BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini, Telkom University sedang mengembangkan satelit mikro yang mengorbit pada ketinggian 600-700 km untuk wahana pembelajaran space engineering. Sebelum satelit mikro dikembangkan, Unmanned Aerial Vehicle (UAV) terlebih dahulu dikembangkan sebagai uji coba sistem sebelum satelit mikro diluncurkan. Salah satu subsistem yang terdapat pada satelit mikro dan UAV yaitu Synthetic Aperture Radar (SAR) [4]. SAR sudah digunakan secara luas untuk remote sensing bumi selama lebih dari 30 tahun. SAR menyediakan gambar dua dimensi resolusi tinggi yang tidak bergantung pada siang hari, cakupan awan, kondisi cuaca. Sistem radarnya mentransmisikan pulsa gelombang elektromagnetik dengan daya tinggi ke bumi dan menerima kembali sinyal pantulan [7]. Secara umum, sistem SAR terdiri dari transmitter, receiver, onboard signal processing, data transmitter, dan ground segment. Transmitter terdiri dari chirp generator, bandpass filter (BPF), local oscillator (LO), power amplifier (PA), switch untuk polarisasi sirkular, dan dua panel mikrostrip array antenna. Lalu pulsa chirp yang dibangkitkan ditransmisikan melalui antena ini [8]. Selanjutnya, sinyal diterima oleh receiver. Pada receiver, terdapat dua panel mikrostrip array antenna, low noise amplifier (LNA), switch untuk mengurangi coupling antara antena transmitter dan receiver, band pass filter (BPF), I/Q demodulator, analog/digital (A/D) converter, temporary memory, onboard signal processing (OSP), dan data transmitter system [8]. Ketika sinyal diterima oleh antena penerima, level daya sinyal sangat lemah. Oleh karena itu sinyal perlu diperkuat oleh low noise amplifier agar level daya sinyal besar dan memiliki noise yang rendah sehingga bisa diproses oleh perangkat selanjutnya [8]. Pada Tugas Akhir ini, akan dirancang dan direalisasikan Low Noise Amplifier (LNA) untuk SAR tersebut. LNA yang dirancang dan direalisasikan yaitu LNA dua tingkat dan dirancang dengan metode bilateral design. Transistor yang digunakan untuk merancang LNA yaitu Infineon BFP640 yang memiliki gain maksimum 18 db dan noise figure minimum 0.85 db. LNA yang dirancang mempunyai spesifikasi gain 20 db, sehingga LNA harus dirancang dua tingkat dengan bilateral design agar dapat memenuhi spesifikasi. LNA bekerja 1
pada frekuensi 1,265-1,275 GHz dan mempunyai spesifikasi gain 20 db, noise figure 5 db, VSWR input < 1,5 dan VSWR output < 1,5. 1.2 Penelitian Terkait Penelitian tentang LNA ini sebelumnya pernah dilakukan oleh [4], [9], [10], [11], [14], dan [15]. Pada referensi [4], LNA direalisasikan dengan satu tingkat pada SAR dengan frekuensi 1,265-1,275 GHz. LNA yang direalisasikan menghasilkan gain sebesar 17.53 db, noise figure 10,7 db, VSWR input 16,336, dan VSWR output 1,595. Pada [9], LNA direalisasikan dengan tiga tingkat untuk aplikasi ground station satelit nano pada frekuensi 2,4-2,45 GHz. LNA yang direalisasikan menghasilkan gain 15,24 db dan noise figure 24,48 db pada frekuensi 1,38 GHz, bergeser dari frekuensi kerjanya. Pada [10], LNA direalisasikan dengan dua tingkat pada frekuensi 3 GHz untuk aplikasi radar. LNA dirancang menggunakan metode non simultaneous conjugate match. LNA yang direalisasikan menghasilkan gain sebesar 24,32 db, VSWR input 24,32 db, dan VSWR output 1,78. Pada [11], LNA dirancang dengan dua tingkat dengan menggunakan teknik penyepadanan impedansi stub. LNA bekerja pada frekuensi 9,4 GHz untuk aplikasi radar X band. Simulasi LNA memperlihatkan gain 22,78 db, noise figure 1,69 db, VSWR input 1,26, dan VSWR output 1,14. Pada [14], LNA dirancang dengan tiga tingkat yang bekerja pada frekuensi 700-1400 MHz untuk LTE receiver front end. LNA menghasilkan gain 38,33 db dan noise figure 1,2 db pada frekuensi 700 MHz, sedangkan pada frekuensi 1400 MHz gain yang dihasilkan yaitu 21,931 db dan noise figure 1,761 db. Pada [15], LNA dirancang pada frekuensi 9-13 GHz dengan menggunakan teknik penyepadanan impedansi trafo λ/4. LNA menghasilkan gain diatas 20 db dan noise figure diatas 1,25 db pada rentang frekuensi 9-13 GHz. Pada [4], LNA yang direalisasikan kurang optimal dimana gain dan noise figure yang dihasilkan tidak seperti spesifikasi perancangan. Penulis bermaksud untuk mengkaji ulang LNA pada referensi [4] dengan menggunakan transistor yang berbeda dan metode yang berbeda. 