Seminar Tugas Akhir
Perancangan dan Pembuatan System RF Downlink Portable Ground Station 436.9 Mhz Untuk Satelit Iinusat-01 R. Andami Nafa1), G. Hendrantoro2), Endroyono3) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Surabaya 60111 Email :
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstrak - Ada dua modul yang dibahas dalam paper ini yaitu LNA (low noise amplifier) dan frekuensi downconverter. Kedua modul ini merupakan satu kesatuan dari sistem penerima pada portable ground station satelit Iinusat-01. LNA menggunakan IC RF2361 dengan gain minimal adalah 19.5 dB dengan noise figure maksimal 2 dB. Supaya desain LNA memenuhi critical desain review satelit Iinusat-01, maka teknik desain LNA menggunakan penguat bertingkat (cascade amplifier) dengan menggunakan dua buah IC RF2361 untuk optimasi gain. Sistem penerima portable groundstation ini menggunakan prinsip superheterodyne receiver dengan dua kali penurunan frekuensi. Frekuensi RF 436,9 Mhz diturunkan menjadi Frekuensi tengah (Intermediate Frekuensi) kemudian diturunkan lagi menjadi frekuensi baseband. Modul yang dibahas adalah local oscillator, mixer frekuensi dan PLL frekuensi synthesizer. LNA menghasilkan gain output adalah 33 dB pada frekuensi 436,9 Mhz. Local Oscillator manghasilkan range frekuensi output 409 Mhz (-4.92 dBm) – 500 Mhz (6.14 dBm). Mixer frekuensi menghasilkan frekuensi IF 10.7 Mhz dengan daya -57,47 dBm. PLL synthesizer dirancang adalah memodifikasi rangkaian HT VHF dengan mengganti kristal referensi oscillator 44,224 Mhz dan frekuensi IC TC9122 16,9 Mhz. Hasil dari pengujian PLL synthesizer ini adalah menghasilkan frekuensi VCO 415.10 Mhz. Frekuensi 415.10 Mhz tersebut harus dicapai supaya bisa didownconverter menjadi IF 21,3 Mhz. Kata Kunci – LNA, Frekuensi Downconverter, Portable Ground Station, PLL Synthesizer, UHF I.
D
PENDAHULUAN
alam upaya pengembangan system stasiun bumi pada proyek satelit Iinusat (Indonesia Inter University Satellite -1) dimana diperlukan sebuah perangkat portable. Didalam perangkat portable ini terdiri dari modul-modul salah satunya adalahRF Downlink. Sistem kerja dari RF Downlink adalah sinyal yang diterima dari satelit pada frekuensi 436,9 Mhz yang daya sinyalnya sangat lemah akan dikuatkan oleh LNA, setelah itu akan di downconverter menjadi intermediate frekuensi. Tujuan penelitian ini untuk mendesain RF downlink transceiver yang bisa terkoneksi dengan modul-modul dari stasiun bumi portable lainnya (Gambar 1). Pada penelitian ini dilakukan pengukuran karakteristik RF, perancangan dan pembuatan modul serta pengujian peralatan. Hasil yang diharapkan berupa komponen modul RF yang terintegrasi dalam stasiun bumi portable. II.
Ada dua tahap yang harus dikerjakan dalam penelitian ini adalah tahap LNA (Low Noise Amplifier) dan frekuensi downconverter menggunakan teknik dari PLL (Phase Locked Loop).
...
