Sistem Pembumian untuk Tower Telekomunikasi

Tower telekomunikasi merupakan stuktur baja yang berfungsi untuk menopang peralatan-peralatan telekomunikasi seperti antena sectoral, antena microwave, RRU, dll. Ketinggian tower telekomunikasi beragam-ragam dari yang 40 M - 100 M, tergantung kebutuhan-nya. Selain itu juga tipe-tipe tower telekomunikasi juga berbeda-beda. Resiko yang dimiliki tower telekomunikasi salah satunya adalah petir, yang bisa menyebabkan tegangan kenaikan tegangan yang dapat merusak peralatan telekomunikasi. Sambaran petir tak langsung dapat mengakibatkan timbulnya induksi yang dapat merusak peralatan elektronik pada daerah tersebut. Maka untuk itu dibutuhkan lah suatu sistem grounding yang baik untuk menanggulangi resiko tersebut.

Sistem pembumian/grounding adalah perencanaan instalasi kelistrikan untuk sistem proteksi, yang bertujuan untuk memberikan solusi menyeluruh berupa perlindungan peralatan telekomunikasi, bangunan, ketersediaan layanan, dan keselamatan manusia terhadap kemungkinan bahaya kejut listrik serta kerusakan akibat petir/tegangan berlebih. Sistem pentanahan juga merupakan suatu tindakan pengamanan dalam jaringan distribusi yang langsung rangkaiannya ditanahkan dengan cara mentanahkan badan  peralatan instalasi yang diamankan, sehingga  bila terjadi kegagalan isolasi, terhambat atau  bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alat-alat pengaman tersebut.

Dalam sistem pembumian membutuhkan jenis nilai tahanan tanah dari daerah tersebut dan batang elektroda yang digunakan agar dapat mengetahui nilai pembumian, diantaranya menggunakan alat ukur dan perhitungan dengan menggunakan perumusan untuk mencapai nilai grounding yang ditetapkan menurut PUIL 2000 yaitu sebesar <1Ω. Selain PUIL 2000 ada juga standard internasional lainnya yaitu NEC yang menetapkan nilai grounding untuk industri telekomunikasi sebesar <5Ω. Tapi pada dasarnya semakin kecil nilai grounding semakin baik.

Menurut PUIL 2000 [3.18.11], elektroda merupakan penghantar yang ditanamkan ke dalam tanah yang membuat kontak lansung dengan tanah. Untuk bahan elektroda  pentanahan biasanya digunakan bahan tembaga maupun baja yang sudah digalvanized atau dilapisi tembaga sepanjang kondisi setempat tidak mengharuskan memakai bahan lain misalnya pada perusahaan kimia. Elektroda juga dapat diartikan sebagai  penghantar yang ditanam dalam bumi dan membuat kontak langsung dengan bumi. Penghantar bumi yang tidak berisolasi yang ditanam dalam bumi dianggap sebagai bagian dari elektroda bumi. Biasanya industri menggunakan batang elektroda dengan diameter 5/8 inch dan panjang 3- 4 m.

Layout Tower Tampak Atas

Nantinya elektroda batang akan dimasukan tegak lurus kedalam tanah dan panjangnya disesuaikan dengan resistansi pentanahan yang diperlukan. Resistansi pentanahannya sebagian besar tergantung pada panjangnya dan sedikit  bergantung pada ukuran penampangnya. Jika  beberapa elektroda diperlukan untuk memperoleh resistansi pentanahan yang rendah, jarak antara elektroda tersebut minimum harus dua kali panjangnya. Jika elektroda tersebut tidak bekerja efektif pada seluruh panjangnya, maka jarak minimum antara elektroda harus dua kali panjang efektifnya. Kedalaman elektroda batang dan jenis tanah akan sangat berpengaruh dalam nilai grounding.

Desain sistem grounding untuk tower X

Diketahui :

p = 30 Ωm (resistansi tanah)

radius = 0.0158 m ==> 5/8 : 2 (radius diameter elektroda batang) 

L = 3 m (panjang elektroda batang)

S = Jarak antar elektoda batang (dapat dilihat gambar dibawah)

Layout Elektroda Batang

Formula yang akan digunakan:

Selanjutnya, pertama kita akan hitung elektroda batang tunggalnya terlebih dahulu menggunakan formula di atas. Maka hasilnya adalah :

Kemudian diparalelkan 4 elektroda batang dengan kita anggap titik ujung grounding satu dengan ujung lainnya adalah titik X dengan titik Z, maka hasilnya adalah:

