PERANCANGAN SHIELDED BOX UNTUK PENGUKURAN INTERFERENSI YANG DIPANCARKAN OLEH PONSEL 3G

PERANCANGAN SHIELDED BOX UNTUK PENGUKURAN INTERFERENSI YANG DIPANCARKAN OLEH PONSEL 3G Mohammad Yanuar H1, Siska Novita Posma2 Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau1,2 [email protected], [email protected] Abstrak Paper ini menyajikan perancangan shielded box yang digunakan untuk pengukuran sinyal interferensi elektromagnetik yang dihasilkan oleh ponsel 3G. Shielded box diharapkan dapat meredam sinyal dari luar sistem sehingga memungkinkan untuk mendeteksi spektrum low-level noise yang berada dalam noise floor yang dihasilkan oleh peralatan pengukuran atau lingkungan sekitar. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa shielded box hasil perancangan untuk pengujian EMC pada ponsel 3G memiliki sensitivitas sampai dengan -77dBm dalam lingkungan alami. Kata kunci: shielded box, noise floor, EMC, sensitifitas

I.

Pendahuluan

Kecenderungan teknologi saat ini adalah mengintegrasikan beberapa fungsi dalam satu sistem yang lebih kecil, lebih ringan dan dengan biaya produksi yang rendah (Gambar 1). Generasi ketiga (3G) dari sistem telepon mobile menggambarkan kondisi ini. Dalam satu tahun, terjadi rata-rata penurunan 15% dalam berat, 15% dalam ukuran PCB, dan 20% dalam biaya telah diamati sedangkan peningkatan volume unit mendekati 50% [1]. Untuk mencapai tujuan tersebut, designer ponsel menggunakan techologies terbaru pada PCB, casing dan chip. Mereka juga menggabungkan perangkat yang sangat berbeda, seperti struktur analog, numerical computing units dan modul mid-range power dalam satu paket. Penempatan fungsi elektronik yang berbeda membutuhkan penanganan khusus terkait dengan intra-system electromagnetic compatibility.

Pengukuran electromagnetic interference yang dihasilkan oleh ponsel 3G dan aksesoris yang berada didalamnya diperlukan untuk melihat pengaruhnya pada kesehatan dan perangkat elektronik lainnya dalam situasi yang berbeda (stand-by, melakukan panggilan dan ketika komunikasi berlangsung) dan kesesuaian dengan level emisi yang telah ditentukan oleh Federal Communications Commission (FCC).

Gambar 1 Evolusi Terminal Mobile Phone

Berdasarkan hal tersebut, maka pada penelitian ini dirancang shielded box yang digunakan untuk pengukuran electromagnetic interference yang memungkinkan untuk mendeteksi spektrum low-level noise yang berada dalam noise floor yang dihasilkan oleh peralatan pengukuran atau lingkungan sekitar. Pengukuran level emisi ini akan menggunakan alat ukur di Laboratorium Media Transmisi PCR untuk memecahkan masalah ini dan menyajikan hasil pengukurannya.

Sebuah perangkat yang akan digunakan untuk pengukuran intereferensi yang dihasilkan oleh ponsel dan aksesoris yang ada didalamnya akan dilakukan pada kegiatan penelitian ini. Pengukuran ponsel sebagai terminal komunikasi tidak sama dengan produk elektronik biasa. Oleh karena itu, diperlukan suatu perangkat dan metode yang tepat untuk menguji emisi yang terpancar pada ponsel. Beberapa penelitian [2][3][4][5][6] telah dilakukan untuk mengukur emisi yang dihasilkan oleh ponsel dan pengaruhnya

1

terhadap perangkat disekitarnya. Pengujian terhadap efektifitas shielding telah dilakukan [7][8][9], sistem pengujian yang ada saat ini, Sony Ericsson Cobra testing system [10], seperti ditunjukkan pada Gambar 2, masih belum cukup baik untuk mendeteksi sinyal interferensi yang lemah. Berdasarkan hal tersebut, maka pada penelitian ini akan dilakukan perancangan shielded box untuk memecahkan masalah ini dan menyajikan hasil pengukurannya.

untuk pengujian. LNA dan catu daya diletakkan di luar shielded box, yang diharapkan dapat menguatkan sinyal yang dideteksi oleh antena (probe). Selanjutnya LNA dihubungkan ke spectrum analyzer yang dapat menampilkan sinyal yang dideteksi dan mengirimnya ke komputer untuk diproses lebih lanjut.