MIXER
Band Pass Filter
LOW NOISE AMPLIFIER
IF Amplifier
LOCAL OSCILLATOR
Gambar 1. Sistem RF Downlink Gambaran umum dari LNA yang akan didisain memiliki dimensi yang kecil, dengan kualitas yang baik. Filter yang digunakan adalah bandpass filter sehingga dapat membedakan sinyal yang dipancarkan Pt yang besar dengan sinyal yang diterima dengan Pr yang sangat kecil. Parameter kinerja dari LNA dilihat dari gain, NF (Noise Figure) dan IP3 (Third-order intercept point) [1]. Gain, NF dan IP3 harus diperoleh dalam spesifikasi dengan konsumsi daya minimum. Arsitektur LNA terdiri dari tiga step perancangan (gambar 3)[2]. Step pertama adalah dibutuhkan transformasi impedansi sumber ke sebuah impedansi yang match dengan impedansi input atau optimal noise impedance. Step kedua adalah sebuah amplifier dengan rendah noise, dalam perancangannya menggunakan sebuah transistor FET atau IC LNA. Dan tahap terakhir transformasi impedansi output ke sebuah impedansi yang match dengan impedansi beban Berikut parameter-paramter yang diperhatikan dalam merancang sebuah LNA yaitu DC biasing, kestabilan sistem, input dan output matching. Semua parameter tersebut dapat mempengaruhi kinerja dari LNA. LNA yang optimal mempunyai nilai yang baik pada setiap parameter tersebut. DC biasing adalah langkah pertama yang diperhatikan dalam desain LNA. Tujuannya adalah untuk menentukan besarnya arus yang melewati disetiap komponen. DC biasing ini tergantung dari jenis transistor yang digunakan dalam LNA tersebut seperti transistor BJT, FET, HBT maupun HEMT. Stability Design dari LNA dilihat dari typical transistor yang digunakan. Setiap transistor memiliki S-parameter tertentu, sehingga transistor tersebut bisa diketahui tingkat kestabilannya (persamaan 1). 1
TEORI PERENCANAAN
LOW NOISE AMPLIFIER
Low Pass Filter
Ant
|
|
|
|
||
|
| | |
(1)
dengan (2) 1
Rollett factor adalah cara cepat untuk mengetahui kestabilan yang diberikan pada bias transistor
Seminar Tugas Akhir
Gambar 2. Karakteristik dari LNA Vout Gnd
BLOK A
BLOK B Gambar 3. Prinsip Local Oscillator LOCAL OSCILLATOR
Parameter dalam perancangan local oscillator adalah kestabilan frekuensi. Artinya tidak ada pergeseran frekuensi yang dihasilkan oleh LO. Kekurangan teknik VFO adalah rangkaian rentan terjadinya pergeseran frekuensi karena terdiri dari induktor (lilitan) dan kapasitor. Lilitan sangat dipengaruhi oleh temperatur rangkaian. ketika temperature meningkat, maka akan terjadi perubahan osilasi pada lilitan. Atas dasar itulah penulis membutikan hal tersebut bahwa LO dengan teknik VFO bisa menghasilkan frekuensi yang stabil. Yang unik dari rangkaian oscillator adalah tidak adanya sinyal input secara eksplisit sebab sinyal inputnya hanya secara implisit yaitu memanfaatkan noise yang dimiliki oleh resistor dan komponen lainnya. Local Oscilator hanya terdiri dari dua yaitu rangkaian resonansi (Blok B) serta rangkaian penguat (Blok A). Kemudian (frekuensinya tak tentu) ini dikuatkan oleh blok A setelah lewat blok B noise random yang telah diperkuat seolah difilter dengan hanya frekuensi yang sama dengan frekuensi resonansi LC diblok B saja yang tetap (tidak teredam). Hal tersebut terjadi secara berulang sampai didapat gelombang yang benar-benar sinusoidal konstan (tanpa redaman dan tanpa penguatan lagi) dengan frekuensi yang sesuai dengan kombinasi LC diblok B. Dimana frekuensi resonansi dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : √ MIXER FREKUENSI
(3)
Perancangan mixer ini bertujuan untuk menurunkan frekuensi RF menjadi frekuensi IF (intermediate frequency). Parameter untuk desain mixer adalah mixer harus mempunyai selektifitas yang tinggi dengan kata lain sinyal IF yang dihasilkan mempunyai frekuensi yang tetap. Mixer yang dirancang ini adalah jenis mixer frekuensi downconversion yang ada pada sistem penerima. Input dari mixer adalah dua buah sinyal yaitu sinyal RF dan sinyal LO dengan satu output. Jika sebuah gelomban sinus menggerakkan sebuah rangkaian nonlinear, harmonik – harmonik dari gelombang sinus ini muncul pada bagian keluaran. Akan tetapi jika dua buah gelombang sinus menggerakkan sebuah rangkaian non-linear, akan didapatkan harmonic-harmonik dari masing-masing gelombang sinus tersebut dan menghasilkan frekuensi baru.
