Perancangan dan Realisasi Antena Double Cross Dipole Untuk Stasiun Bumi Sebagai Antena Penerima Sinyal Satelit NOAA.

(1)

i

ABSTRAK

Pada saat ini terdapat banyak satelit penginderaan jauh yang beroperasi dengan masing-masing misi dan karakteristiknya. Salah satu diantaranya ialah satelit cuaca NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Satelit NOAA bekerja pada frekuensi downlink 137-138 MHz dan termasuk dalam kelompok satelit polar LEO (Low Earth Orbit) yang mengorbit pada ketinggian 800 km di atas permukaan bumi. Melihat hal yang dikemukakan di atas, maka dibutuhkan sebuah antena yang mampu menangkap sinyal yang dikirim oleh satelit NOAA.

Pada tugas akhir ini dirancang dan direalisasikan antena Double Cross Dipole yang menjadi salah satu solusi sebagai antena penerima sinyal satelit NOAA. Antena ini memiliki kelebihan antara lain ideal untuk portable station dan

base station, biaya perakitan yang relatif murah, dan yang menjadi keistimewaan antena ini adalah tidak diperlukan rotator untuk men-tracking posisi satelit.

Sebagai pengaplikasian antena ini, sinyal satelit NOAA yang ditangkap oleh antena Double Cross Dipole kemudian dipisahkan oleh carrier-nya oleh radio penerima. Setelah sinyal NOAA ditangkap yang berupa audio, sound card

akan bekerja untuk mengubah data audio analog menjadi dijital, selanjutnya dihubungkan pada sebuah komputer untuk dilakukan penerjemahan (decode) menggunakan program decoder WXtoImg dan pada akhirnya didapatkan hasil citra satelit berupa foto cuaca pada daerah pengamatan.

Setelah dilakukan perancangan, perealisasian dan pengujian, antena

Double Cross Dipole memiliki VSWR = 1.18, return loss -21.66 dB, impedansi 59 ohm, frekuensi kerja 129.64 – 154.72 MHz pada VSWR < 1.5, gain = 10.42 dBi, berpola radiasi berbentuk bola, dan memiliki polarisasi sirkular.

(2)

ii

ABSTRACT

These days there are many long-sense satelite that operated with each missions and characteristic. One of them is NOAA satelite (National Oceanic and Atmospheric Administration). NOAA satelite works on 137 – 138 MHz downlink

frequency and it’s included in the LEO pole satelite which orbited at 800 km height on the earth surface. According to the points on the top, antena is required to receive the signal from NOAA.

The purpose of this final task is to design and realizing an Double Cross Dipole Antenna which has been one of the solution as a NOAA antena satelite receiver. This antena has several advantages, as a portable station, base station, cheap assembling cost, and especially it doesn’t need a rotator to track satelite position.

As an application of this antena, NOAA satelite signal that received is divided by it’s own carrier and by radio receiver. After the NOAA signal received as an audio, the sound card will change the audio analog data into digital data. radiation patern and has sircular polarisation.

(3)

v

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

(4)

vi

2.6.3.1 Berdasarkan Ketinggian Orbit ... 32

2.6.3.2 Berdasarkan Kemiringan Orbit ... 32

2.6.3.3 Berdasarkan Kestabilan Orbit ... 33

2.7 Satelit NOAA ... 33

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI 3.1 Perancangan ... 36

3.1.1 Spesifikasi Antena ... 36

3.1.2 Perencanaan Konstruksi Antena Double Cross Dipol Dipole ... 37

3.1.3 Perhitungan Panjang Dipol Antena ... 37

3.1.4 Perhitungan Panjang Coaxial ... 38

3.1.5 Analisa Perancangan Dipol Antena ... 38

3.2 Perealisasian ... 41

3.2.1 Pemilihan Bahan yang Digunakan ... 41

(5)

vii

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

4.1 Pengukuran dan Analisa VSWR, Return Loss ... 47

4.2 Analisa Bandwidth Antena Double Cross Dipole Pada SWR 1.5 ... 50

4.3 Pengukuran Penguatan Antena Double Cross Dipole Pada Frekuensi Downlink 137 MHz ... 50

4.4 Pengukuran dan Analisa Pola Radiasi Antena Double Cross Dipole Pada Frekuensi Downlink 137 MHz . 52 4.5 Analisa Polarisasi Antena Double Cross Dipole ... 62

