HALAMAN JUDUL - Rancang Bangun Power Combiner / Divider Untuk Antena Array Pada Frekuensi S Band Untuk Sistem Radar Berbasis Software Defined Radio - ITS Repository

  _{TUGAS AKHIR - TE 141599}

HALAMAN JUDUL

RANCANG BANGUN POWER COMBINER / DIVIDER

UNTUK ANTENA ARRAY PADA FREKUENSI S BAND

UNTUK SISTEM RADAR BERBASIS SOFTWARE

  Hidayah NRP 2211 100 016 Dosen Pembimbing Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng., Ph.D. Eko Setijadi, ST., MT., Ph.D. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

  FINAL PROJECT - TE 141599 DESIGN OF POWER COMBINER / DIVIDER FOR

ANTENNA ARRAY IN S BAND FREQUENCY FOR

RADAR SYSTEM BASED ON SOFTWARE DEFINED

RADIO Hidayah NRP 2211 100 016 Supervisors Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng., Ph.D. Eko Setijadi, ST., MT., Ph.D. DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2016

  

RANCANG BANGUN POWER COMBINER / DIVIDER

UNTUK ANTENA ARRAY PADA FREKUENSI S BAND

UNTUK SISTEM RADAR BERBASIS SOFTWARE

DEFINED RADIO

  

Hidayah

2211 100 016

Dosen Pembimbing I : Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng., Ph.D. Dosen Pembimbing II : Eko Setijadi, ST., MT., Ph.D.

  ABSTRAK

ABSTRAK

  Dalam sistem radar, sebuah antena yang spesifik diperlukan guna

mendeteksi target pada cakupan wilayahnya dengan akurasi yang tinggi.

Pembuatan antena yang sesuai dengan kebutuhan tersebut, efisien,

berdimensi kecil, dan mudah dikonfigurasikan susunannya dapat

menggunakan antena mikrostrip array.

  Pada antena mikrostrip array, terdapat power combiner/divider

yang berperan penting sebagai penggabung daya yang masuk melalui

beberapa port input-nya menjadi satu port output dan sebagai pembagi daya

yang masuk melalui satu port input-nya menjadi beberapa port output. Power

combiner/divider membutuhkan spesifikasi tertentu yang harus dipenuhi,

seperti return loss dan insertion loss yang harus dibuat serendah mungkin.

  Dalam penelitian ini direalisasikan power combiner/divider yang

bekerja pada frekuensi 3 GHz. Power combiner/divider tersebut dirancang

dengan menggunakan metode Wilkinson dan teknologi mikrostrip.

Perancangan dilakukan secara teoritis dan dioptimalisasi dengan

menggunakan software CST Microwave Studio 2012.

  Pada hasil pengukuran, power combiner/divider 1 to 2 yang telah

difabrikasi memiliki return loss ≤ -10 dB, insertion loss berkisar -6.737 dB

sampai dengan -6.948 dB, isolasi antar port ≤ -20 dB, dan VSWR-nya ≤ 1.5.

Sedangkan pada power combiner/divider 1 to 3 yang telah difabrikasi

memiliki return loss sebesar ≤ -10 dB, insertion loss loss berkisar -5.302 dB

sampai dengan -9.301 dB, isolasi antar port ≤ -20 dB, dan VSWR-nya ≤ 1.5.

  Kata Kunci : Radar, Power Combiner, Power Divider, Wilkinson

  

[Halaman ini sengaja dikosongkan]

  

DESIGN OF POWER COMBINER / DIVIDER FOR

ANTENNA ARRAY IN S BAND FREQUENCY FOR

RADAR SYSTEM BASED ON SOFTWARE DEFINED

RADIO

  Hidayah 2211 100 016 Supervisor I : Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng., Ph.D. Supervisor II : Eko Setijadi, ST., MT., Ph.D.

  ABSTRACT

ABSTRACT

  In radar system, a specific antenna needed to detect targets in the coverage area with high accuracy. Manufacture antennas that fit those needs, efficient, small dimension, and the designation can easily be configured using microstrip antenna array.

