SISTEM RADAR X-BAND UNTUK MARINE

Pusat Penelitian Informatika - LIPI

SISTEM RADAR X-BAND UNTUK MARINE Deni Permana, Syamsu Ismail, Purwanto Adi, Agus Deni, Mulyadi Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (PPET) – LIPI Jl. Cisitu No. 21/154D Bandung 40135

ABSTRACT Radar X-Band for Marine System to representing a pulse radar system which consist of one transmitter unit and one receiver unit, is same as integrated radar system in general. Pulse the capturer Signals by receiving antenna ( horn) which in the form of signal bound ( echo) still very weak, so that must be done a reinforcement phase. This matter is done by at part of radio frequency lasing ( RF) before entering at mixing phase ( mixer). In part of this mixer is conducted by mixing between incoming signal from radio frequency lasing ( RF) with signal coming from local pulse generating ( oscillator local). Exterior from this mixer will enter to part of frequency lasing between ( IF Amplifier), and also will be done by selectivity by a part of Band Pass Filter (BPF) and continued to part of which detector will be conducted by detection to wanted pulses, and eliminate pulses which is not chosen. Hereinafter pulses which have in form of the video signal, will enter to part of Processing of Signal Digital (DSP) and is finally presented by at monitor.

ABSTRAK Sistem radar X-Band untuk Marine, merupakan suatu sistem radar pulsa yang terdiri dari satu unit pemancar dan satu unit penerima, sama seperti sistem radar yang terintegrasi secara umum. Sinyal-sinyal pulsa yang ditangkap oleh antena penerima (horn) yang berupa sinyal pantul (echo) masih sangat lemah, sehingga harus dilakukan suatu tahap penguatan. Hal ini dilakukan pada bagian penguat frekuensi radio (RF) sebelum masuk pada tahap pencampuran (mixer). Di bagian mixer ini dilakukan pencampuran antara sinyal yang datang dari penguat frekuensi radio (RF) dengan sinyal yang berasal dari pembangkit pulsa lokal (local oscillator). Luaran dari mixer ini akan masuk kepada suatu bagian penguat frekuensi antara (IF Amplifier), serta akan dilakukan pemilahanpemilahan oleh suatu bagian pelolos pita tengah (Band Pass Filter) dan diteruskan kepada suatu bagian detektor yang mana akan dilakukan pendeteksian terhadap pulsa-pulsa yang diinginkan, dan menghilangkan pulsa-pulsa yang tidak terpilih. Selanjutnya pulsa-pulsa Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik

1

Bandung, 29 – 30 Juli 2003

yang sudah berbentuk sinyal video tersebut, akan masuk kepada bagian pengolahan sinyal (Digital Signal Processing) dan akhirnya ditampilkan pada layar monitor (peraga).

