PERANCANGAN DAN PERAKITAN MODULATOR FSK 9600 BAUD UNTUK PERANGKAT TRANSMITER PAYLOAD SATELIT IINUSAT-01 AHMAD MUHIDDIN 2207100171 Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Gamantyo Hendrantoro, Ph.D
LATAR BELAKANG Wilayah Indonesia yang terdiri dari kepulauan dengan selat pemisah yang cukup besar --- Kendala dalam penyelengaraan telekomunikasi yang menyeluruh Potensi sistem komunikasi satelit sebagai solusi jitu -- - berkembang sejak tahun 1976 (satelit Palapa)
Perumusan Masalah Bagaimana konsep kerja modulator FSK Bagaimana bentuk perangkat modulator FSK yang sesuai untuk sistem payload satelit IiNUSAT-01 Bagaimana perangkat modulator FSK yang sesuai untuk sistem payload satelit IiNUSAT-01 beroperasi
Batasan Masalah Modulator yang dirakit bekerja pada frekuensi amatir downlink 436,915 MHz dengan 145.95 MHz untuk uplink. Laju bit perangkat modulator bekerja dengan kecepatan 9600 bps pada frekuensi downlink. Modulator yang dirakit berbasis IC
Tujuan Mengetahui konsep kerja modulator FSK Mengetahui model perangkat modulator yang sesuai untuk system payload satelit IiNUSAT-01 Mengetahui cara kerja perangkat modulator FSK yang sesuai digunakan untuk sistem payload satelit IiNUSAT-01
Teori Penunjang (Modulasi Digital) Menumpangkan bit stream sinyal digital kepada sinyal pembawa Mengubah karakteristik sifat gelombang pembawa sehingga memiliki ciri-ciri sinyal biner 0 atau 1 Tiga teknik dasar modulasi digital : Amplitudo Shift Keying, Phase Shift Keying, Frequency Shift Keying
Frekuensi Shift Keying (FSK) Frekuensi sinyal pembawa digeser antara 2 frekuensi yang berbeda, frekuensi mark (bit 1) atau frekuensi space (bit 0) Persamaan Matematis modulasi FSK
Parameter Sinyal FSK
Rancang Bangun Perangkat (Parameter Modulator FSK) Keying speed = 9600 baud Frekuensi deviasi (Δf) = 1000 Hz Frekuensi pusat (f c ) = 436.915 MHz Frekuensi mark (f m ) fm = fc + Δf = 436.915 MHz + 1000 Hz = 436.916 MHz Frekuensi space (f s ) fs = fc - Δf = 436.915 MHz - 1000 Hz = 436.914 MHz
Parameter Modulator FSK (2) Indeks Modulasi (IM) IM = fm-fs /keying speed = 2000/9600 = 0.20833 Time Bit (tb) Tb = 1/keying speed tb = 1/9600 = 0.104 ms Bandwidth FSK (BW) BW = fm fs + 2/tb = 2 [Δf + 1/tb] = 2 [1000 + 1/0.000104] = 21.2 khz
Modulator Berbasis IC ADF7021-N Blok Diagram Fungsional
Modulator Berbasis IC ADF7021-N (2) Frekuensis referensi disintesis menggunakan kristal osilator eksternal 10 MHz Phase Locked Loop (PLL) terdiri dari loop filter, N-counter serta voltage controlled oscillator (VCO)
Simulasi Software Setting Frekuensi Operasi dan Pemilihan Chip
Simulasi Software (2) AVdd DVdd CP2 CP1 Transmit Data Interface Chip Programming Interface Crystal 10.1376MHz Set CP1 and CP2 according to crystal load capacitance 18 V Tune 14 Osc 2 15 Osc 1 9 TxDATA 10 TxCLK GFSK only 8 LE 6 Data 7 Clock ADF7010/1 Gnd Gnd Gnd 4 CPout 20 RF Out MUXOUT 11 C1 L31 18.0nH 1.00nF L32 36.0nH C33 4.70pF C32 8.20pF C31 4.70pF R1 270 C2 100nF Vdd R2 220 L33 30.0nH C34 5.60pF L34 27.0nH C35 5.60pF C3 1.00nF Antenna C36 5.60pF Consult ADI Application Notes and Evaluation Board documentation for recommended PCB layout and alternative filter options. Rangkaian Hasil Perancangan Notes: 1. Indicative schematic only 2. All power supply connections not shown 3. Bypass capacitors and bias resistors not shown 4. For full details see device data sheet Rangkaian Hasil Simulasi
Realisasi Perangkat & Estimasi Dimensi Payload IiNUSAT-01 8 cm 3 cm 3 cm
