P a g e | 1

ANALISIS PENGARAHAN ANTENA STASIUN BUMI ITS (STUDI KASUS SATELIT AMSAT OSCAR 51)

OlehRiski Andami Nafa (2209106071), Adib Budi Santoso (2209106033)

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh NopemberKampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111

Email: riskiandami@gmail.com, adeeb.santoso@gmail.com

Abstrak - Makalah ini membahas analisis Antena Stasiun bumi dengan menentukan arah antena terhadap sudut azimut dan elevasi satelit terhadap bumi serta menentukan daya sinyal yang diterima di stasiun bumi secara teoritis Data LTE didapatkan dari website resmi dari satelit AO-51 yang berisi paremeter-parameter dari orbit satelit tersebut. Jadi setelah didapatkan sudut azimut dan elevasi yang tepat dimana stasiun bumi akan memperoleh daya yang maksimal. Hasil tersebut akan digunakan untuk tracking terhadap satelit nano yang akan direalisasikan oleh proyek INSPIRE (Indonesian Nano-Satelit Platform Initiative for Research and Education)

Kata Kunci : Antena stasiun bumi, Satelit LEO

I. PENDAHULUANSatelit LEO (Low Earth Orbit) adalah

satelit berorbit rendah yang banyak digunakan untuk tujuan penelitian, pengembangan teknologi dan sistem komunikasi. Satelit LEO merupakan suatu satelit yang mengorbit pada ketinggian 300-1500 km diatas permukaan bumi. Antena stasiun bumi merupakan salah satu bagian yang sangat penting dalam sistem komunikasi satelit disamping satelitnya itu sendiri. Arah antena stasiun bumi memegang peran utama dalam sistem komunikasi satelit ini, karena penyimpangan arah antena akan sangat berpengaruh terhadap penampilan atau kualitas sinyal komunikasi, meskipun penyimpangannya hanya terjadi sangat kecil [1]. Oleh karena itu dapat di maklumi bahwa pada umumnya antena stasiun bumi selalu dilengkapi dengan berbagai macam peralatan yang berfungsi untuk kemudahan serta ketepatan dari sistem pengarahnya. Ada antena yang dilengkapi dengan sistem pengarahan

yang otomatis (auto track), dimana antena akan selalu secara otomatis bergerak mengarah tepat ke satelit, meskipun satelitnya bergeser terus-menerus. Selain itu ada juga antena yang dilengkapi peralatan pengarah yang tidak otomatis (step track), dimana antena tidak akan mengikuti pergeseran satelit secara otomatis, tapi antena harus digerakkan atau diarahkan oleh manusia baik secara mekanis maupun secara elektris. Tentu saja dari sistem antena stasiun bumi ini yang lebih banyak diteliti dan dikembangkan adalah sistem tracking antena stasiun bumi yang otomatis. Antena stasiun bumi yang dapat bergerak mengikuti satelit membutuhkan suatu perangkat yang berfungsi untuk menggerakkan antena tersebut, perangkat itu adalah rotator. Rotator ini didalamnya sudah terdapat motor dan manipulator yang sudah didesain untuk komunikasi dengan satelit. Manipulator adalah bagian mekanik yang dapat difungsikan untuk memindah, mengangkat dan memanipulasi benda kerja [3], yang dimaksud dengan benda kerja disini adalah pergerakan antena stasiun bumi terhadap satelit. Data TLE yang digunakan untuk memprediksi posisi dan kecepatan satelit akan menghasilkan predikasi yang akurat jika hanya menggunakan algoritma yang telah dipublikasikan dalam jurnal Spacetrack Report Number 3 [4].

II. STASIUN BUMI ITSStasiun bumi yang terdapat di Kampus ITS

menggunakan beberapa perangkat. Perangkat keras yang digunakan dalam desain sistem tracking antena stasiun bumi untuk satelit LEO pada pita radio amatir adalah antena Yagi, pengendali antena (antenna controller) yang terdiri atas rotator G- 2800DXA, rotator G-550, GX-500 dan computer control unit GS-232B, transceiver IC-910H, AG-35, CT-17, TNC, dan komputer (PC). Ground Station ini bekerja pada frekuensi Uplink 145 MHz dan frekuensi Downlink 435 MHz. Hubungan perangkat-

P a g e | 2

perangkat diatas dapat dilihat pada gambar 1. Untuk Antena yang digunakan adalah Antena Yagi. Untuk frekuensi VHF menggunakan antena Yagi 70 cm dan UHF menggunakan antena Yagi 2 m.

