DAFTAR SINGKATAN Rancangan Dan Realisasi Antena Horn Conical Pada Frekuensi Ku-Band Ghz Untuk Electronic Support Measure

Transkripsi

1 DAFTAR SINGKATAN CST ESM EW RF VSWR : Computer Simulation Technology : Electronic Support Measure : Electronic Warfare : Radio Frequency : Voltage Standing Wave Ratio Electronic Support Measure xv

2 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem keamanan dan pertahanan suatu wilayah merupakan hal yang sangat penting dalam suatu Negara, terutama Negara kepulauan seperti Indonesia. Indonesia memiliki ribuan pulau-pulau kecil yang berbatasan dengan negara lain selain itu wilayah-wilayah Indonesia juga menjadi daerah lintas perdagangan ASIA. Dalam hal ini untuk mengawasi dan menjaga keamanan wilayah Indonesia merupakan tugas yang sulit bagi pemerintah terutama TNI angkatan laut. Maka dari itu diperlukan sebuah teknologi yang dapat mengawasi dan mengamankan wilayah kepulauan Indonesia yang sangat luas ini. Salah satu cara untuk meningkatkan kemampuan sistem pertahanan keamanan dalam menjaga dan mengawasi wilayah Indonesia adalah menggunakan teknologi baru yaitu Electronic Support Measure(ESM). [5] ESM ini sendiri sedang dikembangkan oleh LIPI. ESM secara umum adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untuk menerima sinyal gelombang elektromagnetik, kemudian sinyal tersebut diproses dan dianalisa sehingga diperoleh lokasi, kuat sinyal dan parameter lainnya. Untuk melakukan identifikasi persenjataan musuh,esm dipandu dengan sinyal RF. Bagian utama suatu sistem ESM terdiri dari 3 subsistem yaitu unit Antena dan RF, unit Direction Finder dan unit Frequency Measurement and Signal Analysis. Subsistem antena ini terdiri dari dua jenis antena, yaitu antena omnidireksional dan antena unidireksional. Antena omnidireksinal berfungsi untuk menerima sinyal dari keliling area 360 o dan antena unidireksional terdiri dari 6 atau 8 buah antena horn conical yang nantinya disusun membentuk sudut 360. Antena unidireksional ini berfungsi sebagai penerima sinyal untuk menentukan lokasi dan posisi asal sinyal radar musuh. Antena unidireksional pada ESM ini menggunakan antena horn conical. Dalam tugas akhir ini antena horn conical yang dirancang bekerja dalam frekuensi Ku-Band (12 GHz sampai 18 GHz).[5] Antena horn conical merupakan sebuah perangkat yang digunakan untuk memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik. Digunakan antena horn conical pada ESM karena mempunyai gain yang tinggi, VSWR yang rendah, lebar pita (bandwidth) yang relatif besar, serta Electronic Support Measure 1

3 memiliki pola radiasi unidireksional. Antena horn conical ini digunakan pada ESM agar ESM dapat menerima sensitivitas sinyal dan akurasi posisi yang tinggi guna mengidentifikasi tipe dan lokasi radar persenjataan elektronik musuh. Frekuensi operasi yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah GHz, karena frekuensi ini sudah ditetapkan dalam alokasi radar yang terdapat dalam peralatan ESM. Antena dirancang agar memiliki gain ±20dB dan nilai VSWR dibawah 2 agar antena ini dapat menunjang kinerja ESM secara maksimal. 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan pada tugas akhir ini adalah : 1. Merancang desain antena horn berdasarkan spesifikasi yang telah ditentukan untuk memenuhi kebutuhan ESM. 2. Mendapatkan hasil simulasi antena horn menggunakan software CST Microwave Studio 2013 sebagai dasar perakitan. 3. Mampu merealisasikan antena yang telah dirancang dan disimulasikan sebelumnya sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. 4. Mendapatkan informasi mengenai kinerja antena yang telah dibuat. 1.3 Perumusan Masalah Masalah yang dibahas pada tugas akhir ini dapat dirumuskan sebagai berikut : 1. Bagaimana perancangan antena horn conical berdasarkan spesifikasi yang telah ditentukan untuk memenuhi kebutuhan ESM? 2. Bagaimana simulasi antena horn conical pada software CST Microwave Studio 2013? 3. Bagaimana proses perakitan antena horn conical yang sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan? 4. Bagaimana analisa hasil perancangan, simulasi dan perakitan antena horn conical? 1.4 Batasan Masalah Beberapa batasan masalah dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Bahan yang digunakan untuk pembuatan antena ini adalah kuningan 2. Antena yang digunakan adalah antena horn conical 3. Simulasi menggunakan software CST Microwave Studio2013 Electronic Support Measure 2

