PERANCANGAN LOW NOISE AMPLIFIER 1.5 GHz – 8 GHz Boy Stevan A Ritonga1, M. Yanuar Hariyawan2, Wahyuni Khabzli3 1
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email:
[email protected] 2 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email:
[email protected] 3 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265, email:
[email protected]
ABSTRAK Electromagnetic compatibility (EMC) mempunyai fungsi yang berbeda-beda pada setiap rangkaiannya sehingga saling menggangu satu sama lain. Maka dari itu Low Noise Amplifier digunakan pada alat komunikasi untuk menguatkan sinyal yang lemah yang diterima pada suatu antenna. Low Noise Amplifier (LNA) sirkuit, dan tahap ini memiliki aturan penting dalam faktor kualitas penerima. Tujuannya adalah untuk merancang rangkaian LNA dengan menggunakan transistor yang sesuai dengan LNA untuk frekuensi 1.5-8GHz. Dalam hal ini yang diperlukan adalah memilih jenis transistor yang cocok untuk keperluan desain dengan berbagai pertimbangan sesuai dengan target yang dicapai. Pada pengujian LNA yang akan dibuat input LNA dihubungkan ke antenna Near Field Magnetic Probe dan output LNA dihubungkan ke spectrum analyzer dan kemudian sumber dari antenna log periodic berasal dari emisi reference source, sehingga sinyal yang dipancarkan akan diterima oleh near field magnetic probe. Pada saat proses pengukuran level sinyal terdapat sinyal noise floor yaitu sinyal lain atau sinyal yang tidak diinginkan pada saat pengukuran level sinyal. Pada tugas akhir ini hasil rata-rata penguat yang dihasilkan masih rendah yaitu 12.6dBm. Kata kunci: LNA,Noise Floor, Antenna Log Periodic, Emisi Reference Source, Near Field Magnetic Probe ABSTRACT Electromagnetic Compatibility (EMC) has different functions on each circuit so that mutually interfere with each other. Thus the Low Noise Amplifier is used in communication tools to strengthen the weak signals received at the antenna. Low Noise Amplifier (LNA) circuit, and the stage has important role in the quality factor of the receiver. The goal is to design a LNA circuit using a transistor in accordance with the LNA for 1.5-8GHz frequency. In this case what is needed is to choose the type of the transistors that suitable for designs with various considerations in accordance with the targets achieved. In the testing that will be created input LNA is connected to the antenna Near Field Magnetic Probe and LNA output is connected to a spectrum analyzer, and then the source of a log periodic antenna derived from reference emission source, so that the transmitted signal to be received by the magnetic field near the probe. At the time of the measurement signal level signal noise floor there is another signal or unwanted signals at the signal level measurements. In this final average yield resulting amplifier is still low at 12.6dBm. Kata kunci: LNA,Noise Floor, Antenna Log Periodic, Emisi Reference Source, Near Field Magnetic Probe. masalah yang harus diselesaikan, yaitu tingkat noise yang dikeluarkan oleh 1. PENDAHULUAN Dengan perkembangan teknologi, teknologi tersebut. Noise banyak terjadi antena telah menjadi alat penting untuk ketika suatu perangkat menggangu satu komunikasi bergerak, sehingga dalam sama lain dari perangkat yang terhubung beberapa tahun ini perkembangan ilmu maupun tidak terhubung pada saat proses teknologi dan peningkatan permintaan pentransmisian.. Maka dari itu Low Noise menggunakan layanan multimedia pada Amplifier digunakan pada alat komunikasi dunia telekomunikasi banyak masalah –
