Modul-5 : Signal Propagation · Dalam teknologi informasi, sinyal adalah arus listrik atau medan...
Transcript of Modul-5 : Signal Propagation · Dalam teknologi informasi, sinyal adalah arus listrik atau medan...
Modul-5 : Signal Propagation
Lecture Slides of GD. 2213 Satellite GeodesyGeodesy & Geomatics Engineering
Institute of Technology Bandung (ITB)
Hasanuddin Z. AbidinGeodesy Research DivisionInstitute of Technology BandungJl. Ganesha 10, Bandung, IndonesiaE-mail : [email protected]
Version : February 2007
Dalam teknologi informasi, sinyal adalah arus listrik atau medanelektromagnetik yang digunakan untuk membawa data dari satutempat ke tempat lainnya.
Terkecuali untuk sinyal-sinyal DC, semua sinyal pembawamempunyai frekuensi tertentu, atau panjang gelombang tertentu.
Data tersebut ditumpangkan ke arus listrik atau medanelektromagnetik dengan suatu proses yang dinamakan modulasi.
Proses modulasi sinyal dapat dilakukan secara analog atau dijital.Berdasarkan parameter sinyal yang diubah dikenal beberapa tipemodulasi, yaitu modulasi amplitudo, frekuensi, dan fase.
S I N Y A L
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Gelombang Elektromagnetik
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Panjang gelombang , l
medanlistrik
medanmagnetik
arahpergerakan
c (kec.cahaya)
Panjang gelombang , l
medanlistrik
medanmagnetik
arahpergerakan
c (kec.cahaya)
Spektrum radiasi elektromagnetik adalah rentang menyeluruh dariradiasi gelombang elektromagnetik, mulai dari panjang gelombangyang terpanjang (gelombang radio) sampai yang terpendek(sinar gamma) yang merupakan produk dari atom-atom radioaktif.
Perbedaan mendasar dari gelombang-gelombang ini terletak padapanjang gelombangnya, yang terkait langsung dengan enerji yangyang dibawa oleh gelombang tersebut.
Semakin pendek panjang gelombang dari suatu radiasi,akan semakin tinggi enerjinya.
Gelombang Elektromagnetik
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
http://imagers.gsfc.nasa.gov/ems/waves3.html
Energi Gelombang =Konstanta Planck x frekuensi
http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/emspectrum.html
GelombangElektromagnetik
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
http://www.lbl.gov/MicroWorlds/ALSTool/EMSpec/EMSpec2.html
Hasanuddin Z. Abidin, 2004
RadiationX-rays
UltravioletVisible light
InfraredEHFSHFUHFVHFHFMFLFVLFELF
Wavelength1.6 x 10-11 - 6.6 x 10-8 m1.4 x 10-8 - 3.6 x 10-7 m3.6 x 10-7 - 7.8 x 10-7 m7.8 x 10-7 - 3.4 x 10-4 m1.0 x 10-3 - 1.0 x 10-2 m1.0 x 10-2 - 1.0 x 10-1 m
0.1 - 1 m1 - 10 m
10 - 102 m102 - 103 m103 - 104 m104 - 105 m105 - 106 m
Frequency4.5 x 1015 - 1.9 x 1019 Hz8.3 x 1014 - 2.2 x 1016 Hz3.8 x 1014 - 8.3 x 1014 Hz8.8 x 1011 - 3.8 x 1014 Hz
3 x 1010 - 3 x 1011 Hz3 x 109 - 3 x 1010 Hz3 x 108 - 3 x 109 Hz3 x 107 - 3 x 108 Hz3 x 106 - 3 x 107 Hz3 x 105 - 3 x 106 Hz3 x 104 - 3 x 105 Hz3 x 103 - 3 x 104 Hz3 x 102 - 3 x 103 Hz
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Ref. : Seeber (1993),Rueger (1996)
visible light
(m)
cosmicradiation
radiowaves
microwaves
infraredacoustic
waveUVRontgen-radiation
10-16 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 104 106
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Spektrum gelombang radio dalam kategori pita-pita SHF dan UHF,serta sebagian dari EHF dan VHF umumnya juga dinamakan sebagaigelombang mikro (microwave).
Spektrum gelombang mikro umum dibagi sebagai berikut:
Gelombang mikro banyak digunakan untuk aplikasi telekomunikasi(termasuk telekomunikasi dengan satelit) serta pada sistem-sistemRadar (Radio detection and Ranging).
