Agar tidak hilang begitu saja, maka ikatlah ilmu itu dengan cara menuliskannya.


 
Home | Produk | Alamat Kontak | Management | Bisnis Link | Artikel Teknik


Antena Parabola

Satu set TVRO terdiri dari: Antena Parabola, LNB, dan Satellite Receiver atau IRD. Tapi berhubung bagian yang paling menonjol adalah antena parabolanya, maka orang awam sering menyebut TVRO dengan Parabola saja. Pertanyaannya kemudian adalah: mengapa untuk menerima siaran TV itu harus menggunakan Parabola? Ya, karena sinyal dari satelit yang sampai di bumi sangatlah lemah, sehingga perlu antena yang besar untuk menangkapnya.

Antena parabola didesain sedemikian rupa sehingga sinyal yang ditangkap dipantulkan oleh piringan berbentu parabola untuk kemudian dikumpulkan ke satu titik yang disebut dengan titik api. Hanya lengkungan parabolik saja yang memiliki titik api. Di titik api inilah kemudian sinyal yang lemah itu dikumpulkan sehingga dayanya menjadi lebih kuat. Hal ini bisa terjadi karena amplitudo dari sinyal-sinyal yang sampai ke titik api itu adalah sefasa. Sebab jarak lintasan yang ditempuh oleh sinyal-sinyal tersebut adalah sama (perhatikan gambar 3.9.1) sehingga bisa sefasa.

Prinsip kerja dari antena parabola untuk pemancar (up-link) maupun untuk penerima (down-link) adalah sama. Antena parabola untuk pemancar pasti bisa digunakan sebagai  penerima. Tetapi tidak sebaliknya. Antena penerima TVRO misalnya, tidak bisa (tepatnya tidak boleh) digunakan untuk antena pemancar, karena design dan konstruksinya berbeda. Berhubung antenna ini hanya direncanakan huntuk menerima saja, maka spesifikasi dari antena TVRO tidak terlalu tinggi. Tujuannya adalah agar harganya bisa murah. Sebaliknya, antena untuk pemancar tidak boleh dibuat sembarangan. Antean pemancar harus didesign secara presisi, dengan bahan berkualitas tinggi, konstruksinya juga harus kuat / kokoh dan spesifikasi dari radiasi gelombang yang dipancarkanya harus mengikuti standar yang telah ditetapkan. Itulah sebabnya antena parabola untuk pemancar (up-link) harganya jauh lebih mahal dibanding antena TVRO.

Gambar 3.9.1 memperlihatkan pinsip kerja dari 3 tipe antena parabola. Tipe yang pertama adalah Prime Focus. Disebut Prime Focus karena penempatan feedhorn tepat berada di focus piringan parabola. Dengan demikian konstruksinya menjadi sederhana. Antena tipe Prime Focos akan bermasalah ketika ukuran/diameternya cukup besar. Bila diameternya cukup besar (di atas 4,5 meter), maka pengaturan cross-pole menjadi cukup sulit dilakukan. Sebab cross-pole harus dilakukan dengan jalan memutar-mutar feedhorn. Berhubung diameternya  cukup besar maka letak feedhorn menjadi sulit dijangkau. Akibatnya cross-pole menjadi cukup sulit dilakukan. Masalah ini kemudian dipecahkan dengan antena tipe Cassegrain. Pada antenna tipe Cassegrain, posisi feedhorn berada di bawah piringan parabola. Dengan demikian pengaturan cross-pole (memutar-mutar feedhorn) dapat dilakukan dengan mudah.

Persoalan lain kemudian muncul ketika ukuran/diameter parabola itu kecil (di bawah 1,8 m). Pada antena Prime Focus dibutuhkan tiang penyangga untuk memegang feedhorn. Demikian juga dengan antena tipe Cassegrain, dibutuhkan tiang penyangga untuk memegang Sub-Reflectornya. Tiang-tiang penyangga ini umumnya terbuat dari logam yang bersifat menghalangi / memantulkan sinyal (dalam gambar 3.9.1 tidak diperlihatkan). Oleh karena terhalang, maka dengan sendirinya efisiensi (atau gain) dari  antena menjadi turun. Untuk  antena berukuran besar penurunan ini tidak begitu terasa, tetapi untuk antena kecil penurunan gain ini harus dihindari. Sebab gain dari antena kecil sudah cukup kecil. Solusi dari masalah ini adalah antena tipe antena Offset, dimana posisi tiang-tiang penyangga tidak menghalangi sinyal (dalam gambar 3.9.1c tidak diperlihatkan).

