paper iscos (indonesian students confrensi on satellite)
Post on 12-Jul-2015
74 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
5/12/2018 Paper ISCoS (Indonesian Students Confrensi on Satellite) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-iscos-indonesian-students-confrensi-on-satellite 1/4
1st
Indonesian Student Conference on Satellite, Surabaya, December 17, 2011.
Abstract — Portable Transceiver merupakan suatu pemancar
dan penerima sinyal dibumi agar mampu berkomunikasi dengan
satelit. Untuk melakukan komunikasi dengan satelit yang berada
jauh sekitar ratusan kilometer dibumi maka dibutuhkan suatu
pemancar ( RF Uplink) yang memiliki daya cukup besar.
Makalah ini akan membahas perancangan dan pembuatan RF
Uplink. RF uplink ini bekerja pada frekuensi 145.9 MHz. RF
uplink terdiri dari dua bagian utama yaitu Phase Lock Loop
(PLL) dan Power Amplfier (PA). PLL nantinya akan mencampur
sinyal informasi tersebut kedalam frekuensi yang lebih tingi(145.9 MHz), hal ini berguna membawa sinyal informasi untuk
mencapai jarak yang lebih jauh. PLL ini memperoleh inputan
sinyal yang berasal dari baseband dan menghasilkan sinyal
frekuensi radio yang telah dimodulasi yang selanjutnya akan
dikuatkan oleh PA hingga beberapa watt dan kemudian
dipancarkan melalui antena ke udara bebas yang berupa
gelombang elektromagnetik.
Kata Kunci — Portable Transceiver, RF Uplink, Power
Amplifier , Baseband
I. PENDAHULUAN
alam mendukung tercapainya teknologi satelit maka
dibutuhkan sebuah ground segment yang akan
melakukan fungsi store dan forward data dari stasiun bumi A
ke stasiun bumi B yang berjauhan jarak namun masih dalam
wilayah jangkauan atau coverage satelit. Ada 3 jenis groundsegment salah satunya adalah portable transceiver . Portable
Transceiver merupakan ground segment yang mampu dibawa
kemana-mana, sehingga dalam kondisi dimanapun dan
kapanpun atau dalam keadaan darurat dapat selalu
mengirimkan dan menerima data dengan baik selama masih
dalam wilayah coverage satelit.
Portable transceiver dari berbagai modul penyusunya,
salah satunya modul RF Uplink. RF Uplink nantinya akanmencampur sinyal informasi tersebut kedalam frekuensi yang
lebih tinggi, hal ini berguna membawa sinyal informasi untuk
mencapai jarak yang lebih jauh. Modul RF Uplink
memperoleh inputan sinyal yang berasal dari baseband dan
menghasilkan sinyal frekuensi radio yang telah dimodulasi
yang selanjutnya akan dipancarkan melalui antena ke udara
bebas.
RF Uplink terbagi menjadi 2 tahap yaitu Phase Lock
Loop (PLL) dan Power Amplifier (PA). PLL bekerja seperti
up-converter yang berguna menaikan frekuensi dari baseband
dicampur dengan frekuensi carrier yang lebih tinggi,
selanjutya PA berfungsi sebagai penguat akhir yang
menguatkan sinyal hingga mengalami beberapa kali
penguatan [1]. Kinerja PA sangat berpengaruh terhadap RF
Uplink karena seperti dalam teknologi handphone, meskipun
handphone memperoleh jaringan tetapi PA dalam keadaann
rusak atu tidak terpasang maka sinyal akan drop atau hilang
dalam waktu sekitar 10 detik, selain itu kerusakan sekecil
apapun dari komponen ini akan menyebabkan terganggunya
sistem pemancar. Dalam perancangan PA dituntut memiliki
lineraritas dan efisiensi yang tinggi karena hal ini merupakan
faktor yang sangat penting dalam design PA namun untuk
mencapai nilai tersebut diperlukan usaha ekstra denganmenggunakan berbagai teknik agar tercapai nilai yang sesuai
dengan keinginan [2].
Pada perancangan ini perlu memperhatikan sifat
komponen elektronika yang bekerja pada frekuensi tinggiakan berbeda kelakuan materialnya dibandingkan pada
frekuensi rendah [1]. Selain itu tata letak komponen pada
frekuensi tinggi berbeda halnya pada frekuensi rendah yang
dapat diatur serapi dan seminimal mungkin, namun padafrekuensi tinggi seringkali luas (foot-print) PCB melebihi
luasan yang dibutuhkan oleh komponenya sehingga akan
terlihat begitu banyak ruang kosong [1].