PENDAHULUAN Sistem radar X-Band merupakan suatu sistem radar pulsa, sama seperti sistem radar yang terintegrasi secara umum. Pada sisi pemancar akan dibangkitkan suatu sinyal-sinyal pulsa oleh suatu sub-sistem pembangkit pulsa (power oscillator) dengan menggunakan magnetron. Magnetron ini bekerja pada frekuensi X-Band yang biasanya dipergunakan pada sistem radar marine, sinyal pulsa yang sudah dibangkitkan tersebut akan mengalami suatu tahap pemodulasian di dalam rangkaian modulasi yaitu sub-sistem modulator type Lini yang berintikan komponen Hydrogen Thyratron Type FX 2530, sementara pada sisi penerima, sinyal-sinyal pulsa yang diterima oleh horn antena, masih sangat lemah sehingga harus dilakukan suatu tahap penguatan terlebih dahulu di bagian penguat frekuensi radio (RF) sebelum masuk pada tahap pencampuran (mixer). Di bagian mixer ini dilakukan pencampuran antara sinyal yang datang dari penguat frekuensi radio (RF) dengan sinyal yang berasal dari pembangkit pulsa lokal (local oscillator). Luaran dari mixer ini akan masuk kepada suatu bagian penguat frekuensi antara (IF Amplifier), serta akan dilakukan pemilahan-pemilahan oleh suatu bagian pelolos pita tengah (Band Pass Filter) dan diteruskan kepada suatu bagian detektor yang mana akan dilakukan pendeteksian terhadap pulsa-pulsa yang diinginkan, dan menghilangkan pulsa-pulsa yang tidak terpilih. Selanjutnya pulsa-pulsa yang sudah berbentuk sinyal video tersebut, akan masuk kepada bagian pengolahan sinyal (Digital Signal Processing) dan akhirnya ditampilkan pada layar monitor (peraga). Selain modulator, pada sisi pemancar juga terdapat sub-sistem Trigger Unit yang berfungsi untuk mengatur sinyal-sinyal pulsa yang akan dipancarkan, sehingga dengan trigger unit ini dapat diatur kapan Hydrogen Thyratron aktif atau pasif tergantung dari sinyal pemicu. Kemudian sinyal pulsa yang telah dimodulasi ini mengalami satu tahap penguatan sinyal dan akhirnya dipancarkan melalui antena pemancar (Horn Antenna). Pelaksanaan kegiatan yang dilakukan pada tahun anggaran 2001 ini, meliputi penelitian kepada sistem pemancar dengan sub-sistem Modulator Type Lini, dengan Unit Pembangkit Pulsa, Unit PFN, Unit Charging Reactor, Unit DC to DC Converter, Sub-sistem Switching

2

Pemaparan Hasil Litbang 2003


DC to DC Converter, Sub-sistem Low Level Intermediate Frequency (IF) Pulse, serta Hi Power Amplifier dengan Unit Driver dan Unit Final Amplifier, Wave Guide Directional Coupler, Wave Guide Coax Adapter, sehingga bila keseluruhan dari sub-sistem ini diintegrasikan, maka akan dihasilkan suatu sistem pemancar radar terintegrasi yang bekerja pada frekuensi X-Band. Pada Sub-sistem Modulator, dipergunakan sistem Modulator Type Lini, dengan memfungsikan Hydrogen Thyratron Type FX 2530 sebagai switch, sehingga lebar pulsa yang dihasilkan oleh pembangkit pulsa (pulse oscillator) tidak berpengaruh terhadap lebar pulsa yang dihasilkan, karena amplitude merupakan faktor penting pada proses pemicu, dengan besaran waktu sama dengan nol (t = 0). Dalam sub-unit DC to DC Converter, tidak diperlukan tegangan yang terlalu besar, karena untuk menggerakkan Hydrogen Thyratron diperlukan tegangan yang lebih kecil dari tegangan katode (HV < VK). Karena sifat dari Hydrogen Thyratron ini seperti Thyristor dengan salah satu elektrodanya merupakan kendali (gerbang) terpisah, untuk memungkinkan pemberian level tegangan yang akan memulai Thyristor tersebut konduksi. Karena sifat khasnya tersebut, maka diperlukannya suatu sistem yang dapat mematikan tabung Hydrogen Thyratron tersebut secara otomatis, maka dirancang suatu sub-unit Charging Reactor, yang akan membangkitkan suatu tegangan balik dari Magnetron dengan polarisasi yang terbalik, hal ini terjadi karena antara lilitan primer dan lilitan sekunder pada transformator terdapat keadaan yang mismatch pada Impedansi Karakteristiknya (Zo), sehingga akan mematikan sistem yang terkunci. Dibawah ini diperlihatkan suatu rangkaian dari trigger unit.

Gambar 1. Rangkaian Trigger Unit

Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik

3


ROTATION DETECTOR

ROTARY JOINT

LOW NOISE

RF OUT HORN ANT.

W/G TRANS.

RF - TX

MIXER LNA

BPF

IF AMP.

AGC AMP.

LOCAL OSC.

