Modul Pelatihan Propagasi Gelombang Radio PDF

# Propagasi Gelombang Radio ## Kata Pengantar Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas bimbingan-Nya, maka Tim Penyusun dapat menyelesaikan Modul Pelatihan Pembentukan Jabatan Fungsional Pengendali Frekuensi Radio Kategori Keahlian. Modul ini dibuat dengan bertujuan untuk...

# Propagasi Gelombang Radio ## Kata Pengantar Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas bimbingan-Nya, maka Tim Penyusun dapat menyelesaikan Modul Pelatihan Pembentukan Jabatan Fungsional Pengendali Frekuensi Radio Kategori Keahlian. Modul ini dibuat dengan bertujuan untuk memberikan keterampilan agar Pegawai Negeri Sipil khususnya yang bergerak di bidang monitoring frekuensi radio dapat menguasai ilmu pengetahuan dan teknis terkait dengan propagasi gelombang radio. Modul ini dibuat sebagai dasar pendidikan dan pelatihan bagi pengangkatan Pegawai Negeri Sipil dengan jabatan Pengendali Frekuensi Radio Kategori Keahlian. Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan modul Pelatihan Pembentukan Jabatan Fungsional Pengendali Frekuensi Radio Kategori Keahlian ini. Oleh karena itu kami terbuka dengan atas kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kemajuan para Pegawai Negeri Sipil di lingkungan Kementerian Komunikasi dan Informatika khususnya bagi Calon Pejabat Fungsional Pengendali Frekuensi Radio Kategori Keahlian. Mata pelatihan Propagasi Gelombang Radio akan disampaikan dengan metode ceramah dan diskusi dalam waktu 5 Jam Pelajaran. Akhir kata, kami ucapkan terima kasih kepada Sdr. Danang yang telah merumuskan modul ini, dan kepada seluruh tim Pengembangan Sumber Daya Manusia di lingkungan Direktorat Jenderal Sumber Daya dan Perangkat Pos dan Informatika Kementerian Komonikasi dan Informatika. Semoga modul ini bermanfaat bagi kita semua. Jakarta, November 2020 Kepala Pusat Pelatihan Kementerian Komunikasi dan Informatika, USULUDDIN, SH., MM. ## Daftar Isi - Pendahuluan - Atmosfer - Propagasi Gelombang Tanah - Ionosfer - Propagasi Gelombang Langit - Gangguan di Ionosfer - Transmisi Diatas 30 MHz - Penyebaran Troposfer dan Model Propagasi Lainnya - Penutup ## Daftar Informasi Visual | Gambar | Deskripsi | |---|---| | 1 | Lapisan atmosfir bumi | | 2 | Refleksi gelombang depan planar | | 3 | Refleksi dan refraksi dari balok cahaya | | 4 | Lengkungan gelombang depan dengan refraksi | | 5 | Diffraksi gelombang di seluruh obyek padat | | 6 | Rute yang mungkin untuk gelombang tanah | | 7 | Perbandingan depan gelombang dari gelombang langsung dan gelombang pantul | | 8 | Refraksi dalam troposfer | | 9 | Transmisi oleh sarana duct troposferik | | 10 | Lapisan ionosfer | | 11 | Distribusi lapisan rata-rata dari ionosfer | | 12 | Pembiasan gelombang radio yang ideal | | 13 | Berbagai jalur transmisi gelombang langit | | 14 | Skip zone | | 15 | Mode transmisi sky-wave | | 16 | Hubungan gelombang pantulan dengan jarak di sepanjang permukaan bumi | | 17 | Jarak verus frekuensi untuk gelombang kembali | | 18 | Jalur gelombang pada berbagai sudut keberangkatan | | 19 | Gelombang frekuensi tinggi berbagai sudut keberangkatan | | 20 | Hubungan jarak, waktu, sudut dan frekuensi | | 21 | Variasi path-loss ketika unit seluler (mobil unit) bergerak di medan yang tidak teratur | | 22 | Sirkuit normal dan terhambat | | 23 | Tropospheric scatter | # Bab I # Pendahuluan ## Latar Belakang Peraturan Menteri Komunikasi dan Informatika Nomor 15 Tahun 2017 tentang Organisasi dan Tata Kerja Unit Pelaksana Teknis Bidang Monitor Spektrum Frekuensi Radio menyebutkan bahwa Unit Pelaksana Teknis (UPT) Bidang Monitor Spektrum Frekuensi Radio mempunyai tugas melaksanakan pengawasan dan pengendalian di bidang penggunaan spectrum frekuensi radio. Kegiatan pengawasan dan pengendalian pada UPT Monitor Spektrum Frekuensi Radio diselenggarakan melalui kegiatan antara lain pelaksanaan pengamatan, deteksi lokasi sumber pancaran, dan pemantauan spektrum frekuensi radio. Pengawasan dan pengendalian di bidang penggunaan spectrum frekuensi radio, di UPT Bidang Monitor Spektrum Frekuensi Radio dilaksanakan oleh kelompok jabatan pengendali yaitu Pengendali Frekuensi Radio. Pejabat Fungsional Pengendali Frekuensi Radio adalah PNS yang diberi tugas, tanggung jawab, wewenang, dan hak secara penuh oleh pejabat yang berwenang untuk melakukan pengendalian frekuensi radio. Agar PNS dapat diangkat menjadi Pejabat Fungsional Pengendali Frekuensi Radio, maka PNS tersebut harus terlebih dahulu diberikan pengetahuan dan keterampilan di bidang pengendalian frekuensi radio melalui Pelatihan Pembentukan Pejabat Fungsional Pengendali Frekuensi Radio. Hal ini sesuai dengan amanat dalam PP Nomor 11 