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


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


Alokasi Frekuensi Transponder

Frekuensi yang digunakan pada komunikasi satelit disusun dalam bentuk kanal-kanal yang disebut dengan transponder. Satu satelit bisa memilki banyak transponder, tergantung dari design dan tujuan penggunaannya. Sebagai contoh misalnya Satelit Palapa-D memiliki 40 transponder yang terdiri dari 24 transponder C-band, 11 transponder Ku-band dan 5 transponder Extended C-band. Jumlah transponder sebanyak ini dimaksudkan untuk mengatisipasi kebutuhan pelanggan yang semakin meningkat. Dulu satelit Palapa generasi pertama (Palapa-A1) hanya membawa 12 transponder saja (C-band) karena pada jaman itu (Papala-A1 diluncurkan bulan Juli 1976) kebutuhan akan transponder masih sangat rendah. Contoh lainnya adalah satelit Cakrawarta-1 (diluncurkan bulan November 1997) dimana satelit ini hanya membawa 5 transponder saja (S-band), karena dengan 5 transponder ini sudah cukup untuk menyiarkan 40 program siaran TV berlangganan (Indovision).

Pita frekuensi satelit yang paling populer adalah C-band (4 - 6 GHz) karena sinyal pada frekuensi ini tidak terpengaruh oleh hujan dan bebas dari interferensi sinyal-sinyal microwave teresterial. Alokasi frekuensi pada C-band dirinci dalam gambar di bawah ini, dimana bandwidth satu transponder dibatasi sebesar 36 MHz dan antar transponder diberi jarak (guard band) sebesar 4 MHz (gambar 1b). Gambar 1a memperlihatkan alokasi frekensi dari masing-masing transponder berikut frekuensi tengahnya, sedangkan gambar 1c memperlihatkan frekuensi maksimum dan minimum dari sebuah transponder (dalam gambar ini diambil contoh transponder 7H).

Gambar (1): Alokasi frekuensi transponder C-band

Berdasarkan contoh dalam gambar 1c di atas maka frekuensi maximum dari transponder 12V adalah 4200 MHz, sedangkan frekuensi minimum dari transponder 1H adalah 3700 MHz. Dengan demikian total frekuensi yang dialokasikan untuk seluruh transponder adalah 4200 - 3700 = 500 MHz.

Sementara itu jumlah total transponder seluruhnya ada 24, sedangkan bandwidth masing-masing transponder 36 MHz dan guard band 4 MHz. Jika dihitung secara linier maka akan diperoleh = 24 transpoder x (36 + 4) MHz = 960 MHz. Artinya, untuk 24 transponder @ 36 MHz dan guard band @ 4 MHz dibutuhkan bandwidth total = 960 MHz. Tetapi pada kenyataanya cukup dengan 500 MHz saja kebutuhan itu sudah tercukupi. Artinya kita bisa menghemat bandwidth hampir separonya. Hal ini bisa terjadi karena ada sifat polarisasi gelombang (elektromagnetik) yang bisa dimanfaatkan, yaitu bahwa dua buah gelombang yang polarisasinya saling tegak lurus akan terisolasi satu sama lain. Besarnya faktor isolasi ini adalah sekitar 30 dB atau seper-seribu. Dengan kata lain, dua buah sinyal dapat menggunakan satu frekuensi yang sama asalkan polarisasinya berbeda 90 derajat. Dengan memanfaatkan fenomena ini maka kita bisa menghemat bandwidth hingga separonya.

POLARISASI ANTENA

Isolasi sinyal berdasarkan polarisasi ini dapat dijelaskan sebagia berikut. Perhatikan gambar 2a di bawah ini, dimana antena pemancar dan penerima sengaja dibuat sama-sama tegak (polarisasi = vertikal). Antena pemancar yang dilalui oleh arus listrik akan membangkitkan medan magnet yang melingkari antena pemancar itu. Medan magnet ini kemudian akan menginduksi antena penerima, dana berhubung posisi antena penerima ini juga tegak (vertikal) maka banyak sekali medan magnet yang memotong penampangnya. Akibatnya arus yang ditimbulkan oleh antena penerima menjadi paling maksimal.

Jika misalnya antena penerima ini bisa diputar perlahan-lahan, maka makin miring posisi antena penerima itu, araus listrik yang dihasilkannya akan semakin menurun, karena makin sedikit medan magnit yang memotong penampangnya. Hingga kemudian posisi antena penerima itu tepat tegak lurus terhadap antena pemancar (gambar 2b). Nah pada posisi inilah arus listrik yang dihasilkan oleh antena penerima paling minimal. Ini adalah merupakan prinsip paling mendasar dari elektromgnetisme.