Gambar 2. Sistem Penerima radar yang Terintegrasi Sistem radar X-Band yang bekerja pada frekuensi 8.5 GHz sampai 12.5 GHz merupakan suatu sistem radar pulsa yang salah satu contoh pemakaian umum pada radar marine. Radar Marine ini biasa digunakan pada kapal-kapal laut berukuran menengah ke atas ( >800 dwt ), baik komersial maupun pribadi. Radar ini dipergunakan untuk mengetahui situasi dan posisi di disekitar kapal, baik itu terhadap kapal laut lain ataupun daratan, juga sebagai alat bantu navigasi. Selain itu juga digunakan oleh pihak pemerintah seperti Direktorat Jenderal Bea dan Cukai, yang dipakai sebagai Radar Pengawas Pantai.

PERENCANAAN SISTEM Penelitian yang dilakukan meliputi kegiatan pengintegrasian dari sub-sistem – sub-sistem yang telah dibuat dengan melakukan juga modifikasi pada beberapa bagian dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti pembebanan, impedansi karakteristik, coupling langsung dan tidak langsung, matching impedance dan lain-lain yang diketahui setelah di lapangan. Bagian-baian dari sistem yang dilakukan modifikasi adalah bagian Supply Unit, Modulator Type Lini, Trigger Unit, Charging Reactor, serta design sub-sistem lain yang merupakan bagian-bagian dari suatu sistem pemancar radar yang terintegrasi, Selain itu juga komponen-komponen seperti Wave Guide Directional Coupler, Wave Guide Coax Adapter, serta komponen-komponen lainnya yang diperlukan pada saat pengukuran

4



sangatlah berpengaruh sekali dalam hal keberhasilan pembuatan sistem radar terintegrasi yang bekerja pada frekuensi X-Band. Dengan spesifikasi teknis yang terdapat pada Magnetron dan Hydrogen Thyratron, maka dapat ditentukan besarnya Daya Puncak yang terjadi : - Tegangan Filament (VFIL) Magnetron

= 6,15 Volt

- Tegangan Filament (VFIL) Thyratron

= 5,20 Volt

- Arus Filament (IFIL) Magnetron

= 240 mA

- Arus Filament (IFIL) Thyratron

= 2200 mA

- Frekunsi untuk X – Band adalah 9,5 GHz = 8,0 – 12,5 GHz Pada tegangan VHV sebesar 380 Volt terdapat Atenuasi sebesar –17,95 dB Peak Power ⇒ 52 dBm – 17,95 dB ⇒ 34,05 dBm ⇒ 2,541 Watt Dengan Duty Cycle adalah 3.6653 x 10e-4 Peak Power ⇒ 2,541 Watt : 3.6653 x 10e-4 ⇒ 6932,58 Watt ⇒ 6,93258 Kwatt Di bawah ini diperlihatkan hasil perhitungan yang dilakukan terhadap sub-sistem Charging Reactor yang merupakan bagian dari sub-sistem Modulatot type Lini dengan besarnya Induktansi adalah 452 mH. -- Self Inductance

= 1,94 Henry

- Modified Gap

= 0.05 mm

µe

⇒ µi : (1 + 0.55/132,6 x 2000)

µe

⇒ 1140,155

Dengan Self Inductance (LH) sebesar 1,94 H maka jumlah lilitan yang diperlukan dapat dihitung dengan menggunakan perhitungan seperti di bawah ini : ⇒ 5590 √ (1,94 x 5,304) : (0,5576 x 1140,155)

N

N

⇒ 711,166 T ≈

711 T Perhitungan yang dilakukan terhadap Transformator Impedansi adalah : 1. Untuk realisasi dari rangkaian pada Transformator Impedansi (T2) digunakan Pot Core H5A-NAG dengan perbandingan antara lilitan primer dan sekunder adalah : Ns : Np ⇔ 2 : 1 ⇔ 40 : 20, dengan data sebagai berikut, Np = 840 µH

Dp = 0.033

LPL = 1,2 µH

Ns = 3,22 mH

Ds = 0.017

LSL = 0,01 mH

2. Sementara untuk Transformator Impedansi (T1) digunakan Pot Core YEL. BP 20T dengan perbandingan antara lilitan primer dan sekunder adalah :


