Jari-jari Bumi dan K factor

Indeks Bias

Pembiasan adalah fenomena fisika yang dapat dilihat pada beberapa media yang meiliki variasi index bias. Hal itu menghasilkan efek pembelokan pada cahaya dan gelombang microwave. Tingkat pembiasan yang terjadi di atmosphere ditentukan oleh nilai indeks biasnya yang nilainya tergantung pada kelembaban, suhu, dan tekanan atmosfer yang kesemuanya merupakan fungsi dari ketinggian.

Di ruang hampa udara, gelombang elektromagentik akan merambat lurus karena indeks biasnya sama di setiap titik. Sedangkan di atmosfer bumi, cepat rambat gelombang lebih kecil daripada di ruang hampa dan indeks biasnya menurun seiring dengan semakin besar nilai derajat garis lintang. Oleh karena itu arah rambat gelombang akan naik atau turun, tidak lurus sebagaimana yang terjadi di ruang hampa.

Dikarenakan penurunan tekanan barometic dan penurunan kandungan uap air di atmosfer secara drastis serta penurunan suhu yang secara perlahan berdasarkan semakin besar tingkat ketinggian suatu tempat,  nilai indeks bias cenderung semakin mengecil. Sebagai alat bantu untuk menentukan nilai gradien indeks bias dan efek propagasinya, nilai perubahan indeks bias dijelaskan menggunakan rumus berikut:

M = N + 0.157h (for h = altitude in meters) dan

M = N + 0.048h (for h = altitude in feet)

N merupakan indeks bias pada tempat tersebut

Distribusi pembiasan di dalam atmosfer adalah mendekati fungsi eksponensial dari ketinggian. Akan tetapi grafik ekspinensial menurun kurang dari N di ketinggian mendekati permukaan bumi (sekitar 1 km) dan bisa diasumsikan dengan fungsi linear. Fungsi linear diasumsikan sebagai model jari-jari efektif bumi. Fungsi linear ini dikenal dengan nama standard gradient dan memiliki karakteristik menurun 39 N-units per kilometer dan naik 118 M-units per kilometer. Standard Gradient menyebabkan gelombang elektromagnetik yang merambat membelok turun dari garis lurus.

Gradien yang menyebabkan efek yang sama seperti efek pada standard gradien tetapi berada di kisaran 0 dan -79 N-units per km atau antara 79 dan 157 M-units per kilometer dikenal dengan normal gradien. N units adalah unit tidak berdimensi sebagai ketentuan untuk menyatakan pembiasan.

>>kondisi propagasi normal dan anomali

N- Gradient M-Gradient
Trapping

< −157 N/km

< 0 M/km

< −48 N/kft

< 0 M/kft

Supperefractive

−157 to −79 N/km

0 to 79 M/km

−48 to −24 N/kft

0 to 24 M/kft

Normal

−79 to 0 N/km

79 to 157 M/km

−24 to 0 N/kft

24 to 48 N/kft

Subrefractive

> 0 N/km

> 157 N/km

> 0 N/kft

> 48 N/kft

Jari-jari efektif bumi

Variasi pada kondisi pembiasan atmosfer menyebabkan perubahan pada jari-jari efektif bumi atau k-factor dari nilai median yatiu sekitar 4/3 untuk atmosfer standar. Ketika atmosfer berada pada kondisi subrefractive (nilai gradien indeks bias positif besar, nilai k-factor kecil), media perambatan sinar akan dibelokkan sedimikian rupa hingga bumi menghalangi jalan langsung antara transmitter dan receiver, yang membuat kabur yang dinamakan pengaburan difraksi. Pengaburan ini adalah faktor yang ditentukan oleh tinggi antena.

Faktor jari-jari bumi, k, untuk area tertentu dapat dihitung berdasarkan gradien pembiasan (G) yang didapat dari diagram lokal dan menggunakan rumus berikut:

k = 157/(157+G)

Nilai G dan k untuk beberapa propagasi yang berbeda ditunjukkan pada tabel 2.2

Refractivity Gradient G (N-unit/km)

k

Propagation Conditions

79

0.67 (2/3)

Subrefraction

0

1

Normal

−39

1.33 (4/3)

Normal

−79

2

Normal

−157

Superrefraction

<−157

Negative

Trapping (ducting)

Standar gradien pembiasan -39 N-units/km kira-kira sesuai dengan nilai tengah dari gradien pada kilometer pertama lintang pada daerah sedang (k=3/4). Sayangnya, pembiasan itu sendiri bervariasi berdasarkan hari ke hari dan dari satu tempat ke tempat yang lain. Pembiasan tersbut pasti berbeda-beda di dalam air, berdasarkan ketinggian kapasitas panas air, udara selalu mendekati temperatur yang berbeda dari air tersebut, sehingga terdapat daerah lapisan thermal, yang mana gradien suhu berbeda jauh dari biasanya.