4 4. Spesifikasi antena yang direncanakan sebagai berikut: a. Desain Antena : Horn Conical b. Sifat Antena : Penerima (Receiver) c. Frekuensi kerja : 15 GHz d. Impedansi : 50 Ω e. VSWR : 2 f. Pola Radiasi : Unidireksional g. Polarisasi : Linear h. Bahan : Kuningan i. Konektor : N-Female j. Gain : ±20 db 1.5 Metodelogi Penelitian Penelian ini dilakukan dengan langkah/tahapan sebagai berikut : 1. Melakukan studi literature dengan mempelajari spesifikasi kebutuhan dari ESM dan karakteristik antena horn yang akan dirancang. Proses pembelajaran materi dilakukan dengan kajian berbagai sumber pustaka baik berupa buku, maupun jurnal ilmiah yang banyak didapat secara bebas. 2. Perancangan antena dengan menggunakan persamaan dan teori yang didapat dari studi literature. 3. Pemodelan dan simulasi antena yang telah dirancang menggunakan software CST Microwave Studio. 4. Realisasi dan pengukuran antena yang telah disimulasikan untuk mengukur parameter yang telah ditentukan. 5. Analisis data yang diperoleh dari simulasi dan hasil pengukuran dari antena yang dirancang. 1.6 Sistematika Penulisan Tugas akhir ini dibagi dalam beberapa topik bahasan yang disusun secara sistematis sebagai berikut: a) Bab I Pendahuluan Bab ini membahas latar belakang, tujuan penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, metodelogi penelitian serta sistematika penulisan. b) Bab II Dasar Teori Electronic Support Measure 3

5 Pada bab ini akan dijelaskan tentang dasar teori Ku - Band, antena horn conical, ESM dan parameter-parameter penting pada antena. c) Bab III Perancangan dan Realisasi Antena Conical Bab ini menjelaskan proses perancangan dan simulasi menggunakan software CST Microwave Studio hingga proses pembuatan antena horn conical. d) Bab IV Keluaran yang Diharapkan Bab ini berisikan analisis perbandingan antara hasil simulasi yang didapat dengan hasil pengukuran antenna setelah direalisasikan. e) Bab V Kesimpulan dan Saran Bab ini membahas tentang kesimpulan yang diperoleh dari tugas akhir ini, serta saran untuk pengembangan penelitian selanjutnya. f) Daftar Pustaka Bab ini berisi referensi tentang antena horn conical, frekuensi Ku-Band, ESM, serta referensi lain yang menunjang. g) Lampiran Bab ini berisikan tentang dokumentasi antena, table simulasi antena dan hasil pengukuran antena. Electronic Support Measure 4

6 BAB II DASAR TEORI 2.1 ELECTRONIC SUPPORT MEASURES [5] Electronic Support Measure(ESM) merupakan bagian dari Electronic Warfare(EW). Dimana EW merupakan peperangan elektronik yang menggunakan energi dari gelombang elektromagnetik. ESM berfungsi untuk memonitoring posisi musuh dan juga untuk mencegah serangan dari musuh dengan menggunakan spektrum gelombang elektromagnetik. Electronic Support Measures merupakan suatu sistem telekomunikasi militer untuk memperoleh data atau parameter sinyal elektronik beserta analisanya. Perangkat ESM terdiri dari beberapa komponen yaitu display, kompas, prosesor, antena, dan receive [5] Antena yang dibutuhkan untuk memenuhi spesifikasi ESM yaitu antena horn. Digunakan antena horn karena mempunyai gain yang tinggi, VSWR yang rendah, lebar pita (bandwidth) yang relatif besar agar dapat menerima sensitivitas sinyal dan akurasi posisi yang tinggi guna mengidentifikasi tipe dan lokasi radar persenjataan elektronik musuh. Antena outdoor pada ESM dapat dilihat pada gambar 2.1. (a) Cara Kerja ESM [5] Gambar 2. 1 (a) ESM Station [3] (b)antenna Outdoor ESM [5] Prosedur umum untuk melakukan identifikasi persenjataan musuh yang dipandu oleh sinyal RF : Electronic Support Measure 5 (b)