II. METODE PERANCANGAN
Pada prinsipnya Phase Lock Loop (PLL) adalah suatu
feedback control rangkaian yang terdiri atas phase detector ,
loop filter dan voltage controlled oscillator (VCO). Peran
utama PLL dipegang oleh phase detector yang bertugasmembandingkan phase input signal dari VCO dengan suatu
referensi dan sebagai outputnya beda phase. Perbedaan phase
inilah yang akan memberikan perbedaan voltage yang
selanjutnya difilter oleh loop filter dan dikembalikan ke VCO.
Kemudian voltage pada VCO mengubah frekuensi kearahmemperkecil perbedaan antara sinyal referensi dengan sinyal
feedback dari VCO. Bila loop menjadi locked , maka control
voltage berada pada posisi dimana frekuensi rata-rata sinyal
feedback tepat sama dengan frekuensi referensi.
Kesuksesan perancangan suatu PLL sebagian besar
ditentukan oleh perancangan loop filter yang baik. Hal ini
disebabkan pada saat terjadi perbedaan fase, phase detector akan mengeluarkan perbedaan voltage yang berubah-ubah
naik turun. Loop filter harus mampu menahan goyangan
voltage tersebut sehingga perubahan voltage yang masuk ke
VCO menjadi mulus.
Gambar 1 Diagram Blok Dasar PLL
PA adalah komponen elektronika yang digunakan untuk
menguatkan sinyal dimana parameter yang digunakan adalah
tegangan dan daya tanpa mengubah nilai frekuensi. Besarnya
Perancangan dan Pembuatan Tahap RF Uplink
145.9 MHz Portable Transceiver Satelit
IINUSAT-01 T. Haryo Putra1), Gamantyo Hendrantoro2), Endroyono3)
1) Mahasiswa Sarjana Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia, Teknik Elektro ITS, email tri.haryo.putra@gmail.com
2) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email gamantyo@ee.its.ac.id
3) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email endroyono@ee.its.ac.id
5/12/2018 Paper ISCoS (Indonesian Students Confrensi on Satellite) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-iscos-indonesian-students-confrensi-on-satellite 2/4
1st
Indonesian Student Conference on Satellite, Surabaya, December 17, 2011.
penguatan ini disebut gain. [3] Rangkaian penguatan terdiri
dari komponen aktif dan komponen pasif. Komponen aktif
dapat berupa transistor atau IC, sedangkan komponen pasif
terdiri dari resistor, kapasitor dan induktor.
PA RF pada umumnya dirancang pada kelas A-F.
Perbedaan kelas ini berdasarkan metode operasi yang
digunakan, efesiensi yang dibutuhkan dan kemampuan daya
keluaran. Topologi dasar dari suatu single-ended PA (gambar
3) yang meliputi perangkat aktif, kaki DC dan output filter
atau jaringan matching impedansi [2]. Pada perancangan ini
menggunakan kelas C karena rangkaian penguat ini biasa
digunakan pada penguat tingkat akhir dari suatu amplifier.
rangkaian ini sangat tepat pada perancangan ini karena
memiliki linearitas relatif lebih kecil, effisiensi tinggi, distorsirelatif besar dan disipasi daya yang dihasilkan relatif rendah.
Linearitas sangat erat hubungannya dengan besar distorsi yang
terjadi pada kaki transistor, sedangkan efisiensi menentukanbesar catu daya yang dibutuhkan untuk memperoleh keluaran
daya tertentu. Oleh karena itu linearitas dan efisiensi
merupakan faktor yang sangat penting dalam melakukan
perancangan PA.
III. PERANCANGAN DAN PENGUJIAN RF UPLINK
Perancangan suatu pemancar tidak hanya terdiri dari blok
PA, tetapi juga terdiri dari berbagai blok-blok lainnya yang
meliputi osilator, mixer , low-level amplifier, filter, matching
network, VCO (Voltage Control Oscilator ) dan combiner.Namun dari berbagai blok tersebut sebenarnya hanya tersusun
dari 2 bagian utama yaitu PLL dan PA. Penempatan dan
pengaturan dari susunan bangunan blok-blok ini dikenal
dengan arsitektur suatu pemancar [2]. Blok-blok diagram dari
perancangan suatu pemancar dapat kita lihat pada gambar 4.
A. PLL (Phase Lock Loop)
Dalam keperluan penggunaan sebagai pengatur frekuensikerja pada transceiver berbagai macam PLL dapat kita
rancang, akan tetapi dalam makalah ini akan diajukan sebuah
perancangan PLL dengan berbagai macam IC seperti TC9122,
TC5081 dan TC5082. Gambar 5 menunjukan blok-blok
penyusun suatu PLL.
Suatu sinyal gelombang dibangkitkan oleh osilator
kristal 35 MHz, yang akan dimultiplier sebanyak 2 kali agar
menjadi 70 MHz, selanjutnya sinyal yang tidak diinginkan
akan dibuang oleh filter. Kemudian sinyal tadi mengalamiperubahan level sebelum masuk ke programable divider.