Gambar 3 Sistem Pengujian EMC yang diusulkan

Gambar 2 Sony Ericsson Cobra Testing System

Berdasarkan FCC kekuatan emisi yang dipancarkan dari radiator pada jarak 3 meter tidak boleh melebihi nilai yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Sebuah probe diletakkan diatas ponsel 3G yang digunakan untuk menerima radiasi sinyal, probe yang digunakan dalam pengujian ini dapat dilihat pada Gambar 5, probe yang digunakan Near field magnetic probe yang berfungsi untuk mengukur emisi dengan sensitifitas tinggi untuk perangkat dengan frekuensi di bawah 800MHz.

Tabel 1 Batas Emisi

Frequency of emission (MHz)

Field strength(microvolts /meter)

30-88

100

88-216

150

216-960

200

Lebih dari 960

500

II. Perancangan Gambar 4 Low Noise Amplifier (LNA)

Perangkat pengujian EMC yang diusulkan terdiri dari shielded box dengan ukuran 20 cm x 21 cm x 30.5 cm, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Shielded box terbuat dari bahan aluminium dan didalamnya terdiri dari absorbing material yang melapisi dinding dalam dari shielded box dan antena (probe)

Sinyal interferensi yang dipancarkan oleh modul-modul pada fitur tambahan ponsel 3G biasanya sangat lemah, agar memungkinkan pengukuran sinyal yang lemah tersebut maka digunakan LNA yang mempunyai spesifikasi gain 40 dB, Noise Figure 3 dB dan frekuensi

2

kerja 9kHz–4GHz, seperti ditunjukkan pada Gambar 4. LNA ini cukup efektif untuk menguatkan lowlevel signal noise yang tersembunyi pada noise floor yang dihasilkan oleh perangkat pengujian atau lingkungan pengujian, pada penelitian [1][2][3][4][5][6][7][8], LNA tidak digunakan pada pengujian. Kombinasi dari LNA dan probe memungkinkan kita untuk mendeteksi spectrum noise low-level. Spectrum analyzer yang digunakan untuk menampilkan sinyal yang diterima oleh probe adalah spectrum analyzer GSP-810 yang mempunyai range frekuensi 150 kHz – 1GHz, span 2 kHz – 100 MHz. Jenis ponsel yang digunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut: Jaringan 2G:GSM 850/900/1800/1900, Jaringan 3G:HSDPA 2100 Fitur: Message: SMS, MMS, Email, Instant Messaging Browser: WAP 2.0/HTML (NetFront), RSS reader Kamera utama: 3.15 MP, 2048x1536 pixels, autofocus, video (QVGA@30fps), flash Kamera Ke-2: QCIF video call camera Fitur lain: • Shock, splash and dust resistant • Built-in GPS receiver • A-GPS function • Java MIDP 2.0 • FM radio with RDS • MP3/AAC/MPEG4 player • TrackID music recognition • Picture editor/blogging • Organiser • Built-in handsfree • Voice memo/dial

Gambar 5 Probe

Pengesetan sistem pengujian spectrum noise yang dipancarkan oleh ponsel 3G ditunjukkan pada Gambar 6. Pengujian dilakukan didalam Laboratorium Jaringan Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau dengan menggunakan spectrum analyzer GSP 810 yang mempunyai spesifikasi range frekuensi:: 150kHz ~ 1000MHz, High Resolution of Span to Measure the more detailed signal : Zero, 2kHz ~ 100MHz /DIV.

Gambar 6 Set Up Peralatan untuk Pengukuran Emisi yang dihasilkan oleh Ponsel

4.1. Metode Pengujian Untuk melihat spectrum noise yang dihasilkan oleh ponsel 3G, pengujian dilakukan dalam dalam 7 kondisi yang berbeda. Kondisi yang akan diatur dalam pengujian ini adalah: a. Kondisi ponsel dalam keadaan stand by, pada kondisi ini ponsel hanya melakukan komunikasi dengan BTS untuk memberikan

3

b.

c.

d.

e.

f.

g.