tahun 2017 tentang Manajemen Pegawai Negeri Sipil, bahwa dalam jabatan fungsional mensyaratkan keahlian atau keterampilan tertentu yang dibuktikan dengan sertifikasi dan/atau penilaian tertentu. Pengangkatan pertama dalam jabatan fungsional salah satunya harus memenuhi syarat mengikuti dan lulus uji kompetensi teknis sesuai standar kompetensi yang telah disusun oleh instansi pembina, yang salah satu bentuknya merupakan pengembangan kompetensi dalam bentuk pelatihan. Oleh karena hal tersebut, maka Kementerian Komunikasi dan Informatika menyusun Modul Pelatihan Pembentukan Jabatan Fungsional Pengendali Frekuensi Radio Kategori Keahlian. Modul "Propagasi Gelombang Radio" ini selanjutnya dapat dijadikan sebagai dasar penyelenggaraan Pelatihan Pembentukan Jabatan Fungsional Pengendali Frekuensi Radio Kategori Keahlian. ## Deskripsi Singkat Melalui modul Propagasi Gelombang Radio dalam mata pelatihan Antena dan Propagasi Gelombang Radio ini peserta akan dibekali dengan kemampuan pemahaman mengenai konsep antenna dan propagasi gelombang radio melalui berbagai materi diantaranya propagasi gelombang radio. ## Manfaat Modul Modul ini diharapkan dapat membantu peserta dalam proses belajar mengajar pada pelatihan pembentukan Jabatan Fungsional Pengendali Frekuensi Radio kategori Ketrampilan. ## Tujuan Pembelajaran Setelah menyelesaikan pembelajaran modul dalam mata pelatihan ini, peserta mampu memahami konsep antenna dan propagasi gelombang radio dengan; - Hasil Belajar - Setelah mengikuti mata pelatihan ini peserta diharapan dapat memahami aspek teknis propagasi/pemancaran gelombang frekuensi radio. - Indikator keberhasilan - Setelah selesai pembelajaran, peserta diharapkan dapat menerangkan keunggulan propagasi masing masing pita frekuensi untuk kebutuhan komunikasi radio. ## Materi Pokok dan Sub Materi Pokok - **Materi Pokok:** Propagasi Gelombang Radio - **Sub Materi Pokok:** - Atmosfer - Propagasi Gelombang Tanah - Ionosfer - Propagasi Gelombang Langit - Gangguan di Ionosfer - Transmisi diatas 30 MHz - Penyebaran Troposfer dan Model Propagasi Lainnya. ## Petunjuk Penggunaan Modul Peserta pelatihan sebaiknya menggunakan modul ini dimulai dari atmosfer, propagasi gelombang tanah, ionsfer, propagasi gelombang langit, gangguan di ionosfer, transmisi diatas 30 MHz, penyebaran troposfer dan model propagasi lainnya. # Bab II # Atmosfer Studi tentang propagasi gelombang terutama berkaitan dengan propagasi dan efek dari media aktual di mana gelombang radio harus melakukan perjalanan mengikuti setiap jalur yang diberikan antara antena pemancar dan antena penerima. Karena atmosfer tentang bumi tidak seragam, berubah dengan perubahan ketinggian atau lokasi geografis, atau bahkan dengan perubahan (siang, malam, musim, tahun), kurangnya keseragaman sangat mempengaruhi perjalanan gelombang elektromagnetik melewatinya. Ini menambah banyak faktor baru untuk memadukan apa yang pada awalnya tampak sebagai masalah komunikasi yang relatif sederhana. Pengetahuan tentang komposisi atmosfer bumi sangat penting untuk menyelesaikan masalah ini. Untuk tujuan memahami propagasi gelombang, berbagai lapisan atmosfer telah dibedakan. Ini adalah troposhere, stratosfer, dan ionosfer. **Gambar 1. Lapisan Atmosfir Bumi.** ## Pembagian Atmosfer - **Troposfir (11 km dari permukaan bumi)** - Troposfir adalah posisi atmosfir bumi yang membentang dari permukaan bumi hingga ketinggian sekitar 11 kilometer. Suhu wilayah ini sangat bervariasi dengan sikap/letak. - **Stratosfir** - Stratosfir adalah bagian atmosfir bumi yang terletak di antara troposfer dan ionosfer. Suhu di wilayah ini dianggap hampir konstan, dan karenanya disebut wilayah isotermal. - **Ionosfir (50-250 km dari permukaan bumi)** - Selain variasi kadar air dan suhu yang biasa, dan variasi kepadatan yang terkait dengan perubahan ketinggian, atmosfer pada dasarnya dibedakan oleh variasi jumlah ionisasi (yang disebabkan oleh radiasi ultraviolet dari matahari) yang ada. - Ionosfir karenanya didefinisikan sebagai bagian atmosfer bumi di atas tingkat terendah di mana ionisasi memengaruhi transmisi gelombang radio. - Lonisasi lapisan ini besar dibandingkan dengan yang di dekat permukaan bumi. Itu membentang membingkai sekitar 50 kilometer hingga 250 kilometer di atas bumi. - Lonosfir itu sendiri terdiri dari empat lapisan, seperti yang ditunjukkan Gambar 1, di mana ionisasi terjadi pada tingkat dan intensitas yang berbeda. Lapisan-lapisan ini disebut, dalam urutan peningkatan ketinggian dan intensitas, lapisan D, E, F1 dan F2. ## Propagasi di Atmosfer - Transmisi radio antara dua titik terjadi melalui gelombang tanah, gelombang langit, atau gelombang ruang, gelombang langit mencapai