Ket:

• R          = Resistance (W)
• ρ           = Soil Resistivity (W-m)
• L         = Length of Rod
• π          = Phi (3.14)
• a          = radius of rod (m)
• s          = Distance between grounding rod

Karena desain yang akan dibuat persegi dengan 4 jalur, dan hasil resistansi diatas kemudian diparalelkan 4 buah, maka hasilnya adalah

 Rtotal = 0.8075 W

Maka nilai total pentanahan/grounding di area tower X adalah 0.8075 Ω, dengan ini nilai tersebut memenuhi standar yang ditentukan oleh PUIL 2000 maupun standar NEC. Sekian materi yang disampaikan, semoga bisa berguna dan bermanfaat bagi yang membacanya. Thanks.

Referensi:

• IEEE Std 142 - 2007
• NEC
• NFPA 70
• Yunaningrat, Resna; Analisa Pentanahan Pada BTS BSC Banjarsari; Universitas Siliwangi Tasikmalaya.

Read More

Fading in Radio Communication

Fading adalah fluktuasi amplituda sinyal (gelombang radio). Fading margin merupakan level daya yang harus dicadangkan yang besarnya selisih antara daya rata-rata yang sampai di penerima (Rx) dan level sensitivitas penerima (Rx-Threshold). Nilai fading margin biasanya sama dengan peluang level fading yang terjadi, yang nilainya tergantung pada kondisi lingkungan dan sistem yang digunakan.

Gambar di bawah ini menggambarkan istilah dari fade margin. Site A akan mentransmisikan daya 33dBm (2W) ke Site B, kemudian level sinyal turun atau daya yang diterima oleh Site B -100 dBm. Ini memberikan margin -10 dBm karena sensitivitas penerima radio di situs b adalah -110 dBm.

Fading Margin

Dalam lingkungan yang sangat bising atau tinggal noise yang tinggi, tingkat kebisingan dapat lebih tinggi dari sensitivitas penerima. (Misalnya lebih besar dari -110 dBm dalam contoh di atas). Dalam hal ini, tidak membantu meningkatkan sensitivitas penerima atau menggunakan antena penerima yang lebih tinggi. Satu-satunya solusi jika sumber noise tidak dapat dihilangkan adalah dengan meningkatkan daya transmisi (Tx) sehingga kekuatan sinyal di radio penerima (Rx) lebih tinggi daripada kebisingan. Namun, dalam beberapa kasus, memindahkan antena penerima atau memindahkan jalur transmisi dapat mengurangi dampak kebisingan.

• Flat Fading Margin 

Flat fading margin (Mf) dihitung untuk mengatasi error ang disebabkan oleh thermal noise, dirumuskan sebagai berikut :

Mf = Prx - Pth    (dB)

Ket:

- Mf : Flat fading margin

- Prx : Daya terima nominal (dBm)

- Pth : Threshold dari thermal noise penerima (dBm)

• Frequency Selective Fading Margin

Frequency Selective Fading Margin (Ms) dimaksudkan untuk memperhitungkan kesalahan bit yang diakibatkan oleh amplitude distortion dan group delay yang terjadi pada seluruh pita frekuensi. Besarnya Frequency Selective Fading Margin dirumuskan sebagai berikut :

Ms = 102 - 35 log L - 10 log s    (dB)

Ket:

- L : Jarak hop radio (jarak Tx dengan Rx)

- S : Equipment Signature (Spesifikasi dari masing-masing pabrik)

Besarnya effective fading margin (Me), sebagai berikut:

Me = -10 log | 10 - Mf/10 + 10 - Ms/10 |

Read More

Pengantar Antena Yagi-Uda

Antena yagi-uda ditemukan pertama kali oleh Shintaro Uda and Hidetsugu Yagi di tahun 1926. Antena ini sebenarnya adalah hasil karya dari Shintaro Uda dan sudah dipublish di Jepang, karena ingin dipresentasikan ke luar jepang Shintaro Uda tidak bisa berbahasa inggris untuk itu dia menunjuk profesornya yaitu Hidetsugu Yagi. Antena yagi-uda biasanya kebanyakan digunakan untuk penangkapan siaran televisi dibeberapa dekade ini. Antena ini banyak diguanakan karena performanya yang bagus dan mudah dalam pabrikasi. Antena yagi-uda kebanyak bekerja pada frekuensi UHF (300 MHz - 3 Ghz) dan tidak menutup kemungkinan untuk dapat bekerja difrekuensi selain UHF. Selain itu antena ini juga kebanyakan dipasang diatas rumah-rumah, dan bentuk dari antena yagi-uda dapat dilihat dibawah ini.

