Rancang Bangun Antena Quadrifillar Helix [PDF]

Citation preview

RANCANG BANGUN ANTENA QUADRIFILLAR HELIX SEBAGAI GROUND STATION SATELIT CUACA NOAA15 DAN NOAA19 DENGAN PERANGKAT RTL-SDR TUGAS AKHIR



Disusun oleh : HILMAN MUSTOFA 1552500330



Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Budi Luhur 2019



RANCANG BANGUN ANTENA QUADRIFILAR HELIX SEBAGAI GROUND STATION SATELIT CUACA NOAA15 DAN NOAA19 DENGAN PERANGKAT RTL-SDR TUGAS AKHIR Tugas Akhir ini diajukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik



Disusun oleh : HILMAN MUSTOFA 1552500330



Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Budi Luhur 2019



ABSTRAK Dalam Tugas Akhir ini telah dibuat antena Quadrifillar Helix (QFH) yang dioperasikan pada frekuensi 137 – 138 MHz dengan rentang bandwidth sebesar 1 MHz. Jenis antena ini digunakan sebagai sebagai ground station satelit cuaca NOAA. Hasil perancangan disimulasikan dengan menggunakan software 4NEC2 untuk mengetahui apakah hasil perancangan sudah sesuai atau belum dengan kondisi yang diinginkan. Tahap selanjutnya adalah pembuatan antena dan seluruh pelaksanaan fabrikasi dilakukan di lab Robotic Universitas Budi Luhur dengan bahan utama kabel rg58 dan pipa PVC sebagai penyangga. Kinerja antena Quadrifillar Helix diamati dengan melakukan pengukuran sebanyak 2 kali. Hasil dari pengukuran antena Quadrifillar Helix yang pertama didapatkan nilai matching pada frekuensi 142 MHz. Terjadi pergeseran frekuensi resonan sebanyak 5 MHz dari perancangan sebelumnya yaitu pada frekuensi 137 MHz. Hasil dari pengukuran antena Quadrifillar Helix yang kedua didapatkan bahwa pergeseran frekuensi antena frekuensi resonan dipengaruhi oleh balun yang dibuat, semakin banyak dan semakin rapat lilitannya akan menghasilkan frekuensi resonan mendekati nilai yang ditentukan pada saat perancangan. Kata kunci: Quadrifillar Helix, NOAA, MFJ-269, matching , 4NEC2



iv



ABSTRACT In this final task has been made the Quadrifillar Helix (QFH) antenna operated at a frequency of 137 – 138 MHz with a bandwidth range of 1 MHz. This type of antenna is used as a NOAA weather satellite ground station. The design results are simulated using 4NEC2 software to determine whether the design results are appropriate or not with the desired conditions. The next stage is the manufacture of antennas and the entire implementation of fabrication carried out in the Robotic lab of Budi Luhur University with the main material of rg58 cable and PVC pipe as a buffer. The performance of the Quadrifillar Helix antenna was observed by a measurement of 2 times. The result of the first Quadrifillar Helix antenna measurement obtained matching value at the frequency of 142 MHz. The resonant frequency shift occurred as much as 5 MHz from the previous design is at a frequency of 137 MHz. Results of the antenna measurement The second quadrifillar Helix is found that the frequency shifting of the resonant frequency antenna is influenced by the resulting balun, the more and more tightly the more the meeting will result in a resonant frequency approaching the specified value at the time of Design. Keywords: Quadrifillar Helix, NOAA, MFJ-269 Antenna Analyzer, matching ,4NEC2



v



KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena berkat limpahan rahmat dan hidayah-Nya maka tugas akhir ini dapat diselesaikan. Tugas akhir yang berjudul “Rancang Bangun Antena Quadrifilar Helix Sebagai Ground Station Satelit Cuaca NOAA15 dan NOAA19 dengan Perangkat Rtl-Sdr” ini disusun untuk memenuhi persyaratan kurikulum sarjana strata-1 (S-1) pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Budi Luhur. Atas semua bantuan yang telah diberikan, baik secara langsung maupun tidak langsung selama penyusunan tugas akhir ini hingga selesai, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Bapak Nana Mulyana dan Ibu Nani Juarsih, selaku orang tua penulis yang telah membesarkan dan mendidik, serta memberikan dukungan dan doa kepada penulis. 2. Teh wulan yang sudah membiayai kuliah seluruh biaya perkuliahan selama ini. 3. Bapak Drs. Suwasti Broto, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan dorongan dalam penyusunan tugas akhir ini. 4. Dr. Ir. Nazori AZ, M.T. selaku dekan Fakultas Teknik, Universitas Budi Luhur. 5. Seluruh dosen dan karyawan Program Studi Teknik Elektro, Universitas Budi Luhur, atas ilmu, bimbingan dan bantuannya hingga penulis selesai menyusun tugas akhir ini. 6. Shofia Noor Assyifa yang yang selalu memberikan bantuan dan dukungan untuk menyelesaikan tugas akhir dengan tepat waktu, juga senantiasa menemani kapanpun. 7. Seluruh anggota Mabel Squad yang sudah berjuang bersama dari awal sampai akhir ini. 8. Rekan-rekan di Program Studi Teknik Elektro Universitas Budi Luhur. 9. Dan seluruh rekan – rekan yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang sudah membantu dan mendoakan penulis sejauh ini. 10. Yang terakhir, terima kasih untuk diriku sendiri yang telah berhasil bertahan sejauh ini. Kamu hebat dengan apapun yang telah kamu raih selama 22 tahun di dunia. Teruslah hidup dan berbahagia!



vi



Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Terakhir penulis berharap, semoga tugas akhir ini dapat memberikan hal yang bermanfaat dan menambah wawasan bagi pembaca dan khususnya bagi penulis juga. Jakarta, 7 Juli 2019



Hilman Mustofa



vii



DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL ............................................................................. i HALAMAN PERSETUJUAN .................................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... iii ABSTRAK ............................................................................................ iv ABSTRACT .......................................................................................... v KATA PENGANTAR .............................................................................. vi DAFTAR ISI ........................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xi DAFTAR TABEL ................................................................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN ....................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................. 2 1.2 Rumusan Masalah ............................................................................ 2 1.3 Tujuan ............................................................................................ 2 1.4 Batasan Masalah .............................................................................. 2 1.5 Metode Penelitian ............................................................................. 2 1.6 Sistematika Penulisan ....................................................................... 4 BAB II. DASAR TEOR ........................................................................... 5 2.1 Gelombang Elektromagnetik ............................................................. 5 2.2 Antena ............................................................................................ 7 2.2.1 Penggunaan Antena ................................................................ 7 2.2.2 Antena Helix ............................................................................ 8 2.2.3 Parameter – Parameter Antena ................................................ 8 2.2.3.1 Diagram Radiasi .......................................................... 8 2.2.3.2 Gain Antena ................................................................ 9 2.2.3.3 Faktor Refleksi (Return Loss) ........................................ 10 2.2.3.4 Polarisasi Antena ......................................................... 11 2.2.3.5 Bandwidth Antena ....................................................... 12 2.2.3.6 Voltage Standing Wave Radio (VSWR) ........................... 12 2.2.3.7 Impedansi, Reaktansi, dan Resistansi ............................ 13 2.2.4 Proses Pembuatan Antena ....................................................... 13 2.3 Satelit Cuaca NOAA .......................................................................... 13 2.4 Balun .............................................................................................. 15 2.5 SDR ................................................................................................ 16 2.6 Sinyal APT ........................................................................................ 17