penerima setelah defleksi atau pembiasan dari ionosfer sementara gelombang tanah dan gelombang ruang bebas langsung mencapai penerima melalui atmosfer bumi yang lebih rendah. - Dalam pita EHF, SHY, UHF, dan VHF, sirkuit pada transmisi gelombang tanah dan gelombang ruang untuk propagasi, dan bidang yang diradiasikan dengan cepat dilemahkan di luar cakrawala. Oleh karena itu, frekuensi ini dapat dialokasikan berulang kali, selama pemisahan geografis cukup untuk mencegah saling mengganggu. - Dalam pita HF, propagasi dapat berupa gelombang tanah atau gelombang langit, tergantung pada konstruksi antena dan jarak antara pemancar dan penerima. Perambatan gelombang tanah memberikan komunikasi yang lebih andal daripada perambatan gelombang langit. Namun, jangkauan jarak gelombang darat terbatas, dan dalam pita biasanya tidak mungkin untuk mencapai kekuatan sinyal yang memadai untuk jarak lebih dari 150 kilometer. Propagasi Skywave dalam pita HF memiliki jangkauan tidak terbatas, hanya bergantung pada pemilihan frekuensi dan konstruksi antena, dan oleh karena itu, digunakan secara luas di sirkuit jarak jauh. - Dalam pita LF dan VLF, propagasi dimungkinkan oleh gelombang tanah atau gelombang langit dengan sedikit pelemahan dan variasi kekuatan sinyal yang dapat diabaikan. - Pita MF bersifat transisi, tergantung pada propagasi gelombang tanah di ujung bawah pita, dan memiliki kemampuan perambatan gelombang langit terbatas pada ujung yang lebih tinggi. Band ini terutama dialokasikan untuk aplikasi kapal-ke-pantai dan siaran komersial. Ujung atas pita MF dari 1,5 hingga 3,0 MHz melapisi beberapa frekuensi yang dialokasikan untuk penggunaan lain misalnya radio taktis militer jarak pendek. - Dari penjelasan di atas, Anda dapat melihat bahwa penyebaran gelombang radio tergantung pada frekuensi gelombang. Hal ini juga dipengaruhi oleh lokasi dan ketinggian antena pemancar dan penerima. - Propagasi gelombang tanah sebagian dipengaruhi oleh karakteristik listrik bumi (tanah atau laut), dan oleh difraksi, atau tekukan, gelombang dengan kelengkungan bumi. - Propagasi gelombang langit, di lain pihak, adalah variabel, karena keadaan ionosfer selalu berubah dan ini, oleh karena itu, mempengaruhi pantulan, atau pembiasan gelombang. ## Refleksi, Refraksi, Difraksi - **Refleksi** - Refleksi gelombang radio seperti halnya gelombang lainnya. - Gelombang radio dapat dipantulkan dari permukaan bumi, dari benda logam besar, dan membingkai ionosfer. - Ketika dipantulkan, gelombang radio mengalami perubahan fase polarisasi dari bagian depan gelombang. - **Gambar 2. Refleksi Gelombang Depan Planar.** - **Refraksi** - Jika seberkas cahaya bersinar pada permukaan air yang halus, sebagian cahaya akan dipantulkan dan posisi yang tersisa akan menembus air. - **Gambar. 3. Refleksi dan Refraksi dari Balok Cahaya.** - **Gambar. 4. Lengkungan Gelombang Depan dengan Refraksi** - **Difraksi** - Jika seberkas cahaya di ruangan yang gelap pudar bersinar di tepi layar buram, akan diamati bahwa layar tidak akan menghasilkan bayangan yang diuraikan dengan sempurna. - Tepi bayangan tidak diuraikan secara tajam karena sinar cahaya tertekuk di sekitar tepi objek dan mengurangi luas bayangan total. - **Gambar 5. Difraksi Gelombang di Seluruh Obyek Padat** ## Pembiasan Gelombang Radio Pembiasan gelombang radio adalah pembengkokan berkas gelombang radio ketika melewati dari medium dengan kepadatan satu ke lainnya. Jumlah gelombang apa pun yang dibiaskan atau dikalahkan karena mengalir dari satu medium ke medium lain disebut indeks bias. Indeks bias untuk gelombang radio adalah rasio yang membandingkan kecepatan gelombang elektromagnetik melalui vakum sempurna dengan kecepatannya melalui media yang lebih padat. # Bab III # Propagasi Gelombang Tanah ## Pengenalan Gelombang Tanah Propagasi gelombang tanah mengacu pada transmisi gelombang tanpa menggunakan ionosfir. Intensitas medan gelombang tanah tergantung pada jenis medan dan jalur antara pemancar dan penerima; jenis, daya, dan frekuensi antena pemancar; dan ketinggian antena pengirim dan penerima. Lengkungan bumi menyembunyikan antena pengirim dan penerima dari satu sama lain pada jarak di luar cakrawala. Dalam hal ini, energi yang diterima adalah energi yang dibimbing oleh bumi. Medan di luar garis penglihatan adalah karena pembiasan (perubahan arah karena perubahan indeks pembiasan atmosfer dengan ketinggian) dan difraksi (fenomena pembengkokan gelombang elektromagnetik di sekitar penghalang). Hilangnya energi di tanah menyebabkan memiringkan gelombang di atas bumi ke depan, memiringkan memiliki efek mengulangi directioa energi perjalanan. Dengan demikian, permukaan bumi yang melakukan sebagian menghasilkan efek penuntun gelombang pada radiasi dari antena. Hanya polarisasi vertikal (intensitas medan listrik bidang vertikal ke bumi) yang dipertimbangkan, karena gelombang tanah yang terpolarisasi secara horizontal dilemahkan dengan cepat karena efek hubungan arus pendek bumi terhadap intensitas medan listrik horisontal. Gelombang tanah yang dihasilkan dapat dianggap terdiri dari satu atau lebih komponen berikut ini - gelombang langsung - gelombang yang dipantulkan ke tanah - gelombang permukaan, dan - gelombang troposfir **Gambar. 