V BandQ BandK BandX BandS BandL BandP Band
Panjang Gelombang5.3 mm - 6.5 mm6.5 mm - 8.3 mm8.3 mm - 27.5 mm27.5 mm - 57.7 mm57.7 mm - 0. 194 m0.194 m - 0.769 m0.769 m - 1.333 m
Frekuensi46 - 56 GHz36 - 46 GHz
10.9 - 36 GHz5.2 - 10.9 GHz1.55 - 5.2 GHz0.39 - 1.55 GHz0.225 - 0.39 GHz
Gelombang Mikro (Microwave)
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Ref. : Rueger (1996)
PEMBAGIANSPEKTRUMFREKUENSI
Ada beberapakategori pembagianspektrum frekuensi.
Ref : H.J. Kramer (1996).Observation of the Earth
and Its Environment, Springer VerlagHasanuddin Z. Abidin, 1999
Sistem Satelit Frekuensi Sinyal
TRANSIT/Doppler 150 MHz400 MHz.
-L - band
GPS 1227.60 MHz1575.42 MHz
L - bandL - band
GLONASS 1602.5625 - 1615.5 MHz1246.4375 - 1256.5 MHz
L - bandL - band
Mark-III VLBI System 2.2 - 2.3 GHz8.2 - 8.6 GHz
S - bandX - band
TOPEX/Poseidon(Radar Altimeter)
5.3 GHz13.6 GHz
X - bandK - band
ERS-1 (Radar Altimeter) 13.8 GHz K - band
CONTOH SPEKTRUM YANG DIGUNAKANOLEH SISTEM SATELIT GEODESI
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Pembagian Atmosfir Bumi
Ref. : Seeber (1993)
Thermo-sphere
Protono-sphere
Iono-sphere
Neutro-sphereTroposphere
Stratosphere
Mesosphere
Altitude(km)
Temperature Ionization Magneticfield
Propagation Technical
100.000
10.000
1.000
100
10
Magneto-sphere
Dynamo-sphere
Ionosphere
Troposphere
UpperAtmosphere
LowerAtmosphere
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
LAPISAN-LAPISAN ATMOSFIR
Ref. http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/earth/atmosphere.html Hasanuddin Z. Abidin, 1999
LAPISAN-LAPISAN ATMOSFIR
Ref : H.J. Kramer (1996). Observation of the Earthand Its Environment, Springer Verlag Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Berdasarkan profil temperaturnya, lapisan atmosfir Bumi umumdibagi atas troposfir, stratosfir, mesosfir, dan termosfir.
Temperatur dalam lapisan troposfir turun dengan ketinggian.
Di atas troposfir, terdapat lapisan stratosfir yang ketinggiannyamencapai sekitar 50 km. Dalam lapisan stratosfir, temperaturkembali naik dengan membesarnya ketinggian.
Temperatur kembali turun di dalam lapisan mesosfir, yang berketinggian50 sampai 80 km di atas permukaan Bumi. Penurunan ini dapat mencapai-500C sampai -1400C, tergantung pada lintang dan musim.
Dari ketinggian 80 km, temperatur kembali naik di dalam lapisanthermosfir. Temperatur ini dapat naik sampai 20000C, dan bahkankadang mencapai 25000C pada siang hari.
PROFIL TEMPERATUR ATMOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Thermosfir
Ionosfir
Mesosfir
Stratosfir
Troposfir
Tropopause
Stratopause
Mesopause
Lap.Ozon
Temperatur (0C)
-100 -50 0 50 100
Keti
nggia
n(k
m)
300
200
100
80
60
40
20
0
Thermosfir
Ionosfir
Mesosfir
Stratosfir
Troposfir
Tropopause
Stratopause
Mesopause
Lap.Ozon
Temperatur (0C)
-100 -50 0 50 100
Keti
nggia
n(k
m)
300
200
100
80
60
40
20
0
PROFIL TEMPERATUR ATMOSFIR
Ref. : [NASA ESE, 2000]
http://www.espere.net/Unitedkingdom/water/uk_layers.htm
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
http://royal.okanagan.bc.ca/mpidwirn/atmosphereandclimate/atmslayers.html
http://www.woodrow.org/teachers/esi/1998/p/phenomena/graphicalreps.htm#Atmos_Layers
PROFIL TEMPERATURATMOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
O
He
N2
O2
Ar
105 106 107 108 109 1010 1011 1012
Jumlah partikel (cm-3)
500
400
300
250
200
150
100
Keti
nggia
n(k
m)
Komposisi GasAtmosfir Bumi
O
He
N2
O2
Ar
105 106 107 108 109 1010 1011 1012
Jumlah partikel (cm-3)
500
400
300
250
200
150
100
Keti
nggia
n(k
m)
Komposisi GasAtmosfir Bumi
KOMPOSISI GAS DALAM ATMOSFIR
Atmosfir Bumi terdiri atas beberapa jenis gas seperti Oksigen,Nitrogen, Helium, dan Argon. Menurut Tascione (1994), secara umum tiga gas utama yangmembentuk atmosfir adalah Nitrogen (sekitar 78%), Oksigen(sekitar 21%), dan Argon (sekitar 1%). Sampai ketinggian sekitar 100 km, gas-gas tersebut bercampur secarabaik, sehingga densitasnya relatif sama dengan di permukaan Bumi. Di atas ketinggian ini setiap gas berada dalam kesetimbangan difusifdan distribusi vertikal dari setiapgas akan tergantung pada beratmolekulnya. Komposisi tipikal gas dalamatmosfir yang diturunkan daripengukuran pada tahun 1960anditunjukkan pada Gambarberikut.