viii



2.7 Software yang digunakan ................................................................. 18 2.7.1 Penggunaan software 4NEC2 ................................................... 18 2.7.2 Penggunaan software GPredict .................................................. 19 2.7.3 Penggunaan software WXtoImage ............................................. 19 2.8 MFJ-269 Antenna Analyzer ................................................................ 20 2.8.2 Teknik Tuning .......................................................................... 21 BAB III. PERANCANGAN SISTEM ...................................................... 22 3.1 Diagram Blok Sistem ........................................................................ 22 3.2 Parameter Satelit NOAA .................................................................... 23 3.3 Perhitungan Teoritis ......................................................................... 24 3.3.1 Penentuan Jenis dan Spesifikasi Antena QFH ............................. 24 3.3.2 Perhitungan Matematis Antena QFH .......................................... 24 3.3.3 Spesifikasi Rancangan Antena QFH ........................................... 25 3.3.4 Perhitungan Dimensi Antena QFH ............................................. 25 3.3.5 Perhitungan Besaran Antena .................................................... 26 3.3.6 Gambaran Konfigurasi Antena QFH ........................................... 26 3.3.7 Gambar Skematik Antena QFH ................................................. 28 3.3.8 Simulasi Rancangan Antena QFH Menggunakan Software 4NEC2 . 29 3.4 Fabrikasi Antena .............................................................................. 31 BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA DATA ......................................... 33 4.1 Pengukuran dan Analisa Antena QFH ................................................. 33 4.1.1 Prosedur Pengukuran ............................................................... 33 4.1.2 Pengukuran Parameter Antena QFH ........................................... 34 4.1.3 Pengukuran Parameter Antena QFH Lanjutan .............................. 36 4.1.4 Offset Frequency ..................................................................... 40 4.2 Pengujian Penerimaan Sinyal APT ...................................................... 40 4.2.1 Prosedur Pengujian Penerimaan Sinyal APT ................................. 42 4.2.2 Proses Akuisisi Data ................................................................. 42 4.2.3 Hasil Pengujian Penerimaan Sinyal APT ...................................... 43



BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 46 5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 46 5.2 Saran .............................................................................................. 46 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



ix



DAFTAR GAMBAR 2.1 Bentuk gelombang elektromagnetik ................................................... 5 2.2 Jenis – jenis spektrum elektromagnetik .............................................. 6 2.3 Beamwidth sebuah antena radar ....................................................... 7 2.4 (a) Bentuk dasar antena helix ........................................................... 8 2.4 (b) Hubungan antara D, S, C, L ......................................................... 8 2.5 Metode pengukuran gain antena dengan antena standar ..................... 10 2.6 Polarisasi Linear ................................................................................ 11 2.7 Polarisasi Elips .................................................................................. 11 2.8 Pengukuran bandwidth berdasarkan plot return loss ........................... 12 2.9 Skematik Orbit Satelit Polar ............................................................... 14 2.10 Perbandingan orbit satelit polar dan geostasioner ............................. 15 2.11 Contoh pengaplikasian balun pada antena dipole .............................. 16 2.12 Macam – macam SDR ...................................................................... 17 2.13 GUI software 4NEC2 ........................................................................ 18 2.14 GUI software GPredict ..................................................................... 19 2.14 GUI software WxtoImg .................................................................... 20 2.14 MFJ-269 Antenna Analyzer ............................................................... 21 3.1 Diagram blok rancang bangun antena QFH ......................................... 23 3.2 Hasil perhitungan dimensi antena QFH dengan kalkulator JCOPPENS .... 26 3.3 Simulasi aplikasi 4NEC2 .................................................................... 27 3.4 Simulasi aplikasi 4NEC2 untuk mengetahui output .............................. 27 3.5 Gambar skematik antena QFH ............................................................ 28 3.6 (a) gambar skematik 3d tampak depan ............................................... 28 3.6 (b) gambar skematik 3d tampak atas .................................................. 28 3.7 Pola radiasi antena QFH far field ....................................................... 29 3.8 Gain/FB antena QFH ......................................................................... 30 3.9 SWR/ref antena QFH ........................................................................ 30 3.10 Impedansi antena QFH ................................................................... 31 3.11 Antena QFH hasil fabrikasi tampak depan ......................................... 32 3.12 Balun dari antena QFH .................................................................... 32 4.1 Skema pengukuran Antena QFH dengan MFJ-269 ............................... 34 4.2 Proses kalibrasi alat ukur .................................................................. 36 4.3 Hasil pengukuran parameter antena QFH lanjutan .............................. 37 4.4 Pergeseran frekuensi resonan ........................................................... 38 4.5 Konfigurasi 4 balun .......................................................................... 39 4.6 Konfigurasi 5 balun .......................................................................... 39 4.7 Diagram blok akuisisi data satelit NOAA15 dan NOAA19 ...................... 41 4.8 Setting aplikasi SDRSharp ................................................................. 42 4.9 Proses pengujian antena QFH ........................................................... 43



x



4.10 4.11 4.11 4.12 4.12 4.13



Tampilan penerimaan sinyal APT ..................................................... 43 (a) Citra satelit NOAA19 visible ........................................................ 44 (b) Citra satelit NOAA19 infrared ...................................................... 44 (a) Citra satelit NOAA19 visible ......................................................... 44 (b) Citra satelit NOAA19 infrared ...................................................... 44 Citra satelit NOAA15 pada 1 juli 2019 pukul 05.10 (UTC+7) ................ 45



xi



DAFTAR TABEL 1.1 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2



Tabel Rangkaian kegiatan Penelitian ................................................... 2 Parameter Satelit NOAA .................................................................... 23 Spesifikasi parameter antena yang akan dibuat .................................. 25 input data pada kalkulator QFH .......................................................... 25 Hasil pengukuran antena QFH ........................................................... 35 Hasil pengukuran antena QFH lanjutan .............................................. 38



xii



BAB I PENDAHULUAN 1.1.