6. Rute yang mungkin untuk gelombang tanah.** ## Komponen Gelombang Langsung Gelombang langsung adalah yang bergerak langsung dari ke antena pemancar ke antena penerima. Transmisi dengan cara ini terjadi pada kasus ketinggian pesawat beberapa ratus meter dan jarak transmisi beberapa kilometer. Dalam kasus gelombang langsung, sinyal tiba di lokasi penerima karena penyebaran jarak energi. Komponen gelombang langsung dari gelombang tanah hanya dibatasi oleh jarak ke cakrawala, atau garis pandang, dari pemancar ditambah jarak kecil yang ditambahkan oleh difraksi atmosfer dari gelombang di sekitar karakteristik bumi. Total jarak pembatas dihitung dengan mudah dengan mengasumsikan bumi dengan jari-jari 4/3 kali jari-jari yang tepat. Bumi yang demikian akan memiliki keliling yang lebih besar dan, karenanya, jarak yang lebih jauh ke cakrawala. Jarak ini dapat diperpanjang dengan meningkatkan ketinggian antena pemancar atau penerima, dan dengan demikian secara efektif memperluas cakrawala. ## Komponen Terpantul-Tanah Komponen yang dipantulkan dari tanah dari gelombang tanah adalah gelombang yang mencapai penerima hanya setelah refleksi dari bumi. Untuk pesawat udara yang terbang di ketinggian lebih rendah; komponen yang dipantulkan dari tanah dapat sebanding besarnya dengan gelombang langsung. Setelah dipantulkan dari permukaan bumi, gelombang yang dipantulkan mengalami pembalikan fase 180°, dan fakta ini penting dalam menentukan efek penggabungannya dengan komponen gelombang langsung setibanya di titik penerimaan. Karena komponen yang direfleksikan menempuh waktu yang lebih lama dalam mencapai tujuannya, perpindahan fase di atas dan di atas pergeseran 180° oleh refleksi akan dihasilkan. Gambar.7 menunjukkan perbandingan front gelombang dari gelombang langsung dan gelombang pantul. **Gambar. 7. Perbandingan Depan Gelombang dari Gelombang Langsung dan Gelombang Pantul.** Kuat sinyal pada antena yang ditinggikan pada frekuensi yang sangat tinggi, umumnya disebabkan oleh kombinasi gelombang langsung dan yang dipantulkan ke tanah. Ketika gelombang sebanding besarnya dan dalam oposisi fase, kekuatan sinyal rendah, sedangkan dalam kasus di mana mereka berada dalam fase, kekuatan sinyal lebih tinggi karena penguatannya karena gelombang pantulan tanah. Efek interferensi dari gelombang yang dipantulkan ke tanah dapat menyebabkan intensitas medan yang diterima lebih rendah atau lebih tinggi daripada itu karena gelombang langsung saja. ## Komponen Gelombang Permukaan Gelombang permukaan adalah komponen gelombang tanah yang dipengaruhi terutama oleh konduktivitas dan konstanta dielektrik bumi dan mampu mengikuti kelengkungan bumi. Ketika kedua antena pemancar dan penerima berada di, atau dekat dengan tanah, komponen gelombang yang langsung dan yang dipantulkan ditanah cenderung untuk membatalkan, dan intensitas medan yang dihasilkan terutama dari gelombang permukaan. Namun, komponen sarface-vave tidak terbatas pada permukaan bumi, tetapi meluas hingga ketinggian yang dapat diukur, mengurangi kekuatan medan dengan meningkatnya ketinggian. Karena sebagian energinya diserap oleh tanah, intensitas listrik dari gelombang permukaan dilemahkan pada tingkat yang jauh lebih besar daripada berbanding terbalik dengan jarak. Atenuasi ini tergantung pada konduktivitas relatif dari permukaan di atas gelombang. Jenis permukaan terbaik untuk transmisi gelombang permukaan adalah air laut. ## Polarisasi Komponen gelombang permukaan umumnya ditransmisikan sebagai gelombang terpolarisasi vertikal, dan tetap terpolarisasi vertikal pada jarak yang cukup jauh dari antena. Polarisasi vertikal dipilih karena bumi memiliki efek hubungan singkat intensitas listrik dari gelombang terpolarisasi horizontal tetapi menawarkan perlawanan terhadap komponen gelombang vertikal ini. ## Komponen Gelombang Troposfir Gelombang troposfer adalah komponen dari seluruh bagian depan gelombang yang membiaskan atmosfer kekasih dengan kemiringan yang relatif curam (perubahan cepat terhadap ketinggian) dalam kelembaban atmosfer dan kadang-kadang oleh kemiringan yang curam dalam kepadatan dan suhu atmosfer. Pada ketinggian sekitar 1 hingga 2 kilometer, massa besar udara hangat dan dingin saling berdekatan, menyebabkan perbedaan suhu yang tiba-tiba dan perubahan kepadatan. Hasilnya adalah pembiasan troposfer dan komunikasi mako yang mungkin terjadi pada jarak yang jauh lebih besar daripada yang dapat dicakup oleh gelombang tanah biasa.. **Gambar. 