PLL Synthesizer Prinsip phase lock loop adalah suatu control system yang terdiri dari phase detector, loop filter dan voltage oscillator (VCO). Peran utama dalam PLL dipegang oleh phase detector yang bertugas membandingkan phase input sinyal dari VCO dengan suatu sinyal referensi dan sebagai outputnya adalah beda phase dengan keduanya. Adanya beda phase akan memberikan perbedaan voltage yang selanjutnya, perbedaan voltage tersebut difilter oleh loop filter dan diapplied ke VCO. Kemudian control voltage pada VCO mengubah frekuensi kearah, memperkecil perbedaan sinyal referensi dengan sinyal feedback dari VCO. Bila loop menjadi terkunci ( locked ), maka control voltage berada pada posisi dimana frekuensi rata-rata sinyal feedback tepat sama dengan frekuensi referensi. Keberhasilan desigan suatu PLL sebagian besar ditentukan oleh disain loop filter yang baik. Hal ini disebabkan karena pada saat perbedaan phase, phase detector akan mengeluarkan perbedaan voltage yang berubah-rubah naik turun. III. Critical Design Sistem LOW NOISE AMPLIFIER
Gain yang harus dicapai dalam perancangan LNA minimal 22 dB supaya portable ground station bisa berkomunikasi dengan satelit. Untuk memenuhi gain tersebut, maka digunakan sebuah 2 buah transistor RF2361yang dipasang secara seri (cascade amplifier). IC RF2361 ini termasuk dalam GaAS HBT (Heterojunction Bipolar Transistors) yang dapat bekerja pada frekuensi tinggi sampai pada orde Giga (150 Mhz – 2400 Mhz). Alasan digunakan IC2361 ini adalah IC ini mampu memberikan gain yang stabil pada frekuensi yang diinginkan. Kestabilan ini tergantung dengan perancangan tegangan Vpd yang diberikan. RF2361 ini terdiri dari 5 pin [3]. Pin 1 sebagai input sinyal yang terhubung ke antenna dan pin 4 sebagai output sinyal. Tegangan VPD terdapat pada pin 4. Perancangan kali ini difokuskan ke pin VPD. Pin ini digunakan untuk mengontrol bias arus. Diperlukan tambahan resistor (R1) yang digunakan menset bias arus untuk setiap tegangan VPD. Tegangan VPD yang masuk haruslah 3 Volt dengan arus 200 mA. Tabel 1. Critical Design LNA Parameter Nilai Gain Minimal Frekuensi Operasi Noise Figure maksimal Potensial Supply OP1dB OPIP3
22 dB 436,5 Mhz 1.5 dB 5 Vdc >0dBm 10 dBm
Gambar 4. Desain Schematic LNA
Seminar Tugas Akhir
Gambar 7. Desain Schematic Mixer
Gambar 5. PCB Layout LNA Gambar 4 adalah rangkaian dari LNA pada frekuensi 436,9 Mhz. LNA tersebut terdiri dari dua buah RF2361 untuk mengoptimalisasi gain output. Sebuah bias kolektor yang terdiri dari induktor SMD 56 nH yang dihubungkan dengan dua buah kapasitor yang dipasang secara parallel. Untuk mengontrol arus dan tegangan VPD, maka digunakan sebuah regulator AMS1117 dengan input tegangan 5 Volt / 1 Ampere dan output 3 volt / 500 mA. Desain layout dari schematic LNA tersebut menggunakan software DXP 2004. PCB yang digunakan adalah PCB Fr4 dengan directivity ( bernilai 4,4. Pada rangkaian frekuensi tinggi, bahan dasar dari PCB sangat mempengarui kinerja dari LNA tersebut. Dalam desain layout LNA ini, akan terdapat hole atau lubang disisi kiri dan kanan rangkaian, karenanya akan terhubung ke ground plane di sisi bawah PCB. LNA ini berbentuk persegi panjang dengan dimensi panjang adalah 82,1691 mm (3235,009 mil) dan dimensi lebar adalah 35,56 mm (1400 mil). Jadi LNA ini berdimensi kecil dan sesuai dengan konsep dari portable ground station. LOCAL OSCILLATOR
Rangkaian LO yang dirancang menggunakan teknik VFO (variable frequency oscillator) dengan memanfaatkan frekuensi resonansi dari indukator dan resistor. Frekuensi yang harus dihasilkan oleh rangkaian LO 426,2 Mhz untuk mendapatkan frekuensi tengah (intermediate frequency) 10,7 Mhz. Secara teori, desain LO yang menggunakan teknik VFO ini akan menghasilkan range frekuensi minimal dan maksimal sesuai dengan nilai dari variable kapasitor. Spesifikasi local oscillator yang diinginkan dalam perencanaan ini adalah sebagai berikut : Frekuensi center adalah 426,2 Mhz Daya output adalah 0.3 mW Bandwidth adalah 14 Khz Range frekuensi adalah 400 Mhz – 500 Mhz