Latar Belakang



Akses untuk mendapatkan data citra satelit cuaca lokal secara real-time masih sangat terbatas dan sulit untuk memecahkan kode informasi tersembunyi yang terkandung di dalamnya. Sensor udara dan satelit memungkinkan kita untuk menganalisis sejumlah besar data digunakan untuk banyak tugas seperti pemrosesan sinyal dan gambar untuk aplikasi GIS, analisis prediksi cuaca dan badai, pengamatan bumi dan lebih yang lebih umum, digunakan untuk penginderaan jauh. Setiap hari beberapa satelit cuaca United States National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) melewati satu daerah. setiap siaran satelit cuaca NOAA mengirimkan sinyal APT (Ardizzone, Bruno, Gugliuzza, & Pirrone, 2018), yang berisi gambar cuaca langsung dari area yang dipantau oleh satelit tersebut. Gambar-gambar ini mirip dengan gambar transmisi resolusi rendah (LRPT) yang dihasilkan oleh satelit meteor Rusia (Mahmood, Mushtaq, & Jaffer, 2016). APT merupakan sistem paling sederhana untuk mendapatkan data secara realtime dari satelit cuaca pada saat orbit satelit berada di sekitar stasiun penerima. Sistem yang digunakan juga paling sederhana, namun memiliki kelemahan yaitu resolusi spasial yang lebih besar. Sehingga citra yang diperoleh dari penerimaan sinyal APT memiliki resolusi yang tidak begitu besar. Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional (NOAA) memiliki sekelompok satelit buatan. Satelit-satelit ini dioperasikan pada frekuensi sekitar 137 MHz dan menyediakan data cuaca terus menerus. Data juga membantu umat manusia di manajemen bencana sejak peluncuran satelit. (Tomar and Bhatia, 2015) Antena heliks quadrifilar (QFH) biasanya digunakan dalam komunikasi satelit orbit Bumi rendah (LEO), handset penerima sistem pemosisian global dan ponsel satelit. Fitur yang membedakan antena ini adalah pola cardioid-nya, polarisasi sirkular, dan ukuran logis dibandingkan antena lainnya. Secara khusus, pola cardioid adalah pola favorit untuk antena satelit LEO. (Patel, 2014) QFH dibentuk oleh tiga kali lipat rotasi 90◦ heliks pada porosnya, untuk menghasilkan tiga heliks tambahan. Jadi, masing-masing helix akan dipisahkan secara azimut dari yang berikutnya sebesar 90◦, dan antena memiliki empat terminal di setiap ujungnya. Banyaknya bend dan terminal di kedua ujungnya menambah parameter helix dan membuat antena ini unik, yang bisa menghasilkan serangkaian pola radiasi yang luar biasa. (Saidulu, 2017) QFH termasuk kedalam antena resonan. Oleh karena itu, dimensinya harus dipilih dengan tepat untuk mendapatkan karakteristik optimal dalam pita frekuensi sempit yang diinginkan. Sejauh ini, beberapa desain telah disajikan untuk QFH dual-band. Hampir semua ide sebelumnya didasarkan pada



2



perancangan QFH untuk mencapai pola cardioid. Pendekatan ini menyebabkan beberapa batasan baik pada gain atau ukuran. (Patel, 2014) Berdasarkan penjabaran penelitian terdahulu maka judul Tugas Akhir ini adalah Rancang Bangun Antena Quadrifilar Helix Sebagai Perangkat Ground Station Satelit Cuaca NOAA15 dan NOAA19 Dengan RTL-SDR.



1.2.



Rumusan Masalah



Berdasarkan permasalahan pada latar belakang maka rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana desain antenna QFH yang ideal agar sinyal APT dari satelit cuaca NOAA15 dan NOAA19 dapat diterima dengan baik dan sesuai dengan ketentuan dari parameter antena QFH. 2. Berapa nilai resistansi, reaktansi, impedansi, VSWR, serta Return Loss antena yang dibuat pada frekuensi yang ditentukan. 3. Pada frekuensi berapa antena yang dirancang mendapatkan kesesuaian / matching.



1.3.



Tujuan



Tujuan dari dilakukannya penelitian ini adalah untuk membuat antena quadrifilar helix yang berfungsi sebagai receiver / ground station dari satelit cuaca NOAA15 maupun NOAA19.



1.4.



Batasan Masalah



Pada tugas akhir ini batasan masalah yang akan diajukan hanya mengenai : 1. Pembuatan fisik quadrifilar helix antenna. 2. Capture data dari satelit cuaca NOAA15 dan NOAA19. 3. Analisa nilai VSWR, resistansi, reaktansi dan impedansi dari antena yang telah dibuat. 4. Antena yang dibuat memiliki rentang frekuensi 137 – 138 MHz. 5. Melakukan simulasi perencanaan desain antena dengan software 4NEC2.



1.5.



Metode Penelitian



Penjelasan setiap langkah pengerjaan dalam penelitian dapat dijabarkan melalui tabel 1.1. Tabel 1.1 Tabel Rangkaian Kegiatan Penelitian Kegiatan Rincian Indikator Luaran Keterangan Kegiatan Capaian Proses Studi Membaca dan Memahami Data terkait: Pengumpulan Pustaka mempelajari desain antena permasalahan data dilakukan tentang berbagai QFH yang pada setiap dengan



3



rancang bangun antena QFH yang berfungsi sebagai



jurnal yang memiliki topik sejenis dengan penelitian yang dikerjakan.



paling ideal; waktu yang pas untuk capture data; dan Software 4NEC2, Gpredict, WXtoImage, dan SDSharp



Membuat perencanaan dan simulasi desain antena QFH



Terciptanya desain antena QFH



Pembuatan fisik antena QFH



Membuat bentuk fisik antena QFH berdasarkan desain yang telah dibuat



Terbentuknya antenna QFH



Analisa performasi dari antena



Melakukan Analisa performasi antena yang telah dibuat



Mendapatkan Data nilai nilai VSWR, performasi Reaktansi, antena Resistansi, dan Impedansi



Analisa data dari hasil capture



Melakukan Analisa data terkait hasil capture data



Data yang didapat memiliki kejernihan



Ground Station satelit cuaca NOAA15 dan NOAA19 Desain antena QFH dengan aplikasi 4NEC2



paper yang menjadi acuan, metode yang digunakan, dan hasil yang diperoleh



Data hasil Capture data



membaca sumber pustaka terkait topik yang menjadi bahan penelitian



Melakukan pengumpulan data, simulasi perancangan, Kesimpulan. Pembuatan antena dilakukan setelah mendapatkan desain yang ideal. Cara penarikan analisis data adalah dengan melihat performasi antena dengan alat MFJ-269 antenna analyzer. Cara penarikan analisis data adalah



4



data



dari satelit



yang optiomal



Penarikan kesimpulan



Membuat kesimpulan dari hasil antena dan Analisa data yang telah dilakukan



Parameter dasar yang didapatkan pada pengujian memiliki nilai yang tidak buruk



Kesimpulan penelitian



dengan melihat hasil dari aplikasi WxtoImage Kesimpulan ditarik setelah melakukan hasil yang didapat



1.6.



Sistematika Penulisan Sistematika penulisan pada Tugas Akhir yang diajukan, guna mempermudah penulisan yang dilakukan, maka penulisan dibagi kedalam 5 (lima) bab, dimana tiap – tiap bab terdiri dari beberapa sub bab, sebagai berikut : BAB I



PENDAHULUAN Pada bab ini menjelaskan latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, metode penelitian, serta sistematika penulisan.



BAB II



DASAR TEORI Bab ini berisi tentang segala teori penunjang yang berlaku pada sistem yang dirancang. Bab ini juga berisi pembahasan tentang penelitian terdahulu yang telah dilakukan oleh peneliti lainnya dan dipergunakan sebagai referensi dalam pembuatan Tugas Akhir yang dilakukan.



BAB III



PERENCANAAN SISTEM Berisi tentang perencanaan desain antena yang akan dibuat.