untuk mengguatkan sinyal yang lemah yang di terima pada suatu antenna [2]. Pada tugas akhir ini akan dilakukan perancangan LNA pada frekuensi 8Ghz yang bertujuan untuk mendapatkan sinyalsinyal yang mempunyai level kecil yang berada pada noise floor yang dihasilkan oleh penguat, sinyal tersebut berada ketika terjadi pengukuran menggunkan LNA. 2 TINJUAN PUSTAKA 2.1 Low Noise Amplifier Salah satu dari kunci blok bangunan dalam alur penerima dari sistem seluler adalah low noise amplifier (LNA). Lownoise amplifier (LNA) merupakan suatu bentuk dari penguat elektronika atau penguat yang digunakan dalam sistem telekomunikasi untuk menguatkan sinyal yang sangat lemah yang diterima oleh suatu antenna. Low noise amplifier, merupakan satu komponen pada sistem penerima (receiver), biasanya ditempatkan sangat dekat dengan antena. Fungsi LNA, memainkan peranan penting dalam desain penerima. Fungsi utamanya adalah untuk memperkuat sinyal yang sangat rendah tanpa menambahkan kebisingan, sehingga menjaga signal to noise (SNR) dari sistem pada tingkat daya yang sangat rendah. Selain itu, untuk tingkat sinyal besar, LNA menguatkan menerima sinyal tanpa distorsi apapun, yang menghilangkan ganguan saluran. Dalam hal ini terdapat dua bagian yang selalu tidak mudah untuk dicapai, yaitu noise impedance matching dan input impedance matching tidak selalu berada pada impedansi sumber yang sama. Noise impedance matching dan input impedance matching (untuk mencapai maksimum transfer daya) dalam keadaan biasa tidak dapat dicapai pada sumber impedansi yang sama sehingga mengakibatkan pantulan dari rangkaian LNA yang dirancang. Dalam beberapa desain, noise merupakan kunci parameter desain dan noise impedance matching, misalnya, impedansi input noise optimal sebanding dengan impedansi sumber yang diajukan. Suatu rugi-rugi transfer daya (kecil) diterima, karena
impedansi input tidak impedansi sumber[3].
sesuai
dengan
2.2.1
Noise Figure Pengaruh noise terhadap suatu system dapat di lihat dari nilai noisenya yang dinyatakan dalam noise figure (NF). Nilai diungkapkan dalam satuan decibel idealnya nilai NF serendah mungkin untuk menekan noise yang ada di dalam system. Noises figure dinyatakan dalam pernyataan [4][5] . NF 10 log(
SNRin ) dB SNRout
(1)
2.2.2
Noise Floor Noise floor adalah sinyal lain atau sinyal yang tidak diinginkan pada saat pengukuran level sinyal. Setiap pengukuran praktis akan terjadi beberapa bentuk noise atau sinyal yang tidak diinginkan. Dalam pengambilan data dan proses sinyal noise floor adalah ukuran dari penjumlahan dari semua sumber noise dan sinyal yang tidak diinginkan yang dihasilkan dalam pengambilan seluruh data dan sistem pemrosesan sinyal. Singkatnya, Noise Floor adalah tingkat Noise latar belakang sinyal bawaan dari suatu perangkat pada saat penggukuran dilakukan[6]. 2.2.3 Parameter S Beberapa yang perlu diperhatikan di dalam suatu amplifier transistor adalah kestabilan, power gain dan noise figure. Pada frekuensi parameter impedansi tidak dapat di ukur langgsung, maka untuk menganalisa transistor tersebut di perlukan sebuah parameter yang dapat di ukur langsung yaitu parameter scattering matrix. Pengunaan parameter scattering (S) telah luas digunakan dalam mendisain amplifier dimana parameter ini mempresentasikan suatu jaringan dua titik dan sudah disediakan oleh pabrikan dari transistor yang digunakan. [5][6].
S12 S 21L 1 S11L
in S11
out S 22
Gelombang pantul adalah b1 dan b2, sedangkan gelombang daya yang datang adalah a1 dan a2.
b2 S 21a1 S 22 a2
(2) (3)
Sedangkan parameter scattering(s)di definisikan sebagai parameter refleksi atau koefisien transmisi, maka di dapat.
b S11 1 a1
S 21
b2 a1
b2 a2 b S12 1 a2
S 22
a 20
rL cL
rS
(4)
a 20
(5)
a10
(6) (7)
2.2.4 Faktor Kestabilan Kestabilan transistor merupakan sebuah parameter amplifier yang sangat menentukan kestabilan amplifier pada daerah frekuensi kerja [4] [5][6]. Dan persyaratan mutlak yang harus diperoleh adalah |S11|<1 dan |S22|<1 maka diperoleh suatu persamaan untuk menentukan factor kestabilan (K),yaitu
1 | S11 | 2 | S 22 | 2 | | 2 K 2 | S12 S 21 |
L )
S12 S 21 S 22 2
S
S
22
2
Radius
(11)
* * 11
S 22 2
2
Center
(Input Stability Circle
cS
a1 0
S12 S 21S 1 S11S
(Output Stability Circle
Gambar 2.1 Jaringan 2 Titik
b1 S11a1 S12 a2
(10)
S)
S12 S 21 S11 2
S
11
S
*
2
Radius
(13)
Center
(14)
*
22
S11 2
2
Penguatan di hitung dengan Kasus Bilateral ( S12 ≠ 0 )[12].
