SISTEM PENGHANTARAN GELOMBANG MIKRO

BAB 5
SISTEM PENGHANTARAN
GELOMBANG MIKRO

1. PENGENALAN
Takrifan Gelombang Mikro :-
- Ialah gelombang elektromagnetik yang
mempunyai frekuensi terlalu tinggi dan
jarak gelombang @ panjang gelombang
yang terlalu pendek.
Julat frekuensi : 0.3 GHz – 300 GHz
Jalur frekuensi : UHF, SHF dan EHF
Jarak gelombang λ : 1mm – 1m

JALUR FREKUENSI

TERMINAL
STATION A
REPEATER
STATION
TERMINAL
STATION B
A
B
TO/FROM
CUSTOMER
CENTRAL
OFFEICER
(EXCHANGE)
REPEATER
STATION
CENTRAL
OFFEICER
(EXCHANGE)
TO/FROM
CUSTOMER
Digital Microwave Communications

2. Kelebihan Gelombang Mikro
berbanding dengan Gelombang Radio
1. Nilai Frekuensi yang tinggi
Mempunyai lebar jalur (BW) yang besar,
maka banyak maklumat dapat dihantar
pada satu-satu
masa.
2. Panjang gelombang yang kecil
Antena yang kecil dapat menghasilkan
gandaan yang tinggi
Pemusatan tenaga pada kawasan yang
kecil

Samb..
3. Frekuensi yang tinggi membolehkan
antenna bersaiz kecil digunakan.
4. Proses perambatan yang lebih baik.
5. Berkebolehan menerima penyiaran
dengan baik.

3. Kegunaan Gelombang Mikro
Communication :-:
UHF TV,
Satellite communication,
Mobile radio
Radar :-:
Airport traffic control
Tracking
Velocity measuring
Microwave heating :-:
Industrial Heating
Home microwave ovens
** Gelombang mikro dalam mikrowave oven menggunakan
freq. yg sama dgn isyarat yg digunakan dlm penyiaran
radio & TV.

Samb…
Industrial, scientific, medical :-:
Linear accelerator
Plasma contaiment,
Radio astronomy
Test equipment.

4. Microwave propagation
(perambatan
gelombang mikro)
Perambatan gelombang mikro ialah cara
tenaga RF dapat bergerak melalui pandu
gelombang (waveguide).
Terdapat 2 jenis mod perambatan iaitu :-
i. Transverse Electric (TE)
ii. Transverse Magnetic (TM)

Dominant Propagation Mode ialah
Tranverse Electric Mode (TEM) yg
merambat dalam pandu gelombang
(waveguide).
Perambatan gelombang dalam waveguide
adalah berbentuk zig-zag
zag.
Melalui perambatan dlm bentuk zig-zag
zag
ini, medan elektrik max. berada ditengah
pandu gelombang dan sifar pada
permukaan dinding waveguide.

Angle of incidence
Angle of Reflection
Figure 5.2 Electromagnetic wave propagation in a
rectangular waveguide

5. Microwave transmission
Kaedah
komunikasi
gelombang
mikro
terbahagi kepada 2 bentuk iaitu :-
i. Terrestrial (ground) links
ii. Satellite links
Kedua-dua
bentuk
komunikasi
ini
menggunakan
frekuensi
dan
teknologi
yang
sama
disamping
mempunyai
perbezaan yang sedikit sahaja.

i. Terrestrial Microwave
Menghantar data menggunakan gelombang
elektromagnetik melalui ruang udara dan
semua sistemnya terletak di bumi.
Terrestrial microwave menggunakan
frekuensi yang rendah didalam (GHz range)
dan frekuensi yang biasa digunakan ialah 4-
6GHz dan 21-23GHz.
23GHz. Oleh
sebab
itu,
komunikasi dihadkan didalam kawasan bumi
sahaja.

Menggunakan
antenna parabolic untuk
hantar
dan
terima
gelombang
(antenna
bergaris pusat 10 kaki). Tidak memerlukan
satelit.
Arah
antenna
ditetapkan
semasa
pemasangan sistem
Sesuatu antenna pemancar memfokuskan
pancaran
yang halus
utk
penghantaran
dalam bentuk ‘line of sight’ dalam jarak
50km antara setiap stesen.