Gambar 3.9.1: Pinsip kerja dari 3 tipe  parabola yang paling poluler, yaitu:
(a) Tipe Prime Focus (b) Tipe Cassegrain (c) Tipe Offset

Sebagai antena penerima, makin besar diameter piringan parabola tentu akan semakin banyak sinyal yang bisa ditangkap. Dengan kata lain, makin besar diameter parabola, antena itu akan makin sensitif dalam menerima sinyal-sinyal yang lemah. Sebaliknya sebagai antena pemancar, makin besar diameter berarti semakin banyak sinyal yang bisa dipancarkan ke satu arah tententu. Jadi intinya, makin besar diameter akan makin besar gain dari antena parabola itu. Gain antena parabola akan sebanding dengan kuadrat dari diameternya. Selain itu gain  antenna ini juga sebanding dengan kuadrat dari frekuensi kerjanya. Jadi secara umum gain  parabola dapat diketahui dari formula yang sudah disederhanakan sebagai berikut:

G = 20,2 + 20 Log (d) + 20 Log (f) + 10 Log E

dimana

G = Gain parabola (dalam satuan dB)
d = Diameter piringan parabola (dalam satuan meter)
f = Frekuensi kerja sinyal (dalam satuan GHz)
E = Efisiensi parabola (nilainya berkisar antara 0.55 s/d 0.73, tergantung dari design dan kualitas pabrikasinya)

Sekedar contoh misalnya antena SNG dengan diameter = 2 meter, dimana antena ini bekerja pada frekuensi C-Band dengan frekuensi Tx = 6 GHz dan Rx = 4 GHz. Kemudian diketahui efisiensinya = 0.57. Maka dengan formula di atas bisa dihitung besarnya GTx dan GRx sbb.:

GTX = 20,2 + 20 Log (2) + 20 Log (6) + 10 Log 0,57 = 39,54 dB
GRX = 20,2 + 20 Log (2) + 20 Log (4) + 10 Log 0,57 = 36,02 dB

Dalam contoh perhitungan ini diambil antena SNG sebagai ilustrasi, karena antena SNG bisa berfungsi sebagai antena pemancar dan sekaligus sebagai antena penerima. Dari contoh ini terlihat bahwa jika frekuensi kerja naik 1½  kali lipat, maka gain antena naik (1½) kuadrat = 2,25 kali lipat, atau naik 3,52 dB. Nah, silahkan menghitung gain antena SNG itu bila diameternya hanya 1 meter saja. Silahkan hitung juga bila antena SNG itu bekerja pada frekuensi Ku-Band (Tx = 14 GHz dan Rx = 12 GHz).

LNA dan LNB

Sinyal-sinyal yang dikumpulkan oleh antena parabola paada titik apinya masih cukup lemah, sehingga perlu diperkuat lagi oleh sebuah amplifier. Berhubung sinyal yang akan diperkuat ini masih sangat lemah (ordenya disekitar 1 pico watt atau sepuluh pangkat minus 12), maka amplifier yang digunakan harus memiliki noise sangat rendah. Amplifier dengan noise yang sangat rendah ini disebut Low Noise Amplifier (LNA). Mengapa harus low noise? Karena hampir setiap amplifier disusun dari rangkaian penguat yang bertingkat-tingkat. Di setiap tingkat akan selalu muncul noise yang berasal dari dalam penguat itu sendiri. Noise yang muncul di tingkat pertama akan diperkuat oleh penguat kedua, lalu diperkuat lagi oleh penguat ketiga dan seterusnya. Jadi makin besar noise yang dihasilkan dari dalam penguat itu sendiri akan makin besar pula noise yang dihasilkan di tingkat paling akhir. Oleh karena itu noise itu haruslah sangat rendah. Jika tidak, yang diperkuat bukannya sinyal input, tetapi malah noise itu sendiri.