  In microstrip antenna array, there is a power combiner/divider which important as a power combiner that combine some power from input ports into an ouput port and a power divider that divide some power from input port into multiple output ports. Power combiner/divider requires certain specifications that must be fulfilled, such as return loss and insertion loss to be made as low as possible.

  In this study realized the power combiner/divider which works at a frequency of 3 GHz. Power combiner/divider is designed using microstrip Wilkinson and technology. The design is done theoretically and optimized using software CST Microwave Studio 2012.

  From the measurement, power combiner/divider 1 to 2 has ≤ -10 dB for return loss, from -6.737 dB to -6.948 dB for insertion loss, ≤ -20 dB for isolation between ports, and ≤1.5 for VSWR. While for power combiner/divider 1 to 3 there are ≤ -10 dB for return loss, from -5.302 dB to

• 9.301 dB for insertion loss, ≤ -20 dB for isolation between ports, and ≤1.5 for VSWR.

  Keyword : Radar, Power Combiner, Power Divider, Wilkinson

  

[Halaman ini sengaja dikosongkan]

KATA PENGANTAR

  Alhamdulillahirabbil ‘alamin, puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas berkat dan rahmat-Nya yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul:

  

“RANCANG BANGUN POWER COMBINER / DIVIDER UNTUK

ANTENA ARRAY PADA FREKUENSI S BAND UNTUK SISTEM

RADAR BERBASIS SOFTWARE DEFINED RADIO ”

  Penulis berterima kasih atas bantuan, bimbingan, dan kerjasama kepada :

  1. Almarhum Papa, Pietoyo Soewondo, yang selalu bisa mengingatkan akan arti hidup dan prosesnya. Mama, Syufriyarmi, yang selalu menanti kepulangan dan setia memberikan wejangan. Kemudian, Mas, Didiet Syufiyarto, pengingat dalam setiap keputusan. Dan Muhammad Fanani Gamestya Moerad, yang selalu menemani.

  2. Bapak Gamantyo Hendrantoro, dosen pembimbing pertama, dan Ibu Endang Widjiati yang telah memberikan perhatian dan bantuan.

  3. Bapak Eko Setijadi, dosen pembimbing kedua atas bimbingan dan arahan.

  4. Bapak Endroyono, Koordinator Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia Jurusan Teknik Elektro ITS dan Bapak Ardyono Priyadi, Ketua Jurusan Teknik Elektro ITS.

  5. Bapak dan Ibu dosen bidang studi Telekomunikasi Multimedia, Teknik Elektro ITS.

  6. Rekan-rekan E-51 dan LJ TMM atas segala motivasi yang diberikan.

  Penyusunan laporan ini masih terdapat kekurangan, namun penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi yang membutuhkannya.

  Surabaya, Januari 2016 Penulis

  

[Halaman ini sengaja dikosongkan]

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................... i

PERNYATAAN KEASLIAN..................................................................... v

LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................... vii

ABSTRAK .................................................................................................. ix

ABSTRACT ............................................................................................... xi

KATA PENGANTAR ............................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xix

DAFTAR TABEL .................................................................................. xxiii

BAB 1 ........................................................................................................... 1

  2.5 Power Combiner / Power Divider [6] ............................................. 12

  2.7.1 Computer Software Technology Microwave Studio [10] ........... 24

  2.7 Instrumen Perancangan dan Pengukuran ......................................... 24

  2.6.6 Bandwidth [8] ............................................................................ 23

  2.6.5 Voltage Standing Wave Ratio [8] ............................................... 23

  2.6.4 Isolation Loss [8] ....................................................................... 22

  2.6.3 Insertion Loss [8] ....................................................................... 22

  2.6.2 Return Loss [8] .......................................................................... 21

  2.6.1 Scattering Parameter ................................................................. 17

  2.6 Parameter Performansi Power Combiner / Power Divider ............. 17

  2.5.2 Power Combiner / Power Divider 1 to 2 dan 1 to 3 ................... 14

  2.5.1 Wilkinson Power Combiner / Power Divider [6] ....................... 13

  2.4.2 Phased Array Antenna [1] ......................................................... 11

  1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1

  2.4.1 Antena Mikrostrip ........................................................................ 9

  2.4 Antena Mikrostrip Array ................................................................... 9

  2.3 Frekuensi S Band [5] ......................................................................... 8

  2.2 Software Defined Radio [4] ............................................................... 8

  2.1 Sistem Radar [3] ................................................................................ 7

  