5


Ns : Np ⇔ 1 : 1, dengan data sebagai berikut, Lp = 14,8 µH

Dp = 1,288

LPL = 1,8 µH

3. Untuk Transformator Impedansi (T1) digunakan Pot Core GRE. BP 21T dengan perbandingan antara lilitan primer dan sekunder adalah : Ns : Np ⇔ 1 : 1, dengan data sebagai berikut, Lp = 543 µH

Dp = 0,386

LPL = 0,4 µH

HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN Dengan menggunakan peralatan ukur seperti Dual Display LCR Meter type Escort ELC – 131D untuk mengukur besarnya induktansi, kapasitansi serta resistansi. Dipakai juga peralatan ukur True RMS Multimeter type Fluke 8060A, untuk mengukur besarnya tegangan serta arus yang ada pada rangkaian, Oscilloscope Tektronix type TDS 3032, Programmable DC PSU 35V – 10A sebagai tegangan sumber konstan, serta HP Network Analyzer, maka dilakukan beberapa pengukuran seperti di bawah ini : Tabel 1. Hasil pengukuran pada sub-sistem Modulator Type Lini VHF (Volt) 100 200 250 300 350 380 390

IHF (mA) 3,95 13,34 22,75 27,11 27,37 27,40 27,40

Ik (µA) 5,3 48 207 407 469 481

Att (dB) - 31,76 - 23,10 - 19,60 - 17,95 - 17,62

T = 50% (µs) 1,6 1,0 2,0 2,0 1,2 1,2 1,2

ekc (Volt) 2,0 8,0 12,0 13,0 13,5 13,5 14,0

Tabel 2. Hasil pengukuran pada Charging Reactor. HV (Volt) 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

6

IHF (mA) 0,473 0,959 1,467 1,969 2,413 2,910 3,372 3,774 4,243 4,680

Vo Peak (Volt) 40 88 132 175 210 250 290 330 375 430

t50 % (µs) 1 0,96 0,98 0,98 0,98 1 0.90 0,86 0,70 0,70

tr (ns) < 100 < 100 < 100 200 200 200 180

∆V (Volt) 125 150 150 110 70 105 110



Luaran yang dihasilkan oleh suatu trigger unit adalah seperti gambar di bawah ini :

Gambar 3. Luaran dari Sistem Trigger Unit Pada pengukuran Horn Antena dilakukan dengan menggunakan peralatan ukur dari HP Network Analyzer, dengan frekuensi kerja 8,050.000.000 GHz sampai dengan 12,050.000.000 GHz. Dipilih dan dihasilkan 5 titik yang dinyatakan dengan marker 1 sampai 5, dan terukur besarnya Standing Wave Ratio (SWR) adalah seperti data berikut ini : Tabel 3. Hasil pengukuran SWR pada Horn Antena FREQUENCY

NOMOR MARKER

SWR

8,330.000.000 GHz

MARKER 5

1,4451

8,773.600.000 GHz

MARKER 2

1,0208

9,752.200.000 GHz

MARKER 3

1,0343

10,749.200.000 GHz

MARKER 4

1,0179

11,670.000.000 GHz

MARKER 1

1,0208

Pada pengukuran Horn Antena untuk mengetahui besarnya redaman yang dihasilkan, dilakukan dengan menggunakan peralatan ukur yang sama yaitu HP Network Analyzer, untuk frekuensi kerja 8,050.000.000 GHz sampai dengan 12,050.000.000 GHz. Dipilih dan dihasilkan 5 titik yang dinyatakan dengan marker 1 sampai 5, dan terukur besarnya Redaman adalah seperti data berikut ini :