http://www.woodrow.org/teachers/esi/1998/p/phenomena/graphicalreps.htm#Gas_Comp_Graph
KOMPOSISI GAS DALAM ATMOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Dinamika dankarakteristikatmosfir Bumi
sangat dipengaruhioleh aktivitas matahari
ATMOSFIR BUMI & MATAHARI
Movie Credit: This film cliptaken from a longer movie byBig Bear Solar Observatory of
a flare that occurred onApril 7, 1997.
http://www.windows.ucar.edu/spaceweather/quicklook5.html
PROPERTIESRadiusVolumeSurface AreaMassDistance from EarthAngular Diameter from EarthGravity at SurfaceEscape Velocity at SurfaceAverage DensityTotal Radiated PowerPower at earthEffective TemperatureSolar Spectral TypeApparent Rotation PeriodAge
VALUES700 000 km1.4 billion billion km3
6.1 billion billion km2
2000 billion billion kg149 million km0.53 degrees of arc290 m/s2
618 km/sec1400 kg/m3
380 000 billion billion kilowatts1380 watts/m2/sec5770 0KG2V27.3 days (varies with latitude)5000 million years (approx)
BEBERAPA FAKTA TENTANG MATAHARI
Ref. : http://www.ips.gov.au Hasanuddin Z. Abidin, 2001
The sun's upper atmosphere (the corona)is very hot and some of its hydrogenand helium are able escape the sun'sgravity.
Because the gas is hot and is in constantsolar illumintation it becomes a fullyionized plasma.
This streaming plasma is the solar wind, and it flows out past the earthaffecting the earth's magnetic field, the magnetosphere and ionosphere.
Solar wind contains roughly equal number of electrons and protons, alongwith a few heavier ions, and blows continously from the surface of the Sunat an average velocity of about 400 km/second.
This wind leads to a mass loss of about 10 million tons of material per year,which may seem like a large number, but is insignificant relative to thetotal mass of the Sun.
When the solar wind encounters Earth's magnetic field it is deflectedlike water around the bow of a ship, as illustrated in the above image
Ref. http://csep10.phys.utk.edu/
SOLAR WIND (1)
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Ref. http://ion.le.ac.uk/ionosphere
SOLAR WIND (2)
The correspondingregion of space sittingbehind the bow shockand surrounding theEarth is termed themagnetosphere.
It represents a regionof space dominated bythe Earth's magneticfield in the sense thatit largely preventsthe solar wind fromentering.
Ref. http://csep10.phys.utk.edu/
MEDAN MAGNETIK BUMI (1)
The Earth has a substantialmagnetic field.
It is well known thatthe axis of the magneticfield is tipped with respectto the rotation axis ofthe Earth. Thus, true northdoes not coincide with magnetic north.
The origin of the Earth's magnetic field is not completelyunderstood, but is thought to be associated with electrical currentsproduced by the coupling of convective effects and rotation inthe spinning liquid metallic outer core of iron and nickel.This mechanism is termed the dynamo effect.
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
A fundamental property of magnetic fields is that they exert forces onmoving electrical charges.
Thus, a magnetic field can trap charged particles such as electrons andprotons as they are forced to execute a spiral motion back and forth alongthe field lines.
As illustrated in the adjacent figure,the charged particles are reflectedat "mirror points" where the field linescome close together and the spiralstighten.