Perbedaan temperature yang mencolok ini biasanya dideteksi di dekat pantai, dimana suhu harian yang bergerak dapat memproduksi efek thermal yang sangat besar pada air, jika terdapat angin pantai.

Ducts terjadi kapanpun gradien vertikal pembiasan pada ketinggian dan lokasi yang diberikan kurang dari -157 N/km. Keberadaan ducts penting karena dapat meningkatkan anomali propagasi gelombang radio, biasanya pada sudut bumi yang sangat kecil. Memberikan mekanisme sinyal radio pada frekuensi tinggi untuk berpropagasi jauh diluar daerah garis pandang normal, menyebabkan naiknya potensi interference dengan layanan lain .

Pada jarak yang pendek fenomena ini bukan merupakan suatu permasalahan, akan tetapi pada jarak yang lebih besar dari 20 mil, dapat menyebabakan antena decoupling dan ini menjadi faktor serius yang harus diperhatikan.

Memperhatikan pola antena microwave,  bagaimana memanipulasinya, dan pengetahuan tentang zona efek Fresnel dan k-factor adalah sesuatu yang harus dikuasai oleh seorang microwave engineer.

Pentingnya k factor dan profil garis edar

Sebelum ada komputer, untuk memfasilitasi memetakan garis edar, teknisi transmisi radio memperkenalkan faktor k jari-jari bumi untuk menentukan pembiasan di atmosfer. Dengan menerapkan nilai k ke jari-jari bumi, didapat jari-jari equivalent bumi secara geometris, oleh karena itu sinar lurus dapat digambarkan.  Dengan menggunakan model jari-jari efektif bumi, garis edar cahaya antara transmitter dan receiver yang dekat dengan permukaan bumi dapat dikira-kira berdasarkan garis lurus di lingkaran bumi.

Model tersebut memburuhkan lapisan atmosfer yang mengandung titik akhir dari garis edar sinar untuk mendapatkan gradien vertikal konstant di N dan sudut elevasi yang kecil. Model in isangat berguna untuk garis edar bumi dan tidak digunakan untuk garis edar yang melewati seluruh atmosfer.

Faktor jari-jari efektif bumi, k, didefinisikan sebagai faktor yang dikalikan dengan jari-jari bumi sebenarnya, a, untuk menghasilkan nilai jari-jari efektif bumi , ae. Rata-rata jari-jari bumi adalah sekitar 6.371 km.

Berdasarkan kurva bumi dan pembiasan sinyal radio oleh suatu objek, setiap wilayah harus berada pada kondisi elevasi minimum untuk menyesuaikan dengan ketinggian antena. Efek dari pembiasan sangat berpengaruh di area sekitar garis edar yang dikenal dengan zona Fresnel. Efek maksimum yang disebabkan oleh kurva bumi dan zona Fresnel terjadi di titik tengah dari jalur. Biasanya cukup digunakan kurang dari kedalaan puncak dari zona Fresnel untuk menghitung jarak ruangan, dan 60 persen dari zona fresnel pertama adalah area yang diterima sebagai zona yang harus bersih dari gangguan.

Untuk kondisi pembiasan standar, k = 1.33 = 4/3, nilai ini biasanya digunakan ketika nilai lokal tidak tersedia. Penting sebagai dasar pemikiran bahwa nilai k yang lebih kecil akn memberikan LOS  yang lebih kecil juga, dengan kata lain, akan dibutuhkan antena yang lebih tinggi. Beberapa tipe nilai k yang digunakan di US ditunjukkan pada tabel.

 Typical Values of k in the U.S.

                             Summer                    Winter

Dry mountains (above 1,500 m)

1.20

1.20

Mountains (to 1,500 m)

1.25

1.25

Midwest and Northeast

1.50

1.30

South and West Coast

1.55

1.35

Southern Coast

1.60

1.50

Mekanisme Propagasi Standar

Mekanisme propagasi standar adalah mekanisme dan proses yang terjadi di atmosfer standar. Contoh mekanisme ini adalah, propagasi ruang hampa, pembiasan, difraksi, pembauran, dan pembauran troposferik.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s