7 1. Pertama, sistem ESM melakukan intersepsi radiasi sinyal RF dari sistem persenjataan musuh dan melakukan pemisahan terhadap sinyal RF lainnya. 2. Kedua, setelah diperoleh sinyal RF yang berasosiasi dengan sistem persenjataan musuh, kemudian parameter-parameter penting dari sinyal RF yang terintersepsi tersebut diukur. 3. Ketiga, ESM melakukan perbandingan parameter-parameter sinyal RF tersebut dengan parameter yang telah tersimpan dalam memory untuk mengidentifikasi tipe sinyal RF tersebut : apakah suatu missile, pesawat tempur atau radar yang dimiliki musuh. Terakhir, adalah hasil identifikasi tersebut diteruskan ke sistem counter measure atau electronic countermeasure untuk menangkal dan sekaligus melumpuhkan secara elektronik senjata atau radar musuh Subsistem Utama pada ESM [5] Bagian utama suatu system ESM terdiri dari 3 subsistem yaitu unit Antena dan RF, unit Direction Finder dan unit Frequency Measurement and Signal Analysis. Berikut merupakan blok diagram subsistem pada ESM Subsistem Antena Gambar 2. 2 Blok Diagram ESM [5] Antenna terdiri dari 2 tipe antena yaitu omni dan directional. Antena omni berfungsi untuk menerima sinyal dari keliling area 360⁰ untuk mendukung pengukuran parameter sinyal radar/ sinyal elektronis musuh lainnya seperti frekuensi carrier, jenis modulasi, dan lain sebagainya. Antena Directional yang biasanya terdiri dari 6 atau 8 buah antenna dipasang membentuk lingkaran sehingga Electronic Support Measure 6

8 diperoleh sudut 360⁰, sehingga masing masing antenna mempunyai sudut 60⁰ (tipe 6 sektor) atau sudut 45⁰ (tipe 8 sektor) untuk mendukung fungsi ESM dalam menentukan lokasi dan posisi asal sinyal radar atau sinyal elektronis musuh lainnya Subsistem Direction Finder dan Frequency Measurement Subsistem ini berfungsi menyeleksi, konversi, menyaring (filter) dan proses demodulasi sehingga diperoleh data atau parameter dari sinyal yang diterima, untuk selanjutnya diproses oleh signal processor untuk ditampilkan ke dalam bentuk Display atau monitor.unit Direction Finder merupakan unit yang sangat penting untuk menentukan arah asal sinyal RF dari sistem persenjataan musuh seperti arah dari Radar musuh, Rudal musuh atau sistem elektronis musuh lainnya. Unit Frequency Measurement terkait pengukuran frekuensi sesaat untuk mendukung fungsi-fungsi analisis sinyal selanjutnya seperti tipe sinyal ( pulse/cw ), jenis modulasi dan lain sebagainya Subsistem Analisis Sinyal Pada subsistem ini, hasil demodulasi diolah menjadi parameter antara lain untuk Radar pulsa adalah Frekuensi Radar, Daya (Power), AOA (Angle Of Arrival), TOA (Time Of Arrival), PRI (Pulse Repetion Interval), Jenis PRI, Lebar Pulsa, Kecepatan scanning (putaran) dan Lobe duration (Beam width). 2.2 Ku-Band [4] Ku -Band adalah bagian dari gelombang microwave, dimana gelombang microwave merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF). Gelombang microwave digunakan untuk komunikasi jarak jauh seperti radar, GSO satellites, automotive dan GPS. Menurut IEEE Ku-band mempunyai rentang frekuensi GHz. Selain itu,sistem Ku-band menawarkan fleksibilitas yang lebih besar. Ku-band juga lebih tahan terhadap hujan dibandingkan dengan Ka-band. Sistem Ku-band juga lebih terjangkau dari segi biaya, dapat menggunakan antena yang kecil dan Ku-band tidak mudah terganggu oleh gelombang wifi. 2.3 Antena [6] Antena merupakan suatu perangkat yang berfungsi memindahkan gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara, selain itu antenna juga merupakan suatu Electronic Support Measure 7

