). Ada versi transmisi daya dari pengembalian kawat tunggal yang digunakan di banyak lokasi.