BAB IV



PENGUJIAN DAN ANALISA DATA Berisi tentang pengujian antenna yang telah dibuat dan Analisa dari data yang didapatkan dari komunikasi data yang berlangsung antara perangkat RTL-SDR dengan satelit.



BAB V



PENUTUP Berisi hasil dan kesimpulan dari Tugas Akhir yang dilakukan.



BAB II Dasar Teori 2.1



Gelombang Elektromagnetik Gelombang didefinisikan segabai getaran atau gangguan yang meraambat. Elektromagnetik adalah gejala listrik yang diakibatkan oleh gerak mekanik magnet. Magnet adalah benda yang dapat menghasilkan gaya tarik atau gaya tolak terhadap benda lain (yang juga mungkin bersifat magnet). Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang memancar tanpa media rambat yang membawa muatan energi listrik dan magnet (elektromagnetik). Tidak seperti gelombang pada umumnya yang membutuhkan media rambat,gelombang elektromagnetik tidak memerlukan media rambat (sama seperti radiasi). Oleh karena tidak memerlukan mediaperambatan, gelombang elektromagnetik sering pula disebut sebagai radiasi eletromagnetik. Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Hertz. Bentuk gelombang elektromagnetik hampir sama seperti bentuk gelombang transversal pada umumnya, namun pada gelombang ini terdapat muatan energi listrik dan magnetik dimana medan listrik (E) selalu tegak lurus terhadap medan magnet (B) yang keduanya menuju ke arah gelombang seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.1.



Gambar 2.1 Bentuk gelombang elektromagnetik Gelombang dikarakteristikan oleh panjang gelombang dan frekuensi gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (f) dan cepat rambat cahaya (c) (Richard C. Johnson, 2007) yang ditujukkan pada persamaan 2.1. λ



f=



𝑐



........................................................................... (2.1)



Dengan keterangan : λ = panjang gelombang (m) c = cepat rambat cahaya (m/s) f = frekuensi (Hz)



sinar



Gelombang elektromagnetik meliputi cahaya, gelombang radio, sinar X, gamma, mikro gelombang, dan lain-lain. Berbagai gelombang



6



elektromagnetik hanya berbeda dalam panjang gelombang dan frekuensinya. Spektrum gelombang elektromagnetik yang biasanya berhubungan dengan berbagai interval frekuensi dan panjang gelombang. Interval ini sering tidak terdefinisikan secara benar dan kadang-kadang tumpang-tindih. Misalnya, gelombang elektromagnetik yang kira-kira 0,1 nm biasanya disebut sinar X, tetapi jika gelombang ini berasal dari radioaktivitas nuklir, disebut sinar gamma. Pembagian jenis-jenis spektrum gelombang elektromagnetik dapat dilihat pada gambar 2.2.



Gambar 2.2 Jenis – jenis spektrum elektromagnetik



2.2



Antena Antena adalah elemen penting yang ada pada setiap sistem Telekomunikasi tapa kabel (wireless / nirkabel), tidak ada sistem telekomunikasi wireless yang tidak menggunakan antena. Antena sendiri berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombang radio elektromagnetik. Selain itu, antena berfungsi sebagai transducer (pengubah) elektromagnetis, yaitu yang digunakan untuk mengubah gelombang tertuntun didalam saluran transmisi kabel menjadi gelombang yang merambat diruang bebas, serta sebagai alat penerima mengubah gelombang elektromagnetis ruang bebas menjadi gelombang tertuntun.



2.2.1 Penggunaan Antena Keberadaan antena pada sistem telekomunikasi tanpa kabel menjadi suatu yang tidak bisa dihindarkan. Setiap aplikasi menuntun suatu karakteristik dari antena yang dipakainya, yang harus didapatkan pada proses perencanaan perancangan antena. Berikut tiga bidang aplikasi penting dari penggunaan antena. a. Telekomunikasi Penggunaan antena pada sistem telekomunikasi diprioritaskan pengunaannya ketimbang penggunaan kabel (saluran transmisi) dikarenakan beberapa alasan – alasan yaitu ketidakmungkinan, ketidakpraktisan dan ketidakefisienan. b. Radar (Radio Detection And Ranging) Radar adalah sistem pendeteksi objek dengan menggunakan radio gelomang elektromagnetik untuk menentukan jarak, ketinggian, arah dan bahkan kecepatan dari suatu objek yang bergerak maupun tidak bergerak. Diteknik radar, antena yang dipergunakan harus memiliki beamwidth yang sangat kecil, sehingga bisa menentukan objek satu dengan yang lainnya.



Gambar 2.3 Beamwidth sebuah antena radar c. Astronomi Radio Pada astronomi digunakan pula beamwidth yang sangat kecil untuk mendapatkan data – data obyek diluar angkasa yang relative objektif.



8



2.2.2 Antena helix Antena helix terdiri dari konduktor tunggal atau multi konduktor terbuka yang berbentuk helix. Antena helix merupakan antena yang mempunyai bentuk tiga dimensi. Bentuk dari antena helix menyerupai per atau pegas dan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu. Antena helix mempunyai bentuk geometri tiga dimensi seperti pada Gambar 2.4. Gambar tersebut memperlihatkan bentuk dasar dari sebuah antena helix dengan parameter-parameternya adalah sebagai berikut : D = diameter dari helix C = circumference (keliling) dari helix = πD S = jarak antara lilitan α= sudutjepit (pitch angle) = arctan S/πD L = panjang dari 1 lilitan n = jumlah lilitan A = axial length = nS d = diameter konduktor helix



Gambar 2.4 (a)Bentuk dasar dari antena helix (b)Hubungan antara D, S, C, L Antena helix dapat dioperasikan dalam dua mode, yaitu mode transmisi (transmission mode) dan mode radiasi (radiation mode). Mode transmisi digunakan untuk menjelaskan bagaimana gelombang elektromagnetik dioperasikan sepanjang helix dapat diasumsikan sebagai saluran transmisi tak hingga atau waveguide, dimana beberapa mode transmisi yang berbeda dapat dioperasikan. Mode radiasi digunakan untuk mengetahui bentuk dari medanjauh (far field pattern) dari sebuah helix. Pada mode radiasi dikenal dua macam mode, yaitu mode axial dan mode normal.



2.2.3 Parameter – Parameter Antena Parameter – parameter antena sangat penting dalam perakitan dan perancangan sebuah antena. Hal ini untuk menentukan nilai – nilai dan tipe aplikasi antena yang akan dirancang dan digunakan.



2.2.3.1 Diagram Radiasi Diagram radiasi antena adalah sebagai besaran yang menentukan arah sudut mana sebuah antena memancarkan elektromagnetisnya. Diagram radiasi



9



menggambarkan distribusi energi yang dipancarkan oleh antena di ruang bebas. Besaran ini diukur pada far-field (medan jauh) dengan jarak yang konstan ke antena, dan divariasikan terhadap sudut biasanya sudut ϑ dan φ. Sehingga bisa dibedakan antena – antena yang mempunyai sifat pancar berupa Isotrop, Omnidirectional dan Directional. Adapun pengertian dari tiap – tiap sifat pancar tersebut ada sebagai berikut: a. Pola Isotropis Merupakan pola antena referensi dimana pola radiasi seperti bola menyebar kesegala arah, namun dalam kenyataannya tidak dapat direalisasikan (fiktif). b. Pola Omnidirectional Pola radiasi antena yang menyebar kesegala arah hanya di suatu bidang tertentu. c. Pola Directional Merupakan pola radiasi antena yang hanya bisa memancarkan energinya ke sudut tertentu.



