Perancangan dan Pembuatan Tahap RF Downlink 436,9 Mhz untuk Portable
Transceiver Ground Station Satelit Iinusat-01
Seminar Tugas Akhir Selasa, 24 Januari 2012
Riski Andami Nafa 2209106071
Pembimbing : Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng.,P.hD
Teknik Telekomunikasi Multimedia – Jurusan Teknik Elektro
Ir.Endroyono, DEA
Aplikasi teori RF
Kemandirian Teknologi
Perkembangan Portable Ground Station untuk Satelit Iinusat
Menguasai Teknologi Komunikasi Satelit Program INSPIRE - DIKTI
Latar Belakang Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
Downconverter
Portable GS
LNA
Melakukan
Perancangan dan Pabrikasi LNA , Pemilihan
Komponen,
Pengujian LNA dan Penggabungan LNA dengan Modul Lain
Terdiri dari Local Oscillator, Mixer frequency dan PLL Synthesizer.
Pemilihan LO dan Mixer. Perancangan PLL untuk portable ground station
Perancangan
Regulator tegangan untuk modul LNA dan Downconverter.
Metodologi Perancangan LNA
Metodologi Perancangan downconverter
Blok Diagram Penelitian
LOW NOISE AMPLIFIER
LOCAL OSCILLATOR MIXER
Low Pass Filter
Band Pass
Filter IF Amplifier
Ant
...
Sistem penerima Portable Ground Station Menggunakan prinsip dari Superheterodyne Receiver.
Critical Desain LNA
• Low Noise Amplifier sesuatu amplifier yang bisa menekan / meredam besarnya kenaikan level noise ketika sinyal dikuatkan.
• Gain >>> dengan Noise figure <<<
• Gain = min 22 dB
• Nf = max 1,5 dB
• Supply = 5 Volt
Pemilihan Komponen LNA
• Perangkat yang digunakan adalah RF2361
Indonesian Student Conference on Satellite
Parameter Rating Unit
Supply Voltage +0.5 – 8.0 Volt DC Power Down Voltage
(VPD) <Vcc VDC
Input RF Level +10 dBm
Temperatur Operasi -40 – 85 °C
Gain Min 19.5 dB
NF 1,4 dB
Input IP3 6.5 dBm
Range Frekuensi 150 – 2400 MHz
Perancangan Schematic Rangkaian
Perancangan Rangkaian VPD Bias Kolektor Transistor Transistor RF2361
1. Menggunakan 2 IC RF2361 untuk mengoptimalkan Gain Output 2. Untuk tegangan Vpd diatur dengan sebuah regulator AMS1117
Perancangan Layout PCB LNA
Perancangan layout menggunakan software DXP 2004
Hole
Prosedur pengujian LNA
• Signal diatur dengan daya yang lemah misalkan -39 dBm pada frekuensi
436,9 Mhz
• Gain LNA = Daya terima (LNA) – Daya terima
(tanpa LNA)
Indonesian Student Conference on Satellite
Signal
Generator LNA Spectrum
Analyzer
420 425 430 435 440 32.82
32.84 32.86 32.88 32.9 32.92 32.94 32.96 32.98
X: 435 Y: 32.94
Frekuensi (MHz)
Gain LNA (dB)
Gain LNA
Frekuensi (Mhz) Daya Input
(dBm) Daya Output
(dBm) Gain (dB)
420 -35.95 -3.083 32.867
421 -35.95 -3.085 32.865
422 -35.95 -3.092 32.858
423 -35.95 -3.102 32.848
424 -35.95 -3.104 32.846
425 -35.95 -3.109 32.841
426 -35.95 -3.112 32.838
427 -35.95 -3.118 32.832
428 -35.95 -3.113 32.837
429 -35.95 -3.11 32.84
430 -35.95 -3.093 32.857
431 -35.95 -3.031 32.919
432 -35.95 -3.021 32.929
433 -35.95 -3.017 32.933
434 -35.95 -3.013 32.937
435 -35.95 -3.011 32.939
436 -35.95 -3.009 32.941
436.9 -35.95 -3.01 32.94
437 -35.95 -3.006 32.944
438 -35.95 -3.01 32.94
439 -35.95 -3.013 32.937
440 -35.95 -3.017 32.933
441 -35.95 -3.019 32.931
442 -35.95 -3.021 32.929
443 -35.95 -3.023 32.927
System Downconverter Local Oscilator
• Local Oscilator UHF menggunakan teknik VFO (variable frequency oscillator)
Indonesian Student Conference on Satellite
Frekuensi Resonansi
• C = 3 – 30 pF
• L = 9 Tap (r=3mm,l=50mm)
• Frekuensi resonansi minimal =
l nH r
N
L r 54
) 95645 ,
1 10 ( ) 1180 ,