MIXER Frekuensi Hal terpenting dalam mendesain rangkaian mixer ini adalah filter. Untuk mendapatkan frekuensi IF yang diinginkan maka dibutuhkan tipe filter yang tepat, Pada gambar 7, terdapat 4 point rancangan mixer yaitu yaitu impedansi 50 ohm, preamplifier, mixing dan filter. Impedansi 50 ohm ini bertujuan output dari LNA harus sesuai dengan impedansi input dari mixer. Teknik dari matching impedansi ini adalah membuat jalur menggunakan kawat email yang terhubung pada sebuah kapasitor variable. Preamplifier ini bertujuan untuk menguatkan sinyal yang datang dari LNA. Karena hal perlu dilakukan karena ketika dimixing dengan LO maka daya keluaran sinyal IF pasti kecil (sebelum dimasukan ke IF amplifier). Mixing ini adalah tujuan utama dari sebuah mixer. Proses penurunan frekuensi dari frekuensi RF ke IF. Komponen yang digunakan adalah transistor MOSFET Dual Gate 2SK76. filter ini bertujuan menyaring frekuensi IF yang diinginkan. Frekuensi output dari mixer ada 4 frekuensi, jadi sangat diperlukan sebuah filter BPF (band pass filter) yang dipasang setelah output mixer. PLL Synthesizer Penentuan besarnya kristal osilator sangat mempengaruhi frekuensi output yang keluar dari PLL tersebut. Frekuensi yang berasal dari local oscillator crystal akan dimultiplier beberapa kali sesuai dengan frekuensi VCO yang diinginkan. TC9122 (30 Mhz) Local Oscilator Crystal
Crystal Oscilator Multiplier
PLL Mixer
Low Pass Filter (LPF)
Level Converter
Programable Divider
Buffer Amplifier
VCO FM Modulator
Filter
Phase Detektor (IC 5081)
Oscilator Divider (TC5082L) 5 Khz
44.244 Mhz
Downconverter
Gambar 6. Desain Schematic Local Oscillator
Gambar 7 Blok Diagram PLL Synthesizer
5.12 Mhz
Seminar Tugas Akhir Kemudian PLL mixer ini bertugas sebagai mixing sinyal yang dibangkitkan dari oscillator divider dengan oscillator Kristal. Phase Locked Loop di disain untuk receiver yang bekerja pada frekuensi 436.9 Mhz . Teknik terlebih dahulu ditentukan Kristal referensi yang digunakan, hal demikian digunakan untuk menjadi frekuensi referensi yang akan dimultiplier oleh crystal oscillator multiplifer. Crystal Filter yang digunakan untuk frekuensi IF adalah 21,345 Mhz dengan ceramic filter 455 Khz. Maka Intermediate Frequency untuk system receiver adalah 21,345 Mhz + 0.455 Mhz = 21,800 Mhz. sehingga untuk mendapatkan frekuensi VCO dapat menggunakan persamaan dibawah ini : (4) Untuk mendapatkan besarnya local oscillator crystal yang digunakan ditentukan dengan frekuensi center dari PLL. Frekuensi yang diinginkan adalah 436,9 Mhz, maka frekuensi VCO adalah : Programmble devider bertugas membagi frekuensi feedback dari VCO dengan faktor pembagi sesuai dengan program yang kita inputkan. Hasil pembagian tersebut diumpan ke phase detector dan dibandingkan phasenya dengan sinyal referensi. Sebagai programmable devider menggunakan IC TC9122, jenis IC ini mempunyai kemampuan membagi dengan faktor membagi sampai 3.999. Oleh karena itu, feedback dari VCO tidak dapat langsung di-inputkan ke TC9122 dan harus terlebih dahulu dicampur dengan frekuensi suatu oscillator dan hasil pengurangannya baru diinputkan ke devide. Berikut spesifikasi PLL system yang digunakan adalah sebagai berikut : Local Oscillator crystal : 44,244 Mhz Referensi crystal : 5,12 Mhz Divider frequency : 5 kHz IF Crystal filter : 21,357 Mhz Ceramic filter : 455 kHz IC TC9122 menghasilkan maksimal frekeunsi 30 Mhz yang diatur dalam kode-kode disetiap kakinya. Local osc.crystal menggunakan Kristal 44,215 Mhz yang akan dimultiplier Sembilan (9) kali, maka 9 x 44,244 = 398,200 Mhz. Maka frekuensi dari IC TC9122 yang harus diset adalah 415,10 Mhz – 398,200 Mhz = 16,9 Mhz. Phase detector digunakan IC TC5081 yang bertugas membandingkan phase sinyal feedback yang diperoleh dari VCO melalui TC9122 dengan referensi sinyal. Selanjutnya phase detector akan mengatur control tegangan melalui loop filter sehingga VCO menyesuaikan frekuensinya sehingga phase-nya sama dengan referensi
Untuk sistem downconverter-nya menggunakan Kristal filter 21,345 Mhz (output dari mixer) dan dihubungkan ke IC MC3357 (IC untuk IF) yang mengubah frekuensi 21,345 Mhz ke 455 kHz. Didalam IC MC3357 ini juga terdapat mixer, LO, IF Amplifier dan FM Detektor. IV.