G p max
S 21 S12
K
K 2 1
(8)
(9)
(15)
2.2.5 Microstrip Line Microstrip line merupakan media transmisi yang digunakan di dalam rangkaian RF dan microwave. Berikut persamaan untuk Zo dan saat ketebalan konduktor t=0 [4][5].
Kondisi stabil daerah transistor diperoleh bila K>1 dan 1
S11S 22 S12 S 21
(12)
Gambar 2.2 Microstrip Line
W 8h ln 0.25 untukW / h 1 h 2 re W Zo 2 W 1,393 0.667 ln W 1.444 untukW / h 1 h h re
pembangkitan sinyal yang palsu. Spectrum Analyzer juga sangat bermanfaat dalam perancanaan dan pengujian rangkaian radio frekuensi.
Dimana, 120 ohm Effective dielectric constan.
1 r 1 W r 1 t / h re r F 2 2 4.6 W / h h 12h 1/ 2 0.04(1 W / h) 2 ,....W / h 1 1 F W / h W 1/ 2 1 12 h / W , W / h 1
2.2 Peralatan yang Digunakan 2.2.1 Antena Log Periodic Antena) adalah perangkat yang berfungsi untuk memindahkan energi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari udara ke media kabel. Karena merupakan perangkat perantara antara media kabel dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan media kabel pencatunya. Prinsip ini telah diterangkan dalam saluran transmisi.LP juga dikenal sebagai array log-periodik adalah sebuah broadband, multi-elemen, unidirectional, antena ber-beam sempit.
Gambar 2.5 Spectrum Analyzer
2.2.3 Near Field Magnetic Probe Adalah alat bantu yang mendekteksi sumber sinyal atau sebagai bidang yang menghasilkan sumber. Dengan alat ini dapat mengukur emisi dengan sensitifitas yang sangat baik dari near field magnetic probe ini sinyal yang di terima melalui antenna log periodic di kirim ke LNA. Sehingga LNA menguatkan sinyal yang telah di terima melalui magnetic probe menuju spectrum analyzer. Near magnetic probe yang di gunakan berkerja di bawah frekuensi 2.5 Ghz.
Gambar 2.6 Near Field Magnetic Probe
2.2.4 Pig Tail Pigtail adalah kabel yang diperlukan untuk menghubungkan antenna ke spectrum analyzer dan penghubung ke Low noise Amplifier Gambar 2.2 Antena Log Periodic
2.2.2 Spectrum Analyzer Spectrum analyzer r3131A adalah sebuah alat ukur yang digunakan untuk mengetahui distribusi energy dari sebuah sinyal listrik yang di ukur. Dengan mengetahui distribusi energy sepanjang spectrum frekuensi, maka diperoleh informasi lainya: seperti lebar bidang frekuensi, efek berbagai jenis modulasi,
Gambar 2.7 Pigtail
2.2.5. Emission Reference Source Emission sebagai sumber pemancar sinyal ke antenna loge periodic dan ERS membantu untuk menghilangkan penyebab utama ketidak pastian (error) ketika
mengukur emisi terpancar. Kesalahan ini sepenuhnya karena refleksi dari setiap benda-benda logam di dekat atau permukaan. yang berada pada frekuensi 11 khz sampai 4 Ghz.Pada emission reference source mempunyai dua steps yaitu 10 sMHz dan 50 MHZ. Pada saat steps 10 MHz maka sinyal emisi yang dipancarkan setiap 10 MHh.Begitu juga pada saat steps 50 MHz maka sinyal yang dipancarkan setiap 50 MHz dan selalu berubah-ubah setiap frekuensi 50 MHz.
3.1.1 Spesifikasi LNA Rancangan LNA ini memiliki beberapa spesifikasi, diantaranya : 1 Frekuensi 1.5-8 GHz 2 Gain <23dB pada 4GHz 3 Noise Figure < 1.6 dB pada 4GHz 4 VDD 5 Volt 3.1.2 Aplication LNA 1. Gain stage for 2.4GHz dan 5.7GHz ISM Bands 2. Front end Amplifier for Gps Receiver 3. Lna or gain stage for PCN and MMDS Aplication 4. C-Band Satellite Receivers 5. Broadband Amplifier For Instrumen
Gambar 2.8 Emission Reference Source
3. Perancangan Sistem 3.1 Alur Perancangan
3.1.3 Pemilihan Komponen 3.1.3.1 Pemilihan Transistor Transistor yang digunakan dalam merancang LNA adalah Transistor MGA 86576[1].
