SEMINAR SKRIPSI AWAL
Nama: Oei, Kurniawan UtomoJoel Patra TirtayasaKurnia SanjayaNIM:
612011004612011010612011052Judul:Modul RF Front End Quad Band untuk
Aplikasi GSM/GPS/PCS/DCS/WCDMAJenis: PerancanganBobot: 6
SKSKelompok : Teknik TelekomunikasiUsulan Pembimbing: 1. Ivanna K.
Timotius, M.S.2. Eva Yovita Dwi Utami, S.T.
1. TujuanSkripsi ini bertujuan untuk merancang dan membuat modul
RF Front End Quad Band untuk aplikasi-aplikasi layanan nirkabel,
khususnya untuk jaringan GSM, GPS, PCS, DCS, dan WCDMA. Alat ini
didesain untuk menghubungkan antena yang dirancang untuk bekerja
pada beberapa frekuensi resonansi ke sebuah diplexer, tapis lolos
pita sinyal akustik dan duplexer ke modul front end, yang bertujuan
untuk mempermudah penyesuaian hambatan.
2. Latar Belakang2.1. PermasalahanProses komunikasi dilakukan
manusia untuk berbagai tujuan, seperti bertukar pikiran, berbagi
pengalaman, menyampaikan pendapat, berdiskusi, dan masih banyak
lagi. Awalnya, 2 atau lebih manusia yang ingin berkomunikasi harus
bertemu secara langsung. Akan tetapi, perkembangan teknologi di
bidang komunikasi dari jaman ke jaman telah berhasil menciptakan
alat komunikasi yang memungkinkan manusia dapat melakukan
komunikasi jarak jauh. Alat komunikasi jarak jauh berkembang dari
yang paling sederhana, yaitu merpati pos, telegraf dan kode morse,
telepon, pager, internet, hingga telepon genggam yang memiliki
berbagai layanan seperti panggilan jarak jauh/voice call, layanan
pesan singkat/Short Message Service (SMS), pesan instan/Instant
Messaging dan berbagai layanan lainnya.Komunikasi jarak jauh tidak
lepas dari proses transmisi data/pesan, baik secara fisik atau
non-fisik. Proses transmisi data secara fisik dilakukan lewat media
penghantar fisik, misal kawat/kabel, sedangkan proses transmisi
data non-fisik dilakukan tanpa menggunakan media fisik
apapun/secara nikarbel. Proses transmisi data non-fisik
ditransmisikan lewat frekuensi tinggi yang dikenal sebagai
Frekuensi Radio/Radio Frequency/RF. Frekuensi radio mencakup
frekuensi 3 Kilo Hertz hingga 3000 Giga Hertz (3 Khz-3000 GHz),
yang dibagi-bagi dalam berbagai kategori/kelas untuk
keperluan-keperluan tertentu, misal frekuensi amat rendah/Extremely
low frequency (ELF) (3 Hz-30 Hz), yang digunakan untuk komunikasi
kapal selam Amerika Serikat, frekuensi tinggi/High Frequency (3
MHz-30 MHz) yang biasa digunakan untuk komunikasi penerbangan dan
masih bayak kategori dengan berbagai macam kegunaan lainnya.
Rentang frekuensi di antara 300 MHz hingga 300 GHz (300 MHz-300GHz)
juga disebut gelombang mikro/microwave yang biasa digunakan untuk
komunikasi antar satelit, telepon genggam, dan lain-lain. Dalam
berkomunikasi lewat frekuensi radio, diperlukan modul pemancar dan
penerima. Modul bagian ujung awal (front end module) pada modul
pengirim dan penerima yang berfungsi untuk mengirimkan dan menerima
sinyal dengan frekuensi radio dan gelombang mikro yang multi band
lalu merubahnya ke frekuensi tengah/intermediate frequency akan
membantu manusia dalam berkomunikasi secara nirkabel. Skripsi ini
bertujuan untuk merancang sebuah modul RF Front End Quad Band yang
berukuran kecil sehingga akan membuat kegiatan komunikasi menjadi
lebih mudah karena ukurannya yang kecil dan lebih efektif karena
sifat modul ini yang quad band. Teknologi terbaru dari perkembangan
peralatan frekuensi radio telah berhasil mengembangkan System
Integration on a Chip (SOC) atau System Integration on a Package
(SOP) yang lebih dapat mengurangi ukuran dari modul front end RF
dan microwave. Untuk merealisasikan alat pengirim dan
penerima/pancarima/transceiver yang multi band, beberapa
transceiver RF harus dipadukan dengan struktur berantai.
2.2. Kaitan dengan Mayor/MinorUsulan skripsi ini berkaitan
dengan mata kuliah Elektronika Telekomunikasi (Elka Telkom), Antena
dan Propagasi Gelombang, Sistem Komunikasi, dan Komunikasi Seluler.