9 perangkat yang menghubungkan antara gelombang terbimbing (saluran transmisi) dengan gelombang ruang bebas dan sebaliknya.antena berfungsi sebagai pemancar dan atau penerima gelombang elektromagnetik dalam sistem komunikasi. Dalam proses mengirimkan sinyal dari pemancar ke penerima yang memiliki jarak cukup jauh menyebabkan gelombang elektromagnetik mengalami pengurangan energi, sehingga ketika diterima oleh penerima, kekuatan sinyal sudah berkurang. Agar sinyal dapat diterima dengan baik oleh penerima maka perlu diperhatikan parameterparameter dasar antena seperti pola radiasi, polarisasi, penguatan gain dan directivity. 2.4 Antena Horn Conical [5] Antena horn conical adalah antena aperture yang berbasis saluran yang dipandu gelombang lingkaran (circular waveguide) dengan bentuk akhir antena ini menyerupai kerucut. Antena aperture merupakan suatu antena yang mempunyai struktur berupa suatu luasan yang dilalui gelombang elektromagnetik. Konsep dari aperture ditunjukkan sangat sederhana, yaitu dengan mempertimbangkan suatu antena penerima. Antena horn conical merupakan antena yang paling banyak dipakai dalam sistem komunikasi gelombang mikro karena mempunyai gain yang tinggi, VSWR yang rendah, lebar pita (bandwidth) yang relatif besar, tidak berat, dan mudah dibuat. Antena horn conical merupakan jenis lain antenna microwave. Perbedaannya terletak pada feed dari antena horn conical ini berbentuk melingkar sedangakan pada antena horn pyramidal sendiri feed-nya berbentuk kotak. Antena horn conical bertipe antena aperture (antena celah) yang berarti sangat berguna untuk aplikasi pada pesawat terbang dan kendaraan luar angkasa seperti radar. Gambar 2. 3 Konfigurasi Antenna Horn [1] Electronic Support Measure 8

10 2.4.1 Dimensi Antena Horn Conical Antena horn conical adalah celah (aperture anntena) berbasis saluran pandu gelombang lingkaran (circular waveguide) dengan bentuk akhir antena ini menyerupai kerucut, yang mulutnya melebar ke arah bidang medan listrik (E) dan bidang magnet (H). Gambar 2. 4 Antenna Horn Conical Penentuan dimensi antenna horn conical memperhatikan frekuensi kerja untuk mencari panjang gelombang (λ). Dihitung dengan persamaan [4] : λ =... (1) Nilai c merupakan kecepatan di udara dan f merupakan frekuensi tengah gelombang persamaan panjang gelombang untuk frekuensi 12GHz -18GHz adalah fc=... (2) Dimana : = Panjang gelombang di frekuensi tengah di udara fc C Dimensi Cone [4] = Frekuensi tengah (GHz) = Cepat rambat cahaya fl=frekuensi bawah (GHz) fh=frekuensi atas (GHz) L = 10λ... (3) δ0 = 0.32λ... (4) δ0 = ( ) L... (5) θ=2tan -1 ( )... (6) D=2a... (7) Electronic Support Measure 9