One of the first fruits of early spaceexploration was the discovery in thelate 1950s that the Earth is surroundedby two regions of particularly high concentration of charged particlescalled the Van Allen radiation belts.
Ref. http://csep10.phys.utk.edu/
MEDAN MAGNETIK BUMI (2)
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Van Allen radiation beltsare doughnut-shaped regionsencircling Earth and containinghigh-energy electrons and ionstrapped in the Earth's magnetic field.
Explorer I, launched by NASA in 1958, discovered these tworegions of intense radiation surrounding the Earth.
They are referred to as the inner and outer Van Allen radiationbelts, after James Van Allen who designed Explorer I.
The inner region is centered at about 3000 km above Earth andhas a thickness of about 5000 km.
The outer region is centered at about 15,000 - 20,000 km abovethe surface of the Earth and has a thickness of 6,000 - 10,000 km.
VAN ALLEN BELT
Ref. http://imagine.gsfc.nasa.gov Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Because the solar wind consists of chargedparticles, it is not able to easilypenetrate the closed magnetic fieldlines on the sunward side of the earth.
The resulting forces induced cause thewind to flow around the magnetic field and the field is "compressed”on sunward side.
The solar wind is also super-sonic, and when it is slowed by earth a bowshock is formed.
A fairly sharp boundary exists between the solar wind outside and themagnetosphere inside which is called the magnetopause. This is roughlyspherical on the sunward side and cylindrical on the anti-sun side.
The interplaneteray magnetic field or IMF is the magnetic field of the sun,"frozen" into the solar wind and swept out along with it.
INTERAKSI SOLAR WIND-MEDAN MAGNETIK BUMI (1)
Ref. http://ion.le.ac.uk/ionosphere
Some of the earth's magnetic field lines near the poles are able to"connect" with the IMF and are swept along with the flow for a longdistance in the anti-sunward direction and form the geomagnetic tail ormagnetotail.
Here they may "reconnect" again with the earth's field.The plasma trapped in the reconnection region is accelerated towardsthe earth becoming heated, and forms the plasma sheet.
Some of the particles in the hot plasma sheet traveldown the magnetic field lines and precipitate intothe atmosphere in a ring around the polecalled the auroral oval.
The resulting magnetic field of the earth is highlydistorted from the simple dipole field it would haveif it were not for the solar wind.
Ref. http://ion.le.ac.uk/ionosphere Hasanuddin Z. Abidin, 1999
INTERAKSI SOLAR WIND-MEDAN MAGNETIK BUMI (1)
The aurora, or northern and southern lights, are often visible fromthe surface of the Earth at high northern or southern latitudes.
Auroras typically appear as luminous bands or streamers that canextend to altitudes of 200 miles (well into the ionosphere).
Auroras are caused by high energy particles from the solar wind thatare trapped in the Earth’s magnetic field.
As these particles spiral back and forthalong the magnetic field lines, they comedown into the atmosphere near the northand south magnetic poles where themagnetic field lines disappear intothe body of the Earth.
Ref. http://csep10.phys.utk.edu/
A U R O R A
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Aktivitas matahari bisa dikarakterisir dengan jumlah sunspot number.Semakin besar sunspot number berarti semakin tinggi aktivitasmatahari, dan sebaliknya
Sunspot Number (R) didefinisikan : R = K (10G + I)dimana :
G = jumlah kelompok sunspot yang nampak di permukaan matahariI = jumlah total dari sunspot individual yang nampakK = faktor instrument, untuk memperhitungkan perbedaan antara
pengamat dan observatory yang berbeda-beda.
Ada beberapa sunspot number yang digunakan :
Ref. : http://www.ips.gov.au
• Zurich number (Rz)• International Sunspot Number (RI), pengganti Rz sejak Jan. 1981• The American Sunspot Number
SUNSPOT NUMBER
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
0
50
100
150
200
250
46 50 80 9048 5452 6056 58 6462 7066 68 7472 76 78 8482 86 88
Smoothed monthly mean sunspot numbers
January 1946 - July 1988
Sunsp
ot
num
ber
Year
Jumlah sunspot akan bervariasi dari waktu ke waktu.
Secara temporal, jumlah sunspot mempunyai variasi 11 tahunan.
