Penguat Derau Rendah Pada Frekuensi 1800 MHz.
Universitas Kristen Maranatha i
PENGUAT DERAU RENDAH PADA FREKUENSI 1800 MHz
Disusun Oleh:
Nama : Fauzan Helmy Nrp : 0622131
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,
email : fauzanhelmy85@yahoo.co.id
ABSTRAK
Redaman dan derau akan selalu muncul pada setiap informasi yang dikiriman yang umumnya tidak dapat dihilangkan. Oleh karena itu, pada sistem penerima diperlukan penguat sinyal yang berderau rendah (low noise amplifier), yang disebut LNA.
Pada Tugas Akhir ini, direalisasikan sebuah prototipe Penguat Derau Rendah yang bekerja pada frekuensi tengah 1800 MHz. Pada penguat ini, digunakan transistor BFR96TS sebagai komponen utama yang mempunyai penguatan (gain) maksimum 4.275 dB. Besarnya penguatan juga ditentukan oleh rangkaian prategangan, karena rangkaian ini menentukan titik kerja transistor agar dapat bekerja dan menghasilkan penguatan yang stabil. Untuk penyesuai impedansi digunakan saluran mikrostrip tunggal seimbang.
Besarnya penguatan dari realisasi alat ini sebesar 1.55 dB terjadi pada frekuensi 1.78 GHz, bergeser 20 MHz dari perancangan. Nilai VSWR input sebesar 1.96, lebih kecil daripada nilai VSWR output yaitu sebesar 2,59. Hal ini terjadi karena adanya redaman yang diakibatkan tidak tepatnya penyesuaian impedansi input ataupun impedansi output dari transistor, atau tidak tepatnya dimensi dari saluran mikrostrip yang digunakan untuk penyesuaian impedansi.
(2)
Universitas Kristen Maranatha ii
LOW NOISE AMPLIFIER AT 1800 MHz FREQUENCY
Composed by:
Nama : Fauzan Helmy Nrp : 0622131
Electrical Engineering, Maranatha Christian University, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,
email : fauzanhelmy85@yahoo.co.id ABSTRACT
The attenuation and noise always appear when information is transmitted and it generally can not be eliminated. Therefore a low noise amplifier (LNA) is needed in the receiving system to amplify a low noise signal.
For this final project, a prototype of the Low Noise Amplifier which is operated at centre frequency of 1800 MHz was developed. This amplifier uses BFR96TS transistor as the main component which has maximum gain of 4.275 dB. The DC biasing circuit is used because it determines the working point of the transistor and produced a stable gain. The single stub microstrip line is used for the matching impedance.
The prototype produced a gain of 1.55 dB at a frequency of 1.78 GHz which was 20 MHz different from the design value. The VSWR input of 1.96 was smaller than VSWR output of 2.59. An explanation for this is either the input impedance or the output impedance of the transistor not exactly matching the impedance of the microstrip used.