4.6 Uji Coba Penerimaan Satelit NOAA ... 63

4.6.1 Proses Pendeteksian Satelit NOAA……… 63

4.6.2 Proses Penerimaan Satelit NOAA……….. 68

4.6.3 Hasil Penerimaan Satelit NOAA……… 69

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 71

5.2 Saran ... 71

DAFTAR PUSTAKA ... 72

LAMPIRAN

Lampiran A Pengukuran Return Loss

Lampiran B Pengukuran Pola Radiasi Lampiran C Spesifikasi Alat

Lampiran D Contoh Lain Hasil Output WXtoImg

(6)

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Antena sebagai alat pengubah energi ... 7 Gambar 2.2 Daerah medan sebuah antena ... 7 Gambar 2.3 Spektrum gelombang elektromagnetik ... 11 Gambar 2.4 Sebuah gelombang sinusoidal diplot sebagai

fungsi dari posisi ... 12 Gambar 2.5 Sebuah gelombang sinusoidal diplot sebagai

fungsi dari waktu ... 12 Gambar 2.6 Grafik VSWR ... 15 Gambar 2.7 Antena sebagai beban dari rangkaian sebelumnya ... 16 Gambar 2.8 Faktor refleksi yang memiliki frekuensi kerja yang sempit

Kiri: secara linier, Kanan: dalam logaritma ... 17 Gambar 2.9 Rasio gelombang tegangan berdiri

(Voltage Standing Wave Ratio) ... 17 Gambar 2.10 Kiri: faktor refleksi antena ultrawideband

Kanan: VSWR antena ultrawideband ... 18 Gambar 2.11 Pancaran energi pada antena isotrop ... 19 Gambar 2.12 Perbandingan distribusi medan listrik pada antena

isotrop dan direksional ... 20 Gambar 2.13 Diagram radiasi tiga dimensi dari antena dipol ... 22 Gambar 2.14 Diagram radiasi 2D dipol

(a) Bidang hoizontal

(b) Bidang vertikal ... 22 Gambar 2.15 Penerimaan sinyal pada jarak yang sama tetapi beda

sudut pada antena pemancar omnidireksional... 23 Gambar 2.16 (a) Diagram radiasi horizontal antena omnidireksional

secara katesian

(7)

ix

Gambar 2.17 Diagram radiasi antena direksional (direktif)... 25

Gambar 2.18 Polarisasi linier (ke arah x/ vertikal) ... 26

Gambar 2.19 Polarisasi sirkular ... 27

Gambar 2.20 Satelit sederhana ... 29

Gambar 2.21 Bagian payload dan bus satelit ... 30

Gambar 2.22 Bentuk orbit satelit dan parameternya ... 31

Gambar 2.23 Orbit satelit ... 32

Gambar 3.9 Pemasangan kuningan pada ujung alumunium ... 44

Gambar 3.10 Pemotongan coaxial pendek dan coaxial panjang ... 44

Gambar 3.11 Pemasangan coaxial pada terminal kuningan ... 45

Gambar 3.12 Konfigurasi sambungan antar coaxial ... 45

Gambar 4.4 Sketsa pengukuran penguatan antena Double Cross Dipole pada frekuensi downlink 137 MHz ... 52

(8)

x

Gambar 4.6 Pola radiasi antena Double Cross Dipole pada frekuensi

downlink 137 MHz dengan dipol pemancar dipasang

horizontal... 55

Gambar 4.7 Sketsa pengukuran pola radiasi dengan antena dipol pemancar dipasang vertikal... 56

Gambar 4.8 Pola radiasi antena Double Cross Dipole pada frekuensi dowlink 137 MHz dengan dipol pemancar dipasang horizontal... 57

Gambar 4.9 Sketsa pengukuran pola radiasi dengan antena Double Cross Dipole dipasang horizontal,dan dipol pemancar dipasang horizontal ... 58

Gambar 4.10 Pola radiasi antena Double Cross Dipole pada frekuensi downlink 137 MHz dengan antena Double Cross Dipole dipasang horizontal,dan dipol pemancar dipasang horizontal... 59

Gambar 4.11 Sketsa pengukuran pola radiasi dengan antena Double Cross Dipole dipasang horizontal,dan dipol pemancar dipasang vertical………... 60

Gambar 4.12 Pola radiasi antena Double Cross Dipole pada frekuensi downlink 137 MHz dengan antena Double Cross Dipole dipasang horizontal,dan dipol pemancar dipasang vertikal………... 61