8. Refraksi dalam Troposfer.** - A dari Gambar.8 menunjukkan penekukan ke bawah dari gelombang depan yang memasuki lapisan udara di mana konstanta dielektrik dan kadar air berkurang dengan ketinggian di atas permukaan bumi. - B dari Gambar.8 menunjukkan penekukan ke atas dari gelombang yang sama untuk kondisi yang berlawanan. Karena jumlah pembiasan meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi, pembiasan troposfer lebih efektif pada frekuensi yang lebih tinggi, memberikan kemungkinan komunikasi pada 50 MHz ke atas. - Efek propagasi troposfer tergantung pada kondisi cuaca dan, karena ini bervariasi dari menit ke menit, mereka menyebabkan fading (perubahan kekuatan sinyal) atau intensitas medan variabel. - Dalam komunikasi gelombang troposfer, antena penerima dan pemancar harus memiliki jenis polarisasi yang sama, karena gelombang troposfer mempertahankan dasarnya polarisasi yang sama sepanjang perjalanannya. ## Duct Transmission/Transmisi Saluran Kadang-kadang, rentang gelombang tanah abnormal dapat diperoleh oleh gelombang troposfer. Dalam kondisi cuaca yang tidak biasa, variasi dalam konstanta dielektrik atmosfer dengan ketinggian berbeda dari kondisi standar di mana konstanta dielektrik berkurang secara bertahap dengan ketinggian. Kondisi abnormal menyebabkan lentur gelombang radio lebih besar atau lebih kecil dari pada kondisi normal. Transmisi saluran dimungkinkan pada frekuensi yang sangat tinggi dalam kondisi ini. Saluran-saluran ini adalah penuntun gelombang yang setara dengan energi perangkap sehingga dapat menempuh jarak abnormal di sekitar bumi. **Gambar 9. Transmisi oleh Sarana Duct Troposferik.** ## Ringkasan - Perambatan gelombang tanah mengacu pada jenis-jenis transmisi radio yang tidak menggunakan pantulan ionosfer. - Komponen gelombang langsung bergerak langsung dari transmisi ke antena penerima. - Komponen yang dipantulkan dari tanah mengalami pembalikan fase cf 1800 setelah memantulkan tanah. - Pembalikan fase dapat menyebabkan pembatalan tegangan-sinyal yang serius antara komponen yang dipantulkan ke tanah dan komponen gelombang langsung. - Komponen gelombang permukaan dipengaruhi terutama oleh konduktivitas dan konstanta dielektrik bumi. - Polarisasi vertikal digunakan untuk transmisi menggunakan gelombang permukaan, dan komponen gelombang permukaan pada dasarnya terpolarisasi vertikal pada jarak aplikasi dari antena. - Komponen gelombang troposfer dibiaskan di atmosfer bawah oleh perubahan tajam dalam kepadatan dan kelembaban udara. - Salah satu penyebab umum pembiasan troposfer adalah inversi suhu. - Transmisi saluran dimungkinkan pada frekuensi yang sangat tinggi dalam kondisi cuaca abnormal. Gelombang yang terperangkap kemudian dapat mengikuti lengkungan bumi untuk jarak yang jauh di luar cakrawala optik pemancar. - Karakteristik frekuensi gelombang tanah menentukan komponen apa yang akan menang di sepanjang jalur tertentu. - Untuk frekuensi di atas 30 MHz, kisaran jarak gelombang tanah dapat ditingkatkan dengan meningkatkan ketinggian antena serta dengan meningkatkan daya radiasi. - Pada siang hari ionosfer terdiri dari lapisan D, E, F1 dan F2. - Lonosfer malam hari hanya terdiri dari hanya lapisan F gabungan. ## Frekuensi (jauh di bawah MUF akan sangat dilemahkan oleh penyerapan deviatif (penyerapan tidak disebabkan oleh retardasi / tekukan gelombang). - Dengan asumsi kondisi ionosfer konstan, jarak konstan, dan transmisi hop tunggal, dapat dikatakan bahwa frekuensi variable: - Frekuensi jauh di bawah MUF akan sangat dilemahkan oleh penyerapan deviatif (penyerapan tidak disebabkan oleh retardasi / tekukan gelombang). - Frekuensi agak di bawah akan tercermin sebagai gelombang luar biasa biasa, salah satu atau keduanya dapat dilemahkan penyerapan deviatif (disebabkan oleh retardasi / pembengkokan). - Frekuensi dekat MUF akan tercermin sebagai gelombang biasa dan luar biasa, keduanya memiliki kekuatan yang adil. - Frekuensi di MUF akan menerima kekuatan sebesar mungkin sebagai satu gelombang. - Frekuensi di atas MUF akan lolos dan tidak diterima, kecuali sebagai gelombang yang tersebar. ## Dengan asumsi kondisi ionosfer konstan, frekuensi tetap, dan transmisi hop tunggal, dapat dikatakan demikian: - Pada jarak pendek, gelombang akan melompat dan tidak diterima, kecuali tentu saja sebagai gelombang tanah. - Pada jarak tertentu, disebut