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 transmisi artifisial
Dalam telekomunikasi, saluran transmisi artifisial adalah jaringan listrik dua port yang memiliki impedansi karakteristik, waktu tunda transmisi, pergeseran fasa, atau parameter lain dari saluran transmisi nyata. Ini dapat digunakan untuk mensimulasikan saluran transmisi nyata dalam satu atau beberapa hal ini. Garis buatan awal digunakan dalam penelitian telepon dan mengambil bentuk kaskade equalizer fase kisi untuk memberikan penundaan yang diperlukan. Sirkuit fase kisi diciptakan oleh Otto Zobel pada 1920-an.
Kecepatan fase
Kecepatan fase dari gelombang adalah tingkat di mana fase gelombang merambat di ruang angkasa. Ini adalah kecepatan di mana komponen frekuensi gelombang bergerak. Untuk komponen seperti itu, setiap fase gelombang tertentu (misalnya, puncak) akan tampak bergerak dengan kecepatan fase. Kecepatan panjang gelombang diberikan dalam bentuk λ (lambda) dan periode waktu T sebagai
v p = λ T.
Secara ekuivalen, dalam hal frekuensi sudut gelombang yang, yang menentukan perubahan sudut per unit waktu, dan bilangan gelombang (atau bilangan gelombang sudut) k, yang mewakili proporsionalitas antara frekuensi sudut ω dan kecepatan linier (kecepatan rambat) νp,
v p = ω k
Untuk memahami dari mana persamaan ini berasal, pertimbangkan gelombang sinus dasar, A cos (kx - ωt). Setelah waktu t, sumber telah menghasilkan ωt / 2π = ft osilasi. Setelah waktu yang sama, front gelombang awal telah disebarkan jauh dari sumber melalui ruang ke jarak x ke jumlah osilasi yang sama, kx = ωt.
Dengan demikian kecepatan rambat v adalah v = x / t = ω / k. Gelombang merambat lebih cepat ketika osilasi frekuensi yang lebih tinggi didistribusikan kurang padat di ruang angkasa. [2] Secara formal, Φ = kx - ωt adalah fase. Karena ω = ΦdΦ / dt dan k = + dΦ / dx, kecepatan gelombang adalah v = dx / dt = ω / k.
Gelombang longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang di mana perpindahan media berada dalam arah yang sama dengan, atau arah yang berlawanan dengan, arah propagasi gelombang. Gelombang longitudinal mekanis juga disebut gelombang kompresional atau kompresi, karena mereka menghasilkan kompresi dan penghalusan ketika bepergian melalui medium, dan gelombang tekanan, karena mereka menghasilkan kenaikan dan penurunan tekanan.
Jenis utama gelombang lainnya adalah gelombang transversal, di mana perpindahan medium berada pada sudut yang tepat terhadap arah rambat. Beberapa gelombang transversal bersifat mekanis, artinya gelombang membutuhkan media elastis untuk dilalui. Gelombang mekanik transversal juga disebut "gelombang geser".
Dengan akronim, "gelombang longitudinal" dan "gelombang transversal" kadang-kadang disingkat oleh beberapa penulis sebagai "gelombang-L" dan "gelombang-T" masing-masing untuk kenyamanan mereka sendiri. Sementara dua akronim ini memiliki makna khusus dalam seismologi (gelombang-L untuk gelombang Cinta atau gelombang panjang ) dan elektrokardiografi (lihat gelombang T), beberapa penulis memilih untuk menggunakan "gelombang-l" (huruf kecil 'L') dan "t-gelombang" sebagai gantinya, meskipun mereka tidak umum ditemukan dalam tulisan-tulisan fisika kecuali untuk beberapa buku sains populer.
Gelombang longitudinal termasuk gelombang suara (getaran dalam tekanan, partikel perpindahan, dan kecepatan partikel yang diperbanyak dalam media elastis) dan gelombang-P seismik (diciptakan oleh gempa bumi dan ledakan). Dalam gelombang longitudinal, perpindahan media sejajar dengan rambatan gelombang, dan gelombang bisa lurus atau bulat. Gelombang di sepanjang mainan Slinky yang diregangkan, di mana jarak antara kumparan meningkat dan menurun, adalah visualisasi yang baik
Transmisi daya frekuensi radio
Transmisi daya frekuensi radio adalah transmisi daya output pemancar ke antena. Ketika antena tidak terletak dekat dengan pemancar, jalur transmisi khusus diperlukan.