Pengujian Modul
LOW NOISE AMPLIFIER
Untuk menganalisa unjuk kerja dari Low Noise Amplifier (LNA), maka dilakukan pengujian dengan dilakukan menggunkan signal generator dengan level yang sangat lemah. Asumsikan sinyal tersebut merupakan sinyal ditangkap oleh antenna stasiun bumi. Pengujian kali ini tidak mengikutsertakan noise karena tidak adanya peralatan yang membangkitkan noise dalam sinyal . Pada gambar 10 menunjukan nilai gain yang dihasilkan pada frekuensi 436,9 Mhz adalah 32,94 dB dengan daya input -35.95 dBm dan daya output -3.01 dBm. Nilai dari critical design LNA gain minimal yang dibutuhkan adalah 22 dB sedangkan gain hasil pengukuran adalah 32,94 dB atau 33 dB. Analisa gain LNA bisa dikatakan stabil pada range UHF, hal itu dibuktikan dengan spesifikasi transistor RF2361. Untuk perubahan tegangan VPD tidak diukur pada proses pengujian karena penulis telah menambahkan regulator AMS1117, sehingga tegangan VPD akan stabil pada 3,3 volt. Range frekuensi yang diatur mulai dari frekuensi 420 – 443 Mhz dengan step frekuensi 1 Mhz. Sehingga diperoleh rata-rata gain adalah 32,8963 dB. Pada input LNA terdapat sebuah kapasitor SMD bernilai 22 nF untuk sebagai coupling DC. Hal itu bertujuan untuk memblock sinyal DC yang masuk ke transistor. Sinyal tersebut menjadi input di pin 1. Tegangan input sebesar 5 Volt akan langsung dihubungkan ke regulator AMS1117 dengan tegangan output 3,3 volt. Tegangan 3.3 volt akan melewati kapasitor, fungsi dari kapasitor ini adalah sebagai filter (filter ripple) sehingga input ke tegangan VPD adalah DC murni. Resistor berfungsi sebagai hambatan untuk menurunkan tegangan menjadi 2,8 – 2,9 Volt (sesuai dengan datasheet RF2361). Signal Generator
Spectrum Analyzer
LNA
Downconverter
Gambar 9. Prosedur pengujian LNA 32.98 Gain LNA
VCO PLL
32.96 455 Khz Crystal Filter
MIXER
IF Amplifier
Ceramik Filter
Gain LNA (dB)
Multiplier
21.345 Mhz Antena
MIXER
RF Amplifier & LPF
10.240 Mhz
X: 435 Y: 32.94
32.94
Noise Amp
IF Amp
32.92 32.9 32.88
FM Deteksi
LO
LOW NOISE AMPLIFIER
32.86
IC IF MC3357
Deteksi Noise
Switch PAD (Packet Assembler Dissambler)
Audio Frekuensi PA
Squal Control
Gambar 8. Blok diagram sistem downconverter
32.84 32.82 420
425
430 Frekuensi (MHz)
435
Gambar 10. Grafik hasil pengujian LNA
440
Seminar Tugas Akhir LOCAL OSCILLATOR Paremeter yang paling penting dari LO adalah ketepatan frekuensi yang diingikan (sesuai dengan critical design LO pada BAB III). Dengan menggunakan teknik VFO (variable frequency oscillator), LO akan memiliki frekuensi yang minimal dan frekuensi maksimal. Tuning dilakukan dengan menggunakan kapasitor variable yang terpasang dalam box osilator dengan nilai 2 – 30 pF.
RBW 3 MHz Ref
5 dBm
Att
40 dB
0
Marker 1 [T1 ]
VBW 10 MHz
-4.77 dBm
SWT 2.5 ms
426.200000000 MHz
1 A
-10
1 AP CLRWR
frekuensi yang dihasilkan oleh LO ini berasal dari resonansi kapasitor dan induktor. Ketika rangkaian ini diberikan supply tegangan 8 volt, maka manghasilkan frekuensi resonansi pada rangkaian, dapat representasi dengan persamaan :
-20
-30
-40
RBW 300 kHz Ref -28 dBm
Att
10 dB
-57.47 dBm 3DB 10.701810742 MHz
SWT 2.5 ms
-30 -60 A
-40
(5)
√
Marker 1 [T1 ]
VBW 1 MHz
-50
-70
1 AP CLRWR
-50 -80
Untuk lilitannya mempunyai 9 lilitan dengan jari 3 mm (0,11810 inch) dengan panjang kabel 5 cm (1,96845 inch). Maka dengan dapat dihitung dengan nilai induktansinya :
Gambar 11. Output Frekuensi dari Rangkaian LO 1
-60 -90 Center 427 MHz
10 MHz/
Span 100 MHz
-70
(6)
-80
54 nH
Date: 25.OCT.9050
-100
Setelah mendapatkan nilai dari induktor tersebut, dengan nilai kapasitor 4 pF, maka didapatkan frekuensi reseonansinya :
-110
Gambar 12. Spektrum frekuensi tengah 10.7 Mhz
-120
√
Kekurangan dari mixer 1.42yang MHz/ dirancang adalah Spanoutput 14.2 MHz mempunyai banyak frekuensi-frekuensi yang tidak diinginkan. Padahal rangkaian mixer ini telah dipasang filter BPF (band pass filter) 10.7 Mhz yang hanya melewati 7.MAR.9964 13:13:58 frekuensi 10.7 Mhz saja . Kesulitan dalam mendesain mixer adalah bagaimana menghilangkan frekuensi bayangan. Kekurangan yang lain dari rangkaian mixer ini belum tersedianya sebuah penguat IF (IF amplifier). Daya -57,47 dBm ini terlalu lemah untuk diproses ke tahap selanjutnya sehingga diperlukan rangkaian IF Amplifier.