1.3 Rumusan Masalah Beberapa masalah pada Tugas Akhir ini yaitu: 1. Bagaimana cara membuat LNA yang sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan pada SAR? 2. Bagaimana pemilihan transistor yang cocok digunakan pada LNA? 2
3. Bagaimana pengaruh penggunaan komponen terhadap noise figure? 4. Bagaimana cara menguji LNA yang telah terealisasikan dan dibandingkan oleh spesifikasi awal perancangan? 1.4 Batasan Masalah Batasan masalah pada Tugas Akhir ini yaitu: 1. Perancangan dan realisasi hanya terfokus pada LNA. 2. Metode yang digunakan untuk merancang LNA yaitu double stage amplifier dan bilateral design. 3. Transistor yang digunakan pada perancangan LNA ini yaitu Infineon BFP640 baik pada tingkat 1 maupun tingkat 2. 4. Software yang digunakan untuk perancangan dan simulasi LNA yaitu Agilent s Advanced Design System 2015 dan Altium Designer. 5. Spesifikasi dari LNA yang akan direalisasikan merujuk spesifikasi SAR pada referensi [8], yaitu: a) Frekuensi kerja : 1,265-1,275 GHz b) Frekuensi tengah : 1,27 GHz c) Bandwidth : 10 MHz d) VSWR input : 1,5 e) VSWR output : 1,5 f) Gain : 20 db g) Noise Figure : 5 db 6. Pengukuran gain hasil realisasi LNA dilakukan pada frekuensi 1-2 GHz dan pengukuran noise figure dilakukan pada frekuensi 1,265-1,275 GHz. 7. Pengukuran VSWR input dan VSWR output dilakukan pada frekuensi 1-2 GHz. 1.5 Tujuan Penelitian Tujuan dari Tugas Akhir ini yaitu: 1. Merancang dan merealisasikan LNA sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan pada SAR. 2. Menganalisis pengaruh penggunaan komponen terhadap gain, noise figure, VSWR input, dan VSWR output. 3
3. Menjadikan rancangan LNA yang dibuat sebagai referensi yang dapat dimanfaatkan pada pengembangan SAR selanjutnya. 1.6 Metodologi Penelitian Metodologi penelitian pada Tugas Akhir ini yaitu: 1. Studi Literatur Memahami beberapa literatur seperti text book ataupun jurnal ilmiah yang dijadikan sebagai referensi pengerjaan tugas akhir ini. 2. Metode Observasi Melakukan pengamatan secara langsung terhadap tugas akhir yang telah dibuat sebelumnya sebagai referensi dan bahan pertimbangan dalam perancangan tugas akhir yang dikerjakan. 3. Perancangan dan Simulasi Membuat perancangan rangkaian LNA yang akan direalisasikan dan mensimulasikan LNA menggunakan software ADS 2015. 4. Realisasi dan Pengukuran Setelah melakukan perancangan LNA, maka LNA akan direalisasikan dan diukur parameter dari karakteristik penguat daya tersebut. 5. Analisis Setelah melakukan realisasi dan pengukuran, maka LNA tersebut dianalisis. 1.7 Sistematika Penulisan BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang, penelitian terkait, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, metodologi penelitian, jadwal perencanaan penelitian, dan sistematika penulisan. BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Bab ini membahas tentang sistem SAR, LNA, dan teori-teori yang berkaitan dengan permasalahan yang dirumuskan. BAB 3 PERANCANGAN, SIMULASI, DAN REALISASI LNA Bab ini menjelaskan tentang diagram alir penelitian, perancangan, dan simulasi dari LNA. BAB 4 PENGUKURAN LNA Bab ini menjelaskan tentang pengukuran LNA yang sudah direalisasikan. 4
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran. DAFTAR PUSTAKA Bab ini berisi referensi-referensi yang dipakai dalam menyusun Tugas Akhir ini. 5