Gambar 3.2 Transistor MGA 86576
3.1.3.2 K>1 Kestabilan transistor adalah lebih besar dari 1. Ketika kesetabilan tidak lebih besar dari satu maka transistor yang digunakan tidak stabil dan tidak dapat berjalan dengan baik dan menentukan kesetabilan amplifier pada daerah frekuensi kerja. Dengan S-Parameter yang diperoleh dari datasheet. S11 0,52 59 S12 0,00485 S 22 0,39 68 S 21 13,84 31
Gambar 3.1 Alur Perancangan
3.1.3.3 Pemilihan Bahan Substrat Pemilihan bahan subtrat yang digunakan dari bahan exposy glases. Jenis pcb ini adalah Fr-4 yang harga yang ekonomis. Pemilihan bahan subtrat juga mempengaruhi kinerja dari perancangan low noise amplifier.
frekuensi yang diinginkan melakukan pengukuran.
ketika
Gambar 3.4 Pengujian tanpa antenna
Gambar 3.3 Fr-4
3.1.4 Perhitungan Input dan Output Matching 50 ohm Pada saat perhitungan input dan output matching dari rangkaian LNA, maka input dan outputnya harus 50 ohm sehingga menggurangi pantulan dari sumber dan pantulan dari beban, Connector yang digunakan juga harus 50 Ohm untuk menyesuaikan dengan perhitungan input dan output LNA. Microstrip line merupakan media transmisi yang digunakan di dalam rangkaian RF dan microwave. Hasil yang didapat dari dasar teori adalah. er = 4.6 W (lebar jalur) = 2.75 mm H (ketebalan PCB) = 1.6 mm T (ketebalan konduktor) = 0.2 mm Z0 = 50 Ohm dielektrik efektif (εeff) = 3.4354 3.1.5 Metode Pengujian Pengujian pertama dilakukan dengan mengukur dbm yang dihasilkan pada antenna dengan menggunakan spectrum analyzer dari layar spectrum untuk melihat berapa db yang didapat ketika antenna dihubungkan ke spectrum analyzer tampa menggunakan LNA. Pengukuran ini berfungsi untuk melihat rata-rata sinyal yang diterima dari spectrum analyzer, setelah sinyal yang di ukur dari range
Pengujian kedua dilakukan dengan menggunakan LNA, dengan menguatkan sinyal yang diterima melalui antenna sehinga LNA memberikan gain yang cukup besar dibandingkan antena yang di ukur tampa menggunakan LNA. Pada output LNA menuju spectrum analyzer dan input LNA ke antenna.
Gambar 3.5 Pengujian antenna dengan menggunakan LNA
Dari pengujian di kirim ke antenna pemancar yang beraasal dari antenna log periodic. Sumber dari antenna log periodic berasal dari emisi reference source, sinyal yang di pancarkan akan di terima oleh near field magnetic probe. 3.2 Blok Diagram
Low Noise Amplifier terdiri dari 4 bagian utama yaitu penguat,RF input dan RF output dan Vdd seperti terlihat pada blok diagram di bawah ini. VDD RF Input
RF Output
Gambar 3.6Diagram Blok
Penjelasan blok diagram di atas sebagai berikut:
a. Pada RF input dan RF output. Rangkaian penyesuai impedansi meminimalkan pantulan dan mengoptimalkan rangkaian untuk memperoleh daya transfer maksimum. Pemilihan rangkaian penyesuai impedansi yang tepat juga mencegah penguat ber-osilasi. b. VDD menggatur tegangan 5Volt yang masuk dari power supply ke C1 dan R1. 3.3 Rangkaian LNA Rangkaian ini terdiri dari sebuah Transistor. Penggunaan Transistor MGA 86576 GaAs MMIC 1.5 – 8 GHz, selain dikarenakan murah harganya namun juga mempunyai keuntungan gain yang baik untuk aplikasi 1.5 – 8 Ghz. Pada Device Connection dan Vd dan RF output (pin 3), daya DC dihubungungkan ke RF output, sehinggah impedansi 50 Ω microstripline digunakan agar perancangan alat yang digunakan tidak mengalami mismatch ketika dhubungkan perangkat ke tahap berikutnya melalui konektor output. Besar dan Tingginnya impendansi dari High Z microstripline dari C1 dan R1 akan memberikan memberikan kinerja terbaik transistor secara keseluruhan diperancangan pada saat rentang frekuensi 1.5 GHz-8 GHz.Untuk Lebar microstripline inductor (L1) dari datasheet adalah 0.020 inchi pada frekuensi kerja 1.5 - 4 GHZ[1].