Elektronika Telekomunikasi sebagai dasar perancangan modul pengirim
dan penerima, Antena dan Propagasi Gelombang sebagai dasar
pengetahuan akan antena, Sistem Komunikasi dan Komunikasi Seluler
sebagai dasar ilmu komunikasi, seperti proses modulasi dan
demodulasi.
3. Gambaran Alat3.1. Penjelasan Alat yang Dibuat3.1.1. Gambar
Desain Modul RF Front End Quad Band
Gambar 1. Desain Modul Pancarima
Gambar 1 menunjukkan blok diagram dari Modul RF Front End
Transceiver Quad Band (QFEM) yang diusulkan. QFEM terdiri dari
sebuah diplexer, tapis lolos pita gelombang akustik permukaan,
duplexer, 4 penguat yang memiliki derau rendah (Low Noise
Amplifier/LNA), 2 penguat daya (Power Amplifier/PA), 4 mixer, dan 4
osilator tegangan terkontrol (Voltage Controlled
Oscillator/VCO).
3.1.2. Modul PemancarProses pemaduan diplexer, tapis lolos pita,
duplexer dilakukan dengan mengoptimalkan kerja masing-masing bagian
alat pada pita-pita frekuensi kerja yang berbeda-beda. Koneksi
menggunakan lubang koneksi mempermudah penyesuaian hambatan masukan
antara antena kutub tunggal/monpole antenna, diplexer, tapis lolos
pita, serta duplexer. Proses koneksi lewat lubang koneksi tidak
akan mempengaruhi hambatan masukan dari penguat daya. Transistor
yang digunakan adalah transistor yang berdaya tinggi, berefisiensi
tinggi dan telah dipadukan dengan pengatur daya sehingga kerja
transistor akan tetap stabil meskipun bekerja pada suhu yang
tinggi. Transistor yang digunakan untuk penguat daya adalah GaAs
HEMT (AVAGO ACPM7331-TR1) untuk WCDMA dan MESFET (RFMD RF3166)
untuk lebar pita lainnya.
3.1.3. Modul Penerima
Gambar 2. Desain Modul Penerima dengan penguat berderau
rendah
Gambar 2 menunjukkan rangkaian dari modul penerima yang terdiri
4 buah penguat yang memiliki derau rendah/Low Noise Amplifier/LNA
yang didesain terpisah untuk meminimalkan ukuran modul, juga
rangkaian L-C(induktor dan kapasitor) yang berguna sebagai
rangkaian pemilih frekuensi, agar penguatan daya yang dilakukan
hanya berfokus pada frekuensi yang diharapkan. Transistor digunakan
adalah HJFET (NE3509M04) dan GaAS HEMT (FHX35LG). NE3509MT adalah
HJFET (Hetero Junction Field Effect Transistor) yang memiliki
gangguan yang sangat rendah untuk pita GSM dan GPS. NE3509M04
mempunyai kanal NEC-N HJ-FET yang didesain untuk pita frekuensi L
(1GHz-2GHz) dan S (2 GHz-4 Ghz). FHX35LG adalah FET GaAs Fujitsu
yang memiliki gangguan yang rendah untuk pita-pita DCS, PCS, dan
WCDMA. Hambatan masukkan penguat berderau rendah telah disesuaikan
dengan keluaran dari diplexer, tapis lolos pita, dan duplexer,
sedangkan hambatan keluaran dari penguat berderau rendah
dioptimalkan agar daya yang dihasilkan maksimal.
3.2. Spesifikasi Alat Spesifikasi dari modul yang kami rancang
adalah:1. Modul akan memiliki ukuran yang berdimensi 25 mm x 15 mm
x 25 mm.2. Efisiensi penguatan daya untuk pita GSM, DCS, PCS, dan
WCDMA lebih dari 20%.3. Penguatan sinyal dengan frekuensi radio
pada modul bagian pengirim akan berkisar antara 20 dB sampai 24 dB,
dan penguatan pada modul bagian penerima akan berkisar antara 6 dB
sampai 10 dB.4. Gangguan yang mengganggu kerja sistem hanya akan
berkisar antara -68 dB/Hz hingga -45 dB/Hz.
3.3. Gambaran Cara Menggunakan Alat Modul ini dapat digunakan
dengan mengkoneksikan bagian modul front end pengirim ke modul yang
berguna untuk mempersiapkan sinyal/data/informasi yang akan kita
kirimkan, dan mengkoneksikan bagian modul front end penerima ke
modul yang berfungsi memproses data yang sudah dibedakan menurut
pita-pita frekuensi nya (GSM, DCS, PCS, atau WCDMA). Modul front
end pada pengirim secara otomatis akan memodulasikan
sinyal/data/informasi ke sinyal yang memiliki frekuensi radio, lalu
mengirimkannya lewat antena, sedangkan modul front end pada
penerima akan menerima sinyal radio lewat antena, kemudian sinyal
tersebut akan diolah menjadi sinyal dengan frekuensi
menengah/Intermediate Frequency (RF) untuk diproses lebih
lanjut.