(3)
v Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ... 1
I.2 Identifikasi Masalah ... 1
I.3 Perumusan Masalah ... 2
I.4 Tujuan ... 2
I.5 Pembatasan Masalah ... 2
I.6 Metodologi ... 2
I.7 Spesifikasi Alat ... 2
I.8 Sistematika Pembahasan ... 3
BAB II DASAR TEORI II.1 Transistor Bipolar ... 4
II.2 Parameter S untuk Kutub-4 ... 6
II.3 Penguatan daya ... 8
II.4 Kestabilan Penguat ... 9
II.4.1 Sifat - Sifat Lingkaran Penguatan ... 11
II.4.1.1 Sifat - Sifat Lingkaran Penguatan ... 11
II.4.2 Transistor Stabil Bersyarat ... 12
II.5 Saluran Mikrostrip ... 12
(4)
vi Universitas Kristen Maranatha
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT
III.1 Perancangan ... 15
III.1.1 Spesifikasi ... 15
III.1.2 Perancangan Diagram Blok Sistem ... 15
III.2 Pengecekan Kestabilan ... 16
III.3 Perhitungan Penguatan Maksimum Transistor ... 17
III.4 Perancangan Rangkaian Pra-tegangan ... 17
III.5 Perancangan Penyesuai Impedansi ... 21
III.6 Pembuatan Layout PCB ... 27
III.7 Pembuatan Mika Film ... 27
III.8 Pembuatan PCB ... 27
III.9 Pembuatan Chasing ... 28
BAB IV HASIL DAN ANALISA IV.1 Peralatan yang Digunakan ... 29
IV.2 Pengukuran Tegangan dc ... 29
IV.2.1 Prosedur Pengukuran Tegangan dc ... 29
IV.2.2 Hasil Pengukuran ... 30
IV.2.3 Analisis hasil pengukuran ... 30
IV.3 Pengukuran Respons Frekuensi dan Gain ... 31
IV.3.1 Prosedur Pengukuran Respon Frekuensi dan Gain ... 31
IV.3.2 Hasil Pengukuran ... 32
IV.3.3 Analisis hasil pengukuran ... 34
IV.4 Pengukuran Return Loss ... 35
IV.4.1 Prosedur Pengukuran Return Loss ... 35
IV.4.2 Hasil Pengukuran ... 36
IV.4.3 Analisis hasil pengukuran ... 38
IV.5 Analisis Alat Secara Keseluruhan ... 4
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ... 41
(5)
vii Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA ... 42
LAMPIRAN – A Data Book Transistor BFR96TS LAMPIRAN – B Foto Data Pengamatan
(6)
viii Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Halaman 1. Tabel 4.1 Perbandingan hasil perhitungan dan pengukuran ... 30
(7)
ix Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Gambar 2.1 Model rangkaian ekivalen Transistor Bipolar ... 4
2. Gambar 2.2 (a) pra-tegangan pasif (b) pra-tegangan aktif ... 6
3. Gambar 2.3 Parameter S kutub-4 ... 7
4. Gambar 2.4 Penguat satu tingkat dengan penyesuai impedansi MN1 dan MN2 ... 8
5. Gambar 2.5 Kutub-4 dengan sumber dan beban ... 10
6. Gambar 3.1 Gambar 3.1 Diagram Blok Penguatan... 15
7. Gambar 3.2 Grafik Titik Kerja Transistor ... 17
8. Gambar 3.3 Rangkaian Pra-tegangan ... 18
9. Gambar 3.4 Rangkaian Penguat Derau Rendah ... 20
10. Gambar 3.5 Matching Stub Tunggal Seimbang ... 21
11. Gambar 3.6 Matching Input (ZS) ... 24
12. Gambar 3.7 Matching Output (ZL) ... 25
13. Gambar 3.8 Layout PCB ... 27
13. Gambar 3.9 Bagian dalam Alat ... 28
15. Gambar 3.10 Bagian Luar Alat ... 28
16. Gambar 4.1 Rangkaian pengukuran dc ... 30
17. Gambar 4.2 Rangkaian Pengukuran Gain ... 31
18. Gambar 4.3 Kurva respons gain pada frekuensi tengah 1.7 GHz ... 32
19. Gambar 4.4 Kurva respons gain pada frekuensi tengah 1.7 GHz ... 33
20. Gambar 4.5 Kurva respons gain pada frekuensi tengah 640 MHz dan 1.78 GHz ... 33
21. Gambar 4.6 Rangkaian pengukuran return loss ... 35
22. Gambar 4.7 Return Loss input pada frekuensi 1.63 GHz ... 36
23. Gambar 4.8 Return Loss output pada frekuensi 1.63 GHz ... 37
24. Gambar 4.9 Return Loss input pada frekuensi 1.8 GHz ... 37
(8)
LAMPIRAN A
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
LAMPIRAN - B
(19)
A-1
Respon Frekuensi
(20)
A-2
Return Loss
(21)
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, metodologi, spesifikasi alat, serta sistematika pembahasan.