SUN SPOT CYCLE (1)
A B C D E F G H
14 1901.7 2.6 1907.0 64.2 5.3 6.6 11.9
15 1913.6 1.5 1917.6 105.4 4.0 6.0 10.0
16 1923.6 5.6 1928.4 78.1 4.8 5.4 10.2
17 1933.8 3.4 1937.4 119.2 3.6 6.8 10.4
18 1944.2 7.7 1947.5 151.8 3.3 6.8 10.1
19 1954.3 3.4 1957.9 201.3 3.6 7.0 10.6
20 1964.9 9.6 1968.9 110.6 4.0 7.6 11.6
21 1976.5 12.2 1979.9 164.5 3.4 6.9 10.3
22 1986.8 12.3 1989.6 158.5 2.8 6.8 9.7
23 1996.4 8.2 ? ?
A = Sunspot Cycle NumberB = Year of MinimumC = Minimum Sunspot NumberD = Year of Maximum
E = Maximum Sunspot NumberF = Rise to Max (yrs)G = Fall to Min (yrs)H = Cycle Length (yrs)
Ref. : http://www.ips.gov.au Hasanuddin Z. Abidin, 1999
SUN SPOT CYCLE (2)
Terkait dengan propagasi gelombang elektromagnetik
dalam atmosfir Bumi, ada beberapa konsep penting
yang perlu diperhatikan, yaitu :
medium dispersif dan non-dispersif,
kecepatan fase dan kecepatan group, dan
interaksi enerji antara gelombang denganpartikel-partikel yang ada dalam atmosfir.
PROPAGASI GELOMBANG
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
MODA-MODA PROPAGASI SINYAL
Ref. : Tomasi (1994)
sky wave
direct LOS wave (space wave)
ground-reflected wave
surface wave
Lapisan atas atmosfir
PEMANCARPENERIMA
PERM. BUMI
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
EFEK-EFEK OPTIKAL
Ref. : Tomasi (1994)
Refraksi (Pembiasan)
Refleksi (Pemantulan)
Difraksi (Pemendaran)
Interferensi
Propagasi gelombang dalam atmosfir Bumi dapatdipengaruhi oleh efek-efek optikal seperti :
Difraksi
Refraksi
Refleksi
Interferensi
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
MEDIUM DISPERSIF
Medium dimana kecepatan propagasi dari gelombang EMtergantung pada frekuensi dinamakan medium dispersif.
Pada medium dispersif, indeks refraksi tergantung padafrekuensi sinyal.
Gelombang yang frekuensi lebih tinggi akan direfraksikandalam arah yang sedikit berbeda dengan gelombang yangfrekuensinya lebih rendah.
Efek dispersi disebabkan oleh interaksi elektromagnetikantara medan bermuatan listrik dari medium dengan medaneksternal dari gelombang yang memasuki medium tersebut.
Ref. : Seeber (1993) Hasanuddin Z. Abidin, 1999
KECEPATAN FASE & GROUP (1)
Dalam medium dispersif diamati adanya kecepatan yang berbeda-beda untuk gelombang dengan frekuensi yang berbeda-beda danjuga group (kelompok) gelombang.
Dalam hal medium dispersif dikenal kecepatan fase dan group.
Kecepatan fase adalah kecepatan dari suatu gelombang yangpanjang gelombang tertentu yang uniform.
Kecepatan group adalah kecepatan dari suatu group gelombang,yang merupakan superposisi dari beberapa gelombang daribeberapa frekuensi.
Kecepatan group adalah kecepatan propagasi dari enerji atauinformasi yang dibawa oleh gelombang tersebut.
Ref. : Seeber (1993) Hasanuddin Z. Abidin, 1999
KECEPATAN FASE & GROUP (2)
Seandainya adalah kecepatan sudut dan k adalah bilangan gelombang,maka kecepatan fase dapat diformulasikan sebagai :
vf = f. = /k dimana = 2f dan k = 2/
Sedangkan kecepatan group dapat diformulasikan sebagai :
vg = d/dk
Untuk medium yang bukan vakum,kecepatan propagasi dikarakterisiroleh indeks refraksi n , sbb :
v = c/n
dimana c kecepatan dalam vakumRef. : Leick (1995) Hasanuddin Z. Abidin, 1999
KECEPATAN FASE & GROUP (3)
Untuk kecepatan fase dan kecepatan group berlaku :
vf = c/nf dan vg = c/ng
Hubungan antara kecepatan group dan kecepatan fase adalah :
vg = vf - .(dvf/d)
Untuk indeks refraksi berlaku :
ng = nf + f.(dn/df)
Dapat juga dibuktikan bahwauntuk dua kecepatan berlaku : vg.vf = c2
Ref. : Seeber (1993) Hasanuddin Z. Abidin, 1999
KECEPATAN FASE & GROUP (4)
Ref. : Seeber (1993)
Dalam medium dispersif, kecepatan fase dapat melebihikecepatan dalam vakum, c.