Perbandingan antara daya minumum terhadap daya maksimum yang diterima oleh antena penerima itu adalah sekitar 30 dB. Dengan demikian menjadii jelas bahwa bila antena pemancar dan penerima polarisasinya berbeda sebesar 90 derajad maka akan terdapat isolasi antara antena pemancar dan antena penerima sebesar kira-kira 30 dB. Sifat inilah yang kemudian dimanfaatkan dalam sistem komunikasi satelit. Sebab pemisahan (isolasi) dua buah sinyal sebesar 30 dB (seper-seribu) sangatlah berarti dalam sistem komunikasi satelit.

Sekedar gambaran, jika kita punya penggaris sepanjang 1 meter maka seper-seribu dari 1 meter adalah 1 milimeter. Kita masih bisa dengan mudah melihat seberapa panjang 1 milimeter itu. Tapi bila kita punya penggaris yang panjangnya hanya 1 milimeter maka seper-seribu dari 1 mili meter itu sangat lah kecil sekali, sehingga bolehlah kita abaikan. Analogi seperti inilah yang dipakai dalam sistem komunikasi satelit. Bahwa sinyal yang masuk ke dalam feedhorn antena parabola itu levelnya sangat kecil sekali (sekitar 1 pico watt = 10 pangkat minus 12), sehingga sinyal yang levelnya seper-seribu dari 1 picowatt pastilah sangat kecil sekali sehingga bisa diabaikan.

Gambar (2): Ilustrasi dari pengertian polarisasi antena

Berdasarkan polarisasi inilah kemudian setiap transponder diberi nama sesuai nomor urut dan polarisasinya masing-masing. Selanjutnya secara konsensus, penyebutan polarisasi mengacu sinyal down link. Artinya jika kita menyewa transponder dan diberi satu slot frekuensi pada transponder 5V misalnya, maka itu berarti kita harus mengatur antena penerima kita (down link) pada polarisasi vertikal. Pemberian nama ini juga dimaksudkan untuk kemudahan pointing antenna. Jika kita hendak memasang SNG atau perangkat Up-Link lain, tidak serta merta kita bisa langsung memancarkan sinyal ke arah satelit. Tetapi pertama kali yang harus dilakukan adalah mengarahkan antena parabola ke arah satelit. Inilah yang disebut dengan pointing, yaitu mengarahkan antena ke arah satelit. Pada saat pointing yang diperlukan adalah sebuah sinyal referensi berikut polarisasinya (dalam contoh ini polarisasinya adalah vertikal). Artinya kita membutuhkan sinyal down link pada polarisasi vertikal sebagai referensi untuk memastikan bahwa arah antena kita sudah benar.

Setelah pointing dan referensi sinyal pada polarisasi vertikal itu sudah didapat, maka barulah kita bisa mengirim atau memancarkan sinyal ke arah satelit. Akan tetapi sinyal yang kita pancarkan ini menggunakan polarisasi horizontal. Jadi antara sinyal yang kita kirim dan yang kita terima polarisasinya berbeda 90 derajad. Hal ini dimaksudkan untuk mengisolasi antara sinyal yang kita kirim dengan yang kita terima. Meskipun sinyal yang kita kirim yang dan yang kita terima frekuensinya sudah pasti berbeda, tapi kedua sinyal ini polarisasinya juga dibedakan agar keduanya benar-benar saling terisolasi satu sama lain. Dengan demikian antara sinyal yang kita kirim dan yang kita terima dapat dipastikan tidak akan saling mengganggu.

Gambar (3): Contoh produk Feedhorn Antena atau sering disebut Orto Mode Transducer (OMT) dimana
terlihat jelas bahwa antara Port Tx dan Port Rx polarisasinya berbeda 90 derajad.

Sekedar contoh perhatikan gambar 1a di bagian transpoder 1H. Jika kita mengirim sinyal dng frekuensi uplink (F/U) = 5945 MHz dan polarisasinya adalah Vertikal, maka di dalam satelit sinyal tersebut akan digeser frekuensinya menjadi frekuensi down link (F/D) = 3720 MHz dan dipancarkan ke bumi dengan polarisasi Horizontal.

Untuk mengisolasi Tx dan Rx berdasarkan polarisasinya secara praktis relatif mudah, yaitu dengan membuat Port Tx dan Port Rx saling tegak lurus satu sama lain. Cara ini diimplementasikan dalam Feed Horn antenna sebagimana diperlihatkan dalam gambar (3) di atas, dimana terlihat jelas bahwa posisi waveguide antara port Tx dan Port Rx saling tegak lurus (berbeda 90 derajad). Selanjutnya dengan Feed Horn ini kita bisa memancarkan sinyal ke arah satelit (uplink) dan sekaligus menerimanya kembali pada frekuensi dan polarisasi yang berbeda. Beda frekuensi ini adalah 2225 MHz dan beda polarisasinya adalah 90 derajad.