Besarnya noise yang berasal dari dalam penguat dinyatakan dalam suhu. Sebab noise ini berasal dari benturan elektron-elektron di dalam transistor akibat dari panas (suhu). Pada suhu mutlak (0° Kelvin atau minus 273° Celsius) barulah elektron-elektron tesebut diam tak bergerak. Tapi karena adanya panas maka elektron-elektron itu akan bergerak dan akan saling berbenturan. Benturan-benturan elektron inilah yang kemudian menimbulkan noise di dalam transistor. Noise ini sering juga disebut dengan White Noise.
 
Di awal tahun 90-an LNA yang beredar di pasar memiliki noise temperatur sekitar 100° Kelvin. Namun melalui serangkaian penelitian yang cukup panjang, dan dengan makin berkembangnya teknologi HEMT (High Electron Mobility Transistor), kini sudah banyak beredar LNA dengan noise temperature yang cukup rendah (20° K) dengan gain yang cukup tinggi (60 dB). Harganyapun juga sudah relatif murah. Noise temperature yang rendah dan gain yang tinggi merupakan kondisi ideal untuk sebuah LNA.

Selanjutnya setelah sinyal dari satelit yang lemah tadi diperkuat oleh LNA, maka sinyal menjadi cukup kuat untuk kemudian di geser frekuensinya. Sinyal dari satelit yang semula frekuensinya 3,7 - 4,2 GHz (C-Band) digesar frekuensinya menjadi 950 - 1.450 kHz (L-Band). Penggeseran ini menggunakan osilator lokal = 5.15 GHz. Penggeseran frekuensi dari C-Band ke L-Band ini dilakukan di dalam satu blok (casing) sehingga LNA berikut rangkaian penggeser frekuensi ini disebut dengan Low Noise Blok Amplifier (disingkat menjadi LNB). Penggeseran atau penurunan frekuensi dari C-Band ke L-Band ini dimaksudkan agar sinyal tersebut mendapat redaman yang lebih rendah ketika disalurkan melalui kabel coaxial yang panjang. Gambar 3.10.1 memperlihatkan sebuah contoh produk LNB (Norsat 3120).

Gambar 3.10.1: Contoh produk LNB dengan T = 20° K, G = 60 dB dan Stabilitas frekuensi +/- 5 kHz.
Osilator lokal yang digunakan untuk menggeser frekuensi dalam LNB ini adalah jenis PLL.

Pada perangkat TVRO, IRD umumnya diletakkan di dalam ruang (indoor) sedangkan LNB di luar ruang (outdoor). Tepatnya, LNB dipasang di dekat titik api antena parabola. Pertanyaan: mengapa LNB diletakkan sedekat mungkin dengan titik api parabola? Baru setelah itu sinyal output dari LNB dihubungkan ke IRD menggunakan kabel coaxial? Mengapa tidak dibalik saja? Dari titik api parabola, sinyal dihubungkan dengan kabel coaxial baru kemudian diperkuat dengan LNB?

Sinyal yang ditangkap oleh parabola sangatlah lemah (sekitar 1 pico watt). Bisa dibayangkan bila sinyal yang sangat lemah ini kemudian langsung diredam oleh kabel coaxial. Pasti sinyal akan semakin melemah. Sementara itu di dalam kabel coaxial itu sendiri terdapat elektron-elektron bebas yang saling berbenturan akibat adanya energi panas dari lingkungan sekitarnya. Maka ketika diperkuat oleh LNB, noise dari kabel coaxial ini akan bertambah besar. Akibatnya perbandingan antara kekuatan sinyal terhadap noise (S/N) menjadi sangat rendah, bahkan bisa saja nilainya minus. Bila hal ini terjadi, berarti kita sama sekali tidak menerima (informasi) apa-apa. Itulah sebabnya LNB diletakkan sedekat mungkin ke titik api parabola sehingga sinyal yang diperkuatnya tidak mendapat banyak redaman (dari feedhorn) dan tidak mendapat tambahan noise, kecuali noise dari dalam LNB itu sendiri. Satu-satunya tambahan noise dalam kasus ini justru berasal dari antena, yang lebih dikenal dengan istilah Noise Temperature Antena.