Programmable divider berfungsi membagi frekuensi
feedback dari VCO dengan faktor pembagi sesuai program
yang dimasukan, hasil pembagian tersebut diumpan ke phase
detector dan dibandingkan phasenya dengan sinyal referensi.
Programmable divider ini menggunakan TC9122 yangmempunyai kemampuan membagi dengan faktor pembagi
sampai 3.999. oleh karena itu feedback dari VCO tidak dapat
langsung diinpukan ke TC9122 dan harus terlebih dahulu
Gambar 2. Flow Chart Amplifier
Local Oscilator
Crystal
Crystal Oscilator
Multiplier x2PLL Mixer
Low Pass
Filter
Level
Converter
Programmable
Divider
P ha se D et ec to r O sc il at or D iv id erFILTERVCO FM
Modulator
Buffer
Amplifier
Buffer
AmplifierMultiplier x2
Buffer
AmplifierDRIVER
PA
1 W-3 WLPF
PA
10 W-25 WLPF
Antena
Crystal
5.12 MHz
35 MHz 70 MHz
Modulator PAD
FLOW CHART DIAGRAM TRANSMITTER (Tx)
PORTABLE TRANSCEIVER IINUSAT-01
Keterangan: PLL
PA
Gambar 4 Flow Chart Diagram Transmitter Portable Transceiver
Gambar 3 Topologi Dasar Single-ended PA
5/12/2018 Paper ISCoS (Indonesian Students Confrensi on Satellite) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-iscos-indonesian-students-confrensi-on-satellite 3/4
1st
Indonesian Student Conference on Satellite, Surabaya, December 17, 2011.
Local Oscilator
Crystal
Crystal Oscilator
Multiplier x2PLL Mixer
Low Pass
Filter
Level
Converter
Programmable
Divider
IC TC9122
Phase Detector
IC TC5081
Oscilator Divider
IC TC5082FILTER
VCO FM
Modulator
Buffer
AmplifierMultiplier x2
Buffer
Amplifier
DRIVERPA
1 W-3 WLPF
Crystal
5.12 MHz
35 MHz 70 MHz
Modulator PAD
FLOW CHART DIAGRAM PLL PORTABLE TRANSCEIVER
IINUSAT-01
output
Gambar 5. Flow Chart PLL Portable Transceiver
dicampur dengan frekuensi 50 MHz yang dihasilkan dari
osilator kristal sebelumnya dan hasil pengurangannya baru
nantinya akan diinputkan ke devider .
Setelah melalui programmable devider , sinyal akan
diteruskan ke phase detector yang menggunakan TC5081.
Phase detector ini akan membandingkan sinyal yang masuk
dengan sinyal referensi. Sinyal referensi ini dibangkitkan olehTC5082 dengan frekuensi 5 KHz. Nilai ini diperoleh daricrystal 5.12 MHz yang dibagi agar memperoleh 5 KHz. Dari
sinyal yang dibandingkan tadi maka akan diperoleh sinyal
dengan frekuensi 72.95 MHz dan akan dikunci difrekuensi
tersebut dan selanjutnya akan dimultiplier kembali sebanyak 2
kali menjadi 145.9 MHz.
Dari pengujian yang telah dilakukan PLL ini berhasil terkunci
difrekuensi 145.9 MHz dengan daya keluaran sebesar 1-2Watt. Daya yang cukup besar ini diperoleh karena didalam
PLL tersendiri telah diintegrasi dengan buffer dan driver
amplifier sehingga untuk tahap selanjutnya cukup dikuatkan
hingga beberapa dB.
B. PA (Power Amplifier)
PA RF (Radio Frekuensi) adalah penguat yang khusus
didesain untuk memperkuat frekuensi tinggi. Rangkaian PA
ini terdiri dari dua blok utama yaitu blok Final Amplifier dan
Blok Filter. Blok final amplifier sendiri terbagi menjadi 2
bagian yaitu blok matching impedansi dan blok penguat.
Blok penguat ini dalam perancangan ini menggunakankomponen aktif transistor 2SC2539 yang merupakan transistor
silikon jenis NPN yang umumnya digunakan untuk band VHF
pada aplikasi radio bergerak [4]. Spesifikasi alat dapat dilihat
pada tabel 1. Blok impedansi berguna untuk menyesuaikan
penguat terhadap blok-blok lainnya agar diperoleh nilai
impedansi yang sama, apabila tidak sama maka daya yang
disalurkan tidak maksimum. Blok matching impedansi ini
diberikan pada input dan outpput dari penguat dan hanya
terdiri dari induktor dan kapasitor.