Perbedaan frekuensi antara Tx dan Rx ini merupakan hasil kerja dari rangkaian Penggeser Frekuensi yang ada di dalam satelit. Frekuensi 2225 MHz ini kemudian dijadikan referensi untuk menghitung besarnya F/U atau F/D bila salah satu dari keduanya sudah ditetapkan. Misalnya sudah ditetapkan frekuensi F/D = 3930 MHz. Itu berarti kita harus mengirim sinyal up link frekuensi = 3930 + 2225 = 6155 MHz.

CROSS POLE

Melanjutkan contoh di atas kita sudah mendapat slot frekuensi F/D = 3930 MHz. Persoalannya kemudian adalah bahwa frekuensi 3930 MHz tersebut masuk dalam transponder 6H dan 6V [perhatikan gambar (4) di bawah ini]. Dengan demikian akan menjadi rancu tentang transpoder mana yang akan kita gunakan. Itulah sebabnya informasi frekuensi saja tidak cukup, sehingga informasi tentang nama transpoder berikut polarisasinya juga harus diikutsertakan.

Taruhlah misalnya informasi yang kita dapat sudah lengkap: frekuensi = 3930 MHz dan nama Transponder = 6V. Nah sekarang kita tahu bahwa pada frekuensi yang sama tetapi polarisasinya horizontal, kemungkinan ada sinyal yang digunakan oleh orang lain. Jika pengaturan polarisasi antena kita tidak tepat maka sinyal orang lain itu akan menganggu kita, dan sebaliknya sinyal kita juga akan mengganggu orang lain. Oleh sebab itu perlu dilakukan kalibrasi polarisasi. Kalibrasi polarisasi ini sering disebut dengan Cross Pole Interference.

Gambar (4): Contoh pemakaian satu frekeunsi untuk dua sinyal yang berbeda polarisasinya

Pengukuran Cross Pole Interference adalah sebuah upaya untuk mengetahui seberapa besar interferensi yang diakibatkan oleh sinyal pada frekuensi yang sama tetapi polarisasinya bersebrangan (cross pole). Cara yang umum dilakukan adalah kita harus mengirim sinyal carrier murni (tanpa pemodulasi) dangan daya pancar yang cukup ke arah satelit (up linkj). Dengan demikian sinyal yang kita pancarkan ini dapat diterima secara jelas di penerima. Kemudian operator satelit (yang umumnya memiliki antena penerima berdiameter besar sehingga mampu menangkap sinyal yang lemah) akan menerima sinyal dari satelit (downlink) di kedua polarisasi yang berbeda (vertikal maupun horizontal).

Pada polarisasi yang sama akan diperoleh level sinyal yang besar, sedangkan pada polarisasi yang berseberangan (cross pole) akan diperoleh level sinyal yang jauh lebih kecil. Level kedua sinyal ini kemudian dapat diukur perbedaannya. Jika perbedaannya masih di bawah 30 dB berarti polarisasi antena belum terkalibrasi dengan tepat. Untuk itu Feed Horn harus diputar-putar sedemikian rupa sehingga diperoleh polarisasi yang tepat. Polarisasi antenna dikatakan sudah terkalibrasi dengan tepat bila perbedaan levelnya lebih besar atau sama dengan 30 dB. Angka sebesar 30 dB (atau seper-seribu) dinilai cukup untuk mengisolasi dua buah sinyal dengan frekuensi sama, tapi polarisasinya berbeda. Dengan demikian kedua sinyal tidak akan saling ganggu atau saling menginterferensi. Gambar (5) di bawah ini memperlihatkan sebuah contoh hasil (print out) pengukuran cross pole dari sebuah antena parabola berdiameter 3.7 meter yang dilakukan oleh operator satelit.

Gambar (5): Contoh print out pengukuran Cross Pole Interference.
Dalam contoh ini perbedaan level sinyal pada marker N dan marker D adalah 32.9 dB

 

POLARISASI CIRCULER

Selain polarisasi linier (vertical atau horizontal) dikenal pula polarisasi sirkuler (melingkar). Dalam polarisasi sirkuler, arah medan listrik menjalar seperti ulir pada sekrup, dimana ulir ini bisa melingkar ke kiri (Left Hand Circular Polarization = RHCP) atau melingkar ke kanan (Right Hand Circular Polarization = LHCP). Gambar 3.3.1.1b memperlihatkan arah gerakan medan listrik yang melingkar ke kiri dan ke kanan.

Gambar 3.3.1.1: Arah penjalaran gelombang dan arah medan listrik pada sistem
(a) Polarisasi linier (b) Polarisasi sirkuler

Antena penerima dengan polarisasi sirkuler masih bisa menerima sinyal yang berpolarisasi linier, tetapi dengan faktor isolasi (redaman) sebesar 3 dB. Demikian pula sebaliknya, antena penerima dengan polarisasi linier juga bisa menangkap sinyal berpolarisasi sirkuler tapi dengan faktor isolasi (redaman) sebesar 3 dB.