Figure 1: “A A Microwave station is an earth-based reflective dish that
contains the antenna and other equipment necessary for microwave
communications” (Shelly, Cashman, , & Vermaat, , 2002, p. 9.38).

Kelemahan terrestrial microwave :
Gangguan asap tebal dan hujan lebat
Tidak dapat menghantar data dgn lebih
berkesan dan laju.
Tidak
boleh
ada
penghalang
antara 2
antena parabolic.
Perlu repeater untuk penghantaran jarak
jauh (25-30
batu)
Sistem yang menggunakan terrestrial microwave
ialah : Televisyen , Telefon

ii. Satellite microwaves
Satelit diletakkan diruang angkasa pada
22,300 kaki dari bumi.
Stesen
di
bumi
menggunakan
antena
parabolic (satellite dish) untuk
berkomunikasi dengan satelit.
Satelit ini memantulkan semula isyarat dlm
jalur pancaran luas @ sempit (broad @
narrow beams) bergantung kpd lokasi utk
terima isyarat.

Pemantul
pada
satelit
dipanggil
transponder.Penerima
gelombang
dipanggil
stesen
downlink. Penghantar
gelombang dipanggil stesen uplink.
Frekuensi
yang
digunakan
antara
pemancar (bumi
ke satelit) dan frekuensi
pantulan (satelit
ke bumi) adalah berbeza.

Kebaikan :
i. Data dihantar pada kawasan yang
sangat luas dan kadar penghantaran
data adalah laju.
ii.
Caj perkhidmatan tidak bergantung pada
jarak.
Keburukan :
i. Gangguan pada data
ii.
Ancaman keselamatan

Waveguide
Microwave Oscilloscope
Microwaves antenna
Satellite microwave
Microwave
Receiver
Waveguide
Microwave
Amplifier
Figure 5.3 Microwave System Block Diagram

6. Pandu Gelombang (waveguide)
Membenarkan gelombang mikro merambat
melaluinya.
Waveguide dibuat daripada copper,
aluminium dan brass.
Terdapat 3 jenis bentuk pandu gelombang
iaitu:-
Eliptical,
Circular
Rectangular.

RECTANGULAR
ELLIPTICAL
CIRCULAR

Tenaga RF akan memasuki waveguide melalui
‘quarter wave stub antenna’.
Semasa tenaga RF berada didalam waveguide,
makan proses perambatan berlaku dlm bentuk zig-
zag.
Utk menghasilkan pantulan tenaga RF yang lebih
baik,
maka
permukaan
dalaman
waveguide
mestilah mempunyai kerintangan elektrikal yang
rendah. Ianya disaluti bahan seperti emas dan
perak.

5 komponen yang penting dalam pandu
gelombang :-
- Bends – H bends, E bends & the twist
- Tees – shunt, series, magic tee
- Attenuators,
- Terminators
- Directional couplers.

E bend – digunakan
Utk melengkapkan
Putaran sudut 90º,
samada keatas @ kebawah
H bend – digunakan utk
Putaran sudut 90º

Tees (Cawang(
T)
Tees
digunakan
sebagai power
splitter
(pembahagian
kuasa), power combiners
(pencampuran
kuasa) dan isolator.
Ia
mengandungi
keratan-keratan
waveguide
yang disambung bersama.
Tees terdiri dari :-
i. Shunt tee – used as a power combiners
ii. Series tee – act as phase splitter transformer.
iii. Magic tee – combine characteristic of shunt &
series. Used as a transmit – receive switch.

Magic tee
Series tee

Digunakan untuk mengawal paras kuasa
keluaran
oscillator atau
lain-lain
punca
kuasa RF sebelum digabungkan dalam
mixer, bridge atau amplifier.
Variable attenuator dibina
dengan
menggunakan flap yang dibuat
dari
resistive material yang boleh dimasukkan
dlm waveguide.
The amount of the attenuation is controlled
by how far the flap is inserted into the
waveguide.

Terminator is a device that is connected to
the end of a transmission line in order to
provide a match load.

Directional couplers
Komponen
yang
digunakan
untuk
mengukur jumlah dan arah (forward @
reverse) tenaga RF yang mengalir.
Digunakan untuk automatic power control,
protection from high SWR, manual
measurement of the SWR along a
waveguide section.

