Daya, Ketinggian dan Jangkauan Sinyal

Panduan Radio Lokal: Daya, Ketinggian dan Jangkauan Sinyal

Apabila kita berbicara mengenai jangkauan stasiun maka yang kita maksud adalah jarak maksimum dari antena pemancar ke tempat-tempat dimana siaran masih dapat diterima dengan baik oleh kebanyakan pendengar setiap saat. Jangkauan ini bukan hanya tergantung pada daya pemancar, akan tetapi juga tergantung pada besarnya gangguan radio lokal, bentuk permukaan tanah, rancangan antena dan pesawat penerima, dsb. Coba bayangkan gambaran peta seperti apa yang kita peroleh dalam keadaan yang sebenarnya kalau bukan semacam bentuk seni yang tak menentu. Berikut ini diberikan beberapa cara untuk memprediksi jangkauan.

Bagi stasiun radio gelombang menengah, Komisi Konsultasi Radio Internasional (CCIR) menyarankan kekuatan lapangan minimum sebesar 2.2 mV/m (= 67 dBu, dalam notasi desibel) pada antena penerima untuk sinyal antara 525 - 900 kHz, dan 0,8 mV/m (58 dBu) untuk sinyal antara 1250 - 1605 kHz. Nilai minimumnya bervariasi antara 2,2 sampai 0,8 mV/m dalam 900 - 1250 kHz band (lihat tabel).

Bagi stasiun radio FM, CCIR menyarankan kekuatan-kekuatan lapangan sebesar paling sedikit 0,05 mV/m (34 dBu) untuk mono dan 0,25 mV/m (48 dBu) untuk stereo “pada saat tidak ada gangguan dari peralatan industri maupun peralatan rumah tangga”. Meskipun demikian bukit-bukit, bangunan dan pepohonan melemahkan gelombang radio dan gangguan radio dari televisi, pabrik dan pemancar lain meningkatkan kebutuhan minimal bagi penerimaan. Oleh karenanya CCIR menyarankan kekuatan lapangan minimum berikut ini bagi penerimaan FM mono: 0,25 mV/m (48 dBu) di daerah pedesaan, 1 mV/m (60 dBu) di daerah perkotaan, dan 3 mV/m (70 dBu) di kota-kota besar. Bagi FM stereo, minimalnya adalah 0,5, 2 dan 5 mV/m (54, 66 dan 74 dBu).

Sinyal-sinyal radio menjadi melemah saat berada lebih jauh dari pemancar, oleh karenanya ketentuan-ketentuan minimal ini harus dicapai pada batas wilayah liputan. Kemudian para pendengar yang berada berdekatan dengan pemancar mungkin akan memperoleh sinyal yang memadai apabila tidak ada “bayangan-bayang” karena adanya gangguan-gangguan. Ukurlah jarak dari lokasi antena yang potensial sampai ke titik yang paling jauh di ujung wilayah peliputan. Dapatkah kekuatan lapangan minimum yang diperlukan dikirimkan sampai di sana?

Terdapat cara-cara tertentu untuk menghitung daya yang diperlukan untuk berbagai kekuatan lapangan di jarak tertentu dari pemancar. Sayangnya, setiap cara berdasarkan pada asumsi yang berbeda dan menjurus pada jawaban yang berbeda. Hal itu karena tidak ada model abstrak apapun yang dapat menampung semua variabel tanpa menimbulkan persamaan-persamaan rumit yang tak terpecahkan atau menciptakan faktor-faktor lain yang sulit untuk diukur.

Untuk memenuhi kebutuhan pemancar-pemancar FM untuk memperoleh cara yang praktis dalam memperkirakan jangkauan yang dihasilkan oleh berbagai kombinasi daya keluaran dan ketinggian antena, FCC melakukan percobaan-percobaan pada tahun 50 an dan merangkum temuan-temuan mereka dalam tabel-tabel. Saat ini pesawat-pesawat radio penerima jauh lebih sensitif dari pesawat-pesawat radio yang dibangun saat itu, jadi ada kemungkinan tabel-tabel tersebut merendahkan jangkauan peralatan moderen. Akan tetapi karena kebanyakan pendengar di negara bekas komunis ini tidak mempunyai peralatan yang moderen maka data-data dalam tabel-tabel tersebut masih dapat diandalkan. Sebuah contoh sederhana dari salah satu tabel yang sangat berguna ditambahkan dengan memasukkan tinggi-tinggi antena yang saat itu diperbolehkan di Uni Sovyet, akan diberikan pada halaman berikutnya.