Center 10.396 MHz
Dari persamaan diatas, maka dapat dihasilkan frekuensi dasar resonansi untuk adalah 390,29 Mhz. Dalam rangkaian LO ini penulis pasang sebuah transistor 2SC1730, dengan Date: tujuan sebagai penguat sinyal. Syarat terjadi osilasi adalah rangkaian penguat harus mempunyai penguat sinyal (gain) yang cukup besar untuk mengimbangi rugi-rugi (losses) energi elektrik. Pada sistem receiver, rangkaian LO harus mengeluarkan frekuensi 426,2 Mhz (gambar 11). Untuk mendapatkan frekuensi tersebut dilakukan dengan cara tuning pada kapasitor variable pada rangkaian. Hasil perbandingan desain dan pengukuran LO dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 3. Frekuensi-frekuensi yang muncul saat pengukuran Frekuensi Daya sinyal
MIXER Frekuensi Tujuan utama dalam perancangan rangkaian mixer ini adalah mendapatkan frekuensi IF yang diinginkan. Berdasarkan perancangan frekuensi tengah yang harus dicapai adalah 10.7 Mhz. Rangkaian LO dan signal generator menjadi input rangkaian mixer. Parameter Pengukuran Frekuensi center Frekuensi minimal Frekuensi maksimal Operating Bw Daya Output
3DB
14:49:08
-90
10.7 Mhz
-57.47 dBm
36.63 Mhz
-65.00 dBm
87.92 Mhz
-55.71 dBm
107.99 Mhz
-46.17 dBm
436.9 Mhz
-60.9 dBm
863.1 Mhz
Tabel 2. Parameter LO Critical Hasil Design pengukuran
-70.2 dBm RBW 3 MHz
Marker 1 [T1 ]
VBW 10 MHz T1 Ref -28 dBm
Att
10 dB
-53.15 dBm
SWT 5 ms
-30
108.248318742 MHz OBW
3.149536000 MHz
Temp 1 [T1 OBW]
426,2 Mhz
426,2 Mhz
-21.20 dBm
T2 -40
Temp 2 [T1 OBW]
CLRWR
400 Mhz
409,2 Mhz
A
3.154000000 MHz
1 AP
-50
1
-41.52 dBm 6.303536000 MHz
-60
500 Mhz
500 Mhz
-70
3 Mhz
3 Mhz
-80
-5,22 dBm
-4.96 dBm
3DB
-90
-100
Gambar 13. Spectrum frekuensi saat pengukuran mixer -110
-120
Start 3.154 MHz
19.6846 MHz/
Stop 200 MHz
Seminar Tugas Akhir RBW 3 MHz Ref -10 dBm
* Att
10 dB
-10
Marker 1 [T1 ]
VBW 10 MHz
-15.88 dBm
SWT 2.5 ms
415.000000000 MHz OBW
1
7.800000000 MHz
Temp 1 [T1 OBW] A
-30.62 dBm
-20
411.500000000 MHz 1 AP CLRWR
T1 -30
T2
Temp 2 [T1 OBW]
-31.75 dBm 419.300000000 MHz
-40
Maka bisa disimpulkan bahwasanya sistem penerima dari portable ground station ini mempunyai batas sensitifitas sebesar -103,0 dBm dan batas akhir sensitifitas adalah -103,5 dBm. Dalam link budget dari satelit Iinusat tersebut, jika daya transmit dari satelit adalah 1 watt (30 dBm) dan gain antenna uplink adalah 1 dB, maka sesuai dengan persamaan friss :
-50
-60 3DB
-70
Asumsikan jarak antara stasiun bumi adalah 700 km dengan keadaan antenna stasiun bumi line of side, maka didapatkan total loss antara stasiun bumi dan satelit :
-80
-90
-100
-110
maka daya diterima diantena adalah : Gambar 14. Spectrum frekuensi VCO 415.10 Mhz
PLL Synthesizer Untuk pengujian PLL (phase locked loop) dilakukan dua tahap pengujian yaitu pengujian VCO dan pengujian downconverter. Untuk pengujian VCO (voltage control Date: 1.JAN.8102 22:12:57 oscillator) adalah mengecek kesesuaian frekuensi VCO dengan critical design. Hal itu penting dilakukan , karena untuk menghasilkan frekuensi IF yang tepat frekuensi VCO harus sesuai dengan desain. Keuntungan dari teknik PLL adalah frekuensi yang dihasilkan lebih stabil dibandingkan menggunakan teknik VFO. Sinyal VCO 415,10 Mhz (gambar 14) tersebut akan dimixing dengan sinyal RF (radio frequency) dan menghasilkan sinyal IF (intermediate frequency). Untuk frekuensi IF memakai Kristal filter 21,345 Mhz . TC3357 digunakan untuk menurunkan frekuensi dari IF ke 455 Khz.Output dari IC MC3357 ini akan dihubungan akan menjadi basis ditransistor BJT 2SC1048 yang akan digunakan untuk penguat sinyal pada output dari pin 11 pada IC MC3357. IC BA256 digunakan sebagai penguat audio yang terhubung ke speaker. Start 365.1 MHz
