Propagasi gelombang radio adalah fenomena yang menggambarkan bagaimana gelombang elektromagnetik dalam rentang frekuensi radio merambat atau menyebar melalui medium seperti udara atau ruang hampa udara.
Propagasi gelombang tergantung pada berbagai faktor, termasuk frekuensi gelombang, medan elektromagnetik, dan kondisi atmosfer. Fenomena ini memiliki dampak signifikan dalam perancangan jaringan nirkabel dan komunikasi, karena dapat mempengaruhi jangkauan, kecepatan, dan keandalan komunikasi nirkabel.
Konsep propagasi gelombang radio
Berikut adalah beberapa konsep penting terkait propagasi gelombang radio:
1. Penyebaran: Gelombang radio dapat merambat secara langsung dari antena pemancar ke antena penerima, yang disebut sebagai jalur langsung. Namun, gelombang radio juga dapat mencapai antena penerima setelah beberapa kali dipantulkan atau ditebar, yang disebut sebagai jalur multipath. Penyebaran gelombang radio dapat dipengaruhi oleh hambatan fisik seperti bangunan, pohon, dan topografi, serta oleh pantulan dari permukaan bumi.
2. Pantulan dan Penyerapan: Gelombang radio dapat dipantulkan atau diserap oleh objek dalam lingkungan sekitarnya. Penyerapan terutama terjadi pada frekuensi tertentu, tergantung pada bahan dan karakteristik material. Misalnya, gelombang radio pada frekuensi tinggi lebih mungkin diserap oleh air, sedangkan gelombang radio pada frekuensi rendah lebih mungkin dipantulkan oleh permukaan bumi.
3. Redaman: Redaman adalah penurunan kekuatan sinyal gelombang radio saat mereka merambat melalui medium. Redaman dapat disebabkan oleh berbagai faktor, termasuk jarak transmisi, hambatan fisik seperti bangunan atau pepohonan, kondisi atmosfer seperti hujan atau kabut, dan interferensi dengan sinyal lainnya.
4. Fading: Fading adalah variasi cepat dalam kekuatan sinyal gelombang radio yang disebabkan oleh perubahan dalam kondisi propagasi, seperti perubahan dalam jalur multipath atau perubahan dalam kondisi atmosfer. Ada dua jenis fading utama: fading cepat (fast fading) dan fading lambat (slow fading).
5. Pola Radiasi: Pola radiasi adalah distribusi kekuatan sinyal yang dipancarkan oleh antena dalam berbagai arah. Pola radiasi antena memengaruhi arah dan kekuatan sinyal yang diterima oleh antena penerima, yang pada gilirannya mempengaruhi kualitas dan keandalan komunikasi nirkabel.
Macam macam propagasi gelombang radio
Setiap jenis propagasi gelombang radio memiliki karakteristik uniknya sendiri, yang harus dipertimbangkan dalam perancangan sistem komunikasi nirkabel untuk memastikan kinerja yang optimal tergantung pada kebutuhan aplikasi dan lingkungan operasional.
Baca Juga : Gelombang Radio FM dan AM
Berikut adalah beberapa macam propagasi gelombang radio yang umum terjadi:
Propagasi gelombang tanah (ground wave)
Gelombang tanah (ground wave) disebut dengan gelombang permukaan (surface wave) adalah gelombang radio yang merambat sepanjang di sepanjang permukaan bumi/tanah. Ini umumnya terjadi pada frekuensi MF (Medium Frequency) dan LF (Low Frequency), di mana gelombang lebih mudah membungkuk mengikuti lengkungan bumi.
Selain itu, perubahan kadar air juga berpengaruh terhadap gelombang tanah. Hal ini karena Redaman pada gelombang tanah berbanding lurus terhadap impedansi permukaan tanah tersebut. Impedansi inilah melibatkan konduktivitas dan frekuensi.
