Research Based Learning – Wave 2015 1
Aplikasi Modulasi pada Gelombang Radar
1
Wildan Syahrun Nahar1,a, Cecep Triyandi2,b, Martinus Tampubolon3,c & Dimas
2
Rexy Arie Saputra4,d
3
1Jl. Pelesiran No. 110 Kota Bandung 40132
4
2Jl. Karangsari IV No. 202 Cimahi, 40535 Bandung
5
3Jl. Tubagus Ismail VI No. 27, Bandung
6
4Jl. Cisitu Lama IV No. 154/68 C, Bandung
7
Email: a[email protected], b[email protected],
8
c[email protected], d[email protected]
9
10
11
Abstrak. Modulasi gelombang merupakan proses mengubah karakteristik
12
tertentu dari suatu gelombang menurut pola osilasi gelombang yang lain. Radar
13
(Radio, Detection, and Ranging) merupakan salah satu alat yang dimanfaatkan
14
untuk mendeteksi jarak / kecepatan suatu objek. Radar menggunakan proses
15
frequency modulation untuk proses pengiriman sinyal, khususnya pada
16
frequency-modulated continuous wave (FMCW). FMCW mengaplikasikan
17
proses modulasi FM untuk menentukan jarak antara radar dengan objek yang
18
dideteksi. Dengan mengetahui frekuensi transmisi dan receive serta waktu
19
tempuh, dapat ditentukan jarak antara objek dengan radar. Sehingga dapat
20
disimpulkan bahwa pada FMCW, jarak dari radar ke target ditentukan oleh
21
perbandingan antara frekuensi kirim dan terima.
22
Kata kunci: continuous wave, frekuensi, modulasi, radar, sinyal.
23
1
Pendahuluan
24
Tujuan dari paper ini adalah untuk menentukan faktor-faktor yang
25
mempengaruhi jarak antara radar ke target pada FMWC yang memanfaatkan
26
proses modulasi FM. Modulasi gelombang pada dasarnya merupakan proses
27
mengubah karakteristik dari sebuah gelombang berdasar pola osilasi gelombang
28
yang lain. Melalui proses ini, karakteristik gelombang kedua dapat
29
“ditumpangkan” pada gelombang pertama, dan kemudian dipisahkan kembali
30
bila diperlukan. Dalam teknik komunikasi, gelombang atau sinyal pita dasar
31
(baseband) dikirimkan kepada sasaran atau objek berjarak jauh dengan
32
memodulasi suatu gelombang pembawa (carrier) berfrekuensi dan berdaya
33
relatif tinggi. Dalam hal ini, sinyal pita dasar tersebut dikenal sebagai
34
gelombang modulasi.
35
Sebagai salah satu komponen pertahanan negara, radar merupakan alat yang
36
harus terus beroperasi. Kemampuan untuk mendeteksi sasarannya dengan
37
memancarkan dan menerima deretan sinyal terputus secara periodik. Sedangkan
39
radar dengan continuous wave mengirimkan dan menerima sinyal secara
40
simultan. Prinsip kerja radar dengan sinyal gelombang kontinyu adalah
41
transmitter memancarkan gelombang dengan frekuensi f0 secara terus-menerus,
42
sehingga radar jenis ini harus menggunakan antenna transmitter dan receiver
43
yang berbeda. Oleh osilator, gelombang kontinyu tersebut diteruskan ke antenna
44
dan sebagian kecil gelombangnya bocor menuju detektor. Gelombang dengan
45
frekuensi f0 tersebut akan dimodulasi dengan frekuensi carrier fc untuk
46
kemudian dipancarkan kembali.
47
Pada bagian 2 akan dibahas tentang teori modulasi gelombang yang meliputi
48
jenis-jenis modulasi gelombang. Sedangkan pada bagian 3 akan dibahas tentang
49
macam-macam gelombang radar yang sering dipakai. Serta pada bagian 4 akan
50
dibahas secara khusus mengenai Frequency-Modulated Continuous Wave
51
(FMCW) yang memanfaatkan modulasi FM yang menjadi bahasan utama paper
52
ini.
53
2
Teknik Modulasi Gelombang
54
Teknik modulasi gelombang pada dasarnya dapat dibagi ke dalam kelompok
55
teknik analog dan teknik digital. Dalam kelompok modulasi analog masih dapat
56
dibedakan menjadi gelombang pembawa berupa continuous wave dan pulsed.
57
Pada bahasan kali ini akan berfokus pada gelombang kontinyu yaitu modulasi
58
frekuensi atau yang sering disebut Frequency Modulation (FM).