BAB 2 ........................................................................................................... 7

  1.6 Relevansi ........................................................................................... 5

  1.5 Sistematika Laporan .......................................................................... 5

  1.4 Metodologi ........................................................................................ 3

  1.3 Tujuan................................................................................................ 3

  1.2 Permasalahan ..................................................................................... 2

  2.7.2 Network Analyzer ....................................................................... 25

  2.7.3 Kabel Jumper RG8..................................................................... 25

  4.1.1 Return Loss ................................................................................ 49

  Dokumentasi Pengukuran ........................................................................ 89 Pengesahan Proposal ................................................................................ 90

  

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 87

LAMPIRAN .............................................................................................. 89

  5.2 Saran ................................................................................................ 85

  5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 85

  

BAB 5 ......................................................................................................... 85

  4.3 Sintesis ............................................................................................ 82

  4.2.4 Voltage Standing Wave Ratio .................................................... 76

  4.2.3 Isolation Loss ............................................................................. 67

  4.2.2 Insertion Loss ............................................................................. 58

  4.2.1 Return Loss ................................................................................ 50

  4.2 Data dan Analisis Hasil Pengukuran ............................................... 50

  4.1.4 Voltage Standing Wave Ratio .................................................... 50

  4.1.3 Isolation Loss ............................................................................. 49

  4.1.2 Insertion Loss ............................................................................. 49

  4.1 Metode Pengukuran ......................................................................... 44

  2.7.4 Resistor SMD ............................................................................. 26

  

BAB 4 ......................................................................................................... 43

  3.6 Pemasangan Konektor dan Resistor ................................................ 40

  3.5 Fabrikasi Rancangan ....................................................................... 39

  3.4 Perancangan Secara Simulasi .......................................................... 35

  3.3.4 Lebar dan Panjang Saluran Transmisi λ/4 ................................. 33

  3.3.3 Penambahan Transformator Saluran λ/4 .................................... 33

  3.3.2 Lebar dan Panjang Saluran untuk Masing-Masing .............. 31

  3.3.1 Menentukan Impedansi Karakteristik Saluran ........................... 30

  3.3 Perancangan Secara Teoritis ............................................................ 30

  3.2 Spesifikasi Rancangan ..................................................................... 30

  3.1 Diagram Alir Perancangan .............................................................. 29

  

BAB 3 ......................................................................................................... 29

  2.7.6 N-Male Connector ..................................................................... 27

  2.7.5 SMA Female PCB Connector .................................................... 26

  

BIOGRAFI PENULIS .............................................................................. 91

  

TABLE OF CONTENT

COVER ......................................................................................................... i

ORIGINALITY SHEET ............................................................................ v

APPROVAL SHEET ................................................................................ vii

ABSTRAK .................................................................................................. ix

ABSTRACT ............................................................................................... xi

PREFACE ................................................................................................ xiii

  2.5 Power Combiner / Power Divider [6] .............................................. 12

  2.7.1 Computer Software Technology Microwave Studio [10] .......... 24

  2.7 Design and Measurement Instrument .............................................. 24

  2.6.6 Bandwidth [8] ............................................................................ 23

  2.6.5 Voltage Standing Wave Ratio [8] .............................................. 23

  2.6.4 Isolation Loss [8] ....................................................................... 22

  2.6.3 Insertion Loss [8] ....................................................................... 22

  2.6.2 Return Loss [8] .......................................................................... 21

  2.6.1 Scattering Parameter .................................................................. 17

  2.6 Quality Parameter Power Combiner / Power Divider ..................... 17

  2.5.2 Power Combiner / Power Divider 1 to 2 and 1 to 3 ................... 14

  2.5.1 Wilkinson Power Combiner / Power Divider [6] ....................... 13

  2.4.2 Phased Array Antenna [1] .......................................................... 11

  

