Antara Gelombang Radio dan Gelombang Cahaya

Pelangi muncul di atas Kurawan
Warnanya indah bukan buatan
Seorang gadis ternganga keheranan
Rambutnya tergerai jatuh ke pangkuan

Belum selesai ku mendengar puisi itu, tiba-tiba langit yang cerah menjadi agak gelap karena datangnya mendung tebal. Suara kemeresek pun muncul menggantikan alunan suara Arya Dwipangga yang sedang berpuisi menggoda Nari Ratih, di radio mungil ini. Segera ku gendong radio itu dan ku bawa lari ke tempat yang agak lapang. Masih kemeresek. Ku putar knob radio untuk mencari saluran lain. Siapa tahu ada yang menyiarkan episode yang sama. Tapi ternyata sama saja. Suara kemeresek muncul di semua frekwensi. Kenapa bisa terjadi hal seperti ini?

Saat itu sekitar tahun 1989-1990, sandiwara radio Tutur Tinular sangat digemari dan merupakan hiburan yang paling ditunggu. Menggunakan teknik Amplitudo Modulation (AM), persaingan cinta antara Arya Kamandanu dan saudaranya Arya Dwipangga memperebutkan sang bunga desa (Nari Ratih) mengudara di langit Jawa Dwipa. Saat sedang asyik-asyiknya terbawa suasana, cerita menjadi buyar dan ambyar akibat perubahan cuaca.

Gelombang radio AM, adalah gelombang Elektromagnetik dengan frekwensi paling kecil. Frekwensi terendahnya adalah 10 kHz. Frekwensi diatasnya itu ada gelombang FM, VHF, UHF, baru kemudian ada Microwave (RADAR). Di atas frekwensi Microwave ada gelombang Inframerah. Kemudian ada gelombang cahaya yang bisa kita lihat dengan kasat mata. Diatasnya lagi ada gelombang ultraviolet, X-Ray baru ketemu gelombang nuklir (gamma ray).

Disebutkan diatas bahwa diantara gelombang radio AM dan gelombang cahaya, terdapat satu gelombang yang jamak digunakan dalam dunia pengukuran. Orang menyebutnya sebagai gelombang Mikro (Microwave). Lebih tepatnya, gelombang ini dimulai persis setelah gelombang UHF, yaitu pada frekwensi 1000 MHz (1 GHz), dan berakhir di titik tepat sebelum Far Infrared (FIR). Frekwensinya sekitar 300 GHz.

Di dunia pengukuran level yang menggunakan gelombang mikro saat ini, ada 4 jenis frekwensi yang di aplikasikan oleh VEGA Instruments, yaitu :

1) Frekwensi 1 – 2 GHz

2) Frekwensi 6 GHz

3) Frekwensi 26 GHz

4) Frekwensi 80 GHz.

*** Frekwensi 2 GHz ***

Untuk kategori Microwave, Jenis frekwensi ini tergolong frekwensi paling rendah. Sifat gelombangnya bisa merambat menyusuri metal probe. Sudut pancarnya akan mengikuti setiap lekuk probe yang dilewatinya dengan radius energi yang sama. Orang menyebutnya, Guide Wave Radar (GWR).

Gelombang micro dari sensor GWR dibangkitkan secara pulsa dari elektronik dan mengalir sepanjang rod atau kabel sling. Jika ada permukaan media di sepanjang rod/kabel, maka gelombang micro tersebut akan terpantul balik kembali ke elektronik. Waktu tempuh sejak gelombang tersebut dipancarkan sampai kembali akan dikalkulasi oleh electronic dan akan dikonversi menjadi signal level.

Ada istilah lain untuk menyebut sistem ini, yaitu Time Domain Reflectometry (TDR). Sistem yang sama seperti yang digunakan di dunia telekomunikasi untuk mencari kabel yang terkelupas atau terputus agar mereka bisa melakukan perbaikan.

Untuk media berbasis air (water) atau chemical, probe (rod atau kabel sling) bisa dipasang telanjang sampai ke dasar media. Tapi untuk media yang berbasis minyak (oil), probe sangat direkomendasikan dipasang di standpipe atau pipa coaxial.

*** Frekwensi 6 GHz (C Band) ***

Untuk jenis frekwensi ini dan setelahnya, signal dipancarkan langsung dari elektronik dengan pengarah antenna berupa corong (horn) , ditembakkan langsung ke media tanpa perlu bimbingan dari rod/kabel sling lagi. 

Sudut pancar dari frekwensi ini masih lebar. Untuk ukuran antenna 3”, sudut pancar (beam angle) nya sekitar 38⁰. Namun ada keunggulan dari frekwensi ini, yaitu dia bisa merambat sepanjang pipa jika dipasang di stand pipe.

Penggunaan sensor RADAR dengan frekwensi ini, direkomendasikan di pasang di standpipe. Tidak direkomendasikan untuk di tembakkan langsung ke arah media. Mengingat beam angle-nya yang sangat lebar.

*** Frekwensi 26 GHz (K Band) ***

Sama dengan yang di atas, untuk frekwensi 26 GHz, signalnya dipancarkan langsung dari electronic dengan pengarah antenna berupa corong (horn) atau parabolic.

Untuk ukuran horn antenna 3”, sudut pancarnya sekitar 10⁰. Boleh di pasang di standpipe dan boleh juga ditembakkan langsung ke media tanpa standpipe.

*** Frekwensi 80 GHz (W Band) ***

Untuk jenis frekwensi ini, sudah tidak diperlukan corong lagi. System antenna bisa di design hampir rata dengan proses mounting.

Untuk ukuran antenna 3”, sudut pancarnya sekitar 3⁰. Direkomendasikan untuk ditembakkan langsung ke permukaan media dan tidak direkomendasikan penggunaan standpipe.

***

Parameter media yang sangat berpengaruh dalam memantulkan energi microwave adalah dielectrikum (dK) value. Semakin besar dK value-nya, semakin besar energi yang dipantulkan. 

Media yang tercampur air (water content) cenderung lebih mudah di ukur oleh sensor RADAR karena air mempunyai dK value yang tinggi. Sekedar referensi, air murni mempunyai nilai dK = 80.

Media yang susah di ukur oleh radar adalah media dengan dK value yang rendah, seperti minyak. Apa yang perlu dilakukan oleh system RADAR agar bisa mengukur level yang berbasis minyak ?

Opsi yang ada adalah dengan memperkuat energinya. Semakin besar energi yang dipancarkan, tentu feedback dari media akan semakin besar pula. Konsep ini diaplikasikan oleh VEGA RADAR dengan frekwensi 80 GHz untuk type VEGAPULS 64/69. Energi microwave saat keluar dari antenna adalah sekitar 120 dB.

Bagaimana jika energi microwave dari sensor radar tidak terlalu besar?

Untuk frekwensi rendah (2 GHz dan 6 GHz), kita bisa memanfaatkan sifat gelombang yang bisa merambat menyusuri permukaan metal. Yaitu dengan memasang sensor tersebut di atas standpipe atau pipa coaxial. Saat sensor dengan frekwensi 2 GHz atau 6 GHz di pasang untuk mengukur media yang ada di dalam standpipe atau pipa coaxial, maka energi microwave akan terkonsentrasi hanya di dalam pipa. Dengan begini, harapan untuk mendapatkan signal pantul dari permukaan minyak sangat tinggi.

WE💛RADAR