Angka-angka sepanjang dasar tabel menunjukkan ketinggian antena tergantung pada lanskap sejauh 3 - 16 km. (Tidaklah cukup untuk mengukur tinggi antena hanya pada ketinggian diatas tanah dasarnya. Diharapkan tanah dasar antena tersebut merupakan bagian yang tertinggi dari wilayah yang diliput. Yang menjadi persoalan adalah bahwa ketinggian berpengaruh pada posisi pendengar. Untuk mendapatkan gambaran mengenai hal tersebut, ambillah peta yang menunjukkan ketinggian di wilayah tersebut. Tariklah delapan jari-jari dengan jarak yang sama satu sama lain dari titik berdirinya antena kesemua arah dan tentukan ketinggian rata-rata sepanjang jari-jari untuk jarak 3 sampai 16 km. Apabila tidak mungkin anda peroleh peta semacam ini maka tak ada jalan lain kecuali anda harus mensurvei wilayah tersebut sebaik mungkin.).

Skala vertikal disebelah kiri tabel menunjukkan kekuatan medan yang dapat diharapkan lebih dari separuh waktu dan diterima lebih dari separuh penerima yang terletak 9 meter di ats permukaan tanah. (Penerima yang lebih dekat ke permukaan tanah akan memperoleh sinyal yang lebih lemah, sedangkan yang lebih tinggi dari tanah akan menerima sinyal yang lebih kuat.)

Kurva yang digambar menunjukkan jarak (km) diperolehnya berbagai kekuatan medan ketika sebuah antena dengan ketinggian tertentu memancarkan daya 100 watt ERP. Setiap jarak kurva ditunjukkan pada ujung kanan grafis.

Bingung? Semuanya akan menjadi jelas apabila anda mulai mempergunakan peta tersebut. Misalnya pemancar anda mono, daya yang dipergunakan 100 watt ERP, wilayah sasaran anda adalah kota ukuran sedang dan anda ingin menjangkau pendengar yang jaraknya 20 kilometer dari tempat anda. Berapakah ketinggian antena yang diperlukan? Untuk sinyal mono, CCIR menyarankan kekuatan medan sebesar minimal 60 dBu. Carilah 60 dBu disebelah kiri gambar grafis. Ikuti garis-garis mendatar yang mulai di sana dan cata di mana mereka itu memotong kurva yang berjarak 20 km. Urutlah kebawah dari perpotongan tersebut ke dasar untuk mendapatkan ketinggian antena yang kemungkinannya adalah mendekati 350 meter. Jadi untuk mengirimkan sinyal FM mono ke pendengar perkotaan yang berjarak 20 km dari lokasi penyiaran, maka antena yang diperlukan adalah setinggi 350 meter dari ketinggian rata-rata permukaan tanah untuk stasiun pemancar yang beradiasi dengan daya 100 watt.

Hal itu cukup tinggi. Bagaimana kalau antenanya lebih rendah, katakanlah 50 meter di atas wilayah liputan. Untuk mengetahuinya, mulailah dengan 50 meter pertanda ketinggian pada dasar kurva. Runtutkan garis-garis vertikal tersebut sampai memotong garis horisontal yang menujukkan kekuatan medan sebesar 60 dBu. Persimpangan-persimpangan tersebut ada di tengah-tengah kurva-kurva antara 5 dan 10 km. Jadi sebuah stasiun pemancar mono memancarkan daya 100 watt dari sebuah antena yang berketinggian 50 m dari ketinggian kota mungkin dapat mengirimkan sinyal yang memadai sampai jarak 7 - 8 km.

Bagaimana kalau stasiun pemancar tersebut menggandakan dayanya sampai 200 watt ERP. Seberapa jauhkah peningkatan jangkauannya? Disinilah pentingnya tabel notasi “dB” ini karena tabel ini memberikan jalan pada kita untuk merubah informasi pada grafik untuk output selain 100 watts. Permainan matematik ini tampaknya lebih rumit dari hanya sekedar seperti ini. Apabila anda memahaminya, anda akan dapat memakai tabel ini untuk memperkirakan jangkauan dari setiap kombinasi ketinggian antena dan daya keluarannya. Hal ini dapat sangat membantu dalam mengevaluasi kemungkinan kedudukan-kedudukan antena dan pembelian pesawat pemancar.

Catatan kaki 3 menunjukkan bahwa 1 dB = 20 kali log10 dari satu voltase dibagi yang lain. Dalam hal watt, formula berubah menjadi: dB = 10 kali log10 dari satu tingkatan daya dibagi yang lain. (Hal ini dapat dijelaskan oleh buku pelajaran elektronika).

Kembali pada contoh kita, 200 watts dibagi oleh 100 watts = 2, log10 2 = 0.301, apabila dikalikan dengan 10 = 3,01. Dengan kata lain menggandakan daya berarti sama dengan menambah keluaran sebesar 3 dB. Menggandakan daya 4 kali lipat dari 100 ke 400 ERP sama dengan menambah 6 dB. Meningkatkan daya dari 100 ke 1000 ERP sama dengan menambah 10 dB pada keluaran. Tabel logaritma dapat membantu perubahan daya lainnya dalam dB, dan perubahan dB kedalam daya-daya yang setara.