ILLUSTRATION ..................................................................................... xix

TABELS ................................................................................................. xxiii

CHAPTER 1 ................................................................................................ 1

  2.4.1 Microstrip Antenna ...................................................................... 9

  2.4 Microstrip Array Antenna ................................................................. 9

  2.3 S Band Frequency [5] ........................................................................ 8

  2.2 Software Defined Radio [4] ............................................................... 8

  2.1 Radar System [3] ............................................................................... 7

  

CHAPTER 2 ................................................................................................ 7

  1.6 Relevance .......................................................................................... 5

  1.5 Systematic Report .............................................................................. 5

  1.4 Methodology ..................................................................................... 3

  1.3 Purpose .............................................................................................. 3

  1.2 State of the Problem .......................................................................... 2

  1.1 Background ....................................................................................... 1

  2.7.2 Network Analyzer ...................................................................... 25

  2.7.3 RG8 Jumper Wire ...................................................................... 25

  4.1.1 Return Loss ................................................................................ 49

  Measurement Documentation .................................................................. 89 Approval Proposal ................................................................................... 90

  

BIBLIOGRAPHY ..................................................................................... 87

ENCLOSURE ........................................................................................... 89

  5.2 Advice ............................................................................................. 85

  5.1 Conclusion ....................................................................................... 85

  

CHAPTER 5 .............................................................................................. 85

  4.3 Synthesis .......................................................................................... 82

  4.2.4 Voltage Standing Wave Ratio .................................................... 76

  4.2.3 Isolation Loss ............................................................................. 67

  4.2.2 Insertion Loss ............................................................................. 58

  4.2.1 Return Loss ................................................................................ 50

  4.2 Data and Analysis Measurement ..................................................... 50

  4.1.4 Voltage Standing Wave Ratio .................................................... 50

  4.1.3 Isolation Loss ............................................................................. 49

  4.1.2 Insertion Loss ............................................................................. 49

  4.1 Measurement Methode .................................................................... 44

  2.7.4 SMD Resistor ............................................................................. 26

  

CHAPTER 4 .............................................................................................. 43

  3.6 Connector and Resistor Installation ................................................. 40

  3.5 Design Fabrication .......................................................................... 39

  3.4 Design Simulation ........................................................................... 35

  3.3.4 The Width and Length λ/4 Transmission Line .......................... 33

  3.3.3 Increase λ/4 Transformator Line ................................................ 33

  3.3.2 The Width and Length of Line for Each .............................. 31

  3.3.1 Determine Characteristic Line Impedance ................................. 30

  3.3 Theoritical Design ........................................................................... 30

  3.2 Design Spesification ........................................................................ 30

  3.1 Flow Chart ....................................................................................... 29

  

CHAPTER 3 .............................................................................................. 29

  2.7.6 N-Male Connector ..................................................................... 27

  2.7.5 SMA Female PCB Connector .................................................... 26

  

BIOGRAPHY ............................................................................................ 91

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip Kerja Radar .............................................................................. 7Gambar 2.2 Arsitektur Ideal SDR ............................................................................ 8Gambar 2.3 Pembagian Frekuensi Radio ................................................................. 9Gambar 2.4 Konsep Dasar Antena ......................................................................... 10Gambar 2.5 Antena Mikrostrip .............................................................................. 10Gambar 2.6 Bentuk Patch Antena Mikrostip ......................................................... 10Gambar 2.7 Contoh Antena Mikrostrip Array 4 Elemen ....................................... 11Gambar 2.8 Blok Diagram Front-End Radar menggunakan Antena Phased Array

  

................................................................................................................................. 12