10 MHz/
V.
Stop 465.1 MHz
Pengujian Sistem
Pengukuran Sensitifitas penerima Signal generator disini adalah sumber informasi yang diterima oleh sistem penerima (diatur power output yang paling kecil). Ada sebuah rangkaian tambahan yang terhubung ke pin 9 IC MC3357 yang berfungsi sebagai detector sinyal. Ketika rangkaian penerima mendapatkan sinyal, maka akan memberikan tegangan 4-5 volt ke IC MC3357 dan mengaktifkan rangkaian detektor. Rangkaian detektor tersebut terhubung ke sebuah LED. LED akan menyala ketika rangkaian detektor memberika tegangan 5 volt. Tabel 4. Pengukuran sensitivitas penerima Daya output (dBm)
Tegangan LED
-100,0 dBm -100,5 dBm -101,0 dBm -101,5 dBm -102,0 dBm -102,5 dBm -103,0 dBm -103,5 dBm
5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt (50%) dan 0 volt (50%) 0 volt
Angka tersebut masih dalam jangkauan sensitifitas penerima ground station yaitu -78.1495. Dengan kata lain, portable ground station bisa bekerja dengan baik pada ketinggan 700 km. Ketika sistem penerima tidak menggunakan LNA, maka daya terima ( menjadi -111.14 dBm. Angka tersebut diluar jangkauan sensitifitas penerima sebesar sebesar -103,5 dBm dan portable ground station tidak bisa berkomunikasi dengan satelit. Ketika pada signal generator dilakukan tuning frekuensi dengan level daya yang berbeda, maka hasil pengukurannya didapatkan pada tabel 5. Pengukuran Bandwidth penerima Pengukuran bandwidth ini dilakukan dengan cara menentukan batas minimal dan batas maksimal frekuensi yang bisa dideteksi oleh sistem penerima ground station. Pengukuran bandwidth melibatkan transceiver VHF/UHF ICOM 91H sebagai sumber informasi. Cara pengukuran adalan menggeser frekuensi ke batas bawah dan ke batas atas dari frekuensi center penerima (436,9 Mhz). Sama halnya dengan pengukuran sensititas penerima pada subbab 4.2.1. Selama proses tuning frekuensi dilakukan, sistem penerima masih mendeteksi sinyal bearti masih didalam jangkauan bandwidth. Ketika sistem penerima tidak lagi mendeteksi sinyal maka hal tersebut diluar jangkauan bandwidth penerima Tabel 5. Perubahan frekuensi dengan daya sinyal Daya terima
Frekuensi Minimal ( f1)
Frekuensi Maksimal (f2)
Range Frekuensi
-102,0 dBm
436,899 Mhz
436,911 Mhz
12 KHz
-100,0 dBm
436,898 Mhz
436,912 Mhz
14 KHz
-98,0 dBm
436,896 Mhz
436,912 Mhz
16 Khz
-90,0 dBm
436,895 Mhz
436,913 Mhz
18 Khz
-80,0 dBm
436,895 Mhz
436,914 Mhz
19 Khz
-70,0 dBm
436,894 Mhz
436,915 Mhz
21 Khz
-60.0 dBm
436,893 Mhz
436,916 Mhz
23 Khz
Seminar Tugas Akhir Tabel 4. Perubahan frekuensi dengan daya sinyal Frekuensi (MHz)
Tegangan LED
436.892 436.894 436.896 436.898 436.9 436.902 436.904 436.906 436.908 436.91 436.912 436.914 436.916 436.918
0 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 0 volt