Struktur Antena Yagi-Uda

Antena yagi-uda terdiri dari 4 bagian yaitu, driven element, reflektor, direktor, dan boom. Pada bagian driven elemen merupakan elemen pemancar/penerima dari antena dan antena yang digunakan adalah dipole atau folded dipole. Kemudian adalah reflektor yang berfungsi sebagai pembatas radiasi atau untuk memantulkan radiasi ke arah berlawanan. Seperti kita ketahui bahwa antena dipole mempunyai pola radiasi omnidireksional dan reflektor akan memantulkan radiasi pada bagian belakang ke arah depan. Selanjutnya ada direktor atau parasitic element, bagian ini berfungsi untuk mengarahkan pola radiasi sehingga antena memiliki nilai gain yang tinggi. Banyaknya direktor yang dipasang bebanding lurus dengan nilai gain dari antena. Bagian terakhir yaitu boom, bagian yang befungsi sebagai holder dari bagian driven elemen, reflektor, dan direktor. Holder biasanya terbuat dari bagian non-konduktor, apabila terbuat bagian konduktor akan mempengaruhi performa dari antena yagi-uda.

Tabel Desain Yagi-Uda 

Pola Radiasi Antena Yagi-Uda

Sekian materi yang disampaikan, mohon maaf apabila ada kata-kata yang salah. Semoga dapat bermanfaat untuk belajar dan sampai jumpa dalam materi selanjutnya.

Read More

Pengantar Antena Mikrostrip

Di era modern ini sangat membutuhkan sebuah perangkat yang ringan, murah, kemudahan instalasi dan kinerja yang maksimum. Salah satu yang menjadi fokus dalam pembahasan kali yaitu antena mikrostrip. Antena sudah sangat berkembang dari 1920-an yaitu oleh Hidetsugu Yagi, kemudian berkembang lagi ke bentuk-bentuk lainnya. Untuk menunjang efesiensi perangkat elektronik seperti handphone maka dibutuhkan lah sebuah antena yang ukurannya dapat menyesuaikan dengan dimensi handphone atau bisa dikatakan ukurannya kecil. Karena diera modern ini dimensi handphone semakin kecil dan juga begitupun antena. Antena mikrsotrip menjadi sangat bermanfaat dalam industri telepon seluler.

Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip merupakan antena yang sudah berkembang dari 1970-an, yang terbuat dari papan sikuit (PCB). Antena mikrostrip terdiri dari patch. substrat dan groundplane. Sifat dari antena mikrostrip yang memiliki profil rendah, mudah dipabrikasi, dan murah membuat antena ini berkembang pesat. Selain itu antena mikrostrip memungkinkan bekerja difrekuensi rendah hingga frekuensi tinggi dan juga antena ini mudah dapat diintergrasikan dalam sistem lain. Hingga kini penelitian tentang antena mikrostrip terus berkembang, mulai untuk aplikasi TV hingga aplikasi yang lainnnya. Antena mikrostrip juga memiliki banyak metode dalam meningkatkan gain, melebarkan bandwidth, dan motode lainnya.

Berikut dibawah ini penjelasan tentang struktur dari antena mikrostrip, antara lain :

Struktur Antena Mikrostrip

1. Patch

Patch merupakan lapisan paling atas antena yang berfungsi untuk sebagai sumber radiasi dimana energi elektromagnetik menyusur bagian tepi dari patch kedalam substrat. Patch terbuat dari bahan konduktor dengan ketebalan tertentu, misalnya tembaga. Bentuk patch juga bermacam-macam, namun yang umum digunakan biasanya berbentuk persegi panjang dan lingkaran (circular). Berikut dibawah ini adalah bentuk-bentuk patch antena mikrostrip.

Jenis-jenis patch antena mikrostrip

2. Substrat

Substrat merupakan lapisan pemisah antar groundplane dengan patch yang terbuat dari bahan dielektrik dengan nilai permitivitas, konstanta dielektrik, dan ketebalan yang berbeda-beda. Pemilihan substrat harus diperhatikan dalam pembuatan antena, karena setiap nilai-nilai yang ada pada substrat akan berpengaruh pada performansi antena. Para perancang antena menemukan bahwa nilai dielektrik dari substrat merupakan hal yang berpengaruh dalam parameter antena. Berikut dibawah ini adalah nilai konstanta dielektrik dari setiap bahan.