0 9 (
9 1180
, 0 10
9
2 2
2 2
LC Mhz
fs 390,29
10 3
10 56
1 2
1 1
2 1
12 9
Range Frekuensi LO
1 A P C L R W R
A R e f 0 d B m A t t 3 0 d B
1 0 M H z /
C e n t e r 4 0 9 M H z S p a n 1 0 0 M H z
3 D B R B W 3 M H z
V B W 1 0 M H z S W T 2 . 5 m s
-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10
0 1
M a r k e r 1 [ T 1 ] - 4 . 9 8 d B m 4 0 9 . 4 0 0 0 0 0 0 0 0 M H z
Date: 25.OCT.9050 14:44:56
1 A P C L R W R
A R e f 0 d B m A t t 3 0 d B
1 0 M H z /
C e n t e r 5 0 0 M H z S p a n 1 0 0 M H z
3 D B R B W 3 M H z
V B W 1 0 M H z S W T 2 . 5 m s
-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10
0 1
M a r k e r 1 [ T 1 ] - 6 . 1 4 d B m 5 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M H z
Date: 25.OCT.9050 14:46:20
409,4 Mhz -4,98 dBm
500 Mhz -6,34 dBm
Frekuensi LO yang harus dicapai
R e f 1 1 d B m
1 A P C L R W R
A
3 M H z /
C e n t e r 4 2 5 . 1 M H z S p a n 3 0 M H z
A t t 3 0 d B
3 D B R B W 1 M H z
V B W 3 M H z S W T 2 . 5 m s
-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
1
M a r k e r 1 [ T 1 ]
- 4 . 8 6 d B m 4 2 6 . 2 4 0 0 0 0 0 0 0 M H z
O B W 3 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M H z
T 1
T e m p 1 [ T 1 O B W ] - 2 1 . 3 2 d B m 4 2 4 . 7 4 0 0 0 0 0 0 0 M H z
T 2
T e m p 2 [ T 1 O B W ] - 2 1 . 6 8 d B m 4 2 7 . 7 4 0 0 0 0 0 0 0 M H z
Date: 7.MAR.9964 12:48:16
426,24 Mhz
Mixer frekuensi
Matching Impedance 50 Ohm
PreAmplifier
Mixing Signal Filter Signal
Hasil Pengujian
Dimensi 10 x 7,5 cm
Supply = 12 V DC
Pengujian Mixer
C L R W R
A A t t 1 0 d B
R e f - 2 8 d B m
1 A P
1 . 4 2 M H z /
C e n t e r 1 0 . 3 9 6 M H z S p a n 1 4 . 2 M H z
3 D B R B W 3 0 0 k H z
V B W 1 M H z S W T 2 . 5 m s
-120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30
1
M a r k e r 1 [ T 1 ] - 5 7 . 4 7 d B m 1 0 . 7 0 1 8 1 0 7 4 2 M H z
Date: 7.MAR.9964 13:13:58
10.7 Mhz -57,47 dBm
Mixer tidak dilengkapi Dengan IF Amplifier
Unwanted Frequency
R e f - 2 8 d B m A t t 1 0 d B
1 AP CLRWR
A
1 9 . 6 8 4 6 M H z /
S t a r t 3 . 1 5 4 M H z S t o p 2 0 0 M H z
3DB R B W 3 M H z
V B W 1 0 M H z S W T 5 m s
-120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30
1
M a r k e r 1 [ T 1 ] - 5 3 . 1 5 d B m 1 0 8 . 2 4 8 3 1 8 7 4 2 M H z
O B W 3 . 1 4 9 5 3 6 0 0 0 M H z T 1
T e m p 1 [ T 1 O B W ] - 2 1 . 2 0 d B m 3 . 1 5 4 0 0 0 0 0 0 M H z T 2
T e m p 2 [ T 1 O B W ] - 4 1 . 5 2 d B m 6 . 3 0 3 5 3 6 0 0 0 M H z
Date: 7.MAR.9964 13:19:19
Frekuensi Daya sinyal 10.7 Mhz -57.47 dBm 36.63 Mhz -65.00 dBm 87.92 Mhz -55.71 dBm 107.99 Mhz -46.17 dBm 436.9 Mhz -60.9 dBm 863.1 Mhz -70.2 dBm
Rangkaian Mixer ini sulit
Diimplementasikan ke Sistem Portable Ground Station
PLL Frekuensi Synthesizer
• Membangkitkan frekuensi VCO yang Stabil
• Terdiri dari tiga Komponen Utama :
– Phase Detektor – Loop Filter
– VCO
Blok Diagram PLL UHF
Local Oscilator
Crystal
Crystal Oscilator Multiplier
PLL Mixer
Low Pass Filter (LPF)
Level Converter
Programable Divider
Buffer Amplifier
VCO FM
Modulator Filter
Phase Detektor (IC 5081)
Oscilator Divider (TC5082L)
5.12 Mhz
44.244 Mhz
TC9122 (30 Mhz)
5 Khz
Downconverter
MAIN UNIT PLL
• Main Unit PLL bertugas membangkitkan frekuensi VCO (variable control oscillator)
• Menggunakan IC TC9122 sebagai
programmble divider membagi freQ feedback ke VCO dengan faktor pembagi
• Phase detector menggunakan IC TC5081 dan TC5082 membandingkan phase sinyal
feedback dari VCO dengan referensi sinyal.