2.2.3.2 Gain Antena Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah decibel (dB). Gain antena diukur dalam desibel, bisa dalam dBi ataupun dBd. Jika antena referensi adalah sebuah dipole, antena diukur dalam dBd. “d” disini mewakili dipole, jadi gain antena diukur relatif terhadap sebuah antena dipole. Jika antena referensi adalah sebuah isotropic, antena diukur dalam dBi. “i” disini mewakili isotropic, jadi gain antena diukur relatif terhadap sebuah antena isotropic. Namun dalam prakteknya jarang gain antena dihitung berdasarkan direktivitas dan efesiensi yang dimilikinya, karena untuk mendapatkan direktivitas antena memang diperlukan perhitungan yang tidak mudah. Sehingga pada umumnya orang lebih suka menyatakan gain antena dengan membandingkannya dengan antena lain yang dianggap sebagai antena standar (dengan metode pengukuran). Salah satu metode pengukuran gain seperti pada gambar 2.6. sebuah antena sebagai sumber radiasi, dicatu dengan daya tetap oleh transmitter sebesar Pin. Pertama, antena standar dengan gain maksimum yang sudah diketahui (Gs) digunakan sebagai antena penerima seperti telihat pada gambar 2.5a. Kedua antena ini memang saling diarahkan sedemikian rupa sehingga diperoleh daya output (Ps) yang maksimum pada antena penerima. Selanjutnya dalam posisi yang sama antena standar diganti dengan antena yang akan dicari gain-nya, sehingga terlihat pada gambar 2.5b. Dalam posisi ini antena



10



penerima harus memiliki poarisasi yang sama dengan antena standar dan selanjutnya diarahkan sedemikian rupa agar diperoleh daya output (Pt) yang maksimum. Apabila pada antena standar sudah diketahui gain maksimumnya, maka dari pengukuran diatas gain maksimum antena yang dicari dapat dihitung dengan : Gt (dB) = Pt (dB) – Ps (dB) + Gs (dB)



Gambar 2.5 Metode pengukuran gain antena dengan antena standar (a) (b)



Pengukuran daya output yang diterima oleh antena standar (Ps) Pengukuran daya output yang diterima oleh antena yang dites(Pt)



2.2.3.3 Faktor Refleksi (Return Loss) Return loss (S11) adalah salah satu parameter yang digunakan untuk mengetahui berapa banyak daya yang hilang pada beban dan tidak kembali sebagai pantulan. Return loss merupakan parameter yang menggambarkan kesesuaian impedansi (matching) antena. Koefisien refleksi merupakan perbandingan antara tegangan yang dipantulkan terhadap tegangan maju. Antena yang sangat bagus dapat memiliki nilai return loss yang lebih rendah dari –10 dB sehingga 90% sinyal diserap dan hanya 10% yang dipantulkan kembali. R = Vo+/Vo- .......................................................... (2.2) Dengan Vo- adalah tegangan pantul dan Vo+ adalah tegangan pancar. Return loss dinyatakan sebagai bentuk logaritmik dari koefisien pantul. S11 = -20 log |I’| ................................................ (2.3) Untuk matching sempurna antara transmitter dan antena, maka nilai R=0 dan RL = ~ yang berarti tidak ada daya yang dipantulkan, sebaliknya jika R = 1 dan RL = 0 dB maka semua daya dipantulkan.



11



2.2.3.4 Polarisasi Antena Polarisasi dari sebuah antena menginformasikan kearah mana medan listrik memiliki orientasi dalam perambatannya. Ada dua macam polarisasi : 1) Polarisasi Liniar Pada polarisasi linear, arah medan listrik tidak berubah dengan waktu, yang berubah hanya orientasinya saja (positif-negatif).



Gambar 2.6 Polarisasi Linear Gambar 2.6 menunjukkan sebuah gelombang yang memiliki polarisasi linier yang vertikal. Medan listrik terletak secara vertikal. Pada gambar tersebut arah medan listrik selalu menunjuk ke sumbu x positif atau negatif dan arah medan magnetnya selalu ke sumbu y positif atau negatif. Polarisasi linier vertikal bisa dihasilkan dengan antena dipole yang vertikal. Gelombang yang memiliki polarisasi linier vertikal juga harus diterima dengan antena yang bisa menghasilkan polarisasi vertikal. Antena horn dan antena reflektor juga menghasilkan polarisasi vertikal sesuai dengan peletakannya. Jika bidang lebar didatarkan, maka akan dihasilkan polarisasi vertikal. Jika bidang lebarnya didirikan, akan didapatkan polarisasi horisontal (medan listrik terletak horisontal). 2) Polarisasi Eliptis Berbeda dengan polarisasi linier, pada gelombang yang mempunyai polarisasi eliptis, dengan berjalannya waktu dan perambatannya, medan listrik dari gelombang itu melakukan putaran dengan ujung panah – panahnya terletak pada permukaan silinder dengan penampang elips. Polarisasi eliptis digunakan dengan tujuan mengantisipasi kemungkinan penerimaan sinyal akan mengalami depolarisasi ketika menembus awan. Polarisasi gelombang akan berubah kearah yang tidak bisa diprediksikan. Bagi gelombang berpolarisasi eliptis hal ini tidak terpengaruh.



Gambar 2.7 Polarisasi elips



12



2.2.3.5 Bandwidth antenna Bandwidth didefinisikan sebagai jangkauan frekuensi dimana performa antena, dengan mengacu pada beberapa karakteristik, dapat memenuhi standar yang telah ditentukan. Untuk persamaan bandwidth dalam persen (Bp) atau sebagai bandwidth rasio (Br) dinyatakan sebagai : Bp = fc = Br =



𝑓𝑢−𝑓𝑖 x 100% ................................................ 𝑓𝑐 𝑓𝑖+𝑓𝑢 .............................................................. 2 𝑓𝑢 ................................................................. 𝑓𝑖



(2.4) (2.5) (2.6)



dengan : Bp = bandwidth dalam persen (%) Br = bandwidth rasio fu = jangkauan frekuensi atas (Hz) fl = jangkauan frekuensi bawah (Hz) Salah satu cara untuk menentukan bandwidth dapat dilakukan dengan mengukur lebar rentang frekuensi dengan batasan -9,54 dB (Richard C. Johnson, 2007) pada grafik return loss .