I.1 Latar Belakang
Jaringan GSM tradisional telah dirancang dan dioperasikan pada spektrum tunggal. Walaupun konsep original untuk 900MHz band, sekarang formatnya telah beroperasi untuk 1800MHz yang disebut sebagai DCS 1800 (Digital Communication System 1800) sistem.
Masalah utama dalam sistem komunikasi, terutama untuk komunikasi radio adalah kemungkinan terjadinya redaman propagasi dan dari sinyal yang ditransmisikan oleh suatu sistem Base Station, menyebabkan penerimaan sinyal menjadi lemah. Untuk itu diperlukan suatu perangkat yang berfungsi sebagai penguat sinyal sehingga sinyal tersebut mencapai level yang diinginkan dan dapat diproses lebih lanjut oleh sistem selanjutnya.
Satu hal yang penting sebagai pertimbangan untuk perancangan penguat daya tinggi adalah Dynamic Range, yang didefinisikan sebagai range dari input atau output dengan penguatan linier. Pada saat level daya rendah, dynamic range dibatasi oleh noise figure atau sinyal minimum yang terdeteksi. Dan pada saat level daya tinggi, dynamic renge dibatasi oleh level daya yang sinyal kecilnya telah ditekan oleh daya 1dB.
I.2 Identifikasi Masalah
Identifikasi masalah Tugas Akhir ini adalah sinyal yang telah melewati saluran transmisi (khususnya udara pada komunikasi seluler) akan memudahkan derau (noise) untuk masuk. Derau yang telah menyatu dengan sinyal sangat sulit
(22)
BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha 2
untuk dihilangkan sehingga apabila sinyal tersebut dikuatkan maka deraupun akan ikut serta.
I.3 Perumusan Masalah
Perumusan masalah Tugas Akhir ini adalah bagaimana Membuat Penguat Derau Rendah untuk menguatkan sinyal – sinyal daya rendah yang dapat menekan derau sehingga tidak ikut menguat ?
I.4 Tujuan
Tujuan Tugas Akhir ini adalah merancang dan merealisasikan, serta menganalisa penguat derau rendah untuk menguatkan penerimaan sinyal daya kecil.
I.5 Pembatasan Masalah
Masalah yang dibahas tentang hal-hal yang terkait dengan perancangan dan realisasi penguat derau rendah, diantaranya :
1. Perancangan biasing dari transistor bipolar yang dipakai.
2. Perancangan penyesuai impedansi.
3. Pengukuran tegangan dc.
4. Pengukuran respon frekuensi dan gain. 5. Pengukuran return loss.
I.6 Metodologi
Langkah-langkah yang diambil pada Tugas Akhir ini adalah eksperimental dengan cara realisasi sistem dan uji coba.
I.7 Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat adalah sebagai berikut :
1. Transistor yang digunakan adalah BFR96TS sebagai komponen utama.
2. Frekuensi kerja pada frekuensi 1800 MHz.
3. Gain maksimum gpmax = 4.275 dB
(23)
BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha 3
I.8 Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan laporan Tugas Akhir ini disusun menjadi lima bab, yaitu sebagai berikut :
Bab I PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, metodologi, spesifikasi alat, serta sistematika pembahasan.
Bab II DASAR TEORI
Bab ini membahas tentang landasan teori mengenai teori-teori yang berkaitan dengan Penguat Derau Rendah, diantaranya adalah transistor bipolar, penguatan daya, kestabilan penguat, serta noise figure.
Bab III PERANCANGAN DAN REALISASI
Bab ini membahas perancangan dan realisasi yang dilakukan mulai dari perancangan biasing dari transistor bipolar yang dipakai, mengetahui jenis kestabilan dari transistor tersebut, menghitung matching network dengan menggunakan Smith Chart dan pembuatan casing.
Bab IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA
Pada bab ini akan dibahas hasil pengukuran yang dilakukan dan mendata parameter-parameter penting yang berhubungan dengan spesifikasi yang telah dirancang, serta melakukan analisis tentang hasil pengukuran tersebut.
