PENGEMBANG AN DETEKTOR SIGNAL RADIO MULT I CHANNEL UNTUK RADIO TRACKING ROKET MENGGUNAKAN LOGARITMIK AMPLIFIER Satrla G. Zain. Adi Susanto, Thomas Sri Widodo*', Wahyu Widada, Sri Kliwati**) "lUniversitas Gadjah Mada "'Penellti Bidang Telemetri dan Muatan Roket. LAPAN E-mail:
[email protected]
ABSTRACT Measurement of rocket telemetry radio signal is quite important in order to know the relation between quality of signal and received data. This powermeter c a n also be applied for detecting the azimuth a n d elevation angles of rocket trajectory u s i n g array Yagi a n t e n n a , which have been developed previously. The powermeter from a commercial radio have narrow range measurement a n d can be saturated for measurement of high power radio. This article discuss the design and development of digital powermeter for detecting signal radio from rocket telemetry system with maximum m e a s u r e m e n t of 1 watt a n d being convertible according to the requirement. The measurement method is base on logarithmic amplifier with bandwidth up to 100 decibel with accuracy of about 0.02 decibel. Keywords : Digital power meter. Radio telemetry, Rocket, Amateur radio, Logarithmic amplifier ABSTRAK Pengukuran kuat signal radio telemetri roket sangat penting dilakukan u n t u k mengetahui h u b u n g a n kualitas signal dan d a t a yang diterima. Power meter ini juga dapat diaplikasikan u n t u k deteksi p e r u b a h a n s u d u t elevasi d a n azimuth trayektori roket dengan menggunakan array antena yagi yang telah dikembangkan metodenya. Power meter radio mempunyai r e n t a n g p e n g u k u r a n yang sempit, sehingga terjadi saturasi u n t u k pengukuran radio dengan power yang c u k u p besar. Tulisan ini membahas desain d a n pengembangan power detektor u n t u k mendeteksi signal radio pada sistem telemetri roket dengan m a k s i m u m p e n g u k u t a n 1 watt d a n dapat d i u b a h sesuai dengan k e b u t u h a n . Signal power meter ini berbasis logarithmic amplifier dengan lebar band sampai dengan 100 db dengan ketelitian 0.02 dB. Kata kunci: Digital power meter. Radio telemetry, Roket, Amateur radio, Logarithmic amplifier 1
PENDAHULUAN
Komunikasi data via radio sangat diperlukan pada saat uji peluncuran roket LAPAN u n t u k mengetahui informasi data m u a t a n y a n g dibawah (Sri Kliwati, dkk, 2006). Komunikasi u n t u k roket jarak j a u h memerlukan sistem radio yang handal t e r h a d a p gerak dinamik roket. Salah s a t u d a t a yang sangat penting adalah posisi trayektori Untasan roket. Teknologi GPS telah luas digunakan secara komersial u n t u k navigasi k e n d a r a a n d a n pesawat terbang, serta telah diaplikasikan u n t u k tracking
posisi roket (Sri Kliwati, dkk, 2006). Pengembangan metode lain sangat penting u n t u k dapat dikuasai, sehingga telah diajukan metode baru u n t u k mengetahui posisi roket dengan aplikasi radio tracking seperti p a d a G a m b a r 1-1 (Satria, dkk, 2007). Prinsip metode ini adalah menggunakan deretan a n t e n a Yagi dimana setiap a n t e n a mempunyai polarisasi antena bervariasi p a d a s u d u t yang berbeda, sehingga keunikan pola ini dapat dimanfaatkan u n t u k mengestimasi a s a l a r a h p a n c a r a n . Pengembangan algoritma yang optimal u n t u k memproses signal dari array a n t e n a ini 125
telah dikembangkan secara berkesinambungan u n t u k mendapatkan metode yang optimal. Salah satu bagian penting dalam sistexn tracking ini adalah detektor yang mampu mendeteksi k u a t signal sesuai dengan rancangan. Detektor ini h a r u s sensitif sehingga jarak vikurnya dapat jauh.