Noise temperature antena (TA) bukan berasal dari suhu fisik antena, melainkan noise yang berasal dari berbagai macam sumber noise yang kemudian tertangkap oleh antena. Sumber noise itu bisa berasal dari cosmic, atmosfer, alat-alat listrik dan ground. Sebagai contoh misalnya pada malam hari ketika antena menghadap ke langit yang gelap akan mendapat sumbangan TA sebesar 4 hingga 10° K. Di lain pihak, antena parabola di satelit yang mengarah ke bumi akan mendapat sumbangan TA sebesar 290° K. Maklum karena di bumi banyak sekali terdapat sumber-sumber noise buatan manusia sehingga menyumbang noise yang cukup besar pada antenna satelit yang mengarah ke bumi. Jadi arah antena sangat berpengaruh pada besarnya TA. 

PARAMETER G/T

Antena dan LNB adalah komponen paling depan dari jajaran sistem penerima. Kedua alat inilah yang bersentuhan langsung dengan sinyal-sinyal yang diterima. Berhubung sinyal ini sangat lemah, maka noise, betapapun noise ini juga sangat lemah, tetapi tetap akan mempengaruhi / mengganggu penerimaan sinyal. Perbandingan antara besarnya sinyal yang diterima terhadap noise (S/N) inilah yang kemudian dijadikan tolok ukur terhadap kualitas penerimaan sinyal. Oleh karena itu noise, dalam hal ini adalah noise temperature, menjadi perhatian utama pada sistem penerima dalam sistem komunikasi satelit.

Gambar 3.11.1: Ilustrasi untuk menentukan noise total dan parameter G/T

Noise yang paling dominan adalah noise temperatur antena (TA) dan noise temperature LNB (TLNB), sedangkan noise pada kabel Coaxial dan Receiver (RX) sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Hal ini bisa dipahami karena dengan gain LNB yang besar (di atas 40 dB) noise pada kabel Coaxial dan Receiver menjadi sangat kecil (perhatikan perhitungan noise total dari sistem penerima dalam gambar 3.11.1b).

Berdasarkan fenomena ini kemudian muncul sebuah parameter baru yang disebut dengan G/T, yaitu sebuah parameter yang mewakili sensitifitas dari sebuah sistem penerima. 

Sementara itu sifat dasar noise adalah acak dan menyebar ke seluruh frekuensi. Oleh karena itu makin lebar bandwidth yang digunakan akan semakin besar pula gangguan dari noise yang diterimanya. Besarnya noise yang diterima ini dinyatakan dalam formula:

N = k T B

dimana

N = Besarnya daya noise total pada sebuah sistem penerima (dalam satuan dbm)
k = Konstanta Boltzman = 1.38 x 10-23 (dalam satuan Joule / °K)
T = Noise temperatur total dari sebuah sistem penerima (dalam satuan °K)
B = Bandwidth dari sinyal yang diterima (dalam satuan Hz)

Parameter seperti: daya pancar, diameter antena, EIRP, jarak antara stasiun bumi ke satelit (range), redaman ruang (free space loss), noise temperature, G/T dan bandwidth  sebagaimana yang telah diuraikan di atas sangat diperlukan untuk menghitung link budget. Dengan bantuan software yang banyak tersedia, maka perhitungan link budget menjadi lebih mudah. Contoh software atau calculator link budget dapat diperoleh di sini atau di sini.

Artikel Sebelumnya: Relay TV dan TVRO. Artikel Selanjutnya: Studio to Transmitter Link (STL)

Ditulis oleh Dwi Ananto Widjojo @ PT. Dua Wijaya Teleinformatika © Mei 2012