Gambar 3.7 Rangkaian LNA
Tabel 3.1 Panjang L1 pada Frekuensi 1.5GHz – 4 GHZ
Frekuensi 1.5 1.8 2.1 2.4 2.5 3.0 3.7 4.0
Panjang L1 (Inchi) 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.05
Lebar microstripline inductor (L1) adalah 0.020 inchi pada frekuensi kerja 1.5 - 4 GHZ dan panjang L1 diperoleh pada datasheet Mga 86576 seperti yang terlampir pada tabel 3.1[14]. 4. ANALISA DAN PEMBAHASAN
Pembahasan dilakukan dengan cara mengambil data dan menganalisa pengujian pada alat yang telah dirancang. Pengujian yang dilakukan untuk membuktikan bahwa perancangan LNA berjalan sesuai dengan tujuan yang diharapkan melalui langkahlangkah yang benar. Pengujian terbagi atas 2 tahapan, yaitu: 4.1
Pengujian Tanpa Menggunakan LNA Pengujian tanpa LNA bertujuan untuk melihat level signal yang diterima dari frekuensi 500MHz – 3GHz, pengujian ini bertujuan untuk membandingkan hasil yang di dapat dengan menggunakan LNA yang telah dirancang. Pada pengujian ini menggunkan emission reference source yang berkerja pada range frekuensi 4KHz 4GHz. Ada 2 steps kerja pemacaran pada Emission reference source yaitu steps 10MHz dan 50MHz. Pada pengujian ini Emission reference source di hubungkan ke antenna log periodic sebagai pengirim sinyal emisi dari Emission reference source, selanjutnya antenna near field magnetic probe <2.5GHz menerima sinyal emisi dari antenna log periodic dan
spectrum analyzer mengukur level signal yang dihasilkan.
Tabel 4.1 Hasil pengukuran noise level spectrum analyzer Noise Level Tanpa LNA (dBm)
Dengan LNA (dBm)
-74.5
-62.1
4.2 Pengujian Menggunakan LNA pada Steps 10Mhz
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Level Sinyal pada Steps 10MHz
Dari data pengujian tersebut, penguatan yang di hasilkan LNA hanya berada pada frekuensi tertentu yang dikuatkan. Dapat dilihat dari grafik tersebut dari frekuensi center 500MHz sampai 1600MHz tidak semua sinyal yang di kuatkan oleh LNA, namun dari frekuensi center tersebut level sinyal yang dihasilkan tinggi, ini terlihat dari frekuensi center 1220MHz penguatan yang di hasilkan LNA adalah -49.83dBm dan pada frekuensi center 1570MHz penguatan yang didapat 47.64dBm.Pada frekuensi center 1700MHz - 3000MHz terlihat dari grafik pengujian tersebut level sinyal yang dihasilkan semakin berkurang, sehingga penguat yang dihasilkan LNA semakin berkurang, berkurangnya penguat karena redaman yang banyak pada saat pengukuran dilihat dengan frekuensi center dari spectrum analyzer yang digrafikan yaitu 2500MHz – 2700MHz , penguatan terendah berada di frekuensi 2600MHz dengan level sinyal 71.1dBm. LNA menjadi redaman ketika di frekuensi 2600MHz. redaman terjadi karena antenna dan kabel memiliki loos gain yang tinggi. Sinyal amplitudo yang kuat terdapat pada frekuensi 2110MHz yaitu 0.36dBm adalah Sinyal yang mencapai suatu level yang cukup tinggi dari pada noise, namun setiap pengukuran praktis akan terjadi beberapa bentuk noise atau sinyal yang tidak diinginkan.
