BAB 5BAB 5

SISTEM PENGHANTARAN SISTEM PENGHANTARAN GELOMBANG MIKROGELOMBANG MIKRO

1. PENGENALAN1. PENGENALAN

TakrifanTakrifan GelombangGelombang MikroMikro ::---- IalahIalah gelombanggelombang elektromagnetikelektromagnetik yang yang mempunyaimempunyai frekuensifrekuensi terlaluterlalu tinggitinggi dandanjarakjarak gelombanggelombang @ @ panjangpanjang gelombanggelombangyang yang terlaluterlalu pendekpendek..

JulatJulat frekuensifrekuensi : 0.3 GHz : 0.3 GHz –– 300 GHz300 GHzJalurJalur frekuensifrekuensi : UHF, SHF : UHF, SHF dandan EHFEHFJarakJarak gelombanggelombang λλ : 1mm : 1mm –– 1m 1m

JALUR FREKUENSIJALUR FREKUENSI

TERMINAL STATION A

REPEATER STATION

TERMINAL STATION B

REPEATER STATION

TO/FROM

CUSTOMER

CENTRAL OFFEICER

(EXCHANGE)

TO/FROM

CUSTOMER

CENTRAL OFFEICER

(EXCHANGE)

A B

Digital Microwave Communications

2. 2. KelebihanKelebihan GelombangGelombang MikroMikroberbandingberbanding dengandengan GelombangGelombang RadioRadio

1.1. NilaiNilai FrekuensiFrekuensi yang yang tinggitinggiMempunyaiMempunyai lebarlebar jalurjalur (BW) yang (BW) yang besarbesar, , makamaka banyakbanyak maklumatmaklumat dapatdapat dihantardihantarpadapada satusatu--satusatu masamasa..

2.2. PanjangPanjang gelombanggelombang yang yang kecilkecilAntenaAntena yang yang kecilkecil dapatdapat menghasilkanmenghasilkangandaangandaan yang yang tinggitinggiPemusatanPemusatan tenagatenaga padapada kawasankawasan yang yang kecilkecil

SambSamb....

3.3. FrekuensiFrekuensi yang yang tinggitinggi membolehkanmembolehkanantenna antenna bersaizbersaiz kecilkecil digunakandigunakan..

4.4. ProsesProses perambatanperambatan yang yang lebihlebih baikbaik..5.5. BerkebolehanBerkebolehan menerimamenerima penyiaranpenyiaran

dengandengan baikbaik..

3. 3. KegunaanKegunaan GelombangGelombang MikroMikro

Communication :Communication :-- UHF TV, UHF TV, Satellite communication,Satellite communication,Mobile radioMobile radio

Radar :Radar :-- Airport traffic controlAirport traffic controlTrackingTrackingVelocity measuringVelocity measuring

Microwave heating :Microwave heating :-- Industrial HeatingIndustrial HeatingHome microwave ovensHome microwave ovens

** ** GelombangGelombang mikromikro dalamdalam mikrowavemikrowave oven oven menggunakanmenggunakanfreq. freq. ygyg samasama dgndgn isyaratisyarat ygyg digunakandigunakan dlmdlm penyiaranpenyiaranradio & TV.radio & TV.

SambSamb……

Industrial, scientific, medical :Industrial, scientific, medical :--Linear acceleratorLinear acceleratorPlasma Plasma contaimentcontaiment,,Radio astronomyRadio astronomy

Test equipment. Test equipment.

4. Microwave propagation 4. Microwave propagation ((perambatanperambatan gelombanggelombang mikromikro))

PerambatanPerambatan gelombanggelombang mikromikro ialahialah caracaratenagatenaga RF RF dapatdapat bergerakbergerak melaluimelalui pandupandugelombanggelombang (waveguide).(waveguide).