menghasilkan gain LNA pada frekuensi downlink 436,9 Mhz sebesar 32,98 dB. Rangkaian local oscillator yang dirancang menggunakan prinsip VFO (variable frequency oscillator) dengan teknik LC. Hasil dari pengujian LO ini menghasilkan frekuensi yang stabil dengan range frekuensi 403 – 500 Mhz. Daya sinyal output dari rangkaian LO adalah -4.77 dBm. Rangkaian mixer menggunakan prinsip multiplicative mixer dengan komponen utamanya adalah transistor MOSFET Dual Gate 2SK76. Hasil dari pengujian rangkaian mixer tersebut didapatkan frekuensi IF 10.7 dengan daya -57.47 dBm. PLL (phase locked loop) digunakan dalam sistem penerima bertujuan untuk mendapatkan frekuensi VCO yang lebih stabil. Frekuensi VCO yang dihasilkan pada rangkaian PLL adalah 415.10 Mhz. Pengukuran sensitivitas sistem penerima portable ground station adalah -103.5 dBm dengan bandwidth sistem 23 kHz. VII. Referensi [1]
PLL Tx
[2] PLL Rx
[3]
PA
[4]
LNA [5] Gambar 15. Portable Ground Station [6]
POWER SUPPLY Gnd
Vcc
LNA Kipas Headsink
Fuse
Kipas Pendingin
12 volt
[7]
4,925 Volt
12 volt
12 volt
IC 7805 POWER BUTTON 12 volt
IC 7808
7,9 Volt
TIP35C
7,25 Volt
RIWAYAT HIDUP PENULIS
12 volt
Power Amplifier
PAD
Modulator FSK
Demodulator FSK
PLL Transmit
PLL Receiver
Gambar 16. Perancangan supply tegangan
Dari hasil pengukuran menggunakan transceiver ICOM 91H, maka didapatkan bandwidth dari sistem penerima portable ground station adalah 23 kHz. VI.
Leenaerts Domine, Joham van der Tang and Cicero Vaucher. 2001. Circuit Design for RF Transceivers. London. Kluwer Academic Publishers. Browick, Chris and John Blyler. 2008. RF Circuit Design 2nd Edition.USA. Newnes. ARRL Team.2011.The ARRL Handbook for Radio Communications (the comprehensive RF Engineering Reference).USA: The National Association for Amateur Radio. Te-Hsin. Huang.,Ertan Zencir., Nurman S. Dogan.A 22-mW 435 Mhz Differential CMOS High-Gain LNA for Subsampling Receiver. Circuit and System 2002. ISCAS IEEEE International Symposium. Hal IV-29 – IV-32 Vol.4 Ertan Zencir.,Nurman S Dogan.,Ercument Arvas. A 10-mW 435 Mhz Differential LNA for Low IF Receiver for space application. Circuit and System 2002. ISCAS. IEEE International Symposium, Hal IV-23 – IV-37. Vol 4 Chun Yueh Huang, I-Jeng Chao and Hung-Yu Wang. A Phase-Locked Loop for Receivers of UHF Wireless Microphone. ASIC 2005. ASICON 2005 6th International Conference On. Vol 1 Hal 423-426 Ludwig Reinhold and Pavel Bretchko.2000.RF Circuit Design Theory and Applications International Edition. United of America : Pearson Education
Kesimpulan
LNA (low noise amplifier) dirancang menggunakan transistor RF2361. Untuk memenuhi critical design dengan gain minimal 22 dB, LNA menggunakan dua transistor RF2361 yang dipasang secara seri. Hasil pengujian LNA ini
Penulis dilahirkan di Pasaman pada tanggal 18 Nopember 1988 bernama Riski Andami Nafa, putra pertama dari empat bersaudara. Selama menjadi mahasiswa penulis aktid sebagai anggota komunitas satelit di Jurusan Teknik Elektro ITS. Riwayat Pendidikan : - Teknik Elektro ITS Surabaya Jawa Timur, anggata 2009 - Teknik Telekomunikasi Politeknik Universitas Padang tahun 2006 - SMA Negeri 1 Kinali, Pasaman Barat - SMP Negeri 2 Kinali, Pasaman Barat - SD Negeri 69 IV Koto Pasaman Barat