4.2.1 Noise Figure Steps 10MHz Dari data yang didapat dari pengujian tanpa LNA dan menggunkan LNA pada steps 10MHz, maka Noise Figure yang di hasilkan akan terlihat seperti grafik Noise Figure tersebut. Noise figure tertinggi berada di frekuensi center 1570 Mhz, noise figure yang di dapat adalah 2.0 dBm dan noise figure yang terendah berada di frekuensi center 1340 MHz adalah 0.1dBm.
Gambar 4.4 Grafik Noise Figure pada Steps 10MHz Tabel 4.2 hasil pengukuran Noise Figure pada steps 10 MHz Noise Figure steps 10MHz Frekuensi Center ( MHz ) Rata-rata (dBm) 500-1000 0.87 1010-1500 0.80 1510-2000 0.93 2010-2500 1.10 2510-3000 0.29 500MHz – 3000MHz 0.80
Dari data yang didapat dari pengujian tanpa LNA dan menggunkan LNA pada steps 10MHz, maka Noise
Figure yang di hasilkan akan terlihat seperti grafik Noise Figure tersebut. Noise figure tertinggi berada di frekuensi center 1570 Mhz, noise figure yang di dapat adalah 2.0 dBm dan noise figure yang terendah berada di frekuensi center 1340 MHz adalah 0.1dBm. Dari grafik tersebut dari frekuensi center 500MHz sampai 1700MHz mempunyai noise figure yang tinggi dan pada frekuensi 1710MHz-3000MHz mempunyai noise figure yang rendah, noise figure yang di hasilkan rendah dari data yang di dapat karena tidak semua frekuensi yang dikuatkan LNA. Rata-rata noise figure yang di hasilkan dari frekuensi 500MHz – 3000MHz adalah 0.80dBm. 4.1.2
Gain Pada Steps 10MHz
rendah. Dari grafik gain tersebut dapat dilihat kerja LNA yang dirancang mempunyai penguatan terbaik berkerja di frekuensi 500MHz – 1700MHz dan di frekuensi 1710MHz-3000MHz mempunyai gain yang rendah.Rata-rata gain yang di dapat dari frekuensi 500MHz sampai 3000MHz adalah 12.36dBm. 4.3 Pengujian Menggunakan LNA pada Steps 50Mhz Pengujian kedua menggunakan magnetic probe < 2,5 GHz ini adalah pengujian menggunkan LNA pada steps 50MHz. Dari data yang didapat, Untuk pengujian pada frekuensi 500MHz3000MHz, banyak terlihat redaman yang terukur di tiap frekuensi dari 500MHz3000MHz. Dari grafik terlihat kerja emission reference source pada stepes 50MHz, frekuensi yang dipancarkan dari emission reference source selalu berubahubah setiap 50MHz, sehinggah LNA menjadi redaman ketika sinyal pancaran dari emission reference source tidak diterima oleh near field magnetic probe <2.5GHz. Rata-rata Level sinyal yang terukur adalah -72.15dBm.
Gambar 4.5 Grafik Gain pada Steps 10MHz Tabel 4.3 Hasil pengukuran Gain pada steps 10MHz Gain steps 10MHz Frekuensi Center ( MHz ) Rata-rata (dBm) 500-1000 13.88 1010-1500 12.55 1510-2000 15.55 2010-2500 16.36 2510-3000 4.6 500MHz – 3000MHz 12.36
Selanjutnya dilakukan pengujian LNA untuk melihat penguatan yang dihasilkan oleh LNA pada grafik tersebut gain yang di hasilkan LNA pada frekuensi center 500MHz-1700MHz mempunyai gain yang tinggi, sedangkan pada frekuensi 1710MHz-3000MHz mempunyai gain yang
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Level Sinyal pada Steps 50MHz Tabel 4.4 Hasil pengukuran noise level spectrum analyzer Noise Level Tanpa LNA (dBm) Dengan LNA (dBm) -74.47 -69.84
4.3.1
Noise Figure
adalah 2.25dBm pada frekuensi 2150 . Rata-rata noise figure yang di hasilkan dari frekuensi 500MHz – 3000MHz adalah 0.32dBm. Pada noise figure sinya dari noise floor bisa di hitung karena nilai dari noise floor 19.40dBm di frekuensi 1.597,43MHz. 4.3.2