TerdapatTerdapat 2 2 jenisjenis mod mod perambatanperambatan iaituiaitu ::--i. Transverse Electric (TE)i. Transverse Electric (TE)ii. Transverse Magnetic (TM)ii. Transverse Magnetic (TM)

Dominant Propagation Mode Dominant Propagation Mode ialahialahTranverseTranverse Electric Mode (TEM) Electric Mode (TEM) ygygmerambatmerambat dalamdalam pandupandu gelombanggelombang(waveguide).(waveguide).PerambatanPerambatan gelombanggelombang dalamdalam waveguide waveguide adalahadalah berbentukberbentuk zigzig--zagzag..MelaluiMelalui perambatanperambatan dlmdlm bentukbentuk zigzig--zagzaginiini, , medanmedan elektrikelektrik max. max. beradaberada ditengahditengahpandupandu gelombanggelombang dandan sifarsifar padapadapermukaanpermukaan dindingdinding waveguide.waveguide.

Angle of ReflectionAngle of ReflectionAngle of incidenceAngle of incidence

Figure 5.2 Electromagnetic wave propagation in a rectangular waveguideFigure 5.2 Electromagnetic wave propagation in a rectangular waveguide

5. Microwave transmission5. Microwave transmission

KaedahKaedah komunikasikomunikasi gelombanggelombang mikromikroterbahagiterbahagi kepadakepada 2 2 bentukbentuk iaituiaitu ::--i.i. Terrestrial (ground) linksTerrestrial (ground) linksii. Satellite linksii. Satellite linksKeduaKedua--duadua bentukbentuk komunikasikomunikasi iniinimenggunakanmenggunakan frekuensifrekuensi dandan teknologiteknologiyang yang samasama disampingdisamping mempunyaimempunyaiperbezaanperbezaan yang yang sedikitsedikit sahajasahaja..

i. Terrestrial Microwavei. Terrestrial Microwave

MenghantarMenghantar data data menggunakanmenggunakan gelombanggelombangelektromagnetikelektromagnetik melaluimelalui ruangruang udaraudara dandansemuasemua sistemnyasistemnya terletakterletak didi bumibumi..Terrestrial microwave Terrestrial microwave menggunakanmenggunakanfrekuensifrekuensi yang yang rendahrendah didalamdidalam (GHz range) (GHz range) dandan frekuensifrekuensi yang yang biasabiasa digunakandigunakan ialahialah 44--6GHz 6GHz dandan 2121--23GHz. 23GHz. OlehOleh sebabsebab ituitu, , komunikasikomunikasi dihadkandihadkan didalamdidalam kawasankawasan bumibumisahajasahaja..

MenggunakanMenggunakan antenna parabolic antenna parabolic untukuntukhantarhantar dandan terimaterima gelombanggelombang (antenna (antenna bergarisbergaris pusatpusat 10 kaki). 10 kaki). TidakTidak memerlukanmemerlukansatelitsatelit..ArahArah antenna antenna ditetapkanditetapkan semasasemasapemasanganpemasangan sistemsistemSesuatuSesuatu antenna antenna pemancarpemancar memfokuskanmemfokuskanpancaranpancaran yang yang halushalus utkutk penghantaranpenghantarandalamdalam bentukbentuk ‘‘line of sightline of sight’’ dalamdalam jarakjarak50km 50km antaraantara setiapsetiap stesenstesen..

Figure 1: Figure 1: ““A Microwave station is an earthA Microwave station is an earth--based reflective dish that based reflective dish that contains the antenna and other equipment necessary for microwavecontains the antenna and other equipment necessary for microwave

communicationscommunications”” (Shelly, (Shelly, CashmanCashman, & , & VermaatVermaat, 2002, p. 9.38). , 2002, p. 9.38).