Bab V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk perbaikan di masa mendatang.
(24)
Universitas Kristen Maranatha 41
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk perbaikan di masa mendatang.
V.1 Kesimpulan
Setelah merealisasikan dan menganalisis diperoleh beberapa kesimpulan diantaranya :
1. Penguatan sebesar 1.55 dB terjadi pada frekuensi 1.78 GHz, bergeser 20 MHz dari perancangan.
2. Nilai VSWR input lebih kecil yaitu VSWR input sebesar 1,96 dan VSWR
output sebesar 2,59.
3. Redaman yang masih terjadi diakibatkan tidak tepatnya penyesuaian impedansi input ataupun output.
V.2 Saran
Saran-saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Sebelum merealisasikan sebuah penguat, terutama penguat pada frekuensi
tinggi, perancangan harus dilakukan setepat mungkin karena sangat mempengaruhi kerja sistem yang akan dibuat.
2. Untuk konektor, sebaiknya menggunakan konektor yang khusus untuk PCB untuk meminimalkan redaman yang terjadi.
3. PCB yang digunakan mempunyai nilai koefisien relative yang besar untuk
(25)
Universitas Kristen Maranatha 42
DAFTAR PUSTAKA
1. Over view or wireless system, www.ee.sc.edu
2. Liao, Samuel Y., Microwave Circuit Analysis and Amplifier Design,
Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1987.
3. Collin, R. E., Foundation for Microwave Engineering, 2nd Edition, Mc Graw-Hill, Inc., 1996.
4. Ir. Enceng Sulaeman, MT., Diktat Teknik HF dan Gelombang Mikro,
Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Negeri Bandung, Juni 2001.
5. Pozar, David M., Microwave Engineering, 2nd Edition, John Willey & Sons, 1998.
6. http://www.microwaves101.com/index.cfm
7. http://www.emtalk.com/tutorials.htm
8. http://www.wikipedia.com
(1)
A-2
Return Loss
(2)
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, metodologi, spesifikasi alat, serta sistematika pembahasan.
I.1 Latar Belakang
Jaringan GSM tradisional telah dirancang dan dioperasikan pada spektrum tunggal. Walaupun konsep original untuk 900MHz band, sekarang formatnya telah beroperasi untuk 1800MHz yang disebut sebagai DCS 1800 (Digital Communication System 1800) sistem.
Masalah utama dalam sistem komunikasi, terutama untuk komunikasi radio adalah kemungkinan terjadinya redaman propagasi dan dari sinyal yang ditransmisikan oleh suatu sistem Base Station, menyebabkan penerimaan sinyal menjadi lemah. Untuk itu diperlukan suatu perangkat yang berfungsi sebagai penguat sinyal sehingga sinyal tersebut mencapai level yang diinginkan dan dapat diproses lebih lanjut oleh sistem selanjutnya.
Satu hal yang penting sebagai pertimbangan untuk perancangan penguat daya tinggi adalah Dynamic Range, yang didefinisikan sebagai range dari input atau output dengan penguatan linier. Pada saat level daya rendah, dynamic range dibatasi oleh noise figure atau sinyal minimum yang terdeteksi. Dan pada saat level daya tinggi, dynamic renge dibatasi oleh level daya yang sinyal kecilnya telah ditekan oleh daya 1dB.
I.2 Identifikasi Masalah
Identifikasi masalah Tugas Akhir ini adalah sinyal yang telah melewati saluran transmisi (khususnya udara pada komunikasi seluler) akan memudahkan derau (noise) untuk masuk. Derau yang telah menyatu dengan sinyal sangat sulit
(3)
BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha
2
untuk dihilangkan sehingga apabila sinyal tersebut dikuatkan maka deraupun akan ikut serta.
I.3 Perumusan Masalah
Perumusan masalah Tugas Akhir ini adalah bagaimana Membuat Penguat Derau Rendah untuk menguatkan sinyal – sinyal daya rendah yang dapat menekan derau sehingga tidak ikut menguat ?