Gambar 2.9 Power Divider dan Power Combiner ................................................. 12Gambar 2.10 Struktur transformator seperempat panjang gelombang .................. 14Gambar 2.11 Rangkaian Sederhana Power Combiner/Divider 1 to 2 .................... 16Gambar 2.12 Contoh Rangkaian Power Combiner/Divider 1 to 3 ......................... 17Gambar 2.13. Rangkaian Ekuivalen N-Port Network ............................................ 17Gambar 2.14. Konsep S-Parameter dalam Wilkinson Power Combiner/Divider ... 20Gambar 2.15 Logo CST Microwave Studio ............................................................ 24Gambar 2.16 Advantest R3770 Network Analyzer ................................................. 25Gambar 2.17. Agilent N9923A Fieldfox RF Vector Network Analyzer .................. 25Gambar 2.18. Kabel Jumper RG8 .......................................................................... 26Gambar 2.19. Resistor SMD 100 Ohm .................................................................. 26Gambar 2.20 SMA Female PCB Connector 50 Ohm ............................................ 26Gambar 2.21. N-Male Connector ........................................................................... 27Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Power Combiner/Divider ........................ 29Gambar 3.2 Desain Power Combiner/Divider 1 to 2 ............................................. 36Gambar 3.3 Parameter Power Combiner/Divider 1 to 2 ........................................ 37Gambar 3.4. Hasil Desain Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS ........ 37Gambar 3.5 Desain Power Combiner/Divider 1 to 3 ............................................. 38Gambar 3.6. Hasil Desain Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS ........ 38Gambar 3.7 Parameter Power Combiner/Divider 1 to 3 ........................................ 39Gambar 3.8 PCB Power Combiner/Divider 1 to 2 ................................................. 39Gambar 3.9 PCB Power Combiner/Divider 1 to 3 ................................................. 39Gambar 3.10 Power Combiner/Divider 1 to 2 ....................................................... 40Gambar 3.11 Power Combiner/Divider 1 to 3 ....................................................... 41Gambar 4.1. Diagram Alir Proses Pengukuran Unjuk Kerja Power

  

Combiner/Divider .................................................................................................... 43

Gambar 4.2 Navigation Tree untuk Melihat Hasil Simulasi pada CST MWS ........ 45Gambar 4.3 Proses Kalibrasi pada Network Analyzer ............................................ 46Gambar 4.4 Kalibrator : Short Port, Load Port, dan Open Port ............................ 46Gambar 4.5. Dummy Load 50 Ω............................................................................ 46Gambar 4.6. Blok Diagram Pengukuran Power Combiner/Divider dengan NA .... 47Gambar 4.7. Susunan Alat dengan Agilent N9923A Fieldfox RF Vector Network

  

Analyzer ................................................................................................................... 48

Gambar 4.8. Susunan Alat dengan Advantest R3770 Network Analyzer ................ 48Gambar 4.9. S11 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS ............ 50Gambar 4.10. S11 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA di LIPI Bandung

  

................................................................................................................................. 51

Gambar 4.11. S22 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS .......... 51Gambar 4.12. S22 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA di B.306 ITS . 52Gambar 4.13. S33 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS .......... 52Gambar 4.14. S33 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA di B.306 ITS . 52Gambar 4.15. S11 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 54Gambar 4.16. S11 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di LIPI Bandung

  

................................................................................................................................. 54

Gambar 4.17. S22 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 55Gambar 4.18. S22 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 55Gambar 4.19. S33 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 55Gambar 4.20. S33 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 56Gambar 4.21. S44 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 56Gambar 4.22. S44 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 56Gambar 4.23. S12 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS .......... 58Gambar 4.24. S12 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA ...................... 58Gambar 4.25. S21 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS .......... 59Gambar 4.26. S21 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA ...................... 59Gambar 4.27. S13 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS .......... 59Gambar 4.28. S13 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA ...................... 60Gambar 4.29. S31 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS .......... 60Gambar 4.30. S31 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA ...................... 60Gambar 4.31. S12 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 62Gambar 4.32. S12 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di LIPI Bandung

  

................................................................................................................................. 62

Gambar 4.33. S21 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 63Gambar 4.34. S21 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 63Gambar 4.35. S13 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 63Gambar 4.36. S13 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di LIPI Bandung

  

................................................................................................................................. 64