KelemahanKelemahan terrestrial microwave :terrestrial microwave :

GangguanGangguan asapasap tebaltebal dandan hujanhujan lebatlebatTidakTidak dapatdapat menghantarmenghantar data data dgndgn lebihlebihberkesanberkesan dandan lajulaju..TidakTidak bolehboleh adaada penghalangpenghalang antaraantara 2 2 antenaantena parabolic.parabolic.PerluPerlu repeater repeater untukuntuk penghantaranpenghantaran jarakjarakjauhjauh (25(25--30 30 batubatu))

Sistem yang menggunakan terrestrial microwave Sistem yang menggunakan terrestrial microwave ialah : Televisyen , Telefonialah : Televisyen , Telefon

ii. Satellite microwavesii. Satellite microwaves

SatelitSatelit diletakkandiletakkan diruangdiruang angkasaangkasa padapada22,300 kaki 22,300 kaki daridari bumibumi..StesenStesen didi bumibumi menggunakanmenggunakan antenaantenaparabolic (satellite dish) parabolic (satellite dish) untukuntukberkomunikasiberkomunikasi dengandengan satelitsatelit..SatelitSatelit iniini memantulkanmemantulkan semulasemula isyaratisyarat dlmdlmjalurjalur pancaranpancaran luasluas @ @ sempitsempit (broad @ (broad @ narrow beams) narrow beams) bergantungbergantung kpdkpd lokasilokasi utkutkterimaterima isyaratisyarat..

PemantulPemantul padapada satelitsatelit dipanggildipanggiltransponder.Penerimatransponder.Penerima gelombanggelombangdipanggildipanggil stesenstesen downlink. downlink. PenghantarPenghantargelombanggelombang dipanggildipanggil stesenstesen uplink.uplink.

FrekuensiFrekuensi yang yang digunakandigunakan antaraantarapemancarpemancar ((bumibumi keke satelitsatelit) ) dandan frekuensifrekuensipantulanpantulan ((satelitsatelit keke bumibumi) ) adalahadalah berbezaberbeza..

KebaikanKebaikan ::i.i. Data Data dihantardihantar padapada kawasankawasan yang yang

sangatsangat luasluas dandan kadarkadar penghantaranpenghantarandata data adalahadalah lajulaju..

ii.ii. CajCaj perkhidmatanperkhidmatan tidaktidak bergantungbergantung padapadajarakjarak. .

KeburukanKeburukan ::i.i. GangguanGangguan padapada datadataii.ii. AncamanAncaman keselamatankeselamatan

Waveguide

Microwaves antenna

Waveguide

Microwave Amplifier

Microwave Receiver

Figure 5.3 Microwave System Block Diagram

Microwave Oscilloscope

Satellite microwave

6. 6. PanduPandu GelombangGelombang (waveguide)(waveguide)

MembenarkanMembenarkan gelombanggelombang mikromikro merambatmerambatmelaluinyamelaluinya..Waveguide Waveguide dibuatdibuat daripadadaripada copper, copper, aluminiumaluminium dandan brass.brass.TerdapatTerdapat 3 3 jenisjenis bentukbentuk pandupandu gelombanggelombangiaituiaitu::--

ElipticalEliptical, , Circular Circular Rectangular.Rectangular.

ELLIPTICAL

CIRCULAR

RECTANGULAR

TenagaTenaga RF RF akanakan memasukimemasuki waveguide waveguide melaluimelalui‘‘quarter wave stub antennaquarter wave stub antenna’’..SemasaSemasa tenagatenaga RF RF beradaberada didalamdidalam waveguide, waveguide, makanmakan prosesproses perambatanperambatan berlakuberlaku dlmdlm bentukbentuk zigzig--zagzag..UtkUtk menghasilkanmenghasilkan pantulanpantulan tenagatenaga RF yang RF yang lebihlebihbaikbaik, , makamaka permukaanpermukaan dalamandalaman waveguide waveguide mestilahmestilah mempunyaimempunyai kerintangankerintangan elektrikalelektrikal yang yang rendahrendah. . IanyaIanya disalutidisaluti bahanbahan sepertiseperti emasemas dandanperakperak. .