Gambar 4.18 Proses pembaharuan posisi satelit ... 66

(9)

xi

Gambar 4.20 Pukul 12.15 Satelit NOAA 18 tepat berada di atas

wilayah pengamatan (Rumah) ... 67 Gambar 4.21 Pukul 12.20 Satelit NOAA masih menjangkau

wilayah pengamatan (Rumah) ... 67 Gambar 4.22 Satelit NOAA 18 sudah diluar wilayah

pengamatan (Rumah) ... 68 Gambar 4.23 Blok diagram sistem penerima ... 68 Gambar 4.24 Tampilan Output dari WXtoImg NOAA 18

(10)

xii Tabel 4.1 Hasil pengukuran VSWR antena Double Cross Dipole pada

frekuensi downlink 137 MHz ... 48 Tabel 4.2 Nilai daya yang terukur untuk antena Double Cross Dipole

pada frekuensi downlink 137 MHz dengan

dipol pemancar dipasang horizontal... 54 Tabel 4.3 Nilai daya yang terukur untuk antena Double Cross Dipole

pada frekuensi downlink 137 MHz dengan

dipol pemancar dipasang vertikal... 56 Tabel 4.4 Nilai daya yang terukur untuk antena Double Cross Dipole

pada frekuensi downlink 137 MHz dengan antena

Double Cross Dipole dipasang horizontal,dan dipol pemancar dipasang horizontal ... 58 Tabel 4.5 Nilai daya yang terukur untuk antena Double Cross Dipole pada

frekuensi downlink 137 MHz dengan antena

Double Cross Dipole dipasang horizontal, dan dipol

(11)

Lampiran

Universitas Kristen Maranatha

LAMPIRAN A

(12)

Lampiran

Sweep Generator dan Scalar Network Analyzer

(13)

Lampiran

(14)

Lampiran

LAMPIRAN B

(15)

Lampiran

Antena Dipol Pemancar Dipasang Vertikal

(16)

Lampiran

Antena Double Cross Dipol Dipasang Horizontal (Tidur)

(17)

Lampiran

Pengukur Daya Terima

(18)

Lampiran

(19)

Lampiran

LAMPIRAN C

(20)

Lampiran

DJ-596T/E MKII

Dual Band Handi-Transceivers

Specifications

General

Frequency range

E:TX&RX 144-145.995MHz

430-439.995MHz

T:

TX: 144-147.995MHz / 420- 449.995MHz

RX: 136-173.995MHz / 400-511.995MHz

(21)

Lampiran

Memory channel 100 channels + 2 quick recall (CALL)

Antenna Connector BNC (50ohm unbalanced)

Frequency stability +/- 2.5ppm TCXO

Power supply requirement

6.0 - 15.0V DC negative ground

Current drain Approx. 1.2A TX VHF at 13.8V DC Approx. 1.4A TX UHF at 13.8V DC

Approx. 75mA squelched Approx. 25mA battery save ON Usable temperature range -10 - +60c (14 - 140F)

Dimensions (w/o projection EBP-50N battery

included)

56mm(W) x 124mm(H) x 36.5mm(D) 2.2''(W) x 4.88"(H) x 1.44"(D)

Weight Approx. 310g (11oz) with EBP-50N

and EA98 whip antenna

CTCSS tone encoder/decoder 39 tones

Digital Coded Squelch encoder/decoder 104 codes

Transmitter

Output power Approx. 5W at 13.8V DC V/UHF

Approx. 4.5W VHF with 9.6V packs Approx. 4.0W UHF with 9.6V packs Approx. 2.5W V/UHF with EBP-56N

(22)

Lampiran

Modulation system Variable reactance frequency modulation

Spurious emission Less than -60 dB

Maximum frequency deviation

+/- 5 KHz

Receiver

Receive system Double-conversion superheterodyne Sensitivity (-12dB

SINAD)

Less than -15.0dBu

Selectivity -6dB: 12KHz or more

-60dB: 30KHz or less

Audio output power More than 200mW(8ohm 10%THD)

Optional Accessories

Battery Packs EBP-50N Ni-MH High 9.6V 700mA (1) EBP-51N Ni-MH High 9.6V 1500mA (2)

EBP-56N Li-Ion Mid 7.4V 1000mA (3) Charger EDC-93 Trickle charger / 120V for (1) & (2)

EDC-94 Trickle charger / 220V for (1) & (2) * Trickle charger not available for (4) Rapid Charger EDC-97 Ni-MH charger (120V) for (1) & (2)