2 . 1 Detektor Signal
Komponen signal detector yang digunakan mempunyai sensitivitas 100 dB dengan ketelitian 0.02 dB. Sis tern ini telah dikalibrasi dengan m e n g g u n a k a n s e b u a h signal radio RF generator d a n dibandingkan dengan hasil pengukuran dari spectrum analyzer. Detektor r a n c a n g a n d a n prototype yang telah dikembangkan cuk'up linear d a n a k u r a t u n t u k dapat digunakan dalam system tracking. Selain tidak memerlukan biaya yang tidak terlalu mahal dapat j u g a dirancang u n t u k paralel processing. 2
RANCANGAN POWER METER
Sistem detektor signal radio seperti p a d a Gambar 2-1 terdiri dari bandpass filter, logarithmic amplifier d a n sebuah prosesor u n t u k memproses signal dari PC. Prosesor yang digunakan adalah sebuah microcontroller ATMEGA8535 dari atmel u n t u k akusisi data 10 bit. Data hasil perhitungan ditampilkan ke PC u n t u k m e m u d a h k a n p a n t a u a n p e r u b a h a n power signal radio dalam bentuk grafik. Data tersebut berasal dari k u a t signal penerimaan dari beberapa antena cross yagi digunakan u n t u k menentukan s u d u t p a n c a r a n menggunakan algoritma yang sedang dikembangkan (Satria, dkk, 2007). 126
Signal radio yang diterima oleh masing-masing antena mempunyai p e r u b a h a n tegangan dari micro volt sampai milli volt yang b e r u b a h secara logaritmik dengan bandwidth sampai lebih dari 50 dB. Sehingga u n t u k dapat mendeteksi signal ini harus menggunakan amplifier logaritmik dengan bandwidth lebih dari 50 dB. Dalam desain ini, digunakan logaritmik amplifier tipe AD8307 dari Analog Device yang mempunyai range sampai 100 dB, sehingga c u k u p u n t u k mendeteksi signal radio (Satria, dkk, 2007].
Gambar 2-2: Grafik karaktristik input level vs output AD8307 Gambar 2-2 adalah karakteristik tegangan output dari AD8307 terhadap input level dalam s a t u a n dB yang mempunyai keluaran a n t a r a 0.9 sampai 2.4 volt. Power radio ini dapat ditulis
radio dengan power dalam dBm d a p a t digambarkan seperti p a d a G a m b a r 2-3. Sedangkan dengan menggunakan persamaan (2-1) dan (2-2) maka h u b u n g a n a n t a r a input tegangan radio dengan power dalam mWatt d a p a t digambarkan seperti p a d a G a m b a r 2-4. Signed AC dari gelombang radio akan diubah menjadi tegangan DC oleh AD8307 dengan fungsi transfer seperti gambar di atas.
Gambar 2-6: Skema rangkaian sensor power radio dengan menggunakan logaritmik amplifier AD 8307
Gambar 2-4: H u b u n g a n nilai voltase signal radio dengan power radio dalam mWatt Sebagai contoh jika signal yang diterima mempunyai amplitude 1 volt, m a k a power-nya adalah P =(1.0) 2 /50 = 20 mW, d a n jika dihitung dalam dBm dengan p e r s a m a a n di atas menjadi +13 dBm. H u b u n g a n a n t a r a input tegangan
H u b u n g a n a n t a r a mWatt dengan dBm dapat dilihat p a d a Gambar 2-5. Dari Gambar 2-4, 2-5, d a n 2-6, dapat dipahami dengan jelas h u b u n g a n a n t a r a beberapa satuan unit yang menunjukkan nilai k e k u a t a n signal radio. Satuan tersebut digunakan u n t u k pengembangan algoritma p e n e n t u s u d u t . Rangkaian sederhana terdiri dari AD 8307 d a n sedikit komponen p e n d u k u n g u t u k detektor adalah seperti pada Gambar 2-6. Akan tetapi sebelum m a s u k ke detektor 127
haras menggunakan bandpass filter sesuai frekuensi radio 460 Mhz u n t u k menghilangkan signal frekuensi lainnya yang t i d a k diinginkan. Gambar prototype s e n s o r power radio seperti Gambar 2-7.
Sedangkan grafik yang diperoleh adalah seperti Gambar 2-9. Nilai Rin d a n Rout masing-masing a d a l a h 50 Ohm. Hubungan nilai parameter k d a p a t dilihat dari p e r s a m a a n 2-4: (2-5) disini dB adalah nilai perlemahan signal radio dalam s a t u a n desibel
G a m b a r 2-7: Prototype sensor power radio dengan menggunakan logaritmik amplifier AD8307 2.2
Attenuator
Signal
Untuk menghindari saturasi signal digunakan a t t e n u a t o r power dengan tipe T seperti p a d a G a m b a r 2-8 yang terdiri dari 3 b u a h variable resistor.