Gambar 4.7 Grafik Noise Figure pada Steps 50MHz Tabel 4.5 Hasil pengukuran Noise Figure pada steps 50 MHz Noise Figure steps 10MHz Frekuensi Center ( MHz ) Rata-rata (dBm) 500-1000 0.46 1010-1500 0.41 1510-2000 0.30 2010-2500 0.29 2510-3000 0.15 500MHz – 3000MHz 0.32
Dari data yang di dapat dari pengujian tanpa LNA dan menggunkan LNA pada steps 50MHz, maka Noise Figure yang di hasilkan akan terlihat seperti grafik Noise Figure tersebut. Dari data yang didapat hasil dari pengujian yang telah dilakukan menggunakan antena loop magnetic probe <2,5 GHz tersebut, tampak bahwa LNA menghasilkan redaman yang berubah-ubah di tiap-tiap frekuensi. Tiaptiap frekuensi menghasilkan level sinyal emisi yang berbeda-beda dari emission reference source . Dari data grafik diatas pada frekuensi 500MHz sampai 1700MHz, noise figure tertinggi berada di frekuensi center 1150 MHz, noise figure yang di dapat adalah 3.47dBm dan noise figure yang terendah berada di frekuensi center 1700 MHz adalah -0.88dBm. Dari grafik tersebut dari frekuensi center 1710MHz sampai 3000MHz mempunyai noise figure yang rendah, pada frekuensi 2710MHz3000MHz mempunyai noise figure yang rendah, noise figure yang tinggi di didapat
Gain Pada Steps 50MHz Selanjutnya dilakukan pengujian LNA untuk melihat penguatan yang dihasilkan oleh LNA pada grafik tersebut gain yang di hasilkan LNA pada frekuensi center 500MHz-1700MHz mempunyai gain yang tinggi, sedangkan pada frekuensi 1710MHz-3000MHz mempunyai gain yang rendah.
Gambar 4.8 Grafik Gain pada Steps 50Mhz Tabel 4.6. Hasil pengukuran Gain pada steps 50Mhz Gain steps 10Mhz Frekuensi Center ( Mhz ) Rata-rata (dBm) 500-1000 6.31 1010-1500 5,57 1510-2000 5.98 2010-2500 4.33 2510-3000 2.40 500Mhz – 3000Mhz 4.62
Dari grafik gain tersebut dapat dilihat banyak redaman terjadi saat pancaran pada emission reference source berubah-ubah di setiap 50MHz. Gain yang di dapat hanya pada frekuensi yang di pancarkan diterima oleh antenna near field magnetic probe <2.5GHz,sehinggah ketika pancaran tidak diterima antenna tersebut
maka LNA menjadi redaman atau tidak menguatkan sinyal yang di terima dari antenna near field magnetic probe <2.5GHz. LNA yang dirancang mempunyai penguatan terbaik berkerja di frekuensi 500MHz – 1700MHz dan di frekuensi 1710MHz-3000MHz mempunyai gain yang rendah. Gain terbaik terdapat di frekuensi 1200 MHz dan gain yang terukur adalah 40.78dBm sedangkan gain terendah yang terukur berada di frekuensi center 2750MHz adalah -4.95dBm, karena sinyal emisi yang di pancarkan berubah-ubah setiap 50MHz maka LNA menjadi redaman ketika sinyal emission reference source tidak 50MHz. Gain tertinggi berada difrekuensi 1.597,43 MHz karena berada pada saat noise floor,dengan gain 79.94dBm. 4.4 Mengukur Noise Floor Pada saat pengukuran, keamapuan untuk menerima sinyal tidak harus terikat secara esklusif dengan kekuasaan dari sinyal pada antenna penerima, namun kekuatan sinyal relative ke noise floor, sehingga sinyal yang melewati suatu medium yang mengalami pelemahan energi yang selanjutnya dikenal sebagai atenuasi (pelemahan atau redaman) sinyal. Jika noise floor pada penggukuran sangat tinggi akan menggangu sinyal yang di ukur, sehingga singal to noise ratio akan lebih rendah jika mewakili kondisi tersebut. Dengan kata lain singal to noise ratio akan lebih tinggi atau lebih baik jika noise floor rendah.