EDC-97E Ni-MH charger (240V) for (1) & (2) EDC-111 Li-ION charger ( 120V) for (3) EDC-111E Li-ION charger ( 240V) for (3) Cables EDC-36 Mobile DC cable with a noise-filter

(23)

Lampiran

EDC-37 External DC power cable

Microphones EMS-59 Speaker-microphone

EMS-47 Speaker-microphone EME-4 Earphone-microphone EME-20 Earphone-microphone

Headsets EME-12A earpiece with VOX

EME-13A speaker with VOX EME-15A earpiece/tie-pin mic with VOX

Earphones EME-6 earphone

Mobile brackets EBC-6 Door-bracket

Softcase ESC-36 Softcase for (1) & (2)

(24)

Lampiran

LAMPIRAN D

Contoh Lain

(25)

Lampiran

NOAA 18 weather satellite images Western Europe Sumber :

(26)

Lampiran

NOAA 18 weather satellite images recorded at Microtelecom - Udine, Italy Sumber :

(27)

Lampiran

LAMPIRAN E

Frekuensi

(28)

Lampiran

(29)

Lampiran

(30)

Bab I - Pendahuluan

1

BAB I

PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, spesifikasi alat, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika pembahasan.

1.1 Latar Belakang

Satelit penginderaan jauh semakin besar peranannya dalam berbagai bidang pembangunan. Salah satu diantaranya ialah satelit yang berfokus pada kondisi samudra dan atmosfer NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Satelit NOAA bekerja pada frekuensi downlink 137 - 138 MHz dan termasuk dalam kelompok satelit polar LEO (Low Earth Orbit) yang mengorbit pada ketinggian 800 km di atas permukaan bumi[9].

Melihat hal yang dikemukakan di atas, maka dibutuhkan sebuah antena yang mampu menangkap sinyal yang dikirim oleh satelit NOAA. Antena Double Cross Dipole menjadi salah satu solusi sebagai antena penerima sinyal satelit tersebut, karena antena ini dapat digunakan untuk portable station dan base station, biaya perakitan yang relatif murah, dan yang menjadi keistimewaan antena ini adalah tidak memerlukan rotator dalam men-tracking satelit[10]_.

1.2 Identifikasi Masalah

1. Dibutuhkan sebuah antena yang mampu menangkap sinyal yang dikirimkan oleh satelit NOAA[11].

(31)

Bab I - Pendahuluan

2

Universitas Kristen Maranatha 1.3 Perumusan Masalah

Dari latar belakang tersebut, maka masalah dalam Tugas Akhir ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

1. Bagaimana merancang dan merealisasikan antena Double Cross Dipole untuk stasiun bumi sebagai antena penerima sinyal satelit NOAA yang bekerja pada frekuensi 137 - 138 MHz ?

2. Bagaimana penggunaan perangkat lunak Orbitron 3.71 untuk

men-tracking posisi satelit NOAA, agar dapat terjalin komunikasi antara satelit dengan stasiun bumi ?

1.4 Tujuan Penulisan

Tujuan dari Tugas Akhir ini yaitu:

1. Dapat merancang dan merealisasikan antena Double Cross Dipole

untuk stasium bumi sebagai antena penerima sinyal satelit NOAA. 2. Mengetahui penggunaan perangkat lunak Orbitron 3.71 untuk

men-tracking posisi satelit NOAA terhadap posisi antena yang ditempatkan di stasiun bumi agar terjalin komunikasi.

1.5 Pembatasan Masalah

Adapun pembatasan masalah dalam Tugas Akhir ini, yaitu :

1. Kondisi cuaca dianggap cerah (ideal) pada waktu uji fungsi penerimaan sinyal satelit NOAA.

2. Pembuatan antena penerima untuk sinyal satelit NOAA hanya sampai menerima sinyal satelit NOAA pada pesawat radio yang diteruskan ke sebuah komputer untuk melakukan penerjemahan dengan menggunakan perangkat lunak WXtoImg.

(32)

Bab I - Pendahuluan

3

4. Pengukuran parameter antena dengan alat ukur dilakukan di Labolatorium Telekomunikasi Politeknik Bandung dan Labolatorium Telekomunikasi Universitas Kristen Maranatha Bandung.