Indonesian Student Conference on Satellite
Penentuan Frekuensi TC9122
• Menentukan besarnya IF sistem
– Untuk FM 21,3 Mhz dan 0.455 Mhz
• Menentukan besarnya frekuensi VCO
• Menentukan besarnya Local Oscilator Crystal yang dan frekuesi multiplier.
– Frekuensi multiplier = 44,244 Mhz x 9 = 398,200 Mhz
• Frekuensi TC9122 = 415,10 – 398,200 = 16,9 Mhz
Mhz f
f
fvco downlink IF 436,9 21,8 415,10
Schematic PLL
Blok Diagram Sistem Downconverter
Multiplier MIXER Crystal Filter
IF Amplifier
RF Amplifier
&
LPF
MIXER IF Amp Noise
Amp
LO
Ceramik Filter
FM Deteksi
Deteksi Noise
Squal Control Audio
Frekuensi PA PAD
(Packet Assembler Dissambler) LOW NOISE AMPLIFIER
455 Khz
21.345 Mhz
IC IF MC3357
Antena
10.240 Mhz
Switch VCO PLL
Schematic Downconverter
Downconversion system
• Output dari MAIN UNIT ini akan dimixing dan menghasilkan sinyal IF. Sinyal IF tersebut akan dikonversi ke baseband
• Untuk mixer menggunakan Transistor FET
• Kristal IF digunakan adalah 21,345 Mhz
• Menggunakan IC MC3357 sebagai konversi IF ke 455 Khz
Indonesian Student Conference on Satellite
Pengukuran Frekuensi VCO
1 A P C L R W R
A R e f - 1 0 d B m *A t t 1 0 d B
3 D B R B W 3 M H z
V B W 1 0 M H z S W T 2 . 5 m s
S t a r t 3 6 5 . 1 M H z 1 0 M H z / S t o p 4 6 5 . 1 M H z
-110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20
-10 1
M a r k e r 1 [ T 1 ] - 1 5 . 8 8 d B m 4 1 5 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M H z
O B W 7 . 8 0 0 0 0 0 0 0 0 M H z
T 1
T e m p 1 [ T 1 O B W ] - 3 0 . 6 2 d B m 4 1 1 . 5 0 0 0 0 0 0 0 0 M H z
T 2 T e m p 2 [ T 1 O B W ]
- 3 1 . 7 5 d B m 4 1 9 . 3 0 0 0 0 0 0 0 0 M H z
Date: 1.JAN.8102 22:12:57
Pengukuran Sensitifitas Penerima
Signal Generator
Receiver Circuit
Rangkaian Detektor
Daya output
(dBm) Tegangan LED
-100,0 dBm 5 volt -100,5 dBm 5 volt -101,0 dBm 5 volt -101,5 dBm 5 volt -102,0 dBm 5 volt -102,5 dBm 5 volt
-103,0 dBm 5 volt (50%) dan 0 volt (50%) -103,5 dBm 0 volt
Analisa receiver
dBm P
G G
L P
P
dB L
L
d f
L
r
LNA t
t r
fs fs fs
1495 ,
78 33
1 1495
, 142 30
149 ,
142
) 700 log(
20 )
9 , 436 log(
20 44
, 32
) log(
20 )
log(
20 44
, 32
Secara Teori, Sistem Portable Ground Station bisa bekerja dengan baik
Pengukuran Bandwidth Receiver
Rangkaian Detektor
Receiver Sistem
Transceiver ICOM 91H
Frekuensi (MHz) Tegangan LED 436.892 0 volt
436.894 5 volt 436.896 5 volt 436.898 5 volt 436.9 5 volt 436.902 5 volt 436.904 5 volt 436.906 5 volt 436.908 5 volt 436.91 5 volt 436.912 5 volt 436.914 5 volt 436.916 5 volt 436.918 0 volt
Air medium
Sintesis
• Perancangan LNA menggunakan RF2361
• Teknik Perancangan LO menggunakan VFO
• Perancangan Mixer menggunakan MOSFET dual GATE 2SK76
• PLL yang dirancang adalah modifikasi HT VHF dengan mengganti local oscilator crystal dan frekuensi dari IC TC9122
Kesimpulan
• Gain LNA adalah ~33 dB @436,9 Mhz
• Range frekuensi LO = 403 – 500 Mhz dengan rata-rata daya sinyal adalah -4,77 dBm
• Mixer 10.7 Mhz @-57,47 dBm, TAPI
terdapat frekuensi spurious (setelah BPF 10.7)
• PLL menjadi solusi, lebih stabil. Frekuensi VCO
415.10 Mhz dan Programmable Divider 16,9 Mhz
TERIMA KASIH
RISKI ANDAMI NAFA
Email :[email protected] Web :www.riskiandaminafa.co.cc Lab. Antena dan Propagas (B306)