Gambar 4.9 Signal Noise Floor
Displayed Noise Level pada spectrum Advantest R3131A 9 kHz to 3 GHz spesifikasiny adalah -113 dBm di bawah 1 GHz dan ketika di atas 1 GHz average noise level adalah 113 + 2 f (GHz)
dB = 115 dBm. Pada saat (RBW 1 kHz, VBW 10 Hz, INPUT ATT 0 dB, frequency >1 MHz). Untuk pengukuran noise floor pada perancangan yang LNA yang dirancang, pada spectrum analyzer diatur Resulution bandwidth (RBW) 100 kHz dan Video bandwidth (VBW) 100 kHz. Rata – rata saat frekuensi 500 MHz – 999 MHz noise Floor yang terukur -76,55 dBm dan pada saat Frekuensi 1 GHz – 2 GHz adalah 74.33 dBm kemudian di frekuensi 2 GHz – 3 GHz adalah 72.53 dBm.Meskipun tingkat sinyal tetap sama, noise floor akan tetap naik. 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Setelah melakukan pengujian tehadap proyek akhir ini, maka penulis dapat mengambil beberapa kesimpulan, yaitu: 1. Jika signal noise floor tinggi maka akan menggangu dan merendahkan signal noise to ratio(SNR) ketika berada pada kondisi yang sama . 2. Frekuensi kerja LNA pada frekuensi Center 2000MHz sampai 3000MHz mempunyai penguatan yang rendah dari level sinyal yang diukur dari sumber emission reference source pada steps 10MHz sdan 50MHz. 3. Rata-rata gain yang dihasilkan yaitu 12.6dBm 4. Fungsi Transistor yang digunakan mga 86576 Cukup layak digunakan sebagai LNA karena adanya peningkatan gain . 5. Level sinyal yang diukur hanya pada frekuensi 500MHz – 3GHz karena pancaran dari antenna log periodic bekerja dibawah 1500MHz, sehingga data yang di ukur masih jauh dari harapan penulis. 5.2 Saran Setelah melaksanakan Proyek Akhir dan penulisan laporan, penulis merasa masih banyak kekurangan dari tugas akhir ini sehingga penulis berharap
agar tugas akhir ini dapat dikembangkan dan disempurnakan dengan saran-saran sebagai berikut: 1. Untuk meningkatkan frekuensi sebaiknya nilai resistor di tambah 2. Dibutuhkan pemilihan komponen yang tepat dalam perancangan LNA, karena mempengaruhi kerja dari perancangan LNA tersebut. 3. Alat yang bekerja masih kurang bagus, mungkin dalam waktu penyolderan harus hati- hati. 4. Impedansi yang input dan output harus 50 ohm. Jika lebih dan dari 50 ohm maka terjadi missmatch. 5. Sebaiknya menggunakan antena yang memancarkan frekuensi tinggi, karena sinyal pancaran dari antena log periodic masih rendah.
[8]
[9]
[10] DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6] [7]
Mga 86576 Gaas MMIC Amplifier. Diambil 10 0ctober 2011 dari www.avagotech.com/docs/AV02 -0608EN Perangkat Lunak Untuk Perancangan Low Noise Amplifier .Diambil 10 0ctober 2011 dari http://www.scribd.com/doc/103661 175/Jurnal-Low-Noise-AmplifierSoftware-Design Low noise amplifier, . Diambil 10 0ctober 2011 dari http://befauzie.wordpress.com/2009 /08/14/low-noise-amplifier-lna/ Perancangan LNA Untuk Mobile WiMAX Pada 2,3 GHz, Riset Unggulan Universitas Indonesia Dadang Handayana, Rancang bangun antenna microstrip receiver low noise dicatu electromagnetic coupled dengan saluran coplanar waveguide, universitas Indonesia Jakarta ,2000 Wiharta .Materi S-Parameter ,Universita udayana Bali ,2008 What is db, noise floor ,dynamic range. Diambil 20 october 2011 dari
http://blog.prosig.com/2008/04/14/ what-is-db-noise-floor-dynamicrange/ Abhimanyu Athikayan , Aswathy Premanand ,Athira Damodaran Gayathry Girisan,Jyothish Nair,Sowmya Sivasubramanian,Karthigha Balaburugan and Dr.Jayakumar Design Of Low Noise Amplifier At 4 Ghz, Applied Electromagnetic Research Group,Department Of ECE Amrita School Of Engineering,Coimbatore641105,India.2011 Lemuel Artios L Tobing , Analisis Karekteristik Saluran Transmisi Mikrostrip,universitas sumatera utara Medan, 2009 Wiharta Lingkaran Penguat tetap, Universita udayana Bali ,2008