Daftar nilai konstanta dielektrik

3. Groundplane

Groundplane merupakan lapisan paling bawah pada antena mikrostrip dan lapisan ini terbuat dari bahan konduktor. Fungsi groundplane yaitu sebagai reflektor atau lapisan yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan.

Sekian materi yang dapat disampaikan, apabila ada kesalahan mohon dikoreksi. Semoga bermanfaat untuk para pembaca, syukron.

Read More

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam membuat antena

Antena merupakan perangkat elektronik yang menerima atau memancarkan gelombang radio. Antena merupakan perangkat penting dalam komunikasi nirkabel. Antena harus disesuaikan dengan frekuensi yang diinginkan, apabila tidak cocok dengan frekuensi yang diinginkan maka antena tidak akan bekerja. Dalam proses pengiriman, pembangkit sinyal harus disetting frekuensi yang akan digunakan antena dan kemudian antena akan mengubah daya yang dikirim menjadi gelombang elektromagnetik. Namun dalam penerimaan antena akan memotong beberapa kekuatan gelombang elektromagnetik untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan, kemudian akan dikuatkan dan didemodulasi. Pada umumnya antena dapat digunakan untuk melakukan pengiriman maupun penerimaan. Untuk membuat antena yang diinginkan ada beberapa hal yang harus diperhatikan, selanjutnya akan dibahas.

Antena Mikrostrip

Dalam membuat antena tidak boleh sembarang, antena merupakan perangkat yang bisa dibilang sensitive. Jadi harus berhati-hati dalam membuatnya dan juga dalam merawatnya. Berikut dibawah ini beberapa hal yang harus diperhatikan dalam membuat antena :

Frekuensi

1. Frekuensi, merupakan hal yang pertama kita harus perhatikan dalam membuat antena. Karena antena yang akan dibuat harus jelas, untuk diaplikasikan dimana dan secara otomatis harus tahu frekuensi yang akan digunakan. Karena frekuensi nantinya akan mempengaruhi panjang gelombang dan mempengaruhi perhitungan dimensi antena. Untuk menentukan frekuensi alangkah baiknya untuk mengecek terlebih dahulu daftar frekuensi resmi indonesia di KOMINFO agar antena yang dibuat tidak salah dan juga setiap negara memiliki frekuensi berbeda.

Skema Impedansi

2. Impedansi. Untuk memaksimal daya transfer antena yang dikirim maka impedansi merupakan hal yang harus diperhatikan. Antena pengirim dengan antena penerima harus mempunyai impedansi yang sama agar transfer daya maksimal. Dasarnya tidak masalah antena pengirim dengan antena penerima mempunyai impedansi yang berbeda, hanya saja transfer daya tidak akan maksimal dan akan menyebabkan fenomena gelombang pantul. Biasanya antena memiliki impedansi 50 ohm dan 75 ohm, menyesuaikan dengan impedansi konektor yang ada dipasaran.

Material

3. Material. Hal terakhir yang harus diperhatikan yaitu material, karena material juga sangat berpengaruh dalam performa antena. Material yang diguankan harus berbahan material konduktor, dan setiap konduktor memiliki nilai yang berbeda-beda. Nilai yang dimaksud adalah nilai konduktivitas dari konduktor, karena nilai konduktivitas semakin tinggi maka akan semakin baik dalam untuk antena.

Itulah beberapa hal yang harus diperhatikan dalam membuat antena. Selain itu usahakan dalam membuat antena harus teliti dan cermat agar tidak mempengaruhi antena. Semoga ilmu yang diberikan bermanfaat untuk para pembaca.

Read More

Pengantar Antena Cerdas

Antena cerdas merupakan jenis antena digital yang dirancang khusus dan memiliki kemampuan dalam pelacakan atau handling sinyal. Jenis antena ini sering digunakan dalam pemrosesan sinyal, radar dan telekomunikasi. Antena ini biasanya dievaluasi oleh kelompok IEEE. Antena cerdas cocok menjadi bagian sistem broadband dan dirkabel diera modern ini  karena memiliki karakterisitik array adaptif. Selain itu ada salah satu jenis antena cerdas yang dinamakan antena smart beam switched. Antena smart beam switched yaitu dapat mentransmisikan sinyal ke arah tertentu. Namun secara umum antena cerdas membantuk mengutamakan transmisi sinyal dalam efesiensi atau yang lainnya. Sehingga pancaran sinyal yang ditargekan lebih tepat dan membuat output menjadi lebih baik.