informasi bahwa ponsel aktif dan mengupdate posisi. Kondisi ponsel dalam keadaan menerima panggilan, pada kondisi ini ponsel menerima panggilan dari ponsel lain, disini akan terjadi komunikasi terlebih dahulu dengan BTS kemudian setelah diberikan channel dedicated maka komunikasi akan terjadi antara penelpon-BTS-ponsel. Kondisi ponsel dalam keadaan melakukan panggilan, pada kondisi ini ponsel melakukan panggilan ke ponsel lain, dimana sebelumnya dilakukan komunikasi antara ponsel ke BTS, setelah BTS menerima konfirmasi dari MSC bahwa kanal untuk komunikasi dengan ponsel lain ponsel yang akan diuji akan menerima nada sambung. Kondisi ponsel dalam keadaan kamera aktif, pada kondisi ini fitur kamera siap digunakan untuk mengambil gambar. Kondisi ponsel dalam keadaan melakukan koneksi internet, pada kondisi ini ponsel melakukan sambungan ke internet. Kondisi ponsel dalam keadaan play music, pada kondisi ini ponsel digunakan untuk memutar music dengan format mp3. Kondisi ponsel dalam keadaan play video, pada kondisi ini ponsel digunakan untuk memutar video.

spectrum analyzer yang menghasilkan sinyal dengan level -5.4 dBm. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa terdapat perbedaan antara hasil pengujian dengan spesifikasi yang tertera di LNA sekitar 12.4 dB. Sebelum kita menguji ponsel 3G, kita uji terlebih dahulu noise level dari spectrum analyzer tanpa menghubungkannya ke sistem. Seperti ditunjukkan pada Gambar 8, noise level dari spectrum analyzer mempunyai nilai ratarata sekitar -83 dBm dalam rentang frekuensi 700 MHz sampai dengan 900 MHz.

Gambar 7 Pengujian Penguatan LNA

Diharapkan dengan melakukan pengujian dalam berbagai kondisi tersebut dapat dideteksi spektrum noise yang dihasilkan oleh masingmasing modul dalam fitur-fitur ponsel 3G.

III. Hasil dan Analisa Tahapan pertama yang dilakukan adalah untuk memastikan apakah LNA mempunyai penguatan 40 dB seperti yang tercantum dalam spesifikasi. Dari hasil pengujian yang ditunjukkan pada Gambar 7, LNA mempunyai penguatan sebesar 27,6 dB. Pengujian dilakukan dengan memberikan masukan ke spectrum analyzer sinyal yang berasal dari function generator tanpa LNA sebesar 10 Mhz dengan level -33 dBm, kemudian hasilnya dibandingkan dengan pengujian dengan menambahkan LNA sebelum dimasukkan ke

Gambar 8 Noise Level dari Spectrum analyzer

Setelah dilakukan pengujian noise level dari spectrum analyzer, kita hubungkan spectrum analyzer dengan system tapi tetap menjaga pinsel 3G diluar system. Gambar 9 menunjukkan bahwa perangkat pengujian masih belum cukup bagus untuk mengisolasi sinyal dari luar shielded box, noise level yang terukur mempunyai rata-rata level -80.2 dBm yang hanya mampu meredam sinyal dari luar

4

sekitar 3.3 dB, hal ini menunjukkan bahwa shield box hasil perancangan mampu meredam sinyal noise yang dihasilkan oleh spectrum analyzer itu sendiri. Langkah selanjutnya kita memasukkan ponsel 3G kedalam system pengujian dan menguji sinyal interferensi yang dihasilkan oleh ponsel 3G. Gambar 6 menunjukkan posisi ponsel 3G didalam system, ponsel 3G diletakkan langsung dibawah ah probe, dengan jarak dari probe ke ponsel sekitar 5 cm dan menghasilkan sinyal level seperti ditunjukkan pada Gambar 11.

Gambar 9 Noise Level Spectrum Analyzer dalam Sistem tanpa LNA

Gambar 11 Spektrum Sinyal saat Ponsel 3G diletakkan didalam Sistem dengan LNA

Sinyal yang dapat dideteksi oleh system pada saat ponsel 3G diletakkan didalam system pada saat kondisi ponsel stand by adalah sinyal dengan frekuensi 872 MHz, 882 MHz, 892 MHz dan 947 MHz dengan kuat level sinyal masing-masing masing sebesar -80 dBm, -68 dBm 63,4 dBm dan -67.5 67.5 dBm. Frekuensi Frekuensi-frekuensi yang terdeteksi oleh sistem si merupakan frekuensi yang dipakai oleh ponsel berkomunikasi dengan BTS. Sedangkan sinyal yang terdeteksi ketika ponsel 3G menerima panggilan ditunjukkan pada Error! Reference source not found., terdapat beberapa sinyal yang muncul saat panggilan masuk yaitu pada frekuensi 708 MHz dan 840 MHz dengan level sinyal terkuat sebesar -49.4 dBm Bm pada frekuensi 840 MHz, jika dikurangkan dengan penguatan LNA 27.6 dBm, maka system mempunyai sensitifitas -77 dBm. IV. Pembahasan Keseluruhan spektrum sinyal noise yang dideteksi oleh sistem pada ponsel 3G GSM yang beroperasi pada range frekuensi 850 MHz sampai dengan 900 MHz dengan berbagai kondisi ditunjukkan pada, spectrum sinyal noise tersebar antara frekuensi 604 MHz sampai dengan 1.044 MHz, dengan rata rata-rata level sinyal sebesar -66,0579 0579 dBm, dengan level tertinggi -49.4 49.4 dBm dan level terendah sebesar -80.2 dBm