5 5 komponenkomponen yang yang pentingpenting dalamdalam pandupandugelombanggelombang ::--

-- Bends Bends –– H bends, E bends & the twistH bends, E bends & the twist-- Tees Tees –– shunt, series, magic teeshunt, series, magic tee-- Attenuators, Attenuators, -- Terminators Terminators -- Directional couplers.Directional couplers.

H bend – digunakan utkPutaran sudut 90º

E bend – digunakanUtk melengkapkanPutaran sudut 90º, samada keatas @ kebawah

Tees (Tees (CawangCawang T)T)

Tees Tees digunakandigunakan sebagaisebagai power splitter power splitter ((pembahagianpembahagian kuasakuasa), power combiners ), power combiners ((pencampuranpencampuran kuasakuasa) ) dandan isolator.isolator.IaIa mengandungimengandungi keratankeratan--keratankeratan waveguide waveguide yang yang disambungdisambung bersamabersama..Tees Tees terdiriterdiri daridari ::--i. Shunt tee i. Shunt tee –– used as a power combinersused as a power combinersii. Series tee ii. Series tee –– act as phase splitter transformer.act as phase splitter transformer.iii. Magic tee iii. Magic tee –– combine characteristic of shunt & combine characteristic of shunt & series. Used as a transmit series. Used as a transmit –– receive switch.receive switch.

Series tee

Magic tee

DigunakanDigunakan untukuntuk mengawalmengawal parasparas kuasakuasakeluarankeluaran oscillator oscillator atauatau lainlain--lain lain puncapuncakuasakuasa RF RF sebelumsebelum digabungkandigabungkan dalamdalammixer, bridge mixer, bridge atauatau amplifier.amplifier.Variable attenuator Variable attenuator dibinadibina dengandenganmenggunakanmenggunakan flap yang flap yang dibuatdibuat daridariresistive material yang resistive material yang bolehboleh dimasukkandimasukkandlmdlm waveguide.waveguide.The amount of the attenuation is controlled The amount of the attenuation is controlled by how far the flap is inserted into the by how far the flap is inserted into the waveguide. waveguide.

Terminator is a device that is connected to Terminator is a device that is connected to the end of a transmission line in order to the end of a transmission line in order to provide a match load.provide a match load.

Directional couplersDirectional couplers

KomponenKomponen yang yang digunakandigunakan untukuntukmengukurmengukur jumlahjumlah dandan araharah (forward @ (forward @ reverse) reverse) tenagatenaga RF yang RF yang mengalirmengalir..DigunakanDigunakan untukuntuk automatic power control,automatic power control,protection from high SWR, manual protection from high SWR, manual measurement of the SWR along a measurement of the SWR along a waveguide section.waveguide section.

End of 1End of 1stst SessionSession

Fungsi : Memancarkan gelombang mikroyang dihasilkan oleh punca gelombangmikro.Antena mempunyai gandaan yg jelas(apparent gain) kerana ia menumpukankuasa yang dipancarkan didalam jalurpancaran sempit (narrow beam) berbandingpenghantaran pada semua arah. Lebarpancaran akan berkurang apabila gandaanantena tinggi.

7. Microwaves Antenna7. Microwaves Antenna

3 ciri penting antena microwave :-a) Front to back ratio b) Side to side coupling c) Back to back coupling

Terdapat 3 jenis antena gelombang mikroiaitu :a ) Antena Hon b) Antena Slot c) Antena Parabola (Parabolic Reflector

Antenna)

a) Antena Hon

Pandu gelombang yang mempunyai bukaanyang lebih besar pada bahagian depan.