4. Gambaran Tugas4.1. Cara Penyelesaian4.1.1. Diagram Kotak
Modul yang Dirancang
Memodulasikan sinyal awal dengan frekuensi tinggiMemperkuat
sinyal dengan penguat dayaSinyal/data/informasi yang akan
dikirimSinyal termodulasiMengirimkan sinyal yang telah termodulasi
lewat antenaMelewatkan sinyal ke filter, diplexer, dan duplexer
untuk menentukan kategori pita frekuensiSinyal dengan frekuensi
tinggi diterima antenaMemperkuat sinyal dengan penguat berdistorsi
rendahSinyal dengan frekuensi tertentuSinyal siap diproses
Gambar 4. Diagram alur proses penerimaanGambar 3. Diagram alur
proses pengiriman
4.1.2. Cara Kerja Fungsional Modul yang DirancangModul front end
ada 2 macam, yaitu modul front end pengirim dan modul front end
penerima. Duplexer dalam modul ini berfungsi untuk melakukan
multiplexing/pemisahan antara 2 bagian, yaitu pengirim dan penerima
dengan pita dasar WCDMA (2150 MHz-2230 MHz), sedangkan diplexer
adalah duplexer yang dapat melakukan multiplexing ke banyak bagian,
yaitu pancarima dengan pita dasar GSM (870 MHz-910MHz), serta
pancarima dengan pita dasar PCS (1920 MHz-2000 MHz). Karena bangian
pancarima dengan pita GSM dan PCS dipisahkan menggunakan 1 buah
diplexer, maka untuk pancarima pita GSM dilakukan pemilihan
frekuensi dengan tapis lolos rendah karena frekuensi GSM yang lebih
rendah dari frekuensi PCS. Tapis pita lolos pada modul ini
berfungsi untuk melakukan pemilihan frekuensi penerima untuk pita
dasar GPS (1571 MHz-1580 MHz) yang memiliki lebar pita lebih rendah
dari lebar pita WCDMA dan lebih tinggi dari lebar pita frekuensi
GSM dan PCS.Pada bagian pengirim, terdapat mixer dengan osilator
tegangan terkontrol yang berfungsi untuk memodulasikan
sinyal/data/informasi (berpita GSM/PCS/WCDMA) yang ingin kita
kirimkan ke sinyal dengan frekuensi tinggi, yaitu frekuensi
radio/gelombang mikro. Lalu terdapat sebuah penguat daya pada
masing-masing bagian pengirim untuk memperkuat sinyal yang telah
termodulasi. Setelah termodulasi dan diperkuat, barulah sinyal
dikirimkan dengan antena. Antena yang digunakan adalah antena yang
telah dirancang untuk dapat bekerja pada beberapa frekuensi
resonansi/multi resonance antenna. Pada bagian pengirim, jika
terdapat sinyal/data yang ditangkap oleh antena, maka sinyal akan
dilewatkan ke bagian diplexer, tapis pita lolos, dan duplexer untuk
menentukan kategori sinyal yang diterima, apakah sinyal berada pada
pita dasar GSM/PCS/GPS/WCDMA. Sinyal dengan frekuensi GSM hanya
akan dapat melewati tapis lolos rendah dan tidak akan dapat
melewati tapis lolos pita, dan begitu pula sinyal dengan pita dasar
PCS/GPS/WCDMA yang hanya akan dapat melewati alat yang telah
dipekerjakan pada masing-masing pita frekuensi. Jadi, sinyal akan
diketahui berada pada pita dasar apa setelah melewati diplexer,
tapis lolos pita, dan duplexer. Lalu, terdapat penguat berderau
rendah, yang berfungsi untuk memperkuat sinyal/data tersebut, dan
memperlemah gangguan karena proses pengiriman. Setelah diperkuat,
sinyal tersebut akan melewati sebuah mixer dan osilator tegangan
terkontrol untuk dipindahkan ke frekuensi tengah/intermediate
frequency untuk diproses lebih lanjut.4.1.3. Perincian Tugas1.
Mempelajari teori dan cara kerja masing-masing modul secara lebih
mendalam2. Mempelajari modul front end yang sudah pernah dibuat dan
membandingkannya dengan modul front end yang akan dibuat.3.
Melakukan uji coba alat untuk masing-masing modul maupun secara
keseluruhan kemudian mencatat hasilnya.4. Menganalisa hasil uji
coba alat lalu membandingkannya dengan teori yang ada dan Modul
front end yang sudah pernah dibuat.5. Mendokumentasikan tugas
akhir.