Gambar 10 Set Up Peralatan untuk Pengujian Ponsel 3G

5

Level Sinyal (dBm)

-100 -80 -60 -40 -20 0

Frekuensi (Hz) stand by

melakukan panggilan

menerima panggilan

Gambar 12 Sinyal Interferensi nterferensi yang dihasilkan oleh Ponsel onsel 3G

V.

Penutup

Kesimpulan Pada paper ini, sebuah perangkat sistem pengujian interferensi elektromagnetik dikembangkan dan diuji berupa shielding box dengan ukuran relative kecil dibuat untuk pengujian ponsel 3G yang mudah dipindahkan. Sebuah probe dan LNA digunakan untuk mendeteksi sinyal interferensi yang dihasilkan oleh modul-modul modul fitur tambahan yang terintegrasi didalam ponsel 3G. Hasil pengujian menunjukkan bahwa b perangkat pengujian memiliki performansi yang cukup bagus dalam meredam sinyal dari luar dan mampu mendeteksi sinyal interferensi yang sangat lemah sampai dengan -80.2 dBm. Saran Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, untuk material absorber diguna digunakan ferit. Dan pengujian dilakukan untuk fitur-fitur fitur lain pada ponsel 3G, misalkan kamera, radio, dan video player. Daftar Pustaka [1]. J. Woodyard, L. Smith and K. Ramakrishna, "Stacked "Stacked-CSP Advances In Handheld Electronics", European Semiconductor Magazine, Back-end Supplement, Nov. 1999

[2]. J. J. Ely et.al, “Electromagnetic Interference Assessment of CDMA and GSM Wireless Phones to Aircraft Navigation Radios,” in Digital Avionics Systems ems Conference, 2002. Proceedings. The 21st vol: 2, p. 13E4-1 13E4 - 13E4-13 [3]. H. Bassen and J. Casamento,”High Resolution Computations and Measurements Potential EMI with Models of Medical Implants and Radiating Sources,” in Electromagnetic Compatibility, 2004. EMC 2004. 2004 InternationalSymposium, Vol: 1, p. 75 - 80 [4]. K. Malaric, J. Bartolic and R. Malaric,”Measurement of GSM Phone Emission,” IMTC 2004 - Instrumentation and Measurement Technology Conference Corno, Italy, 18-20 20 May 2004 [5]. S.Yan and Y. Wen,”Measurement and Control of the Radiated Emission of the Ponsel,” 2005 IEEE International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications Proceedings, P vol. 1, p. 577 - 580 [6]. M. J. Sorri, P. J. Piiparinen, K. H. Huttunen, and M. J. Haho,”Solutions to Electromagnetic Interference Problems Between Cochlear Implants and GSM Phones,” in IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineer Engineering, vol. 14, no. 1, March 2006, p. 101 101-108 [7]. J. Wang, T. Ohshima and O. Fujiwara,”Effectiveness Evaluation of Shielding Material for Reducing Electromagnetic Interference of Cardiac Pacemaker by Portable Information Terminals,” in Electromagnetic Compatibility, 2001. EMC. 2001 IEEE International Symposium, vol. 2, p. 1054 1057 [8]. M.A. Mathias and J.M. Janiszewski,”Shield Effectiveness of a Metallic Box with Apertures: Electromagnetic ic Field Configuration,” in Antennas and Propagation Society International Symposium, 2004. IEEE, IEEE Vol.1, p. 383 - 386 [9]. G. M. Mcdonald and G. R. Taylor,“Shield Grounding and Circuit Cir Grounding Effectiveness in Interference Reduction in

6

The 50 Hz to 15 Khz Frequency Region,”in IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility Vol. EMC8, No. 1 March, 1966 [10].S. Baffreau, et.al, “A New Methodology to Measure Electromagnetic Interferences

in 3G Mobile Platform,” in 2010 AsiaPacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility, April 12 16, 2010, Beijing, China

7