jarak lompatan (skip distance), gelombang akan diterima sebagai satu gelombang dan dengan kekuatan terbesarnya. - Pada jarak yang lebih jauh, gelombang masih akan diterima tetapi sebagai gelombang biasa dan gelombang luar biasa, dengan hasil fading yang disebabkan oleh polarisasi acak. - Pada jarak yang lebih jauh lagi, gelombang biasa dan luar biasa akan diterima, tetapi salah satu atau keduanya akan dilemahkan secara signifikan oleh penyerapan deviatif (disebabkan oleh retardasi / pembengkokan). - Pada jarak yang lebih jauh, gelombang akan sangat dilemahkan oleh penyerapan deviatif dan non deviatif. - Gelombang radio dari sudut radiasi tetap dapat diterima pada jarak yang lebih jauh dengan jarak lompatan, tetapi karena jarak ini meningkat secara berarti, hasil atenuasi yang meningkat. # Bab IV # Ionosfer Pada hari-hari awal radio, fisikawan matematika beralasan bahwa tidak mungkin menerima sinyal radio pada jarak yang sangat jauh karena pelemahan yang dihasilkan dari penyerapan energi oleh bumi. Ketika ditemukan secara eksperimental bahwa sinyal dapat diterima melintasi Samudra Atlantik, pekerjaan fisikawan dipertanyakan. Hasilnya tentu saja benar, untuk masalah yang diterapkannya yaitu, perambatan gelombang tanah di sekitar bumi melengkung yang dikelilingi oleh ruang bebas, seperti yang telah dicatat dalam catatan tentang gelombang tanah. Jelas, beberapa cara propagasi lain harus ada. Bukti pengalaman komunikasi trans-Atlantik hanya membuktikan bahwa asumsi bumi dikelilingi oleh apa pun kecuali ruang bebas tidak dapat dibenarkan dalam hubungan ini. Kemudian disarankan oleh Heavyside dan Kennelly, seorang ilmuwan Inggris dan seorang Amerika, bahwa bumi sebenarnya dikelilingi oleh lapisan listrik yang bertindak sebagai reflektor dan mencegah lepasnya gelombang ke ruang bebas dengan mengikatnya kembali. menuju kutub. Lapisan seperti itu juga bisa menjadi sumber arus listrik di atmosfer atas yang telah diduga sebagai penyebab perubahan medan magnet bumi selama badai magnet. Kemudian, ketika ditunjukkan bahwa tidak hanya satu, tetapi beberapa lapisan seperti itu benar-benar ada, dan bahwa lapisan-lapisan ini terdiri dari gas terionisasi atmosfer, nama ionosfer disarankan untuk daerah lapisan ditemukan. ## Pembentukan Ionosfer Ionosfer memiliki efek yang cukup besar terhadap perambatan gelombang radio rata-rata berbagai frekuensi. Lonisasi gas disebabkan oleh radiasi ultra violet dari matahari yang memiliki panjang gelombang lebih pendek dari cahaya tampak. Pada panjang gelombang ini interaksi terjadi antara gelombang ultra-violet dan molekul gas di atmosfer bumi. Ini menghasilkan elektron yang dipisahkan dari atom dan molekulnya menjadi muatan negatif gratis. Molekul dan atom yang kekurangan elektron dikenal sebagai ion dan memiliki muatan positif. Jumlah ionisasi yang dihasilkan tergantung, antara Penciptaan ion dan elektron bebas terus diimbangi dengan rekombinasi elektron dan ion bebas untuk membentuk atom. Radiasi ultra-violet dari matahari awalnya memasuki bumi atmosfer di mana ia sangat langka dan ionisasi kecil dapat terjadi karena jumlah molekul yang relatif kecil. Ketika radiasi menembus lebih jauh, jumlah molekul meningkat dan karena itu jumlah ionisasi meningkat. Namun, proses ionisasi mengekstraksi energi dari radiasi ultra-violet dan ketika menembus lebih dalam ke atmosfer, jumlah ionisasi yang dapat dihasilkan mulai meningkat. Oleh karena itu, dapat dilihat bahwa pada awalnya tingkat ionisasi kecil karena kelangkaan gas di tepi atmosfer bumi, kepadatan ionisasi kemudian meningkat karena peningkatan jumlah molekul yang ada, dan kemudian berkurang. lagi karena pengurangan energi radiasi ultra-violet. Bintik matahari memiliki efek meningkatkan ionisasi. Bagian atmosfer di mana tingkat ionisasi cukup untuk memengaruhi gelombang radio yang melewatinya, secara umum dapat dikatakan memanjang dari sekitar 50 km hingga sekitar 500 di atas permukaan bumi. ## Untuk tujuan referensi, ionosfir dibagi menjadi tiga wilayah - - wilayah D, dari sekitar 50 hingga 90 km, - wilayah E, dari sekitar 90 hingga 150 km, dan - wilayah F, dari sekitar 150 hingga sekitar 500 km **Gambar. 10. Lapisan Ionosfer.