Tabel 1. Spesifikasi Transistor 2SC2539
No Spesifikasi Nilai1 Gain 14.5 dB
2 Daya Output 14 W
3 Vcc 13.5 V
4 Frekuensi Band VHF hingga 175 MHz
Gambar 6. Hasil Rancangan PLL Portable Transceiver
Gambar 7. Rangakaian Power Amplifier dan Filter
Gambar 6. Hasil Rancangan PA dan Filter Portable
Transceiver
Selanjutnya untuk blok filter ini menggunakan 3 buah
lilitan dan 3 buah trimmer kapasitor. Filter ini bertujuan untuk
membatasi frekuensi yang tidak diinginkan oleh outputpemancar dan juga membatasi seberapa besar bandwidth yang
akan dihasilkan.
Dari pengujian yang telah dilakukan terhadap PA
diperoleh data seperti pada tabel 2. Tabel menunjukan bahwa
dengan mengubah-ubah tegangan Vcc maka dan mengubah-
ubah daya input (Pin) maka akan menyebabkan perubahan
daya keluaran, selain itu daya keluaran sangat diperngaruhi
oleh rangkaian impedansi matching agar daya yang disalurkanmaksimum.
Setelah PLL dan PA telah bekerja dengan baik, langkah
selanjutnya melakukan integrasi masing-masing blok.
Pengujian integrasi masing-masing blok ini dilakukan dengan
Q12SC2593
25pF
C1
25pF
C2
25pF
C4
25pFC3
10mH
L1
10mH
L3
10mH
L2
100
R1
25pF
C5
VCC
Filter
Input
25pF
C6
25pF
C7
25pF
C8
10mH
L1
10mH
L1
10mH
L1
Filter
Antena
Matching Impedansi
Matching Impedansi
Blok Filter
5/12/2018 Paper ISCoS (Indonesian Students Confrensi on Satellite) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/paper-iscos-indonesian-students-confrensi-on-satellite 4/4
1st
Indonesian Student Conference on Satellite, Surabaya, December 17, 2011.
Tabel 2. Hasil Pengujian PA
No. Vcc (Pin = 0.2 W) Pout (Watt)
1 10 8
2 12 11
3 13.5 13
Gambar 7. Konstruksi Design Portabel Ground Station
melakukan uji voice repeater dengan transceiver icom 910
VHF/UHF dan HT IC2N. Dari uji komunikasi suara yangdilakukan, menunjukan pemancar ini dapat bekerja dengan
baik sebesar 10 watt sesuai dengan daya yang dibutuhkan
serta bekerja di frekuensi 145.9 MHz.
IV. KESIMPULAN
Phase Lock Loop (PLL) dirancang untuk mampu
mengubah frekuensi atau upconverter frekuensi yang
diberikan VCO menjadi frekuensi yang diharapkan sebesar
145.9 MHz. Rangkaian ini menggunakan menggunakan
TC9122 sebagai programmable divider, TC5082 sebagai
Oscilator Devider dan TC5081 sebagai phase detector .
PLLdiharapkan mampu mengunci frekuensi dengan baik tanpa
adanya pergeseran agar pemancar dapat bekerja secara
optimal.
Power Amplifier (PA) akan memancarkan sinyal
keluaran yang diberikan PLL hingga 10 watt sesuai dengan
perhitungan link budget yang telah dihitung. Rangkaian ini
menggunakan komponen aktif transistor 2SC2539 yang
memiliki gain sebesar 14.5 dB. Dalam perancangan ini sangat
perlu memperhatikan linearitas dan efisiensi, karena Linearitas
sangat erat hubungannya dengan besar distorsi yang terjadi
pada kaki transistor, sedangkan efisiensi menentukan besar
catu daya yang dibutuhkan untuk memperoleh keluaran daya
tertentu.
V. REFERENSI
[1] Ludwig Reinhold., Bretchko Pavel. “RF Circuit Design
Theory and Applications”. Prentice-Hall, 2000, Hal 3-5
[2] H. Raab Frederick.,Asbeck Peter.,Cripps Steve,. B.
Kenington Peter,. B. Popovic Zoya,. Pothecary Nick,. John F.
Sevic,. O. Sokal Nathan. ”Power Amplifiers and Transmitters
for RF and Microwave”. IEEE Transacations on MicrowaveTheory and Techniques. Vol. 50, No.3, March 2002
[3] Sari Indah. ”Rancang Bangun Penguat Daya RF 30 Watt”.
Amd. Tugas Akhir, Teknik Elektro, Politeknik Negeri
Sriwijaya, Sumatera Selatan, 2010.
[4] Datasheet 2SC2539 for Mitsubishi RF Transistor.
PLL UHF
PAD & MODEM
Power
Amplifier
PLL VHF
LNA
top related