Gambar 4.37. S31 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 64Gambar 4.38. S31 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 65Gambar 4.39. S14 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 65Gambar 4.40. S14 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di LIPI Bandung

  

................................................................................................................................. 65

Gambar 4.41. S41 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 66Gambar 4.42. S41 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 66Gambar 4.43. S23 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS .......... 68Gambar 4.44. S23 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA di LIPI Bandung

  

................................................................................................................................. 68

Gambar 4.45. S32 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST MWS .......... 69Gambar 4.46. S32 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA ...................... 69Gambar 4.47. S23 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 70Gambar 4.48. S23 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di LIPI Bandung

  

................................................................................................................................. 71

Gambar 4.49. S32 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 71Gambar 4.50. S32 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 72Gambar 4.51. S24 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 72Gambar 4.52. S24 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 72Gambar 4.53. S42 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 73Gambar 4.54. S42 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 73Gambar 4.55. S34 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 73Gambar 4.56. S34 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 74Gambar 4.57. S43 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST MWS .......... 74Gambar 4.58. S43 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA di B.306 ITS . 74Gambar 4.59. VSWR port 1 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST

  

MWS ....................................................................................................................... 76

Gambar 4.60. VSWR port 1 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA di

  

LIPI Bandung .......................................................................................................... 76

Gambar 4.61. VSWR port 2 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST

  

MWS ....................................................................................................................... 77

Gambar 4.62. VSWR port 2 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA di

  

B.306 ITS ................................................................................................................ 77

Gambar 4.63. VSWR port 3 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada CST

  

MWS ....................................................................................................................... 77

Gambar 4.64. VSWR port 3 untuk Power Combiner/Divider 1 to 2 pada NA di

  

B.306 ITS ................................................................................................................ 78

Gambar 4.65. VSWR port 1 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST

  

MWS ....................................................................................................................... 79

Gambar 4.66. VSWR port 1 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA ...... 79Gambar 4.67. VSWR port 2 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST

  

MWS ....................................................................................................................... 80

Gambar 4.68. VSWR port 2 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA ...... 80Gambar 4.69. VSWR port 3 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST

  

MWS ....................................................................................................................... 80

Gambar 4.70. VSWR port 3 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA ...... 81Gambar 4.71. VSWR port 4 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada CST

  

MWS ....................................................................................................................... 81

Gambar 4.72. VSWR port 4 untuk Power Combiner/Divider 1 to 3 pada NA ...... 81Gambar 6.1. Pengukuran Alat di LIPI Bandung .................................................... 89Gambar 6.2. Pengukuran Alat di Laboratorium Antena dan Propagasi Ruang B.306

  

ITS ........................................................................................................................... 89

  

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Spesifikasi Rancangan untuk Power Combiner/Divider ........................ 30Tabel 3.2. Spesifikasi PCB ..................................................................................... 30Tabel 4.1. Data Return Loss pada Power Combiner/Divider 1 to 2 ........................ 53Tabel 4.2. Data Return Loss pada Power Combiner/Divider 1 to 3 ........................ 57Tabel 4.3. Data Insertion Loss pada Power Combiner/Divider 1 to 2 ..................... 61Tabel 4.4. Data Insertion Loss pada Power Combiner/Divider 1 to 3 ..................... 66Tabel 4.5. Data Isolation Loss pada Power Combiner/Divider 1 to 2 ..................... 69Tabel 4.6. Data Isolation Loss pada Power Combiner/Divider 1 to 3 ..................... 75Tabel 4.7. Data VSWR pada Power Combiner/Divider 1 to 2 ................................ 78Tabel 4.8. Data VSWR pada Power Combiner/Divider 1 to 3 ................................ 82

  

[Halaman ini sengaja dikosongkan]

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Teknologi Radar (Radio Detection and Ranging) dari tahun ke tahun semakin berkembang. Penggunaan radar yang mampu mendeteksi objek menyebabkan radar banyak dimanfaatkan dalam berbagai sektor kebutuhan. Salah satu contoh teknologi radio frequency (RF) ini dapat digunakan dalam bidang telekomunikasi, medis, dan militer. Pada hakikatnya, sistem komunikasi melalui gelombang radio adalah mengkonsentrasikan energi ke arah yang diinginkan.