59
Modulasi frekuensi (FM) adalah proses menumpangkan sinyal informasi pada
60
sinyal pembawa sehingga frekuensi gelombang pembawa berubah sesuai
61
dengan perubahan simpangan (tegangan) gelombang sinyal informasi. Pada
62
modulasi FM, frekuensi sinyal informasi mengubah-ubah frekuensi gelombang
63
pembawa.
64
65
Karakter dari transmisi modulasi FM adalah tidak dapat dipantulkannya
66
gelombang elektromagnetik dari modulasi frekuensi sehingga jarak pancaran
67
adalah line of sight dan terbatas pada daya pancar. Karakter kedua adalah
68
ketahanan modulasi terhadap noise (gangguan) pada transmisi modulasi
69
frekuensi, sehingga kualitas sinyal informasi yang diterima jernih seperti
70
aslinya.
71
3
Teori Gelombang Radar
72
Radar adalah suatu sistem gelombang elektromagnetik yang berguna untuk
73
mendeteksi, mengukur jarak dan mapping benda-benda di angkasa seperti
74
pesawat terbang dan satelit. Panjang gelombang yang dipancarkan radar
75
bervariasi, dari milimeter hingga meter. Gelombang sinyal yang dipancarkan
76
dan dipantulkan dari suatu benda tertentu akan ditangkap oleh radar. Dengan
77
menganalisis sinyal yang dipantulkan tersebut, pemantul sinyal dapat ditentukan
78
lokasinya dan dengan analisis lebih lanjut dari sinyal yang dipantulkan dapat
79
juga ditentukan jenisnya.[1]
80
81
Berdasarkan bentuk gelombangnya, radar dibedakan menjadi dua yaitu : 1)
82
continuous wave (gelombang kontinyu) yang menggunakan transmitter dan
83
antena penerima secara terpisah. Radar CW yang tidak termodulasi dapat
84
mengukur kecepatan target serta posisi sudut target secara akurat. Radar ini
85
biasanya digunakan untuk mengetahui kecepatan target dan menjadi pemandu
86
rudal (missile guidance). 2) Pulsed Radar (Radar pulsa) yang merupakan radar
87
yang gelombang elektromagnetiknya diputus secara periodik. Frekuensi denyut
88
radar (pulse repetition frequency / PRF) dapat dikategorikan menjad 3 jenis,
89
yaitu : PRF high, PRF medium, dan PRF low. Pada paper ini hanya akan
90
dibahas jenis radar CW yang termodulasi secara FM atau biasa disebut
91
Frequency-Modulated Continuous Wave (FMCW)[2].
92
4
Frequency-Modulated Continuous Wave
93
FMCW adalah jenis continuous wave radar yang termodulasi secara FM.
94
Tujuan dari FMCW sendiri secara khusus adalah untuk mendeteksi jarak antara
95
radar dengan target. Karakteristik dari FMCW yaitu : 1) pengukuran jarak
96
dilakukan dengan membandingkan frekuensi sinyal diterima dengan referensi
97
(biasanya langsung dengan sinyal transmisi) dan 2) durasi transmisi sinyal
98
secara substansial lebih besar dari durasi penerimaan untuk pengukuran jarak.
99
Secara khusus, FMCW akan menambah frekuensi transmisi secara linier.
100
Frekuensi transmisi tersebut akan berubah pada kecepatan yang tetap. Jarak dari
102
radar ke target dapat dicari dengan perumusan sebagai berikut[3] :
103
104
105
106
107
108
109
110
Keterangan :111
Df = perbedaan frekuensi kirim-terima (Hz) f1 = frekuensi minimal (Hz)
112
Dt = time delay (s) f2 = frekuensi maksimal
113
(Hz)114
c = kecepatan cahaya (3 x 108 m/s)115
116
117
118
Gambar 2 tersebut digunakan untuk mencari hubungan antara Dt dengan beda
119
frekuensi transmisi dan terima (persamaan 2), yang secara matematis dapat
120
diturunkan sebagai berikut :
121
122
123
124
125
126
... (1) ... (2) ... (3)127
128
129
130
131
132
133
134
Dari persamaan 2 tersebut, didapatkan hubungan antara waktu tempuh dengan
135
frekuensi transmisi dan terima yang direpresentasikan oleh Df.
136
5
Kesimpulan
137
Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa Frequency-Modulated
138
Continuous Wave (FMCW) memanfaatkan teknik modulasi gelombang secara
139
FM, dimana frekuensi transmisinya dimodulasi secara linier untuk mengukur
140
jarak dari radar ke target. Selain dari frekuensi, waktu tempuh juga
141
mempengaruhi jarak antara radar ke target. Dengan pemilihan frekuensi
142
maksimum (f2) dan minimum (f1) yang tepat, jarak antara target ke radar dapat
143
ditentukan dengan cukup sederhana melalui persamaan (3).