Gambar 2.8 pengukuran bandwidth berdasarkan plot return loss



2.2.3.6 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) VSWR adalah rasio amplitudo tegangan maksimum terhadap amplitudo tegangan minimum dalam pola tegangan berdiri. Fluktuasi level daya yang dikarenakan adanya ketidaksesuaian saluran transmisi dengan beban. Besarnya nilai VSWR bervariasi antara 1 sampai ~ (tak terhingga). Semakin tinggi VSWR, semakin besar pula ketidaksesuaian. 1+|𝐼′| VSWR = ............................................................... (2.7) 1−|𝐼′|



13



2.2.3.7 Impedansi, Reaktansi, dan Resistansi Resistansi, reaktansi dan impedansi merupakan istilah yang mengacu pada karakteristik dalam rangkaian yang bersifat melawan arus listrik. Resistansi merupakan tahanan yang diberikan oleh resistor. Reaktansi merupakan tahanan yang bersifat reaksi terhadap perubahan tegangan atau perubahan arus. Nilai tahanannya berubah sehubungan dengan perbedaan fase dari tegangan dan arus. Selain itu reaktansi tidak mendisipasi energi. Sedangkan impedansi mengacu pada keseluruhan dari sifat tahanan terhadap arus baik mencakup resistansi, reaktansi atau keduanya. Ketiga jenis tahanan ini diekspresikan dalam satuan ohm. Berikut adalah rumus matematis dari impedansi, resistansi dan reaktansi : Z = R + jX Z = R + j(XL – Xc) |Z| =√𝑅 2 + 𝑋 2 .......................................................................... (2.8) Dimana : Z = Impedansi (Ω) R = Resistansi (Ω) X = Reaktansi (Ω)



2.2.4



Proses Pembuatan Antena Dalam proses perancangan suatu antena ada dua langkah penting yang biasa dilakukan. Tahap pertama adalah perhitungan secara teoritis, tahap pertama ini dilakukan perkiraan kasar akan besaran dari dimensi antena dengan menggunakan rumus sederhana dan bantuan software antena nyata yang dianggap bisa mewakili apa yang ada dilapangan. Tahap kedua adalah pembuatan atau fabrikasi antena yang didapatkan dari hasil langkah pertama. Dan yang terakhir adalah pengukuran atau validasi untuk mengukur performasi elektrisnya dengan mengamati parameter – parameter penting antena untuk memastikan keberhasilan dari proses perancangan itu sendiri.



2.3



Satelit Cuaca NOAA NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) mengembangkan satelit cuaca yang dikelompokkan berdasarkan orbit satelitnya yaitu orbit polar dan geostasioner. Satelit NOAA dengan orbit polar dikenal dengan sistem satelit POES (Polar-orbiting Operational Environmental Satellites). Sistem ini menawarkan keuntungan cakupan harian secara global, dengan membuat orbit kutub hampir 14 kali per hari di ketinggian sekitar 520 mil atau 837 km di atas permukaan bumi.



14



Gambar 2.9 Skematik Orbit Satelit Polar Orbit normal sebuah satelit membentuk elips dengan pusat berada pada titik fokus bumi dengan karakteristik apogee (titik terjauh dengan bumi), perigee (titik terdekat dengan bumi), ascending node (titik di mana satelit melalui ekuator dari selatan ke utara), descending node (titik di mana satelit melalui ekuator dari selatan ke utara), dan inclination (inklinasi) pada gambar 2.9 menunjukkan bahwa inklinasi didefinisikan sebagai sudut yang terbentuk antara poros bumi kutub utara tegak lurus dengan garisorbit satelit. (Lin, 2013) Saat ini satelit dengan sensor AVHRR pada orbit polar yang aktif sebanyak tiga buah dengan sistem koleksi data bekerjasama dengan satelit MetOp yang juga 6 membawa sensor AVHRR di dalamnya. Tabel 2.1 menunjukkan nama satelit POES dan status operasionalnya. Tabel 2.1 POES operational status Satelit Status Operasional Status NOAA-11, -11, -14, Decommisioned RED -16, -17 NOAA-15 AM Secondary GREEN NOAA-18 PM Secondary GREEN NOAA-19 PM Primary GREEN Satelit aktif ditandai dengan label Green pada tabel 2.1 menandakan semua instrumen pada satelit tersebut dalam keadaan baik. Sedangkan warna merah menunjukkan keadaan satelit yang tidak digunakan atau mengalami kerusakan.



15



Satelit NOAA dengan orbit geostasioner dikenal dengan nama satelit GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites). Satelit geostasioner mengorbit bumi di atas ekuator pada ketinggian 35.880 km, sehingga pergerakan satelit cuaca geostasioner tetap mengikuti rotasi bumi. Satelit ini dapat merekam dan mentransmisikan secara kontinyu gambar setengah bagian bumi yang berada di bawahnya dengan peran sensor yang dimiliki (Rajan, Soman, & A, 2013). Perbedaan secara grafis kemampuan scanning antara orbit polar dengan geostasioner ditunjukkan pada gambar 2.10.



Gambar 2.10 Perbandingan orbit satelit polar dan geostasioner



2.4



Balun Balun adalah alat yang digunakan untuk menyesuaikan impedansi antara antena dengan kabel coaxial, balun digunakan juga untuk menghubungkan antara feeder line yang unbalance misalnya kabel coaxial dengan antena yang balance seperti antena dipole. Balun dapat dipandang sebagai suatu transformator untuk link kopling antara feeder line dengan antena. Ia terdiri atas gulungan kawat diatas ferrite (batangan atau toroidal) atau dapat juga disebut sebagai inti udara. Balun dengan inti ferrite, harus diperhatikan pemilihan jenis ferritenya.



16



Balun sendiri memiliki berbagai jenis dan bahan pembuatnya. Berikut adalah contoh pengaplikasian balun pada antena dipole.



Gambar 2.11 contoh pengaplikasian balun pada antena dipole Pada Gambar 2.11, kabel coaxial terhubung langsung ke antena dipole. Agar antena dipole dapat beroperasi dengan baik, arus pada kedua lengan dipole harus sama besarnya. Namun, ketika kabel coaxial terhubung langsung ke antena dipole, arusnya tidak akan sama. Untuk melihat ini, perhatikan bahwa arus di sepanjang saluran transmisi harus sama besarnya pada konduktor dalam dan luar, seperti yang biasanya terjadi. Amati apa yang terjadi ketika coax terhubung ke dipol. Arus pada konduktor tengah (inti tengah merah / merah muda dari coax, berlabel IA) tidak memiliki output lain, jadi harus mengalir di sepanjang lengan dipole yang terhubung dengannya. Namun, arus yang bergerak di sepanjang sisi dalam konduktor luar (IB) memiliki dua opsi: ia dapat mengalir kebawah menuruni antena dipole, atau ke sisi sebaliknya (luar) konduktor luar kabel coaxial (berlabel IC pada Gambar 2.11).



