Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan metode geofisika dengan menggunakan teknik elektromagnetik yang dirancang untuk mendeteksi objek yang terkubur di dalam tanah dan mengevaluasi kedalaman objek tersebut. GPR juga dapat digunakan untuk mengetahui kondisi dan karakteristik permukaan bawah tanah tanpa mengebor ataupun menggali tanah. Sistem GPR terdiri atas pengirim (transmitter), yaitu antena yang terhubung ke sumber pulsa (generator pulsa) dengan adanya pengaturan timing circuit, dan bagian penerima (receiver), yaitu antena yang terhubung ke LNA dan ADC yang kemudian terhubung ke unit pengolahan (data processing) serta display sebagai tampilan outputnya.
Berdasarkan blok diagram di atas, masing – masing blok mempunyai fungsi yang cukup penting dan saling ketergantungan. Hal ini dikarenakan GPR merupakan suatu sistem mulai dari penghasilan pulsa pada pulse generator lalu melewati blok-blok yang ada kemudian sampai pada blok display dimana kita dapat melihat bentuk dan kedalaman objek yang dideteksi. Namun dalam hal ini antena memegang peranan yang sangat penting karena menentukan unjuk kerja dari sistem GPR itu sendiri. Adapun faktor yang berpengaruh dalam menentukan tipe antena yang digunakan, sinyal yang ditransmisikan, dan metode pengolahan sinyal yaitu :
1. Jenis objek yang akan dideteksi
2. Kedalaman objek
3. Karakteristik elektrik medium tanah atau properti elektrik.
Dari proses pendeteksian seperti di atas, maka akan didapatkan suatu citra dari letak dan bentuk objek yang terletak di bawah tanah atau dipermukaan tanah. Untuk menghasilkan pendeteksian yang baik, suatu sistem GPR harus memenuhi empat persyaratan sebagai berikut:
1. Kopling radiasi yang efisien ke dalam tanah
2. Penetrasi gelombang elektromagnetik yang efisien
3. Menghasilkan sinyal dengan amplitudo yang besar dari objek yang dideteksi.
4. Bandwidth yang cukup untuk menghasilkan resolusi yang baik.
Prinsip Kerja GPR
Pada dasarnya GPR bekerja dengan memanfaatkan pemantulan sinyal. Semua sistem GPR pasti memiliki rangkaian pemancar (transmitter), yaitu system antena yang terhubung ke sumber pulsa, dan rangkaian penerima (receiver), yaitu sistem antena yang terhubung ke unit pengolahan sinyal. Rangkaian pemancar akan menghasilkan pulsa listrik dengan bentuk, prf (pulse repetition frequency), energi, dan durasi tertentu. Pulsa ini akan dipancarkan oleh antena ke dalam tanah. Pulsa ini akan mengalami atenuasi dan cacat sinyal lainnya selama perambatannya di tanah. Jika tanah bersifat homogen, maka sinyal yang dipantulkan akan sangat kecil. Jika pulsa menabrak suatu inhomogenitas di dalam tanah, maka akan ada sinyal yang dipantulkan ke antena penerima. Sinyal ini kemudian diproses oleh rangkaian penerima. Kedalaman objek dapat diketahui dengan mengukur selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa. Dalam selang waktu ini, pulsa akan bolak balik dari antena ke objek dan kembali lagi ke antena. Jika selang waktu dinyatakan dalam t, dan kecepatan propagasi gelombang elektromagnetik dalam tanah v, maka kedalaman objek yang dinyatakan dalam h adalah
Untuk mengetahui kedalaman objek yang dideteksi, kecepatan perambatan dari gelombang elektromagnetik haruslah diketahui. Kecepatan perambatan tersebut tergantung kepada kecepatan cahaya di udara, konstanta dielektrik relative medium perambatan
Ketebalan beberapa medium di dalam tanah dinyatakan dalam d , yaitu
Jika konstanta dieletrik medium semakin besar maka kecepatan gelombang elektromagnetik yang dirambatkan akan semakin kecil. Pulse Repetition Frequency (prf) merupakan nilai yang menyatakan seberapa seringnya pulsa radar diradiasikan ke dalam tanah. Penentuan prf dilandasi dengan kedalaman maksimum yang ingin dicapai. Semakin dalam objek, maka prf juga semakin kecil karena waktu tunggu semakin lama.