Pengujian & Pengukuran Modul RF ADF7021-N yang telah dirangkai Motherboard EVAL-ADF70XXMBZ2 Software IC ADF7xxx dari analog device
Pengujian & Pengukuran (Software IC ADF7xxx)
Pengujian & Pengukuran (Input Sinyal Generator) Personal Computer Spectrum Analyzer Modul RF USB to PC EVAL- ADF70XXMBZ2 TxRx Data Signal Generator
Pengujian & Pengukuran (Input Sinyal Generator)-2 Input berupa sinyal audio 4800 Hz (fi) dari LF generator fi = 1/2tb = keying speed/2 ; dimana fi adalah frekuensi sinyal pemodulasi Deviasi frekuensi yang diinginkan1000 Hz, sedangkan deviasi aktual sebesar 600 Hz (frekuensi mark) dan 1360 Hz (frekuensi space)
Hasil Pengukuran (Spektrum Modulasi FSK dengan Input Daya 13 dbm)
Pengujian & Pengukuran (Input Data Internal) sumber modulasi diambil dari data internal ADF7021-N tone +ve, tone -ve, pola data 1010 dan PN9 Input diset melalui panel Internal Test Data Deviasi frekuensi yang diset sebesar 1000 Hz sedangkan deviasi aktual yang didapatkan dari hasil pengukuran adalah sebesar 1080 Hz untuk masingmasing frekuensi mark dan space
Pengujian & Pengukuran (Input Data Internal)-2 Frekuensi mark 436.91638 MHz Frekuensi space 436.91422 MHz
Konsumsi Energi Perangkat Current Power Consumption Model Idle / Rx 50.0ms Tx 35.8ms Sleep Time 60.0 s One Cycle Time Periode Satu Siklus Waktu Arus Persentase Konsumsi Energi Sleep 60s 100nA 0.3% Idle/Rx Mode 50ms 21mA 60.4% Tx 35.8ms 19.1mA 39.3%
Kesimpulan Keluarga IC transceiver ADF7021-N dapat digunakan sebagai perangkat modulator FSK 9600 baud dan diaplikasikan pada payload komunikasi satelit IiNUSAT-01. Nilai deviasi frekuensi yang didapatkan pada skema pengujian dengan input dari sinyal generator adalah ± 1.38 khz. Sedangkan nilai deviasi frekuensi yang didapatkan pada skema pengujian data internal adalah ± 1.08 khz.
Saran Memilih keluarga IC ADF7021-N yang lebih sederhana yang didedikasikan khusus untuk sisi transmiter. Pemilihan IC jenis ini akan mengurangi tingkat kesulitan perakitan dan juga dapat meminimalisir kebutuhan komponen pasif. Pemilihan komponen pendukung IC perlu lebih selektif, terutama pada rangkaian loop filter dan PLL agar kinerja modulasi perangkat dapat lebih maksimal. Penelitian berkelanjutan mengenai payload komunikasi satelit perlu dilakukan termasuk perancangan perangkat OBDH, agar kedepannya integrasi komponen penyusun payload dapat dilaksanakan.
Daftar Pustaka 1) Wiley & Sons. John, Hanbook on Satellite Communication 3 rd Edition, ITU, USA, Ch.6, 2002 2) Ludwig. Reinhold and Bretchko. Pavel, RF Circuit Design : Theory and Applications, Prentice Hall,2005 3) Team INSPIRE, Indonesian Nano Satellite Platform Initiative for Research and Education (INSPIRE) : Indonesian Inter University Satellite-01 Preliminary Design Review, 2010 4) Anonim, DasarTeori Modulasi, http://elib.unikom.ac.id /files/disk1/461/jbptunikomppgdl-zulfendini-23019-9-unikom_z-i.pdf, 2012 5) Mohammed K. Abu Foul, FSK Modulator, Islamic Univerity of Gaza, Faculty of Engineering Electrical Departement, pp.1-2, 2011. 6) [Anonim, Phased Locked Loop (PLL), http://id.wikipedia.org /wiki/pll, 2012. 7) Anonim, ADF7021-N: High Performance Narrow-band Tranceiver IC, http://www.analog.com/en/rfif-components/rfif-transceivers/adf7021- n/products/product.html, 2012 8) Watson. Bob, FSK : Signal and Demodulation, The Communication Edge TM, pp.1, http://www.stéen.se/share/text /tektext/digital-modulation/fsk_signals_demod.pdf, 2012
Dokumentasi Pengukuran
Terima Kasih