Gandaan antena hon bergantung kepadabukaan pandu gelombang. Semakin besarbukaan semakin tinggi gandaan antena.Biasanya gandaan hon antena dihadkankepada 20dB disebabkan bukaan akanmenjadi besar dan panjang antena akanbertambahSelalunya antena hon digunakanbersama dengan antena parabola

b) Antena Slot

Digunakan pada frekuensiyang amat tinggi iaitu300GHz dan panjanggelombang 0.5mmSelalunya digunakan padapesawat berkelajuantinggi

c) Antena Parabola

Merupakan antena yang biasa digunakanpada frekuensi tinggi.Mengandungi alat penyinar utama untukpancarkan kuasa ke permukaan parabola tersebut.Gandaan antena bergantung kepadadiameter parabola.

8. Punca Tenaga Gelombang MikroUntuk menghasilkan gelombang mikroTerdapat 2 jenis punca utama iaitu :

a) Jenis semikonduktor- Diod Terowong- Gunn Diod- IMPATT Diod- TRAPATT Diod

b) Jenis Tiub- Reflex Klystron- Klystron 2 rongga- Tiub gelombang bergerak- Magnetron

Tunnel diode

Impatt diode Trapatt diode

a) Jenis semikonduktor

Gunn Diode

Gunn DiodeGunn Diode is a very popular microwave diode. It is also called a transferred electron device (TED).The Gunn Diode does not have a junction. Instead, it is a thin piece of N-type gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide(InP) semiconductor that forms a special resistor when voltage is applied to it.

Tunnel Diode (Tunnel Diode (DiodDiod TerowongTerowong))

MerupakanMerupakan dioddiod kerintangankerintangan negatifnegatif(negative resistance diode).(negative resistance diode).IaIa menghasilkanmenghasilkan julatjulat sempitsempit (narrow (narrow range) range) bagibagi kerintangankerintangan negatifnegatif apabilaapabiladipincangdipincang hadapanhadapan..DigunakanDigunakan untukuntuk menghasilkanmenghasilkan pengayunpengayungelombanggelombang mikromikro berkuasaberkuasa rendahrendah. (Low . (Low power microwave oscillator).power microwave oscillator).

ImpattImpatt & & TrapaatTrapaat DiodesDiodes

MerupakanMerupakan 2 2 jenisjenis dioddiod gelombanggelombang mikromikroyang yang digunakandigunakan sebagaisebagai pengayunpengayun(oscillators).(oscillators).KeduaKedua--duadua jenisjenis dioddiod simpangsimpang PN PN iniinidibuatdibuat daripadadaripada SiGeSiGe, , GaAsGaAs, , InPInP (Indium (Indium Phosphine).BahanPhosphine).Bahan iniini mmebenarkanmmebenarkanpergerakanpergerakan elektronelektron yang yang lebihlebih pantaspantas..

DirekaDireka utkutk beroperasiberoperasi padapada pincanganpincanganhadapanhadapan yang yang tinggitinggi menyebabkanmenyebabkanberlakunyaberlakunya avalanche @ breakdown.avalanche @ breakdown.PadaPada kadarkadar yang yang melebihimelebihi julatjulat sempitsempit(narrow range), (narrow range), kerintangankerintangan negatifnegatif akanakanterhasilterhasil..DiodDiod ImpaatImpaat tersediatersedia dengandengan kadarkadar kuasakuasa(power rating) (power rating) melebihimelebihi 25W 25W dlmdlm unit GHz unit GHz yang yang rendahrendah..

b) Jenis Tiub- Reflex Klystron- Klystron 2 rongga- Tiub gelombang bergerak- Magnetron

Gambarajah : Reflex Klystron

Reflex Klystron

Merupakan tiub vakum gelombang mikroyang menggunakan rongga salun (cavity resonators) untuk menghasilkanpemodulatan halaju bagi alur elektron danmenghasilkan gandaan.

Klystron terdapat dalam pelbagai saiz.

Lebih besar saiznya akan menghasilkangandaan yang lebih tinggi.

Frekuensi klystron ditentukan oleh saizrongga masukan dan keluaran.

Klystron biasanya digunakan padafrekuensi rendah seperti UHF dan padafrekuensi tinggi seperti 100GHz.

Microwave Measurement Diagram