Dimana t adalah selang waktu antara pemancaran dan penerimaan pulsa dan H adalah kedalaman maksimum. Daya pulsa yang dipancarkan juga harus disesuaikan dengan kedalaman maksimum ini. Jika H besar, maka daya yang harus digunakan juga harus besar agar sinyal pantul tetap terdeteksi.
Parameter Antena GPR
Peranan antena dalam aplikasi GPR sangat penting dalam menentukan performansi sistem. Pada prinsipnya, kriteria umum untuk sistem antena impuls GPR harus mempertimbangkan kopling yang baik antara antena dengan tanah. Antena GPR biasanya beroperasi dekat dengan tanah (permukaan tanah) maka harus dapat mengirimkan medan elektromagnetik melalui interface antena-tanah secara efektif. Akan tetapi, ketika antena di letakan dekat dengan tanah, interaksi antena-tanah akan berpengaruh besar terhadap impedansi input antena, bergantung jenis tanah dan elevasi antenanya [Turner,1993]. Karena property elektrik tanah sangat dipengaruhi oleh kondisi cuaca, dalam survey GPR biasanya sangat sulit untuk menjaga kestabilan impedansi input karena jenis tanah yang benar-benar berbeda untuk setiap tempat dan kondisi cuaca yang berbeda. Ini mengakibatkan sulitnya mempertahankan kondisi match, antara antena dan feed line untuk memperkecil mismatch loss. Pemilihan jenis antena GPR yang dipakai didasarkan juga pada objek apa yang akan dideteksi. Apabila target objek mempunyai objek yang panjang maka sebaiknya menggunakan antena yang dengan footprint yang lebih panjang. Footprint antena adalah pengumpulan nilai tertinggi dari bentuk gelombang yang dipancarkan oleh antena pada bidang horizontal di dalam tanah atau permukaan tanah di bawah antena. Ukuran footprint antena menentukan resolusi cakupan melintang dari sistem GPR. Secara umum, unjuk kerja optimal GPR dimana footprint antenna harus dapat diperbandingkan dengan penampang melintang horizontal dari target. Berdasarkan keterangan di atas, antena untuk aplikasi GPR harus memperhatikan beberapa hal yaitu :
• Late time ringing
Antena GPR harus mampu meminimalkan late time ringing yang disebabkan oleh refleksi internal terhadap benda–benda (clutter) disekitar target yang mengakibatkan efek masking terhadap objek yang dideteksi. Ada berbagai cara untuk mengurangi late time ringing khususnya dari penggunaan antena dipole yaitu dengan penggunaan lumped resistor. Hal ini sesuai dengan metode Wu King. Namun, penggunaan metode ini sesuai untuk antena dipole yang dibuat pada PCB ( Printed Circuit Board ). Untuk antena wire dipole, hal ini bisa diatasi dengan meletakkan antena tepat di atas permukaan tanah karena sifat lossy dielektrik tanah tersebut mampu meredam sifat ringging dari antena wire dipole, sehingga sinyal tersebut dapat dianalisa dengan cukup akurat.
• Cross-Coupling
Pada konfigurasi antena yang terpisah, tentunya akan menimbulkan crosscoupling. Cross-coupling merupakan sinyal yang dikirimkan secara langsung oleh antena pengirim ke penerima.
Untuk memaksimalkan pada target yang dideteksi maka antara antena pengirim dan penerima harus dipisahkan dengan jarak berdasrkan rumus berikut ini:
Keterangan :
S = Jarak antar antenna pemancar dengan penerima
K = Konstanta propagasi (εr )
Depth = kedalaman penetrasi antenna
• Jarak Antena dengan Tanah
Keterangan :
ηudara = Impedansi karakteristik di udara (Ω)
ηm = Impedansi karakteristik pada medium dengan nilai εr tertentu (Ω)
µr = Permeabilitas bahan (H/m)
εr = Permitivitas bahan (F/m)
L = Jarak antara dua medium yang terpisahkan oleh radome
Antenna Orientations
Pemilihan garis lokasi dan orientasi survey GPR harus diatur agar pendeteksian objek dapat maksimal. Setelah garis dan arah pendeteksian sudah ditentukan, maka penyusunan antena harus sesuai. Adapun tipe – tipe penyusunan antena dapat dilihat pada gambar di bawah ini
Keterangan :
PL = Parallel
PR = Perpendicular
BD = Broadside
EF = Endfire
XPOL = Crosss polarization
à= Line direction
Sunber : http://digilib.ittelkom.ac.id/