  Sistem radar menetapkan karakteristik target melalui radiasi gelombang elektromagnetik terhadap target kemudian menganalisa gelombang pantul terhadap radar penerima. Lokasi target dapat ditemukan dari orientasi beam antena. Di saat target terdeteksi, posisi pola main lobe antena menerangkan lokasi target dalam akurasi beamwidth. Dalam rangka menentukan lokasi yang akurat, antena radar harus memiliki main beamwidth yang jauh, yang berarti antena dengan gain/direktivitas tinggi, dan beam harus dapat bergerak di jangkauan radar. Teknik array adalah salah satu teknik yang sering digunakan untuk mempersempit beamwidth sehingga radar dapat menjadi lebih akurat dalam mendeteksi target. Pada antena array, pendistribusian sinyal setiap elemen memerlukan power combiner/divider.

  

Power combiner/divider menyalurkan sinyal dari saluran transmisi atau rute

  sinyal ke saluran transmisi lainnya. Sinyal yang keluar melalui power

  

combiner/divider ini nantinya masuk ke phase shifter sehingga fase sinyal

  dapat digeser ke arah yang diinginkan untuk mendeteksi target. Namun sayangnya, power combiner/divider seringkali didapatkan dari luar negeri dengan harga yang relatif mahal [1].

  Untuk mendapatkan gain dan akurasi deteksi objek yang tinggi serta

  

beamwidth yang sempit dalam sistem pengiriman dan penerimaan sinyal dari

  antena, maka kinerja power combiner/divider sangat ditentukan oleh proses perancangan dan perealisasian yang tepat. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian untuk menghasilkan power combiner/divider yang bekerja dengan baik.

  Pada laporan tugas akhir ini dibuatlah power combiner/divider 1 to

  

2 dan power combiner/divider 1 to 3 dengan menggunakan bahan print circuit

board (PCB) jenis FR4 untuk aplikasi sistem radar berbasis software defined

radio (SDR). Metode yang digunakan untuk merealisasikan power

  

combiner/divider yaitu metode Wilkinson dan mempunyai struktur

mikrostrip. Metode ini dipilih dikarenakan memiliki efisiensi 100%.

  Spesifikasi yang harus dipenuhi adalah frekuensi kerja 3 GHz, dengan

  VSWR maksimum 1.5, return loss ≤ -10 dB, insertion loss -3 dB untuk power

  

combiner/divider 1 to 2 dan -4.77 dB untuk power combiner/divider 1 to 3

  dengan toleransi ≤ 0.5 dB. Power combiner/divider ini terbuat dengan full ground plane dan patch dari tembaga.

1.2 Permasalahan

  Beberapa permasalahan yang mendasari tugas akhir ini adalah :

  1. Bagaimana perencanaan dalam membuat power combiner/divider untuk antena mikrostrip array dalam penggunaan radar berbasis SDR pada frekuensi S Band.

  2. Bagaimana desain power combiner/divider dengan menggunakan

  software Computer Simulation Technology Microwave Studio (CST MWS).

  3. Bagaimana hasil fabrikasi dan perbandingannya dengan hasil simulasi pada software.

  Agar penelitian tidak menyimpang dari permasalahan maka penulis membatasi masalah sebagai berikut :

  1. Desain power combiner/divider akan digunakan pada antena array yang berbentuk mikrostrip.

  2. Frekuensi kerja power combiner/divider harus dapat bekerja di frekuensi 3 GHz sehingga dapat diterapkan pada antena array mikrostrip pita S.

  3. Proses simulasi desain power combiner/divider menggunakan software CST MWS.

  4. Metode yang diterapkan pada power combiner/divider adalah Wilkinson dengan dua desain, yaitu power combiner/divider 1 to 2 dan power combiner/divider 1 to 3.