Sedangkan kecepatan group, sesuai dengan hukum relativitas,tidak dapat melebihi kecepatan dalam vakum, c.
Dalam medium non-dispersif berlaku : vg = vf .
Dalam kasus sinyal GPS, code bergerak dengan kecepatan group,sedangkan carrier phase bergerak dengan kecepatan fase.
Untuk gelombang mikro, ionosfir adalah medium dispersif dantroposfir adalah medium non-dispersif. Untuk gelombang optik,yang berlaku adalah kebalikannya.
Hasanuddin Z. Abidin, 1999
Dalam propagasi gelombang elektromagnetikdari satelit ke permukaan Bumi, ada beberapamekanisme interaksi enerji yang terjadi antaragelombang dengan atmosfir Bumi.
Dua mekanisme yang cukup penting dalamkaitannya dengan sistem-sistem pengamatansatelit geodesi adalah :
- pemendaran (scattering) dan- penyerapan (absorption).
INTERAKSI ENERJI
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Pemendaran oleh atmosfir(atmospheric scattering)adalah difusi radiasi bersifatacak oleh partikel-partikeldalam atmosfir.
Ada beberapa tipe pemendaran yaitu :- pendaran Rayleigh
(Rayleigh scatter),- pendaran Mie
(Mie scatter),- pendaran non-selektif
(nonselective scatter).
PEMENDARAN (Scattering)PEMENDARAN (Scattering)
d <<
d
d >>
d = diameter partikell = panjang gelombang
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Pendaran Rayleigh umum terjadi ketika radiasigelombang berinteraksi dengan molekul-molekul sertapartikel atmosfir yang diameternya jauh lebih kecildari panjang gelombangnya.
Besarnya efek pendaran Rayleigh berbanding terbalikdengan pangkat empat dari panjang gelombang.
Oleh sebab itu radiasi dengan gelombang yang lebihpendek akan lebih dipengaruhi oleh mekanismependaran Rayleigh ini dibandingkan radiasi dengangelombang lebih panjang.
Pendaran RAYLEIGH (d << )
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Pendaran Mie terjadi ketika diameter daripartikel-partikel atmosfir secara umum samadengan panjang gelombang dari radiasielektromagnetik yang melaluinya.
Uap air dan debu adalah penyebab utama daripendaran Mie ini.
Dibandingkan pendaran Rayleigh, pendaran Mieini cenderung mempengaruhi radiasi yanggelombangnya relatif lebih panjang.
Pendaran MIE (d )
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Pendaran yang lebih menyulitkan adalah pendaran non-selektif.
Pendaran ini terjadi ketika partikel atmosfir yang menyebabkan
pendaran mempunyai diameter yang jauh lebih besar dari
panjang gelombang radiasi.
Butiran-butiran air adalah salah satu penyebab dari pemendaran
tipe ini.
Dalam hal ini, dengan diameter sekitar 5 sampai 100 mm,
butiran air akan memendarkan secara hampir sama
semua gelombang tampak serta gelombang inframerah
dekat dan menengah [Lillesand & Kiefer, 1994].
Dengan kata lain pemendaran ini bersifat non-selektif
terhadap panjang gelombang.
Pendaran NON-SELEKTIF (d >> )
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Dalam propagasinya dari satelit ke permukaan Bumi,radiasi gelombang elektromagnetik juga dapatkehilangan energi karena adanya penyerapan olehmolekul-molekul dalam atmosfir (atmosphericabsorption).
Prosentase kehilangan enerji ini akan tergantung padapanjang gelombang radiasinya.
Dengan kata lain prosentase transmisi dari atmosfirBumi bervariasi tergantung pada panjang gelombang
dari radiasi gelombang yang melaluinya, seperti yangdiilustrasikan pada Gambar berikut.