Gambar 1 Hubungan Komunikasi Perangkat Ground Station

Rotator Antena G-2800DXARotator antena G-2800DXA adalah produk

dari Yaesu yang digunakan untuk memutar tial antena secara azimuth. Rotator ini dapat bergerak berputar sebesar 360° dengan kecepatan berputarnya dapat dipilih dari 50 sampai 120 detik per 360°.

Rotator Antena G-550 Rotator antena G-550 adalah produk dari

Yaesu yang digunakan untuk memutar antena

secara elevasi dari 0 sampai 180.

GS-232B GS-232B adalah produk dari Yaesu yang

digunakan untuk antar muka antara rotator antena (G- 2800DXA dan G-550) dengan komputer melalui port serial RS232. Didalam rangkaian GS-232B terdapat mikroprosesor dan 10 bit analog to digital converter (ADC) serta EEPROM. Laju data serial dapat dipilih dari 1200 sampai 9600 bps.

GX-500 (Automatic Control Adapter) GX-500 adalah perangkat khusus yang

digunakan untuk antar muka antara rotator antena G-550 dengan GS-232B

Transceiver IC-910H (Transceiver Controller)

Transceiver adalah sebuah perangkat elektronik yang digunakan untuk menghubungkan sebuah komputer dengan antena dengan teknologi pemancaran baseband sehingga komputer tersebut dapat memancarkan (transmitter) dan menerima (receiver) sinyal dari satelit. Didalam penelitian

ini menggunakan transceiver IC-910H dari Icom.

Transceiver IC-910H mempunyai daya output yang stabil sampai dengan 100W selain itu transceiver ini juga mempunyai sensitivitas yang tinggi pada sisi penerimanya sehingga sangat diperlukan untuk komunikasi dengan satelit.

AG-35 AG-35 adalah preamplifier yang digunakan dengan transceiver IC-910H pada frekuensi 430 MHz. Preamplifier ini digunakan untuk meningkatkan rasio S/N (Signal to Noise) dan sensitivitas penerima.

CT-17 CT-17 digunakan sebagai antar muka antara transceiver IC-910H dengan komputer. CT-17 dihubungkan dengan komputer melalui port serial RS- 232.

TNC TNC berfungsi sebagai modem, modulasi dan demodulasi paket data digital yang dikirim dan diterima dari satelit. Selain itu TNC juga mempunyai fungsi tambahan, yaitu memberikan informasi pelacakan satelit untuk arah antena dan menghitung derajat pergeseran dari efek doppler dan secara otomatis menyesuaikan frekuensi gelombang radio UHF untuk mengimbanginya.

III. ANALISIS GROUND STATIONUntuk menganalisa ground station,

diperlukan pola radiasi dari antena VHF 70 cm dan UHF 2 m. Langkah yang sudah dilakukan untuk mengetahui pola radiasi dari antena tersebut adalah test daya terima. Kendala yang ditemui di lapangan adalah banyaknya obstacle (pohon dan gedung) sehingga pola radiasi yang didapatkan tidaklah presisi. Untuk mengetahui pola radiasi tersebut secara sketsanya, menggunakan sebuah software, seperti terlihat pada gambar 2.

Orientasi dari poros antena terhadap satelit didefenisikan dalam dua sudut yaitu Azimuth (A) dan Elevasi (E). Posisi dari antena haruslah berhadapan langsung dengan satelit untuk mendapatkan sinyal yang maksimum. Hal tersebut biasa diketahui dengan mengarahkan posisi antena dengan sudut elevasi dan azimuth tertentu. Posisi elevasi dan azimuth tersebut dapat dilihat pada website resmi dari satelit tersebut, gambar 3.