** Dalam tiga wilayah ini terletak lapisan gas di mana jumlah ionisasi ditandai. Lapisan-lapisan bervariasi dalam ketinggian dan tingkat ionisasi setiap hari, musiman dan juga dalam siklus jangka panjang yang memiliki periode sekitar sebelas tahun. Mereka juga sangat bervariasi di atas permukaan bumi karena kekuatan radiasi matahari bervariasi dengan garis lintang geografis. ## Lapisan Ionosfer - **Lapisan D** - Lapisan D menempati seluruh wilayah D dan hanya terjadi pada siang hari. Hilang sepenuhnya pada malam hari dan merupakan agen pembiasan yang lemah bahkan pada siang hari. - Gelombang radio dalam rentang frekuensi menengah mengalami pelemahan yang cukup besar di lapisan D. - Hal ini terutama bertanggung jawab atas fakta bahwa intensitas gelombang lebih rendah ketika jalur transmisi terletak berjam-jam daripada ketika jalur melintasi daerah-daerah ini selama kegelapan. - Memanjang dari sekitar 50 km hingga 90 km pada siang hari. - **Lapisan E** - Lapisan yang terjadi dalam wilayah E adalah sebagai lapisan E. - Lapisan ini memiliki intensitas maksimum pada ketinggian antara 100 dan 150 km pada siang hari. - Masih terionisasi sangat lemah pada malam hari. - Intensitas lapisan E sangat lemah pada malam hari sehingga tidak berguna untuk transmisi radio. - Kepadatan elektron jauh lebih sedikit dibandingkan musim dingin di musim panas. Gelombang radio dalam rentang HF dipengaruhi lapisan E. - **Gambar 11. Distribusi Lapisan Rata-rata dari Ionosfer.** - **Lapisan F** - Pada malam hari, ada satu lapisan ionisasi di wilayah F. Itu tergantung pada suhu atmosfer dan sangat bervariasi dalam ketinggian dan kepadatan. Lapisan ini disebut lapisan F. - **Lapisan F1** - Pada siang hari dua lapisan muncul di wilayah F. - Yang pertama adalah layer Fl. - Ketinggiannya tetap sekitar 200 km dan kerapatan ionisasi lebih rendah di musim dingin daripada di musim panas. - **Lapisan F2** - Lapisan kedua yang muncul pada siang hari adalah lapisan F2. - Ketinggiannya tergantung pada suhu udara dan bervariasi antara 250 km dan 300 km selama musim dingin, dan 300 km dan 500 km selama musim panas. - **Lapisan E Sporadis** - Meskipun lapisan E relatif stabil, kadang-kadang refraksi yang kuat jauh lebih tinggi daripada frekuensi biasanya (1,5 hingga 4 MHz) terjadi di sekitar lapisan E. - Pembentukan dan menghilangnya Ever sporadis ini dapat terjadi dalam periode waktu yang singkat, meskipun dalam garis lintang tertentu kejadiannya cukup sering untuk transmisi radio jarak jauh lebih dari 50 persen dari waktu frekuensi setinggi 50 MHz. ## Frekuensi Kritis - Faktor utama yang mengontrol transmisi jarak jauh menggunakan ionosfer adalah kepadatan ionisasi lapisan terionisasi. Semakin tinggi frekuensi transmisi, semakin besar pula kerapatan ionisasi untuk memantulkan kembali gelombang ke bumi. - Frekuensi kritis adalah frekuensi tertinggi di mana gelombang yang dikirim secara vertikal ke atas dipantulkan langsung kembali ke bumi. - Lapisan yang berbeda mungkin memiliki frekuensi kritis yang berbeda sehingga gelombang frekuensi tertentu dapat melewati lapisan angka sebelum tercermin oleh layer yang lebih tinggi. - Lapisan atas adalah yang paling terionisasi dan karenanya mencerminkan frekuensi yang lebih tinggi. - Gelombang dari semua frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi kritis yang dikirim secara vertikal ke atas tidak dipantulkan kembali ke bumi, tetapi dikatakan lolos. ## Sudut Kritis Penentuan frekuensi kritis dengan propagasi vertikal berguna karena menandai kondisi batas. Frekuensi apa pun pada atau di bawah frekuensi kritika akan dikembalikan ke bumi, tetapi frekuensi di atas frekuensi irit juga akan dikembalikan jika disebarkan pada sudut tertentu. Ini karena gelombang-gelombang ini dibiaskan oleh ionosfer dan kembali ke bumi. Ketika ini terjadi, bidang gelombang langit berturut-turut memperkuat dan membatalkan gelombang tanah, menyebabkan pemudaran sinyal yang parah. **Gambar. 12. Pembiasan Gelombang Radio yang Ideal.** ## Maximum Usable Frequency (MUF) - Untuk setiap lapisan terionisasi tertentu dengan ketinggian tetap dan kerapatan ion, dan untuk antena pemancar dengan sudut radiasi tetap (keberangkatan), ada frekuensi (lebih tinggi dari yang lain) yang akan kembali ke bumi pada jarak tertentu. - Frekuensi ini adalah frekuensi maksimum yang dapat digunakan untuk jarak dimaksud. - Itu selalu merupakan frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi kritis karena sudut keberangkatan kurang dari sudut vertikal. - Untuk setiap jarak lingkaran besar yang diberikan di sepanjang bumi, ada frekuensi maksimum yang dapat digunakan. - Ini adalah frekuensi tertinggi yang akan tercermin dari lapisan ionosfer yang diberikan dan yang akan kembali ke bumi pada jarak lingkaran-besar. - Jika jarak antara pemancar dan penerima meningkat, frekuensi maksimum yang dapat digunakan meningkat karena sudut keberangkatan harus lebih kecil. - Dalam memilih frekuensi operasi yang tepat untuk gelombang langit yang bergerak di sepanjang jalur radio tetap, MUF mungkin merupakan faktor paling penting untuk dipertimbangkan. - Jika frekuensi operasi berada di atas MUF, gelombang dikatakan lepas, karena kemudian melewati