Paper ISCoS (Indonesian Students Confrensi on Satellite)

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 [email protected]

2) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email [email protected]

3) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email [email protected]

mailto:[email protected]














1st


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



1st


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



1st


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

Documents

Paper ISCoS (Indonesian Students Confrensi on Satellite)