PENYERAPAN ATMOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10 15 20 30
300 500 1000 0.5 1.0 5.0 10 60 80
100
80
60
40
20
0
Tra
nsm
isi
(%)
Panjang gelom bang (m)
Mid infrared
Infrared dekatInfrared jauh
Infrared gel. pendek
Ultra violetTampak
Infrared jauh Gelo mbang mikro100
80
60
40
20
0
Tra
nsm
isi
(%)
Panjang
gelom bang (m) Panjang gelom bang (cm)
0 1X
-ba
nd
L-b
an
d
90 GHz
135 GHz
35 GHzPita penyerapan
uap air (22 GHz) 60 GHz
0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10 15 20 30
300 500 1000 0.5 1.0 5.0 10 60 80
100
80
60
40
20
0
Tra
nsm
isi
(%)
Panjang gelom bang (m)
Mid infrared
Infrared dekatInfrared jauh
Infrared gel. pendek
Ultra violetTampak
Infrared jauh Gelo mbang mikro100
80
60
40
20
0
Tra
nsm
isi
(%)
Panjang
gelom bang (m) Panjang gelom bang (cm)
0 1X
-ba
nd
L-b
an
d
90 GHz
135 GHz
35 GHzPita penyerapan
uap air (22 GHz) 60 GHz
22 GHz
0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10 15 20 30
300 500 1000 0.5 1.0 5.0 10 60 80
100
80
60
40
20
0
Tra
nsm
isi
(%)
Panjang gelom bang (m)
Mid infrared
Infrared dekatInfrared jauh
Infrared gel. pendek
Ultra violetTampak
Infrared jauh Gelo mbang mikro100
80
60
40
20
0
Tra
nsm
isi
(%)
Panjang
gelom bang (m) Panjang gelom bang (cm)
0 1X
-ba
nd
L-b
an
d
90 GHz
135 GHz
35 GHzPita penyerapan
uap air (22 GHz) 60 GHz
0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10 15 20 30
300 500 1000 0.5 1.0 5.0 10 60 80
100
80
60
40
20
0
Tra
nsm
isi
(%)
Panjang gelom bang (m)
Mid infrared
Infrared dekatInfrared jauh
Infrared gel. pendek
Ultra violetTampak
Infrared jauh Gelo mbang mikro100
80
60
40
20
0
Tra
nsm
isi
(%)
Panjang
gelom bang (m) Panjang gelom bang (cm)
0 1X
-ba
nd
L-b
an
d
90 GHz
135 GHz
35 GHzPita penyerapan
uap air (22 GHz) 60 GHz
22 GHz
TRANSMISIVITAS ATMOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Dari contoh pada Gambar sebelumnya terlihat bahwa adabeberapa pita (band) frekuensi dimana penyerapan olehatmosfir relatif kecil (% transmisinya besar).
Dan sebaliknya ada beberapa pita frekuensi yangpenyerapannya sangat besar sehingga radiasi pada frekuensitersebut seolah tidak bisa melewati lapisan atmosfir.
Dari Gambar terlihat bahwa untuk spektrum 1-10 GHz(panjang gelombang 3 - 30 cm) prosentase transmisi atmosfirmendekati 100 %.
Oleh sebab itu sinyal-sinyal dari sistem satelit geodesibanyak memanfaatkan spektrum frekuensi ini.
PENYERAPAN ATMOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Sinyal atau gelombang elektromagnetik dari suatu satelit umumnyaharus melalui lapisan ionosfir dan troposfir untuk sampai kepermukaan bumi.
Dalam lapisan ionosfir, ion-ion bebas (elektron) dalam akanmempengaruhi propagasi gelombang.
Dalam hal ini ionosfir akan mempengaruhi kecepatan, arah,polarisasi, dan kekuatan dari sinyal satelit yang melaluinya.
Sinyal yang melalui lapisan troposfir akan mengalami fenomenarefraksi.
Troposfir akan mempengaruhi kecepatan dan arah dari sinyalyang melaluinya.
BIAS ATMOSFIR PADA PROPAGASI GELOMBANG
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Ionosfir adalah bagian dari atmosfir atas dimana elektron bebasterdapat dalam jumlah yang cukup banyak, sehingga mempengaruhipropagasi gelombang elektromagnetik yang melaluinya.
Ionosisasi dalam lapisan ionosfir dipengaruhi terutama oleh mataharidan aktivitasnya.
Struktur dan densitas maksimum dari elektron bebas dalamlapisan ionosfir akan bervariasi secara signifikan :
- dengan waktu (sunspot cycle,musim, dan harian),
- dengan lokasi geografis(kutub, zona auroral, lintangmenengah, ekuator), dan
- dengan solar-relatedionospheric disturbances.