2.5



SDR SDR yang kepanjangannya adalah Software Defined Radio, adalah suatu konsep yang dikembangkan di Amerika Serikat yang jika ditarik ke belakang akan sampai ke sekitar tahun 70-an. SDR ini mudahnya adalah Perangkat Radio yang terdiri dari Hardware yang sifatnya generik RF dan dikendalikan fungsinya melalui software. Jika dahulu kita punya hardware yang berbeda untuk mendengarkan Radio, menonton TV, komunikasi radio dll dengan konsep SDR cukup dengan satu hardware tetapi dengan software yang memiliki kemampuan menjadikannya seperti yang kita inginkan. (Tomar & Bhatia, 2015)



17



Software-defined radio (SDR) adalah teknik untuk mengubah komputer menjadi radio. Tapi bukan hanya radio AM / FM - dengan menggunakan daya komputasi pada desktop, dapat dngan mudah mendengarkan dan men-decode berbagai siaran. SDR dapat mengubah komputer menjadi alat penerima pita cuaca, pemindai laporan polisi / kebakaran, stasiun mendengarkan musik, dan banyak lagi. Alih-alih menyetel induktor secara manual, semuanya dilakukan dalam perangkat lunak dengan chip cukup cepat untuk mengambil dan mendekode gelombang radio dengan cepat. Berikut gambar dari RTL-SDR yang dijual dipasaran.



Gambar 2.12 macam – macam SDR



2.6



Sinyal APT APT diperkenalkan pada 1960-an dan menunjukkan usia dalam beberapa hal: ini adalah sinyal modulasi campuran (AM + FM) yang membawa muatan analog sepenuhnya. Format APT standar terdiri dari sekitar 2080 piksel baris, yang terbagi dalam dua sub-baris 909 piksel masing-masing milik dua sub-gambar yang berbeda (A dan B) dan kemudian diisi dengan kata-kata informasi sinkronisasi dan diagnostik. Gambar A dan B pada siang hari diperoleh dalam rentang yang terlihat dan dalam kisaran inframerah spektrum elektromagnetik masing-masing. Pada malam hari, gambar A diganti dengan satu diperoleh pada panjang gelombang inframerah berbeda dari bahwa dari B. Baris dapat dikelompokkan secara logis dalam bingkai 128 baris masing-masing: bingkai lengkap berisi data kalibrasi gambar dan referensi rentang dinamis (irisan). Payload digunakan untuk amplitude memodulasi pembawa 2400 Hz sesuai dengan persamaan 2.9. s(t) = [1+m(t)] A cos(2π fct) .................................. (2.9)



18



Di mana m (t) adalah sinyal modulasi, amplitudo pembawa dan fc frekuensi pembawa. Sinyal termodulasi amplitudo kemudian dimodulasi frekuensi dengan deviasi frekuensi sekitar 18-20 kHz dan ditransmisikan dalam pita 137 MHz pada sekitar 5 W EIRP (36,99 dBm) dan simbol rate 4160 sym / s. Antena dipolarisasi sirkular kanan (RHCP) mentransmisikan sinyal, sehingga harus berhati-hati ketika memilih jenis antena yang akan digunakan di stasiun penerima.



2.7



Software yang digunakan Berikut adalah software – software yang digunakan selama proses



pembuatan tugas akhir ini, baik itu digunakan untuk simulasi maupun untuk proses akuisisi data yang dilakukan.



2.7.1



Penggunaan software 4NEC2 4NEC2 adalah program perangkat lunak simulasi antena. Program dapat digunakan untuk memodelkan antena, dan kemudian menentukan melalui sifat-sifat simulasi seperti pola radiasi dan SWR dari antena yang dimodelkan. Perangkat lunak ini sangat berguna untuk mendesain antena buatan untuk RTL-SDR atau radio lainnya, atau untuk yang hanya mencoba memahami cara kerja antena. Berikut adalah gambaran GUI dari aplikasi 4NEC2.



Gambar 2.13 GUI software 4NEC2



19



2.7.2



Penggunaan software Gpredict Gpredict adalah aplikasi pelacakan satelit dan prediksi orbit waktu-nyata. Ini dapat melacak jumlah satelit yang tidak terbatas dan menampilkan posisi mereka dan data lainnya dalam daftar, tabel, peta, dan plot kutub (tampilan radar). Gpredict juga dapat memprediksi waktu lintasan masa depan untuk satelit, dan memberi informasi terperinci tentang setiap lintasan. Gpredict berbeda dari program pelacakan satelit lainnya karena memungkinkan untuk mengelompokkan satelit ke dalam modul visualisasi. Masing-masing modul ini dapat dikonfigurasikan secara independen dari yang lain sehingga memberikan fleksibilitas tanpa batas terkait tampilan dan nuansa modul. Secara alami, Gpredict juga akan memungkinkan untuk melacak satelit secara relatif ke lokasi pengamat yang berbeda - pada saat yang sama. Berikut adalah gambaran GUI dari aplikasi GPredict.



Gambar 2.14 GUI software GPredict



2.7.3



Penggunaan software WxtoImage WXtoImg adalah dekoder satelit cuaca APT dan WEFAX yang sepenuhnya otomatis. Perangkat lunak ini mendukung perekaman, decoding, pengeditan, dan melihat pada semua versi Windows, Linux, dan macOS.WXtoImg mendukung decodingreal-time, overlay peta, peningkatan warna tingkat lanjut, gambar 3-D, animasi, gambar multi-pass, transformasi proyeksi (misalnya Mercator), overlay teks, pembuatan halaman web otomatis, tampilan suhu, interfacing GPS, area luas pembuatan gambar komposit dan kontrol komputer untuk banyak penerimsat elit cuaca. Gambar 2.13 menunjukkan gambar GUI dari aplikasi WxtoImage.



20



Gambar 2.15 GUI aplikasi WxtoImg



2.8



MFJ-269 Antena Analyzer MFJ-269 RF analyzer adalah penganalisa impedansi RF dengan sumber power dari baterai yang memudahkannya untuk melakukan pengukuran dimana saja. Unit ini terdiri dari lima sirkuit dasar, yaitu : variable oscillator, frequency counter, frequency multiplier, 50 ohm RF bridge, a twelve-bit A-D converter, dan microcontroller. Unit ini sangat berguna dalam melakukan berbagai jenis pengukuran besaran antena dan juga pengukuran impedansi pada radio frekuensi, termasuk perhitungan loss pada kabel coaxial. MFJ-269 ini didesain khusus untuk menganalisis antena dengan impedansi 50 ohm dan sistem saluran transmisi, MFJ-269 juga mengukur impedansi RF dari hanya beberapa ohm sampai beberapa ratus ohm. Pengaturan Zo yang mudah diakses oleh pengguna di menu fungsi ADVANCED memungkinkan pengubahan SWR dan besaran antena lainnya, antara lain seperti return loss, reflection coefficient, match efficiency, dll. Berikut adalah gambaran fisik dari mfj-269 seperti ditunjukkan pada gambar 2.14.



21



Gambar 2.16 MFJ-269 Antenna Analyzer



2.8.1



Teknik Tuning Untuk mengetahui langkah tuning secara umum, harus dikuasai dulu teknik tuning bagi antenna – antena sederhana dengan menggunakan MFJ269 sebagai berikut : 1. Menghubung singkatkan/korsletkan inner dari connector kabel ke outernya, baru sambungkan connector ke MFJ269. 2. Menyetel frekuensi MFJ-269 sesuai frekuensi yang diinginkan. 3. Membaca SWR nya lalu merubah frekuensi MFJ-269 sampai ditemukan SWR terendah (tetapi harus selalu memastikan bahwa ZO dari kabel sudah match dengan ZO yg terbaca pada MFJ-269. 4. Membagi frekuensi yang terukur dengan frekuensi yang diinginkan. 5. Mengalikan panjang antena dengan hasil perhitungan pada langkah nomor 4.