Jika bumi mempunyai konduktivitas yang tinggi, maka redamannya akan berkurang. Oleh sebab itu, propagasi gelombang tanah di atas air jauh lebih baik dari pada di tanah kering yang berkonduktivitas rendah. Rugi-rugi (redaman) tanah akan meningkat dengan cepat dengan semakin besarnya frekuensi.
Propagasi gelombang tanah merupakan alternatif untuk berkomunikasi di dalam lautan. Redaman laut bisa diperkecil menggunakan frekuensi rendah ELF (Extremely Low Frequency).antara 30 hingga 300 Hz.
Pada saat pemakaian tertentu seperti frekuensi 100 Hz, maka redamannya hanya berkisar 0,3 dB pe rmeter. Namun apabila frekuensinya makin tinggi, maka redamannya pun akan meningkat drastis contoh 1 GHz, jadi redamannya sekitar 1000 dB per meter.
Propagasi gelombang ionosfir (ionospheric wave)
Gelombang ionosfir (ionospheric wave) disebut juga sebagai gelombang langit (sky wave) adalah gelombang yang propagasi nya terjadi karena gelombang radio dipantulkan atau dibiaskan oleh lapisan ionosfer di atas atmosfer bumi. Fenomena ini memungkinkan komunikasi jarak jauh pada frekuensi HF (High Frequency) yang mempunyai range frekuensi 3 – 30 MHz, terutama pada malam hari ketika ionosfer lebih terionisasi.
Propagasi ionosfir merupakan gelombang radio yang terpancar dari antena pemancar dan kemudian dipantulkan atau dibiaskan oleh lapisan ionosfer di atas atmosfer bumi. Dalam prosesnya, dapat melalui beberapa kali pantulan lapisan ionosfir dan permukaan bumi.
Hal ini menyebabkan jangkauannya bisa mencapai antar pulau ataupun antar benua.Aksi pembiasan pada lapisan ionosfir dan permukaan bumi ini disebut juga dengan skipping.
Di tempat di luar jangkauan gelombang tanah, yaitu daerah yang hanya bisa dijangkau oleh gelombang langit, fading bisa terjadi karena adanya dua gelombang langit yang merambat dengan jarak yang berbeda.
Hal ini dapat mengakibatkan komunikasi radio menjadi tidak menentu. Misalnya beberapa frekuensi hilang, namun frekuensi yang lain mungkin menjadi lebih kuat. Untuk mengurangi masalah fading ini, digunakan beberapa bentuk penganaeka – ragaman penerimaan atau diversity reception.
Diversiti dalam konteks komunikasi nirkabel mengacu pada penggunaan multipleksing (pemancaran sinyal) atau demultipleksing (penerimaan sinyal) dari dua atau lebih jalur atau saluran komunikasi yang berbeda untuk meningkatkan kinerja atau keandalan sistem. Tujuannya adalah untuk mengurangi efek gangguan, redaman, atau fading yang dapat memengaruhi kualitas sinyal dalam komunikasi nirkabel.
Propagasi Troposfer (Tropospheric Scattering)
Propagasi troposfir bisa dianggap sebagai propagasi gelombang langit yang ditujukan ke troposfir sekitar 6,5 mil atau 11 km dari permukaan bumi. Lapisan atmofir bumi terdiri dari 3 (tiga) lapisan, yaitu :
1. Troposfir (troposphere), lapisan terendah dari bumi terletak di permukaan bumi hingga mencapai ketinggian kira-kira 6,5 mil.
2. Stratosfir (stratosphere), lapisan yang berada mulai dari batas troposfir sampai ketinggian sekitar 25 mil
3. Ionosfir (ionosphere), lapisan yang berada dari batas stratofir hingga ketinggian 250 mil. Di atas ionofir adalah ruang angkasa.