Ref. http://csep10.phys.utk.edu/ and http://server5550.itd.nrl.navy.mil/
LAPISAN IONOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
10 102 103 104 105 106
Konsentrasi Elektron (cm-3)
Keti
nggia
n(k
m)
1000
800
600
400
200
150
100
80
60
D D
EE
F1
F2FMalam
Siang
Sunspot :maksimumminimum
Secara umum berdasarkan membesarnya ketinggian dan densitaselektron, lapisan ionosfir dapat dikategorisasikan menjadi lapisan-lapisan D, E, F1, dan F2,seperti yang diilustrasikanpada Gambar.
Ketinggian lapisan-lapisanini dari pemukaan Bumiadalah berkisar sekitar[Seeber, 1993] :
lapisan D : 60 – 90 km,lapisan E : 85 – 140 km,lapisan F1 : 140 – 200 km,lapisan F2 : 200 – 1000 km.
Profil tipikal densitas elektron untuk lintang menengahpada siang dan malam hari; dari [Tascione, 1994].
LAPISAN IONOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Adanya lapisan-lapisan ionosfir yang diilustrasikanpada sebelumnya terjadi karena beberapa faktor,yaitu [Tascione, 1994] :
LAPISAN IONOSFIR
sepektrum radiasi matahari menyimpan energinya padabeberapa ketinggian tergantung pada karakteristikpenyerapan (absorption) dari lapisan atmosfir;
proses fisika dari rekombinasi ion tergantung padadensitas atmosfir yang bervariasi dengan ketinggian; dan
komposisi dari atmosfir berubah dengan ketinggian.
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Ref. http://ion.le.ac.uk/ionosphere
Jumlah elektron dalam ionosfirmerupakan keseimbanganantara kecepatan pembentukandan penghilangan nya.
Proses tersebut tergantung padakonsentrasi dari beragam gasdalam atmosfir.
Kecepatan pembentukan ionjuga tergantung pada intensitasdan panjang gelombang dariradiasi matahari.
PROFILKONSENTRASI
ELEKTRON
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Lapisan D adalah lapisan ionosfir yang paling bawah, dan karenajaraknya relatif yang paling jauh dari matahari, maka ionisasipada lapisan ini adalah yang terkecil dibandingkan lapisan-lapisan lainnya.
Lapisan yang menghilang pada malam hari ini, memantulkangelombang VLF dan LF serta menyerap gelombang MF dan HF[Tomasi, 1994].
Lapisan E, yang kadang dinamakan lapisan Kennely-Heaviside,membantu propagasi gelombang permukaan MF dan pada sianghari memantulkan gelombang HF. Pada malam hari, lapisan Eini juga secara praktis hampir seluruhnya menghilang.
Lapisan paling atas atmosfir, yang dinamakan lapisan F,umumnya dibagi menjadi lapisan F1 dan F2.
Lapisan F1 menyerap dan memperlemah sebagian gelombang HF. Pada malam hari lapisan F1 bergabung dengan lapisan F2
membentuk hanya satu lapisan.
LAPISAN IONOSFIR
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
Bias Ionosfir Ion-ion bebas (elektron) dalam lapisanionosfir mempengaruhi propagasi sinyaldari satelit ke permukaan Bumi.
Ionosfir akan mempengaruhi kecepatan,arah, polarisasi dan kekuatandari sinyal.
Besarnya efekionosfir tergantungpada konsentrasielektron sepanjanglintasan sinyalserta frekuensi darisinyal yang bersangkutan.
Konsentrasi elektronakan tergantung pada beberapa faktor, terutama aktivitas matahari danmedan magnetik bumi, dimana keduanya juga akan tergantung pada lokasigeografis, musim, dan waktu.
Satelit GPS
Ionosfir
Pengamat
Mempengaruhi
dari sinyal GPS.
kecepatan arah polarisasi kekuatan
Hasanuddin Z. Abidin, 2001
BIAS TROPOSFIR
Lapisan troposfir berkisardari permukaan bumisampai ketinggian 9-16 km,dan tebalnya bervariasidengan tempat dan waktu.
Sinyal yang melalui lapisantroposfir akan mengalamifenomena refraksi.
Troposfir akan mempengaruhi kecepatan dan arah dari sinyal yangmelaluinya.
Propagasi sinyal dalam lapisan troposfir terutama dipengaruhioleh temperatur, tekanan, dan kandungan uap air dalamlapisan troposfir.
Satelit GPS
Lapisan Troposfir
Pengamat
kecepatan arah
Mempengaruhi
dari sinyal GPS
Hasanuddin Z. Abidin, 2001