1.6 Spesifikasi Sistem

Spesifikasi sistem yang digunakan dalam Tugas Akhir:

1. Parameter antena Double Cross Dipole yang ingin dirancang sebagai

Pola radiasi : Berbentuk bola

Polarisasi : Sirkular

2. Sinyal satelit NOAA ditangkap oleh antena Double Cross Dipole, kemudian dipisahkan dari carrier-nya oleh radio penerima.

3. Perangkat lunak yang digunakan untuk pendeksian satelit NOAA yakni Orbitron versi 3.71.

4. Perangkat lunak yang digunakan untuk menerjemahkan sinyal satelit NOAA yakni WXtoImg.

(33)

Bab I - Pendahuluan

4

• Sinyal satelit NOAA yang diterima oleh pesawat radio kemudian diteruskan ke sound card sebuah komputer untuk selanjutnya dilakukan penerjemahan (decode) dengan menggunakan perangkat lunak WXtoImg.

• Tujuan melakukan uji coba penerjemahan sinyal satelit NOAA ini adalah untuk mengetahui bahwa antena telah bekerja dengan baik dan sinyal satelit yang diterima menunjukkan sebagai identitas dari satelit tersebut.

1.7 Metodologi Penelitian

Metode yang digunakan dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah : 1. Studi literatur dari berbagai sumber.

2. Perancangan dan realisasi antena. 3. Pengujian dan analisis antena. 4. Penulisan laporan Tugas Akhir.

1.8 Sistematika Pembahasan

Sistematika pembahasan laporan ini disusun menjadi lima bab, yaitu:

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini berisikan uraian latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, spesifikasi alat, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika pembahasan laporan Tugas Akhir ini.

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini berisikan uraian ringkas mengenai teori-teori yang berhubungan dengan topik yang dibahas, antara lain teori dasar gelombang radio, antena dan parameternya, serta komunikasi satelit.

(34)

Bab I - Pendahuluan

5

Universitas Kristen Maranatha BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI

Pada bab ini birisikan perencanaan konstruksi antena, pemilihan bahan yang digunakan, sampai dengan perealisasian antena Double Cross Dipole

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

Pada bab ini berisikan data-data dan analisa mengenai pungujian Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), return loss, impedansi, bandwidth, gain, pola radiasi, polarisasi antena Double Cross Dipole, proses pendeteksian satelit NOAA oleh perangkat lunak Orbitron 3.71, sampai dengan penerjemahan sinyal satelit NOAA menjadi foto cuaca oleh perangkat lunak WXtoImg.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisikan kesimpulan yang didapat dari hasil perancangan, perealisasian, sampai pengujian antena, serta saran untuk pengembangan lebih lanjut.

(35)

Bab V – Kesimpulan dan earan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Hasil pengujian parameter antena telah sesuai dengan yang direncanakan, dan selanjutnya telah berhasil dilakukan uji fungsi penerimaan sinyal satelit NOAA, sehingga dapat disimpulkan bahwa antena Double Cross Dipole telah bekerja dengan baik.

2. Perangkat lunak Orbitron 3.71, dapat digunakan sebagai alat bantu untuk memprediksi waktu datangnya satelit pada daerah pengamatan antena.

5.2 Saran

Saran-saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan dari Tugas Akhir ini sebagai berikut:

1. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik hendaknya pengukuran dilakukan pada ruang yang memenuhi syarat seperti ruang yang terbebas dari pantulan.

2. Faktor cuaca sangat berpengaruh pada saat pengukuran dan penerimaan secara langsung sinyal satelit NOAA. Usahakan pada saat pengujian dan penerimaan sinyal satelit kondisi cuaca ideal (cerah), supaya sinyal satelit terhindar dari noise.

(36)

Daftar Pustaka

72

DAFTAR PUSTAKA

1. Costantine Balanis, Advanced Engineering Elektromagnetics, Wiley, New York, 1989.

2. Costantine Balanis, Antenna Theory, Analysis and Design, 3rd ed., Wiley , New York, 2005.

3. Jasik, Antenna Engineering Handbook, McGraw Hill Book CO., New York, 1987.

4. Kraus, John D.,Antennas, McGraw Hill., 1986.

5. Pritchard, Wilbur L., Satellite Communication System Engineering, Second Edition, 1993.

6. Straw, R. Dean, The American Radio Relay League Handbook for Radio Amateurs, The American League, 1999.

7. Stutzman, Warren L., and Thiele, Gary A., Antenna Theory and Design, John Wiley & Sons, New York, 1981.

8. _{The ARRL Antenna Handbook}_{, 1980.}