7


Tabel 4. Hasil pengukuran Redaman pada Horn Antena FREQUENCY

NOMOR MARKER

LEVEL

8,330.000.000 GHz

MARKER 5

-14.769 dB

8,773.600.000 GHz

MARKER 2

-35.526 dB

9,752.200.000 GHz

MARKER 3

-35.005 dB

10,749.200.000 GHz

MARKER 4

-40.856 dB

11,670.000.000 GHz

MARKER 1

-38.738 dB

Untuk mengetahui besarnya impedansi karakteristik dari sebuah Horn Antena yang dibuat, maka dilakukan beberapa kali pengukuran dengan menggunakan peralatan ukur yang sama yaitu HP Network Analyzer, Karena frekuensi kerja dari X-Band adalah 8,500.000.000 GHz sampai dengan 12,500.000.000 GHz, maka dilakukan pengukuran dengan frekuensi kerja 8,050.000.000 GHz sampai dengan 12,050.000.000 GHz. Dipilih dan dihasilkan 5 titik yang dinyatakan dengan marker 1 sampai 5 : Tabel 5. Hasil pengukuran Impedansi Karakteristik pada Horn Antena FREQUENCY

NOMOR MARKER

Zo

8,330.000.000 GHz

MARKER 5

49.609 Ω ± 18.555 Ω

8,773.600.000 GHz

MARKER 2

50.520 Ω ± 1.3926 Ω

9,752.200.000 GHz

MARKER 3

51.568 Ω ± 0.8691 Ω

10,749.200.000 GHz

MARKER 4

50.158 Ω ± 0.5977 Ω

11,670.000.000 GHz

MARKER 1

49.174 Ω ± 0.8066 Ω

KESIMPULAN Pada sisi pemancar, terjadinya saturasi tegangan masukkan puncak (Va Peak) pada Charging Reactor, dapat diatasi dengan menggunakan Hi Quality Capacitor. Selain itu, rise-time (τ) yang direncanakan sebesar 0,4 µs (0,1 µs sampai 0,5 µs) telah dapat dibangkitkan dengan cacat pulsa sebesar 10%, Frekunsi osilator sebesar 9,445 GHz (Frekunsi X - Band berkisar antara 8,0 sampai 12,5 GHz), dengan Daya maksimum yang dapat dibangkitkan sebesar 10 Kwatt. Sedangkan pada sisi peneriman, dapat ditarik beberapa kesimpulan dari hasil pengukuran di lapangan. Pada pengukuran Horn Antena Pyramidal, besarnya Standing Wave Ratio 8



(SWR) dihasilkan 1 ± 0.3, Redaman serta besarnya Impedansi karakteristik sebesar 50 Ω ± , sehingga dapat disimpulkan bahwa Horn Antena tersebut baik pada daerah frekuensi kerja 8,500.000.0000 GHz sampai 12,500.000.000 GHz (daerah kerja untuk X-Band). Untuk pembuatan sub-sistem Intermmediate Frequency (IF) dihasilkan luaran yang relatif datar pada frekuensi 50,000.000 MHz sampai 70,000.000 MHz dengan penguatan sekitar 10 sampai 12 dB. Selain itu juga dihasilkannya penguatan yang cukup baik pada bagian Automatoc Gain Control (AGC) sekitar 10 sampai 14 dB dengan range frekuensi 50,000.000 MHz sampai 70,000.000 MHz.

DAFTAR PUSTAKA Edgar Hund. (1989), “Microwave Communications Components and Circuits”, McGraw – Hill Book Company, California, 204 - 279. Joseph J. Carr. (1989), “Practical Antenna Handbook”, McGraw – Hill Book Company, First Edition, California, 59 – 82 ; 247 – 301. Simon Kingsley and Shaun Quegan. (1993), “Understanding Radar System”, McGraw-Hill Book Company, Singapore, hal 1 – 15, 28 – 33. Deni Permana, Arief Suryadi, Syamsu Ismail, Nanag Sudrajat. (2000), “Perencanaan dan Realisasi Saluran Wave Guide untuk Frekuensi 2.97 GHz pada Sistem Penerima Radar LBand”, Proseding Pemaparan Hasil Litbang Ilmu Pengetahuan Teknik 2000, Jakarta 7 – 8 November 2000.


9

SISTEM RADAR X-BAND UNTUK MARINE

Recommend Documents