lapisan ionosfer. - Jika frekuensi operasi adalah MUF, pada siang hari, gelombang menjadi semakin dilemahkan, karena, dalam rentang frekuensi tinggi, semakin rendah frekuensinya, semakin banyak gelombang hilang melalui penyerapan ionosfer. - Karenanya, biasanya diinginkan agar transmisi terjadi pada frekuensi sedekat mungkin dengan MUF. - Ada hubungan langsung antara MUF, kondisi ionosfer, waktu dan sudut keberangkatan. - Hubungan ini ditunjukkan pada Gambar 20. - Dimungkinkan untuk memprediksi nilai-nilai MUF untuk propagasi di jalur apa pun untuk setiap saat di bulan mendatang. - Metode solusi masalah dalam prediksi melibatkan penggunaan diagram kontur dunia dan penggunaan prosedur yang rumit. ## Interferensi Fading **Gambar. 20. Hubungan Jarak, Waktu, Sudut Dan Frekuensi.** - Jika kerapatan ionosfer sedemikian rupa sehingga frekuensi maksimum yang dapat digunakan mendekati frekuensi kritis, efek medan magnet bumi memecah gelombang menjadi dua komponen. - Komponen-komponen ini, yang dikenal sebagai gelombang biasa dan gelombang luar biasa, berbeda terpolarisasi. - Gelombang komponen masing-masing membengkokkan jumlah yang berbeda di ionosfir dan bergerak melaluinya sepanjang jalur yang sedikit berbeda. - Efek medan magnet bumi pada gelombang di dalam ionosfer disebut pembelahan magnetoionik dan penting hanya sebagai kemungkinan penyebab gangguan fading. ## Lowest Useful Frequency (LUF)/Frekuensi Berguna Terendah - **Absorption (penyerapan)** - Kehadiran ion-ion di atmosfer atas tidak hanya menyebabkan pembengkokan dan kembalinya gelombang radio ke frekuensi yang cukup rendah, tetapi juga penyerapan sebagian energi gelombang yang diserap. - Pada siang hari, penyerapan terjadi terutama di daerah D ionosfer. Pada malam hari, ionisasi dan penyerapan di wilayah D menjadi diabaikan. - Namun, ada beberapa penyerapan di lapisan F2 untuk frekuensi di dekat MUF. - Semakin tinggi frekuensi yang digunakan, semakin sedikit penyerapan totalnya. - Penyerapan maksimum untuk frekuensi sekitar 500 kHz hingga 2 MHz di siang hari, dan berkurang untuk frekuensi yang lebih tinggi dan lebih rendah di malam hari. - Untuk frekuensi di atas sekitar 1 MHz, kekuatan gelombang langit yang diterima, pada siang hari, akan meningkat seiring frekuensi. - Akhirnya frekuensi akan dicapai untuk setiap jalur gelombang langit yang diberikan di mana kekuatan sinyal yang diterima hanya mengesampingkan tingkat kebisingan. - Frekuensi ini disebut frekuensi berguna terendah (LUF). - LUF tentu saja juga tergantung pada kekuatan pemancar serta jarak yang bersangkutan. - **Ringkasan untuk Frekuensi Variabel** - Dengan asumsi kondisi ionosfer konstan, jarak konstan, dan transmisi hop tunggal, dapat dikatakan demikian - Frekuensi jauh di bawah MUF akan sangat dilemahkan oleh penyerapan deviatif (penyerapan tidak disebabkan oleh retardasi / tekukan gelombang). - Frekuensi agak di bawah akan tercermin sebagai gelombang luar biasa biasa, salah satu atau keduanya dapat dilemahkan penyerapan deviatif (disebabkan oleh retardasi / pembengkokan). - Frekuensi dekat MUF akan tercermin sebagai gelombang biasa dan luar biasa, keduanya memiliki kekuatan yang adil. - Frekuensi di MUF akan menerima kekuatan sebesar mungkin sebagai satu gelombang. - Frekuensi di atas MUF akan lolos dan tidak diterima, kecuali sebagai gelombang yang tersebar. - **Ringkasan untuk Jarak Variabel** - Dengan asumsi kondisi ionosfer konstan, frekuensi tetap, dan transmisi hop tunggal, dapat dikatakan demikian - Pada jarak pendek, gelombang akan melompat dan tidak diterima, kecuali tentu saja sebagai gelombang tanah. - Pada jarak tertentu, disebut jarak lompatan (skip distance), gelombang akan diterima sebagai satu gelombang dan dengan kekuatan terbesarnya. - Pada jarak yang lebih jauh, gelombang masih akan diterima tetapi sebagai gelombang biasa dan gelombang luar biasa, dengan hasil fading yang disebabkan oleh polarisasi acak. - Pada jarak yang lebih jauh lagi, gelombang biasa dan luar biasa akan diterima, tetapi salah satu atau keduanya akan dilemahkan secara signifikan oleh penyerapan deviatif (disebabkan oleh retardasi / pembengkokan). - Pada jarak yang lebih jauh, gelombang akan sangat dilemahkan oleh penyerapan deviatif dan non deviatif. - Gelombang radio dari sudut radiasi tetap dapat diterima pada jarak yang lebih jauh dengan jarak lompatan, tetapi karena jarak ini meningkat secara berarti, hasil atenuasi yang meningkat. ## Optimum Traffic Frequency (FOT)/Frekuensi Trafik Optimal. - Variasi dalam kepadatan ion lapisan ionosfer terjadi dari hari ke hari, dan dari jam ke jam. - Prediksi yang menjadi dasar MUF dibuat dengan rata-rata pengamatan jarak jauh, tidak memper