  5. Pengujian kinerja power combiner/divider hasil desain pada

  software maupun fabrikasi meliputi : VSWR (≤ 1.5), insertion loss

  (-3 dB untuk power combiner/divider 1 to 2 dan -4.77 dB untuk

  power combiner/divider 1 to 3) dengan toleransi ≤ 0.5 dB), dan return loss (≤ -10 dB) yang dilakukan di Laboratorium Antena dan

  Propagasi Teknik Elektro ITS dan LIPI Bandung.

  6. Bahan implementasi power combiner/divider dilakukan pada substrat FR4 (permitivitas bahan 4,3 dan ketebalan 1.6 mm) dan

  patch tembaga (ketebalan 0.035 mm).

1.3 Tujuan

  Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk :

  1. Melakukan perancangan dan pembuatan power combiner/divider yang bekerja pada frekuensi 3 GHz untuk sistem komunikasi radar pada pita S.

2. Melakukan pengujian dan analisis kinerja power combiner/divider dari hasil simulasi software dan hasil dari fabrikasi.

1.4 Metodologi

  Metode Penelitian yang digunakan pada tugas akhir ini terbagi menjadi lima tahap sebagai berikut:

  1. Studi Literatur Mempelajari teori dasar yang diperlukan dalam pengerjaan tugas akhir sebagai langkah awal, termasuk paper acuan untuk melakukan perancangan power combiner/divider [2].

  2. Simulasi Referensi Rancangan Power Combiner/Divider Melakukan analisis awal dengan mensimulasikan rancangan power

  combiner/divider yang ada pada paper referensi yang tepat. Segala

  aspek yang disimulasikan sengaja dibuat sama dengan paper referensi agar memperoleh hasil yang sama dari paper. Hal ini bertujuan untuk memahami konsep power combiner/divider secara real dalam software.

  3. Analisis Hasil Simulasi Referensi Menganalisis scattering parameter, return loss, insertion loss, dan

  VSWR yang dihasilkan rancangan power combiner/divider dari

  paper referensi. Hasil yang disimulasikan bisa jadi tidak sama persis

  antara yang tercantum pada paper dengan hasil simulasi, hal ini dikarenakan adanya hal-hal yang sengaja tidak ditunjukkan pada

  paper yang merupakan kunci dari penulis paper agar karyanya tidak

  mudah ditiru. Oleh karena itu, dilakukan beberapa uji coba pada pengaturan dimensi untuk mencari aspek tersebut.

  4. Modifikasi Rancangan Power Combiner/Divider Proses modifikasi dilakukan dengan cara mengubah pemakaian substrat menjadi FR4, mengubah ukuran dimensi berdasarkan hitungan secara teoritis yang didapat dari studi literatur, pemberian jarak antar output, dan menambahkan full ground plane pada bagian belakang power combiner/divider.

  5. Simulasi Hasil Modifikasi Power Combiner/Divider Hasil modifikasi rancangan power combiner/divider yang dihasilkan disimulasikan dengan software.

  6. Analisis Hasil Simulasi Modifikasi Menganalisis scattering parameter, return loss, insertion loss, dan

  VSWR yang dihasilkan oleh rancangan modifikasi power

  combiner/divider. Hasil yang diperoleh disesuaikan dengan

  spesifikasi yang ingin dicapai, seperti performa frekuensi kerja pada

  3 GHz apakah memenuhi return loss ≤ -10 dB, insertion loss -3 dB untuk power combiner/divider 1 to 2 dan -4.77 dB untuk power

  combiner/divider 1 to 3 dengan toleransi ≤ 0.5 dB, serta VSWR ≤ 1.5.

  7. Fabrikasi Rancangan Power Combiner/Divider Melakukan fabrikasi terhadap rancangan power combiner/divider 1

  to 2 dan 1 to 3 dengan substrat FR4 dan full ground plane dengan bahan tembaga..

  8. Pengukuran Hasil Fabrikasi Melakukan pengukuran hasil fabrikasi menggunakan hardware

  network analyzer (NA). Parameter yang diukur adalah scattering parameter dan bandwidth yang dihasilkan.