Propagasi troposfir terjadi ketika gelombang radio bertabrakan atau dihamburkan oleh partikel kecil di dalam atmosfer troposfer. Penyebaran troposfer terjadi di rentang frekuensi VHF (Very High Frequency) dan UHF (Ultra High Frequency), terutama pada frekuensi yang lebih tinggi di mana gelombang cenderung menembus lebih sedikit penghalang. Frekuensi yang dapat digunakan sekitar 35 MHz sampai10 GHz dengan jarak jangkau 400 km.
Seperti ditunjukkan oleh gambar diatas, dua antena pengarah diarahkan sedemikian rupa sehingga tembakan keduanya bertemu di troposfir. Pada sebagian juga energinya merambat lurus ke ruang angkasa. Namun sebagian energinya juga dihamburkan ke arah depan yang tidak dikehendaki.
Frekuensi yang terbaik digunakan adalah sekitar 0.9,2 dan 5 GHz. Tapi besar gelombang yang diterima sekitar lebih dari seper seribu dari daya yang dipancarkan. Oleh sebab itu di butuhkan sebuah daya pemancar dan penerima yang lebih besar.
Selain itu, proses hamburan mengalami dua macam fading. Yang pertama, fading yang disebabkan oleh transmisi dengan banyak lintasan (multipath fading) yang bisa timbul beberapa kali dalam 1 menit. Yang kedua, fading yang ditimbulkan oleh perubahan atmosfir, namun lebih lambat dari yang pertama. Hal ini mengakibatkan perubahan kuat gelombang yang diterima.
Propagasi gelombang langsung (line of sight)
Propagasi garis pandang (line of sight propagation) disebut juga dengan propagasi dengan gelombang langsung (direct wave), merupakan sinyal gelombang yang dipancarkan oleh antena pemancar langsung diterima oleh antena penerima tanpa mengalami pantulan. Oleh sebab itu, ketinggian antena dan kelengkungan permukaan bumi merupakan faktor pembatas yang utama dari propagasi ini.
Jarak transmisi yang dicapai pada propagasi ini lebih pendek dan ditentukan oleh tinggi antena penerima ataupun pemancar. Hal ini dinyatakan dengan rumus berikut:
Dimana,
d : jarak antenna penerima dan pemancar (km)
ht : tinggi antena pemancar (m)
hr : tinggi antena penerima (m)
Propagasi line of sight disebut juga dengan gelombang ruang (space wave), karena dapat menembus lapisan ionosfir dan berpropagasi di ruang angkasa. Propagasi ini terjadi ketika gelombang radio merambat melalui ruang hampa udara tanpa adanya penghalang atau pantulan.
Band frekuensi yang digunakan pada propagasi ini sangat lebar, yaitu meliputi band VHF (30 – 300 MHz), UHF (0,3 – 3 GHz), SHF (3 – 30 GHz) dan EHF (30 – 300 GHz), yang disebut juga dengan band gelombang mikro (microwave). Propagasi gelombang langsung digunakan dalam berbagai aplikasi komunikasi nirkabel, termasuk siaran radio FM, jaringan seluler, sistem penyiaran televisi (TV), jaringan Wi-Fi, radar, penelitian ruang angkasa dan komunikasi satelit.
Penutup
Propagasi gelombang radio adalah konsep yang fundamental dalam komunikasi nirkabel dan memiliki berbagai aplikasi dalam telekomunikasi, termasuk radio siaran, televisi, telepon seluler, Wi-Fi, komunikasi satelit, dan banyak lagi.
Memahami propagasi gelombang radio sangat penting dalam perancangan dan pengoperasian sistem komunikasi nirkabel, karena fenomena ini dapat mempengaruhi kinerja, jangkauan, kecepatan, dan keandalan komunikasi.
Berbagai teknik seperti pemodelan propagasi, pemilihan frekuensi yang sesuai, dan penggunaan teknik diversitas sering digunakan untuk mengatasi tantangan propagasi gelombang radio dalam komunikasi nirkabel.