4.2. Tahapan Kerja1. Mengumpulkan semua komponen elektronika
yang dibutuhkan untuk membuat modul.2. Mengelompokkan komponen
menjadi komponen pengirim dan penerima, lalu melakukan proses
soldering komponen pada PCB sesuai dengan bagian-bagiannya.3.
Mengkoneksikan bagian pengirim dan penerima lewat lubang koneksi
agar menjadi suatu modul utuh.4. Melakukan pengujian pada antena.
Pengujian yang dilakukan adalah pengujian pola radiasi antena untuk
proses pengiriman. Pengujian akan dilakukan dalam ruangan anti gema
berukuran 5,5 meter x 5,5 meter x 5 meter dan menggunakan alat uji
Agilent E8362B PNA dan MIDAS versi 5.06.5. Melakukan pengujian
efisiensi penguatan daya pada masing-masing pita dasar.6. Melakukan
pengukuran penguatan puncak/amplitudo sinyal dengan frekuensi radio
dan tegangan bias yang diperlukan oleh osilator tegangan terkontrol
agar penguatannya maksimal.7. Menganalisa hasil-hasil pengujian dan
membandingkannya dengan teori-teori tentang komunikasi yang
berkaitan, dan membandingkan kinerja modul yang diusulkan dengan
modul front end yang telah dibuat sebelumnya dan telah beredar di
pasaran.8. Mendokumentasikan tugas akhir.
4.3.
4.3. Jadwal KerjaBerikut adalah jadwal kerja yang menunjukkan
urutan pengerjaan tugas akhir ini dari awal sampai akhir : Bulan ke
Kegiatan123456789
1*
2**
3**
4**
5***
6***
7******
8*********
5. Cara Evaluasi5.1. Kriteria KeberhasilanPerancangan dapat
dikatakan berhasil apabila hal-hal berikut terpenuhi:1. Dapat
merealisasikan alat yang dirancang.2. Dapat memenuhi spesifikasi
yang telah ditentukan.3. Dapat menjelaskan secara ilmiah apabila
ada spesifikasi alat yang tidak terpenuhi.
5.2.USULAN PEMBIMBINGUntuk menyelesaikan tugas akhir ini
diusulkan pembimbing yang akan membantu penyusunan tugas akhir ini
yaitu sebagai berikut :1. Nama : Ivanna K. Timotius, M.S. Sebagai :
Pembimbing I2. Nama : Eva Yovita Dwi Utami, S.T.Sebagai :
Pembimbing II
5.3.Sarana Penunjang dan Kepustakaan[1] K. Chun, S. Kang, Y.
Jang, Y. E. Kim, J. Lee, I. S. Song, J. H. Yi, B. H. Kim, and H. C.
Kim, 2x2 MIMO, multi-mode, wideband transceiver system for
worldwide m-WiMax(IEEE 802.16E) / WLAN (IEEE802.11N) Applications,
Transducers11, Beijing, China, June 5-9, 2011, pp. 827 831[2] Y.
Park, R. Mukhopadgyay, A. Wakejima, K. Lim, C. H. Lee, and J.
Laskar, Ultar-Wideband (UWB) RF front-end module implementation for
multi-band OFDM system, Microwave symposium Digest, 2005, pp. 1871
1874[3] C. C. Weng, C. F. Chang, and S. J. Chung, Development of a
compact low temperature co-fired ceramic antenna front-end module,
IEEE transcations on microwave theory and techniques, vol.56, No.
11, Novemeber 2008, pp. 2483 - 2492[4] J. I. Ryu, S. H. Park, D.
Kim, and J. C. Kim, An embedded Wi-Fi frontend-module in
printed-circuit-board by employing printed lines, Electronic
Components and Technology Conference, 2011 IEEE 61st, pp. 1822 -
1827[5] P. H. Wu, S. M. Wang and M. W. Lee, Wi-Fi/WiMAX dual mode
RF MMIC front-end module, IEEE Radio Frequency Integrated Circuits
Symposium, 2009, pp. 289-292[6] W. T. Chen, C. S. Chen, C. H. Tsai,
K. C. Chin, and S. J. Lai A mobile WiMAX RF front-end module with
integrated passive components and novel material, IEEE 2nd
Electronics System integration Technology conference, UK, 2008, pp.
181-186[7] S. Baek and Y. Jee, Compact integrated monopole antenna
with CPWfed meander resonators, Electronics Letters, pp. 79 80,
January, 2011.[8] K. Lee and Y. Jee, Multiresonance Coplanar
Waveguide-Fed Monopole Antennas with Meander Strips for
GSM/GPS/PCS/DCS/WCDMA Application, Microw. Opt. Tech. Lett, vol.
53, no. 10, Oct. 2011, pp. 2438 2441.
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing IIIvanna K. Timotius, M.S. Eva Yovita
Dwi Utami, S.T
4