BAB III PERANCANGAN SISTEM Sistem yang dirancang dalam tugas akhir ini meliputi proses perhitungan teoritis dan proses fabrikasi antena. Gambaran sistem yang dirancang seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1. Perancangan perangkat keras pada sistem terdiri dari perancangan antena Quadrifillar Helix (QFH). Sedangkan perangkat lunak menjelaskan tentang rancangan desain antena, sistem akuisisi data satelit cuaca NOAA15, dan NOAA19, dan perhitungan parameter - parameter antena untuk mendapatkan dimensi dan desain antena QFH yang akan dibuat. Dalam perancangan antena QFH, ada beberapa langkah penting yang akan dilakukan guna memperoleh sebuah antena yang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Beberapa langkah tersebut diantaranya adalah : 1. Penentuan jenis dan spesifikasi antena serta material yang akan digunakan. 2. Penentuan parameter satelit NOAA15 dan NOAA19. 3. Penentuan frekuensi kerja yang akan digunakan guna untuk melakukan perhitungan dimensi antenna. 4. Perhitungan matematis antena quadrifillar helix. 5. Simulasi desain antenna yang dirancang dengan menggunakan software 4NEC2, dengan cara melakukan perancangan dan simulasi antena QFH berdasarkan perbedaan rasio ukurannya dan menganalisa antena QFH dengan rasio ukuran berapa yang memiliki desain terbaik dan sesuai dengan parameter antena dan parameter satelit cuaca NOAA15 dan NOAA19. 6. Pengukuran parameter – parameter seperti pengukuran frekuensi keja antena, return loss, vswr antena dilakukan dau kali. Pengukuran parameter yang pertama dilakukan di ORARI Cujinti, Purwakarta dengan menggunakan alat MFJ-269 Antenna Analyzer. Dan pengukuran yang kedua dilakukan di LAB Radar dan Antena Universitas Indonesia dengan menggunakan Rohdez & Schwan ZVL13 Antenna Analyzer.



3.1



Diagram Blok Sistem



Pada diagram blok Rancang Bangun antena quadrifilar helix sebagai ground station satelit cuaca NOAA15 dan NOAA19 dengan perangkat RTL-SDR menunjukkan gambaran perancangan sistem secara umum. Sistem yang dirancang berupa antena QFH sebagai ground station satelit cuaca NOAA15 dan NOAA19. Diagram blok rancang bangun antena QFH ditunjukan pada gambar 3.1.



23



Gambar 3.1 Diagram blok rancang bangun antena QFH



3.2



Parameter Satelit NOAA Berikut merupakan parameter antena NOAA yang ditujukan pada tabel



3.1: Tabel 3.1 Parameter Satelit NOAA Dimensi Tinggi :165 in (4,19 m) Diameter: 74 in (1,88 m) Solar array area: 180,6 ft2 (16,8 m2) Berat 4920 lbs (2231,7 kg) Daya Hidup (hidup atau mati) 879,9 W Orbit Ketinggian: 870 km Kemiringan: 98,856° Waktu matahari lokal: 13:40 Berat Peralatan 982,5 lbs (445,6 kg) Daya Peralatan 450 W Rata – rata waktu matahari ketika Sekitar 14:00 melewati ekuator Rata – rata ketinggian 870 km Kepekaan saluran infrared thermal 0,12 K pada 300 K Jumlah piksel 1024 IFOV (Instantaneous Field of View) 1,3 ± 0,1 m rad Resolusi Terkecil 1,1 x 1,1 km



24



Lebar liputan / sapuan FOV (Field of View) Kecepatan garis (Line rate) Kecepatan data (Line data) Rentang Frekuensi Frekuensi Kerja



2.590 km 55,4° 360 garis/menit 665,4 x 100 bps 137 MHz – 138 MHz NOAA15: 137,5000 MHz NOAA19: 137,1000 MHz Tabel 3.1 merupakan nilai parameter dan spesifikasi dari satelit cuaca NOAA yang akan diakuisisi datanya. Satelit NOAA rata – rata melewati suatu daerah sebanyak 2 kali dalam sehari, malam dan siang hari. Antena yang dibuat untuk mengakuisisi citra satelit cuaca NOAA ini adalah antena Quadrifillar Helix yang didesain khusus agar bekerja sesuai dengan spesifikasi dan parameter satelit NOAA.



3.3



Perhitungan Teoritis



Tahap ini merupakan tahap awal yang biasa dilakukan dalam perancangan sebuah antena, tahap ini dilakukan perkiraan kasar akan besaran dari dimensi antena dengan menggunakan rumus sederhana dan bantuan software 4NEC2.



3.2.1



Penentuan Jenis dan Spesifikasi Antena QFH Antena quadrifillar helix yang akan direalisasikan mempunyai spesifikasi



sebagai berikut: Frekuensi Kerja Impedansi VSWR Pola Radiasi Polarisasi Gain



3.2.2



: : : : : :



137 - 138 MHz 50 Ω ≤2



Omni Directional Circular 10 – 13 dB



Perhitungan Matematis Antena QFH



Sebelum melakukan perancangan yang lebih lanjut, pertama – tama ditentukan dahulu nilai λ (Panjang Gelombang) yang dicari dengan persamaan (2.1): λ = c/f = 3.108/137,5.103 = 2181.8 mm = 218.18 cm Dimana : λ = panjang gelombang (m) c = cepat rambat cahaya (m/s) = 3.108 m/s f = frekuensi (Hz)



25



Selain itu bandwidth dapat pula dinyatakan dalam bentuk : bw = fu – fl bw = 138 MHz – 137 MHz = 1 MHz Dimana : bw = bandwidth fu = frekuensi diatas frekuensi tengah (fc) fl = frekuensi dibawah frekuensi tengah (fc) Nilai return loss yang baik adalah -9.54, nilai ini diperoleh untuk nilai VSWR ≤ 2 sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah matching nilai standar VSWR yang diizinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR ≤ 2.



3.2.3



Spesifikasi Rancangan Antena QFH



Perancangan antena QFH dimulai dengan menentukan spesifikasi perangkat yang akan digunakan. Berdasarkan jenis antena yang akan dibuat adalah antena penerima sinyal APT dari satelit cuaca NOAA, sehingga pada tugas akhir ini akan menggunakan rentang frekuensi 137 MHz - 138 MHz yang merupakan rentang frekuensi yang digunakan oleh satelit cuaca NOAA. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan dan membandingkan pola radiasi yang dihasilkan agar sinyal APT dapat diterima dengan baik oleh antena QFH yang dirancang. Berikut adalah spesifikasi antena yang akan dirancang seperti tabel dibawah ini: Tabel 3.2 spesifikasi parameter antena yang akan dibuat No Parameter Spesifikasi 1 Center Frequency 137,5 MHz 2 Bandwidth 1 MHz 3 Return Loss ≤-10 dB 4 VSWR