Untuk mempermudah maka kita tidak usah menggambar kembali semua kurva di grafik kita akan tetapi cukup dengan mengangkat mereka sedikit untuk mencerminkan peningkatan daya. Kita juga memperoleh hasil yang sama dengan menurunkan garis-garis horizontal yang menunjukkan kekuatan medan pada pesawat penerima. Cara yang lebih mudah adalah bukan dengan menggambar kembali garis-garis tersebut akan tetapi dengan mengurangkan persamaan dB dari daya di atas 100 watt pada angka sepanjang sisi kiri tabel ini. Untuk daya dibawah 100 watt, tambahkan persamaan dB pada nilai-nilai dB tersebut.

Jadi, menggandakan daya pancar stasiun pemancar sama dengan mengurangi 3 dB kekuatan medan yang diperlukan untuk menerima siaran dengan baik - dalam hal ini dari 60 ke 57 dBu. Garis mendatar 57 dBu memotong garis vertikal yang mewakili ketinggian antena 50 meter medekati kurva 10 km akan tetapi tidak terlalu dekat. Pada ketinggian ini, menggandakan daya menjadi 200 watt hanya akan meningkatkan jangkauan sejauh antara 7,5 sampai 9 km. Meningkatkan daya sampai 1,000 watt (+10 dB) memberikan kesempatan kita untuk mengurangi kekuatan medan yang dibutuhkan oleh pesawat penerima dengan 10 dB. Meskipun demikian perbaikan jangkauan yang diperoleh adalah cuma 12 - 13 km.

Jadi, berapa besarkah daya yang diperlukan untuk mengirimkan sinyal yang memadai sejauh 20 km dari lokasi antena setinggi 50 meter di suatu kota? Tabel ini mempunyai jawabannya. Garis vertikal yang mewakili tinggi antena 50 meter memotong kurva jarak 20 km pada kekuatan medan 42 dBu. Ini berarti ada perbedaan sebesar 18 dB dari 60 dBu. 100 watt + 18 dB = 6309 watt (18 dB = 10 log10 63.09). Apabila antenanya setinggi 100 meter, kurva 20 km akan memotong pada 48 dBu, berarti perbedaan 12 dB dari 60 dBu. 100 watt + 12 dB = 1584 watt ERP. Dengan antena pada 200 m, kurva 20 km terpotong pada 55 dBu, sebab perbedaan 5 dB setara dengan 316 watt ERP.

Hal ini menggambarkan betapa lebih besar penambahan jangkauan sinyal yang disebabkan oleh kenaikan ketinggian antena dibandingkan dengan penambahan daya pemancar. Pada contoh kita, 7 kali lipat kenaikan ketinggian antena menaikkan jangkauan sinyal setara dengan 63 kali lipat kenaikan daya pemancar. Ingat selalu hal ini saat menentukan lokasi pemancar!.

60 dBu mungkin merupakan ukuran yang direkomendasikan bagi penerimaan yang memadai di kota. Akan tetapi hal itu tidak berarti bahwa diluar jangkauan ini siaran tidak dapat didengarkan. Hal itu berarti bahwa diluar batasan ini pangsa penerimaan lemah akan berkembang menjadi lebih dari 50% dari wilayah tersebut. Ingatlah bahwa temuan-temuan CCIR yang menyatakan bahwa pesawat penerima masih dapat menerima sinyal FM Mono sampai selemah 34 dBu “apabila tidak ada gangguan ……” Menurut tabel kami, pemancar 100 watt dengan antena 50 meter akan mengirimkan sinyal sebesar 34 dBu pada jarak 30 km.

Tentu saja ada saat-saat tertentu dimana prediksi tabel ini berbeda dengan kenyataan. Variabel yang terpenting di sini adalah bentuk permukaan tanah. Kalau diwilayah 3 - 16 km dari antena berpermukaan rata jangkauan-jangkauan sinyal akan lebih besar dari prediksi tabel. Apabila lanskapnya berbukit-bukit maka jangkauannya akan menjadi lebih pendek.

Gelombang Menengah. Meramalkan jangkauan sinyal gelombang menengah adalah lebih sukar dari FM, dan hasilnya kurang meyakinkan sehingga kita tidak akan membahas lebih lanjut. Tabel dibawah ini menunjukkan hubungan antara kekuatan medan (sumbu vertikal) dan jarak ke penerima dalam kilometer (sumbu horisontal). Kurva yang terbentuk mewakili keluaran pemancar 1000 watt, dengan frekwensi 1500 khz, hubungan arde yang bagus dan “gain” antena sebesar 0 dB (konsep gain dibicarakan dalam FM antenna, dibawah ini.) Sebagaimana yang dapat kita lihat, CCIR merekomendasikan kekuatan medan minimum bagi frekwensi ini sebesar 0.8 mV/m atau 58 dBu ada di jarak 20 km dari sumbernya.