End of 1 st Session

7. Microwaves Antenna
Fungsi : Memancarkan gelombang mikro
yang dihasilkan oleh punca gelombang
mikro.
Antena mempunyai gandaan yg jelas
(apparent gain) kerana ia menumpukan
kuasa yang dipancarkan didalam jalur
pancaran sempit (narrow beam) berbanding
penghantaran pada semua arah. Lebar
pancaran akan berkurang apabila gandaan
antena tinggi.

3 ciri penting antena microwave :-
a) Front to back ratio
b) Side to side coupling
c) Back to back coupling
Terdapat 3 jenis antena gelombang mikro
iaitu :
a ) Antena Hon
b) Antena Slot
c) Antena Parabola (Parabolic Reflector
Antenna)

a) Antena Hon
Pandu gelombang yang mempunyai bukaan
yang lebih besar pada bahagian depan.

Gandaan antena hon bergantung kepada
bukaan pandu gelombang. Semakin besar
bukaan semakin tinggi gandaan antena.
Biasanya gandaan hon antena dihadkan
kepada 20dB disebabkan bukaan akan
menjadi besar dan panjang antena akan
bertambah
Selalunya antena hon digunakan
bersama dengan antena parabola

) Antena Slot
Digunakan pada frekuensi
yang amat tinggi iaitu
300GHz dan panjang
gelombang 0.5mm
Selalunya digunakan pada
pesawat berkelajuan
tinggi

c) Antena Parabola
Merupakan antena yang biasa digunakan
pada frekuensi tinggi.
Mengandungi alat penyinar utama untuk
pancarkan kuasa ke permukaan parabola
tersebut.
Gandaan antena bergantung kepada
diameter parabola.

8. Punca Tenaga Gelombang Mikro
Untuk menghasilkan gelombang mikro
Terdapat 2 jenis punca utama iaitu :
a) Jenis semikonduktor
- Diod Terowong
- Gunn Diod
- IMPATT Diod
- TRAPATT Diod
b) Jenis Tiub
- Reflex Klystron
- Klystron 2 rongga
- Tiub gelombang bergerak
- Magnetron

a) Jenis semikonduktor
Tunnel diode
Impatt diode
Trapatt diode

Gunn Diode

Gunn Diode
Gunn Diode is a very popular microwave
diode. It is also called a transferred
electron device (TED).
The Gunn Diode does not have a
junction.
Instead, it is a thin piece of N-type gallium
arsenide (GaAs) or indium phosphide
(InP) semiconductor that forms a special
resistor when voltage is applied to it.

Tunnel Diode (Diod(
Terowong)
Merupakan
diod
kerintangan
negatif
(negative resistance diode).
Ia
menghasilkan
julat
sempit
(narrow
range) bagi kerintangan negatif apabila
dipincang hadapan.
Digunakan untuk menghasilkan pengayun
gelombang mikro berkuasa rendah. . (Low
power microwave oscillator).

Impatt & Trapaat Diodes
Merupakan 2 jenis diod gelombang mikro
yang
digunakan
sebagai
pengayun
(oscillators).
Kedua-dua
jenis
diod
simpang
PN ini
dibuat daripada SiGe, GaAs, InP (Indium
Phosphine).Bahan
ini
mmebenarkan
pergerakan elektron yang lebih pantas.

Direka
utk
beroperasi
pada
pincangan
hadapan
yang
tinggi
menyebabkan
berlakunya avalanche @ breakdown.
Pada kadar yang melebihi julat sempit
(narrow range), kerintangan negatif akan
terhasil.
Diod Impaat tersedia dengan kadar kuasa
(power rating) melebihi 25W dlm unit GHz
yang rendah.

) Jenis Tiub
- Reflex Klystron
- Klystron 2 rongga
- Tiub gelombang bergerak
- Magnetron

Gambarajah : Reflex Klystron

Reflex Klystron
Merupakan tiub vakum gelombang mikro
yang menggunakan rongga salun (cavity
resonators) untuk menghasilkan
pemodulatan halaju bagi alur elektron dan
menghasilkan gandaan.
Klystron terdapat dalam pelbagai saiz.

Lebih besar saiznya akan menghasilkan
gandaan yang lebih tinggi.
Frekuensi klystron ditentukan oleh saiz
rongga masukan dan keluaran.
Klystron biasanya digunakan pada
frekuensi rendah seperti UHF dan pada
frekuensi tinggi seperti 100GHz.

Microwave Measurement Diagram