Alasan utama pemilihan polarisasi sirkuler adalah karena lebih tahan terhadap ganguan de-polarisasi. Misalnya de-polarisasi oleh lapisan ionosfer. Ionosfer adalah lapisan di bagian atas atmosfer bumi yang terionisasi akibat radiasi matahari. Di ionosfer terdapat elektron-elektron bebas yang membentuk awan yang tidak rata dan awan ini bergerak, sehinga di setiap titik ketebalan awan elektron ini berubah-ubah. Efek yang ditimbulkan oleh awan elektron ini adalah merubah polarisasi sinyal. Maksudnya, sinyal dengan polarisasi linier yang menembus lapisan ini akan mengalami perubahan polarisasi. Besarnya perubahan polarisasi ini bisa mencapai 9° untuk frekuensi 4 GHz dan 4° untuk frekuensi 6 GHz. Makin tinggi frekuensi sinyal, perubahan polarisasi ini semakin mengecil. Untuk frekuensi di atas 10 GHz misalnya, perubahan polarisasi itu bisa diabaikan.

Sementara itu sinyal dengan polarisasi sirkuler, juga akan mengalami perubahan ketika menembus lapisan ionosfer. Tetapi berhubung polarisasinya memang berputar maka perubahan sudut polarisasi itu menjadi tidak ada artinya. Demikian juga dengan de-polarisasi oleh butiran air hujan. Sinyal dengan polarisasi linier akan berubah polarisasinya ketika menembus butiran-butiran air hujan, sedangkan sinyal dengan polarisasi sirkuler tidak banyak terpengaruh. Itulah sebabnya polarisasi sirkuler dikatakan lebih tahan terhadap gangguan de-polarisasi.

Gambar 3.3.1.2: (a) Contoh konstruksi circular polarizer (b) Contoh pemasangan antena berpolarisasi sirkuler.
Sumber: How to set up circular polarization by Satellite Signals

Sinyal dengan polarisasi sirkuler banyak digunakan dalam siaran radio FM. Sifatnya yang tidak terpengaruh oleh de-polarisasi membuat sinyal radio FM ini mampu melakukan penetrasi kedalam celah-celah rumah hingga sampai ke antena penerima dengan daya yang masih cukup kuat. Sebab pesawat penerima radio FM umumnya berada di dalam rumah (indoor) dan antenanya sering tidak dibentang secara maksimal. Itulah sebabnya sinyal dari pemancar tidak bisa ditangkap secara maksimal oleh antena penerima. Bila sinyal FM itu berpolarisasi linier misalnya, maka sinyal akan lebih banyak terhalang atau dipantulkan oleh benda-benda yang posisinya vertikal atau horizontal (linier). Akibatnya, sinyal akan mengalami kesulitan dalam melakukan penetrasi ke dalam rumah. Dengan demikian  sinyal yang sampai ke antena penerima sudah sangat lemah. Dengan kata lain, sinyal mengalami redaman yang sangat besar. Tapi dengan polarisasi sirkuler besarnya redaman tersebut dapat dikurangi. Sebab arah medan listrik yang melingkar seperti sekerup pada sinyal berpolarisasi sirkuler akan lebih mudah menembus celah-celah rumah. Gambar 3.3.1.3 memperlihatkan beberapa contoh antena untuk siaran radio FM yang membangkitkan sinyal berpolarisasi sirkuler.

Gambar 3.3.1.3: Beberapa contoh antena pemancar radio FM dengan polarisasi sirkuler

Berbeda dengan siaran radio FM, siaran televisi konvensional menggunakan standar polarisasi horizontal (linier). Pemilihan polarisasi horizontal ini didasarkan pada kenyataan bahwa noise yang ditimbulkan oleh peralatan listrik, seperti: saklar, motor listrik, pemantik api listrik dlsb., berpolarisasi vertikal. Jadi untuk mengurangi gangguan dari noise ini kemudian dipilih polarisasi horizontal. Sementara itu sinyal TV membawa beban (bandwidth) yang cukup besar, yaitu sebesar 7 MHz (bandingkan dengan bandwidth siaran radio FM yang hanya 180 kHz). Oleh karena itu dengan beban yang demikian besar, kemudian ditambah lagi polarisasinya adalah horizontal, maka sinyal TV akan mengalami kesulitan dalam melakukan penetrasi ke dalam rumah. Itulah sebabnya antena penerima TV umumnya diletakkan di atas atap (outdoor), kemudian polarisasinya dibuat horizontal dan bahkan perlu tambahan gain yang cukup besar (gain antena Yagi rata-rata di atas 8 dB) sehingga diperoleh penerimaan sinyal yang maksimal.

Artikel selanjutnya: Perangkat Up-Link & Down-Link

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