Jenis saluran transmisi yang paling umum untuk keperluan ini adalah kabel koaksial berdiameter besar. Pada pemancar daya tinggi, garis kandang digunakan. Garis sangkar adalah sejenis saluran udara yang serupa dalam konstruksi dengan kabel koaksial. Konduktor interior dipegang oleh isolator yang dipasang pada perangkat melingkar di tengah. Pada perangkat melingkar, ada kabel untuk kutub lain dari garis.
Cage lines digunakan pada pemancar berdaya tinggi di Eropa, seperti pemancar gelombang panjang Topolna, pemancar gelombang panjang Solec Kujawski dan beberapa pemancar berdaya tinggi lainnya untuk gelombang panjang, menengah dan pendek.
Untuk UHF dan VHF, garis Goubau terkadang digunakan. Mereka terdiri dari kawat tunggal terisolasi yang dipasang pada isolator. Di jalur Goubau, gelombang bergerak sebagai arus longitudinal yang dikelilingi oleh medan EM transversal. Untuk gelombang mikro, pandu gelombang digunakan.
Time-domain reflectometer (TDR)
Time-domain reflectometer (TDR) adalah instrumen elektronik yang menggunakan time-domain reflectometry untuk mengkarakterisasi dan menemukan kesalahan pada kabel logam (misalnya, kawat pasangan bengkok atau kabel coaxial). Itu juga dapat digunakan untuk menemukan diskontinuitas dalam konektor, papan sirkuit cetak, atau jalur listrik lainnya. Perangkat yang setara untuk serat optik adalah reflectometer domain waktu optik.
TDR mengukur refleksi di sepanjang konduktor. Untuk mengukur pantulan tersebut, TDR akan mengirimkan sinyal insiden ke konduktor dan mendengarkan pantulannya. Jika konduktor memiliki impedansi yang seragam dan diakhiri dengan semestinya, maka tidak akan ada pantulan dan sinyal insiden yang tersisa akan diserap pada ujung jauh oleh terminasi. Sebaliknya, jika ada variasi impedansi, maka beberapa sinyal insiden akan dipantulkan kembali ke sumbernya. TDR pada prinsipnya mirip dengan radar.
Refleksi
Secara umum, pantulan akan memiliki bentuk yang sama dengan sinyal datang, tetapi tanda dan besarnya tergantung pada perubahan tingkat impedansi. Jika ada peningkatan langkah impedansi, maka pantulan akan memiliki tanda yang sama dengan sinyal insiden; jika ada langkah penurunan impedansi, refleksi akan memiliki tanda sebaliknya. Besarnya refleksi tidak hanya tergantung pada jumlah perubahan impedansi, tetapi juga pada kehilangan konduktor.
Refleksi diukur pada output / input ke TDR dan ditampilkan atau diplot sebagai fungsi waktu. Atau, tampilan dapat dibaca sebagai fungsi panjang kabel karena kecepatan perambatan sinyal hampir konstan untuk media transmisi yang diberikan.
Karena sensitivitasnya terhadap variasi impedansi, TDR dapat digunakan untuk memverifikasi karakteristik impedansi kabel, lokasi sambungan dan sambungan serta kerugian terkait, dan memperkirakan panjang kabel.
Sinyal insiden
TDR menggunakan sinyal insiden yang berbeda. Beberapa TDR mentransmisikan pulsa di sepanjang konduktor; resolusi instrumen semacam itu sering kali lebar pulsa. Pulsa sempit dapat menawarkan resolusi yang baik, tetapi mereka memiliki komponen sinyal frekuensi tinggi yang dilemahkan pada kabel panjang. Bentuk denyut nadi sering setengah sinusoid. Untuk kabel yang lebih panjang, lebar pulsa yang lebih luas digunakan.
Langkah waktu naik cepat juga digunakan. Alih-alih mencari pantulan dari denyut nadi yang lengkap, instrumen lebih mementingkan sisi naik, yang bisa sangat cepat. Sebuah teknologi tahun 1970-an TDR menggunakan langkah-langkah dengan kenaikan waktu 25 ps.
TDR lain mentransmisikan sinyal kompleks dan mendeteksi pantulan dengan teknik korelasi. Lihat reflectometry domain waktu spread-spektrum.
=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
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 .
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
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
,
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.
.
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
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
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).
Rangkaian hubung singkat
Untuk kasus korsleting (ZL=0), impedansi input murni imajiner dan fungsi periodik dari posisi dan panjang gelombang (frekuensi)
Rangkaian terbuka
Untuk kasus beban terbuka (ZL = ∞ ), impedansi input sekali lagi imajiner dan periodik
Jalur transmisi bertahap
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
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 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
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.