I.4 Tujuan
Tujuan Tugas Akhir ini adalah merancang dan merealisasikan, serta menganalisa penguat derau rendah untuk menguatkan penerimaan sinyal daya kecil.
I.5 Pembatasan Masalah
Masalah yang dibahas tentang hal-hal yang terkait dengan perancangan dan realisasi penguat derau rendah, diantaranya :
1. Perancangan biasing dari transistor bipolar yang dipakai. 2. Perancangan penyesuai impedansi.
3. Pengukuran tegangan dc.
4. Pengukuran respon frekuensi dan gain. 5. Pengukuran return loss.
I.6 Metodologi
Langkah-langkah yang diambil pada Tugas Akhir ini adalah eksperimental dengan cara realisasi sistem dan uji coba.
I.7 Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat adalah sebagai berikut :
1. Transistor yang digunakan adalah BFR96TS sebagai komponen utama. 2. Frekuensi kerja pada frekuensi 1800 MHz.
3. Gain maksimum gpmax = 4.275 dB
(4)
BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha
3
I.8 Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan laporan Tugas Akhir ini disusun menjadi lima bab, yaitu sebagai berikut :
Bab I PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, metodologi, spesifikasi alat, serta sistematika pembahasan.
Bab II DASAR TEORI
Bab ini membahas tentang landasan teori mengenai teori-teori yang berkaitan dengan Penguat Derau Rendah, diantaranya adalah transistor bipolar, penguatan daya, kestabilan penguat, serta noise figure.
Bab III PERANCANGAN DAN REALISASI
Bab ini membahas perancangan dan realisasi yang dilakukan mulai dari perancangan biasing dari transistor bipolar yang dipakai, mengetahui jenis kestabilan dari transistor tersebut, menghitung matching network dengan menggunakan Smith Chart dan pembuatan casing.
Bab IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA
Pada bab ini akan dibahas hasil pengukuran yang dilakukan dan mendata parameter-parameter penting yang berhubungan dengan spesifikasi yang telah dirancang, serta melakukan analisis tentang hasil pengukuran tersebut.
Bab V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk perbaikan di masa mendatang.
(5)
Universitas Kristen Maranatha
41
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk perbaikan di masa mendatang.
V.1 Kesimpulan
Setelah merealisasikan dan menganalisis diperoleh beberapa kesimpulan diantaranya :
1. Penguatan sebesar 1.55 dB terjadi pada frekuensi 1.78 GHz, bergeser 20 MHz dari perancangan.
2. Nilai VSWR input lebih kecil yaitu VSWR input sebesar 1,96 dan VSWR output sebesar 2,59.
3. Redaman yang masih terjadi diakibatkan tidak tepatnya penyesuaian impedansi input ataupun output.
V.2 Saran
Saran-saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Sebelum merealisasikan sebuah penguat, terutama penguat pada frekuensi tinggi, perancangan harus dilakukan setepat mungkin karena sangat mempengaruhi kerja sistem yang akan dibuat.
2. Untuk konektor, sebaiknya menggunakan konektor yang khusus untuk PCB untuk meminimalkan redaman yang terjadi.
3. PCB yang digunakan mempunyai nilai koefisien relative yang besar untuk frekuensi tinggi
(6)
Universitas Kristen Maranatha
42
DAFTAR PUSTAKA
1. Over view or wireless system, www.ee.sc.edu
2. Liao, Samuel Y., Microwave Circuit Analysis and Amplifier Design, Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1987.
3. Collin, R. E., Foundation for Microwave Engineering, 2nd Edition, Mc Graw-Hill, Inc., 1996.
4. Ir. Enceng Sulaeman, MT., Diktat Teknik HF dan Gelombang Mikro, Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Negeri Bandung, Juni 2001.
5. Pozar, David M., Microwave Engineering, 2nd Edition, John Willey & Sons, 1998.
6. http://www.microwaves101.com/index.cfm 7. http://www.emtalk.com/tutorials.htm 8. http://www.wikipedia.com