Penguat Derau Rendah Pada Frekuensi 1800 MHz.

(1)

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 : [email protected]

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 : [email protected] 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

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.4 Pengukuran Return Loss ... 35

IV.4.1 Prosedur Pengukuran Return Loss ... 35

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

(6)

viii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR TABEL

Halaman

(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

(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

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

(24)

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)

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