11 Dimana : L : panjang corong antena λ a : panjang gelombang : jari-jari cone Θ : sudut cone D : diameter cone Dimensi waveguide Untuk menentukan panjang waveguide maka diperlukan pencarian mode propagasi dari circular waveguide tersebut, mode propagasi dapat dicari dengan menggunakan persamaan [2] : - Frekuensi,syarat: Fc Fk untuk mode TE atau TM (Fc)mn =... (8) - Panjang Gelombang, syarat : λc λ untuk mode TE atau TM λc =...(9) Dimana, (Fc)mn : Frekuensi Cut-Off Mode TE/TM Fk Xmn a : Frekuensi Kerja mode : Fungsi Bessel Mode TE/TM : Jari-jari waveguide a =... (10) : Permeabilitas Dielektrik ε: Permitivitas Dielektrik λc : Panjang gelombang Cut-Off pada waveguide Tabel 2. 1 Fungsi Bessel Mode TE[1] m=0 m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 m=7 m=8 m=9 m=10 m=11 n= n= n= n= n= Electronic Support Measure 10

12 Tabel 2. 2 Fungsi Bessel Mode TM[1] m=0 m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 m=6 m=7 m=8 m=9 m=10 m=11 n= n= n= n= n= Pengujian mode propagasi didapatkan dari hasil perhitungan menggunakan persamaan 9 diperoleh mode dominan yaitu mode TE11, Panjang waveguide λg=...(11) ( ) Mode yang digunakan adalah mode TE11 karena nilai λc11 λ, dimana : Wc : diameter waveguide λg : panjang gelombang waveguide λc : panjang gelombang te11 Panjang waveguide dapat diperoleh dengan persamaan : Pg = λg...(12) Dimensi monopole [6] Panjang antenna monopol... (13) Jarak diameter waveguide ke antenna monopole... (14) Parameter Antena Horn Conical Parameter antena merupakan suatu hal yang penting dalam merancang dan menganalisis sebuah antena dikarenakan parameter antena juga sebagai tolak ukur dari performansi antena itu sendiri. Beberapa parameter antena horn conical antara lain: - Gain - Bandwidth Electronic Support Measure 11

13 - Pola radiasi - Polarisasi - VSWR - Return Loss - Impedansi Circular waveguide [6] Waveguide antena berfungsi untuk memandu gelombang elektromagnetik yang akan dipancarkan atau diterima oleh antena. Antena horn terdiri dari dua buah waveguide, yaitu rectangular waveguide dan circular waveguide. Circular waveguide biasanya digunakan sebagai alternatif ke rectangular waveguide. Circular waveguide mempunyai capability yang lebih tinggi dari rectangular waveguide. Pada dasarnya dalam sebuah waveguide terdapat tiga karakteristik yang penting, yaitu frekuensi cut-off, panjang gelombang cut-off, serta mode propagasi. Mode propagasi dari waveguide itu sendiri terdiri dari transverse electric field (TE) dan transverse magnetic field (TM) yang mana kedua itu disebut sebagai transverse wave impedance.. Pada mode TE, medan electric merambat tegak lurus pada arah perambatan gelombang. Pada mode TM, medan magnet merambat tegak lurus pada arah perambatan gelombang. Electronic Support Measure 12

14 3.1 Pendahuluan BAB III PERANCANGAN SISTEM Dalam merealisasikan antena horn conical dibutuhkan perancangan yang sistematis. Perancangan dalam membuat antena horn conical ini dimaksud agar antena horn conical dapat bekerja sesuai spesifikasi yang telah ditentukan. 3.2 Tahapan Perancangan Proses perancangan antena horn conical ini dilakukan dengan metode ekperimental, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut: Penentuan spesifikasi Langkah awal dalam pembuatan antena dengan menentukan bentuk antena, frekuensi kerja, polaradiasi, bandwidth, gain, dan polarisasi. Kemudian dilanjutkan dengan melakukan perhitungan dimensi fisik dari antenna horn conical yang bias didapatkan dari perhitungan secarateoritis. Parameter yang dihitung di antaranya adalah diameter antena, tinggiantena, dan panjang kabel matching antena. Antena yang di desain dalam tugas akhir ini adalah antena horn conical. Adapun spesifikasi yang diharapkan dari antenna ini adalah: [5] a. Desain Antena : Horn Conical b. Sifat Antena : Penerima (Receiver) c. Frekuensi : GHz d. Impedansi : 50Ω e. VSWR : 2 f. Pola Radiasi : Unidireksional g. Polarisasi : Linier h. Bahan : Kuningan i. Konektor : N Female j. Gain : ±20 db Spesifikasi di atas dipilih karena mengacu pada kebutuhan ESM. Agar ESM dapat dirancang dan mampu meningkatkan kemampuan deteksi untuk jarak yang lebih jauh. Sistem ESM menggunakan frekuensi 2-18 GHz untuk mendukung penentuan posisi radar atau persenjataan elektronis musuh dengan peningkatan kemampuan receiver RF 2-18 GHz serta penyempurnaan ekualizer pada pita 2-18 Electronic Support Measure 13