Gambar 2-9: Grafik resistansi Rl = R2 d a n R3 terhadap attenuator dalam s a t u a n dB 3
PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
3 . 1 Percobaan Gambar 2-8: Skema a t t e n u a t o r mengg u n a k a n T' u n t u k power signal radio Hubungan antara attenuasi power dalam dB dengan masing-masing nilai resistor adalah sebagai berikut:
Kalibrasi detector ini sangat penting dilakukan u n t u k memperoleh pengukuran power radio yang akurat. 2.5;
-40 -20 Input Power(dBm)
0
20
Gambar 3-1: Hasil kalibrasi power input dari signal generator d a n dari AD8307 128
Dengan menggunakan RF signal generator dari Rohde Swartch sebagai input power d a n output dari detector, masing-masing power signal tersebut dibandingkan u n t u k memperoleh nilai parameter kalibrasi. Gambar 3-1 adalah perbandingan power dari signal generator dan prototype. Dari nilai -70 dBm sampai 3 dBm terlihat grafik h u b u n g a n power tersebut sangat linear, kecuali di bawah -70 dBm yang sedikit berbentuk parabolik.
Kuat Signal 3 Antena
-?00
-60
0 Sudut (Degree)
50
100
Gambar 3-2: Hasil deteksi signal radio secara pararel
3.2 Analisa dan Pembahasan Setelah uji kalibrasi signal radio, secara m u d a h dapat digunakan u n t u k mencoba signal transmitter dengan bermacam-macam posisi d a n jarak. Untuk m e m u d a h k a n pengujian, m a k a dibuat software sederhana untuk m e m a n t a u sinyal power secara realtime dengan update data yang c u k u p cepat yaitu 300 d a t a tiap detik. Percobaan ini menerima data signal radio dari tiga b u a h a n t e n a yagi yang telah siap sigunakan u n t u k uji coba. Tiga b u a h antena dipasang p a d a tiang penyangga yang dapat diputar 360°. Tiang ini dilengkapi dengan encoder sehingga setiap kali diputaran m a k a s u d u t a r a h a n dapat terekam. Antena penerima diputar dari -90° hingga 90° kemudian data k u a t signal beserta s u d u t a r a h a n antena disimpan dalam PC. Gambar 3-2 menunjukkan contoh hasil deteksi signal radio dari 3 b u a h array a n t e n n a , dimana terlihat p e r u b a h a n signal yang mempunyai nilai variasi yang sama. Dengan menggunakan teknik curveting grafik k u a t signal 3 a n t e n a seperti pada Gambar 3-2 dapat diperbaiki. Hasil dari perbaikan dapat dilihat p a d a Gambar 3-3. Dengan teknik ini m a k a dihasilkan pola radiasi dari 3 antena yang c u k u p baik u n t u k deteksi arah pancaran.
Sudut (Degree)
Gambar 3-3: Hasil perbaikan pola radiasi ketiga antena menggunakan curveting Dari Gambar 3-3 terlihat bahwa posisi pemancar yang b e r a d a pada s u d u t -13° hingga -80° a k a n dideteksi dengan k u a t signal maksimal p a d a a n t e n a 3 d a n p a d a s u d u t lebih besar dari -13 hingga 21 a k a n dideteksi dengan k u a t signal maksimal pada a n t e n a 2 d a n u n t u k s u d u t lebih besar dari 21 hingga 70 derajat a k a n dideteksi oleh a n t e n a 1. 4
KESIMPULAN
Telah dikembangkan sebuah multi channel detector power signal radio sampai dengan frekuensi 500 MHz dengan range p e n g u k u r a n 100 dBm dengan keakurasian sampai 0.02 dBm, Detektor menggunakan logaritmik amplifier yang m u d a h digunakan dan mempunyai output signal DC d a n m u d a h digunakan baik secara portable 129
atau mobile. Prototipe ini akan dikembangkan lebih lanjut u n t u k lebih sensitif d a n noise yang lebih kecil. Sistem ini a k a n digunakan dalam bagian pengembangan hardware radio tracking u n t u k trayektori lintasan roket dalam 3 dimensi. DAFTAR RUJUKAN Chis Bowick, RF Circuit Design, Howard W.Sam & Co Inc. Indianapolis USA. Datasheet AD8307, www.analog.com. Satria G u n a w a n Zain dkk, 2007. Simulasi Pengaruh Perubahan Su.d-.tt Pancar Transmitter pada Roket Jarak Jauh Terhadap ower Radio Receiver Antenna Cross YagU Presiding SRITI, Yogyakarta.
130
Satria Gunawan Zain, Adi S u s a n t o , Sri Kliwati, Wahyu Widada, 2 0 0 7 . Estimation Method of Azimuth and Elevation Anglrs for Rocket Trajectory Using Array Crossed Yagi Antenna, Proceeding of ICT International Conference on Rural Information and Communicatin Technology ITB Bandung. Sri Kliwati, Wahyu Widada, 2 0 0 6 . Sistem Telemetri Data GPS Roket dengan Modulasi Frekuensi Signal Analog Via Radio, Seminar Nasional IPTEK Dirgantara.