Akan tetapi sebagaimana telah dikemukakan sebelumnya, apabila seseorang berbicara mengenai jangkauan maka yang mereka maksud adalah sinyal yang dapat diterima/perbandingan gangguan pada alat penerima pendengar tersebut. Gangguan adalah faktor utama membatasi jangkauan sinyal-sinyal gelombang menengah - terutama gangguan dari stasiun lain yang beroperasi pada channel yang sama atau berdekatan.

Jadi masalahnya gelombang menengah bukan hanya masalah memperhitungkan kekuatan medan pada jarak tertentu dari pemancar, akan tetapi juga harus diperhitungkan kekuatan sinyal dari stasiun-stasiun yang berdekatan. Tugas tersebut rumit bukan saja karena jumlah stasiun-stasiun yang berdekatan akan tetapi juga karena ketidak stabilan medium yang mengantar sinyal-sinyal tersebut: ionosfere (lapisan atmosfer bagian atas yang berisi aliran listrik) mempunyai musim-musim, “cuaca”, dan siklus siang/malam yang merubah kekuatan gangguan-gangguan ini dari jam ke jam.

Untuk mengatasi gangguan dan meningkatkan liputan stasiun-stasiun pemancar mencoba untuk beroperasi dengan daya yang sebesar mungkin. Di Eropa terdapat beberapa stasiun radio yang beroperasi dengan keluaran sebesar 50.000 sampai 500.000 watts. Sebagian besar dapat didengar dengan baik pada jarak 500 km. Tetapi pada akhirnya setiap orang akan kalah dalam persaingan tak terbatas dalam memperbesar daya pemancar. Sebagaimana diutarakan oleh CCIR bahwa rangkaian gelombang penuh dengan gangguan yang juga tergantung pada kenaikan daya dan pada perencanaan yang berhati-hati mengenai frekwensi dan tempat pemakaiannya.

Enerji dari stasiun-stasiun yang jauh datang dari arah langit tetapi kebanyakan enerji gelombang menengah mencapai pendengarnya dalam jarak 50 km dari antena dengan cara merambat didekat permukaan tanah. Inilah perbedaan lain yang penting dari FM. Sinyal FM melemah ketika dekat dengan permukaan tanah sedangkan gelombang menengah merambat didekat permukaan tanah. Air laut merupakan konduktor yang paling baik bagi gelombang menengah. Rawa-rawa juga baik. Jenis permukaan tanah yang buruk sebagai penghantar adalah gurun dan bukit cadas. Tanah pertanian dapat digolongkan sebagai penghantar yang sedang-sedang saja diantara kedua jenis di atas. Umumnya, tempat yang paling baik untuk menempatkan antena gelombang menengah adalah lokasi-lokasi rendah tempat berkumpulnya air.

Efisiensi dari antena dan dan bentuk permukaan tanahnya juga mempengaruhi jangkauan. Secara fisik antena gelombang menengah yang efisien berbentuk besar dan mahal: menara tinggi dengan banyak kabel yang tertanam yang menjorok keluar dari gulungan-gulungan dibawah tanah. Gambar di halaman sebelumnya memperkirakan gain antena sebesar 0. Apabila antena dan sistem arde/grounding dengan kekuatan penuh tidak dapat diadakan oleh stasiun radio maka pasti antena tersebut akan mempunyai gain yang negatif - hal ini berarti hilangnya daya - yang mengurangi jangkauan. Jadi lingkup gelombang menengah dibatasi bukan saja oleh kebisingan dan kondisi tanah akan tetapi juga oleh kemampuan ekonomi.

Untuk merangkumnya kita bisa mengatakan antena gelombang menengah di tiang yang tinggi hanya menghasilkan sedikit kelebihan. Yang dapat memperbaiki daya jangkau adalah kondisi kandungan air dalam tanah, memperbesar daya antena, dan meningkatkan daya pemancar - meskipun nantinya kita akan mengundang persaingan yang tanpa batas dalam memperbesar daya pemancar. Biaya untuk mengadakan antena yang efektif akan merupakan hambatan yang terbesar bagi pemancar-pemancar gelombang menengah yang baru.

Artikel: PEDOMAN RADIO LOKAL INTERNEWS 

Media Elektronik Independen 73 Spring Street Suite 401. New York, NY 10012 USA Phone 212.966-4141. Telex 469051. Fax 212-966-3193 

Translated by: Efendi - 

@ Copyright 1991 - Internews Indonesia Sumber: http://www.bogor.net/idkf/idkf/fisik/wireless/Pedoman%20Radio%20Lokal.doc.