15 GHz serta menambahkan kemampuan anti interferensi frekuensi terhadap sistemsistem sipil seperti GSM,3G,Wifi dan sistem terrestrial lainnya.[5] Perancangan dengan software CST Microwave Studio 2013 Penggunakan software ini untuk memvisualisasikan dan menyimulasikan tahap sebelumnya. Visualisasi berupa gambar tiga dimensi dengan spesifikasi jenis bahan, ukuran, dan letak pencatuan agar bias disimulasikan. Jenis bahan sesuai spesifikasi, yaitu brass untuk elemen antena horn conical. Hasil simulasi berupa parameter-parameter antenna yang ditampilkan dalam bentuk grafik yang selanjutnya dianalisis untuk mengetahui karakteristik dan kinerja antenna Realisasi sesuai model simulasi Realisasi merupakan kegiatan pembentukan antenna sesuai dengan simulasi yang telah dilakukan. Berikut beberapa tahapan pendukung pembuatan antenna yg disajikan dalam bentuk flowchart pada gambar 3.1 : Gambar 3. 1 Blok Diagram Sistem 3.3 Menentukan Spesifikasi Antena Dalam menentukan spesifikasi antenna perlu diperhatikan kondisi yang akan dialami antenna selama beroperasi nanti. Spesifikasi yang dirancang pada penelitian ini antara lain: Electronic Support Measure 14

16 a. Frekuensi kerja dan Bandwidth Antena horn conical yang dirancang akan bekerja pada frekuensi 12 GHz hingga 18 GHz, dan memiliki bandwidth sebesar 6 GHz. Frekuensi tengah dari antenna horn conical adalah 15 GHz. Spesifikasi ini disesuaikan berdasarkan dengan teknologi ESM. b. Impedansidan VSWR Pada perancangan antenna ini, digunakan saluran transmisi yang memiliki impedansi Z=50Ω. Agar terjadi transfer daya maksimum pada antena yang dibuat, maka impedansi input dari antena (ZA) harus matching dengan saluran transmisi. Zo = Za = 50Ω Sedangkan spesifikasi nilai VSWR ditentukan dnegan persamaan dibawah ini VSWR =...(15) VSWR =...(16) VSWR = 1... (17) c. Pola Radiasi Antena horn conical ini dirancang agar pada saat ESM melakukan deteksi frekuensi radar Ku-band dari pancaran radar yang berada disekitarnya dapat melakukan deteksi kesatu arah, (direksional). d. Polarisasi Polarisasi yang sehingga diperlukan polaradiasi ke satu arah dirancang untuk antenna ini adalah linier. Menggunakan polarisasi jenis ini agar arah medan antena tidak berubah berdasarkan waktu tapi hanya berubah orientasinya saja (positif- negatif). e. Gain Penentuan besar nilai gain antenna adalah lebih besar dari 0 db agar di receiver terjadi penguatan minimal satu kali daridaya yang diterima. 3.4 Pemilihan Bahan Antena Dalam pembuatan antenna harus memperhatikan masalah bahan yang digunakan. Pemilihan bahan didasarkan pada bagaimana kualitas, ketersediaan di pasaran serta nilai ekonomis dari bahan tersebut. Bahan kuningan digunakan dalam pembuatan antenna ini karena kuningan adalah konduktor yang memiliki konduktivitas tinggi yang Electronic Support Measure 15