Skema antena cerdas

Dibawah ini adalah dua tipe dasar dari antena cerdas. Pada tipe pertama adalah antena multibeam. Tipe antena ini pada dasarnya seperti antena pada umumnya namun memiliki ciri khas yaitu memiliki beberapa pola pancar. Tipe lainnya yaitu adalah antena adaptive array, yaitu ante yang memiliki sifat khas pada adaptivenya dan elemen arraynya. Dalam proses penerimaan antena ini akan bekerja memaksimalnya sinyal yang diterima oleh elemen antena dan digabungkan ditambah dengan deraunya. Dalam pengiriman antena ini akan mengarahkan sinyal utama ke yang diingingkan dan akan meminimalkan ke arah gangguan atau noise. Berikut gambar antena multibeam dan antena array adaptive.

Antena multibeam

Antena array adaptive

Selanjutnya dibawah ini adalah keuntungan dan kerugian dari antena cerdas. 

Keuntungannya adalah :

• Baik antena multibeam dan antena array adaptive memberikan efisiensi tinggi dengan demikian daya tinggi kepada sinyal yang diinginkan. Ketika sejumlah besar elemen antena digunakan pada frekuensi tinggi maka pola radiasi akan semakin sempit, sehingga pola pancar akan semakin terarah. 
• Antena multibeam akan menekan inteferensi dengan pola radiasi yang sempit dan antena array adaptive akan menekan inteferensi dengan menyesuaikan pola pancarannya.

Kerugiannya adalah :

• Harga perangkat semacam itu akan menjadi lebih mahal, tidak hanya pada bagian elektroniknya tetapi juga pada dayanya. 

Read More

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) merupakan perbandingan untuk melihat seberapa efisien frekuensi radio yang ditransmisikan dari sumber melalui saluran transmisi hingga ke beban. VSWR juga bisa disebut sebagai perbandingan tegangan pada saluran transmisi. Untuk idealnya energi yang harus ditransmisikan oleh saluran transmisi adalah 100%, namun itu adalah hal yang sulit dicapai karena banyak faktor. Seperti membutuhkan kecocokan impedansi antara sumber dengan beban, impedansi karakteristik dari saluran transmisi, dan hingga impedansi konektornya. Dengan banyaknya faktor tersebut sangat sulit untuk mencapai kondisi yang ideal. 

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

Kemudian perbedaan impedansi menyebabkan kerugian yaitu akan menyebabkan daya yang dikirim akan terpantul dan kembali ke sumber. Daya yang kembali tersebut merupakan daya yang tidak diinginkan dan akan menyebabkan kerusakan pada sumber.

Persamaan VSWR

Γ= |V(max)| / |V(min|

Dimana V(max) merupakan tegangan maksimum pada saluran transmisi dan begitupun V(min) adalah tegangan minimum dari saluran tranmisi.

Selain itu VSWR juga bisa dihitung dari koefisien pantul, menggunakan persamaan :

VSWR= (1 + | Γ |)/(1 - | Γ |)

Untuk mencari nilai  dapat menggunakan persamaan :

Γ=(ZL-Z0)/(ZL+Z0)

dimana :

(gamma) : merupakan koefisien pantul.

Zl : Impedansi beban

Zo : Impedansi sumber

Secara matematis apabila kondisi ideal pada saluran transmisi, maka nilai VSWR sempurna adalah 1. Namun dalam praktiknya sangat sulit untuk mencapai nilai tersebut, untuk itu nilai VSWR yang baik adalah  <2 atau mendekati nilai 1. Sebagai contoh apabila kita mempunyai sumber yaitu 50 ohm dan beban 75 ohm. Maka nilai VSWRnya adalah :

Γ=(75-50)/(75+50) = 0.2

VSWR = (1+ 0.2)/ (1- 0.2) = 1.5

Untuk mengukur nilai VSWR dari suatu antena biasanya digunakan beberapa alat diantaranya adalah network analyzer, dan SWR meter. Berikut tambahan tabel konversi VSWR dan gambar pengukuran VSWR.

VSWR	Reflection coefficient (Γ)	Return loss	Notes
1	0.00	tak terhingga	Sempurna
1.2	0.05	26.44
1.2	0.09	20.83
1.3	0.13	17.69
1.4	0.17	15.56
1.5	0.20	13.98
1.6	0.23	12.74
1.7	0.26	11.73
1.8	0.29	10.88
1.9	0.31	10.16
2.0	0.33	9.54

Simulasi VSWR pada software CST

Pengukuran VSWR menggunakan network analyzer

Read More