P a g e | 3

a) b)

Gambar 2 Gambaran Pola Radiasi Antena Tracking Satelit a) VHF 70 cm b) UHF 2 m

Sudut Azimuth adalah sudut yang vertikal terhadap antena. Nilai dari sudut azimuth antara 0° sampai 360°. Sedangkan Elevasi adalah sudut dimana posisi antena yang terhadap satelit vertikal terhadap bumi.

Gambar 3 Prediksi posisi satelit Azimut dan Elevasi

Parameter – Parameter Link AnalisisLink budget komunikasi satelit berguna

untuk memprediksi berapa daya maksimal yang diterima oleh perangkat. Faktor yang mempengarui adalah frekuensi Uplink dan Downlink, jarak antara satelit dengan Ground Station serta rugi-rugi lintasan (loss path). Dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4 Skema Sistem Komunikasi Satelit

Perhitungan Link Budget AO-51Analisis link budget ini adalah perhitungan

link budget awal yang digunakan untuk mendapatkan nilai kasar dari link margin. Ketika menghitung link budget awal redaman tidak dimasukan dalam perhitungan kecuali loss free space. Satelit Amsat ini menggunakan sistem modulasi FM untuk Uplink maupun Downlink (Amsat.org). Didalam komunikasi digital besarnya Bit Error Ratio adalah kriteria yang menentukan kualitas dari suatu sistem

komunikasi. BER dapat dihitung dengan persamaan [5] :

BER=1/2 e−(

E b BN

)

Persaman tersebut dapat diturunkan lagi :

EbN

= 1B

ln( 12 BER )

(1)

(2)

P a g e | 4

CN

=¿

Dimana nilai dari Eb/No :

EbN 0

=ln( 12 BER ) dan N0=

NB

Keterangan :C : Daya Carrier.N : Daya Noise.C/N : Rasio daya carrier terhadap daya noiseEb : Jumlah energi bit dalam setiap bit pada arus data digital.ρ : Bit rate (bit per second).No : Menormalkan daya noise yang berhubungan dengan bandwidth.B : Bandwidth

Perhitungan DownlinkBesarnya nilai bandwidth untuk frekuensi radio amatir adalah 2,7 KHz [6]. Maka untuk mengetahui nilai dari Eb/N yaitu Pers 2.

EbN

=1

2,7 × 103 ln( 1

2 ×10−5 )→ 4,01×10−3

dB

Nilai dari Eb/No dapat dihitung dengan Pers.4

EbN 0

=ln( 1

2 ×10−5 )→ 10,82 dB

Setelah didapatkan hasil diatas maka nilai (C/N)reg dapat dihitung dengan persamaan:

¿

Jarak antara satelit dengan bumi dengan persamaan :

d '=R ¿d '=6378,2¿Redaman Free Space Loss adalah 152,7 dB dengan link margin = 16,82 dB. EIRP Minimum dari satelit dengan persamaan :EIRP=Pr−Gr−FSL 11,698 dBm. Selengkapnya untuk paremeter downlink dapat dilihat pada tabel 1.

No Parameter Satuan Nilai

1 Altitude Maksimum Km 818,22 Jari-jari Bumi km 6378,23 Bit rate bps 96004 Bit Error rate 10^-55 Elavasi minimal Derajat 106 frekuensi Mhz 434,3

7Gain antena Stasiun Bumi

dBi15

8 Noise Temperature K 809 Konstansta Boltzman (J/K) 1,38 x 10-23

(C/N)reg

10 Bandwidth Hz 270011 Eb/N dB 0.00412 Eb/N0 dB 10,82013 C/N reg dB 6,820

(C/N) ach

14 Jarak maksimum d Km 2404,3415 Panjang gelombang M 0,68916 FSL dB 152,79617 Link Margin dB 1018 C/N ach dB 16,82

19Daya Noise antena GS

dBw-175,26

20Daya diterima yg dibutuhkan

dB2-158,436

21 EIRP minimum dBm 11,698

Tabel 1 Parameter Downlink

Dari tabel diatas, EIRP minimum yang dibutuhkan dari satelit AO-51 adalah 11,698 dB,. Diketahui satelit AO-51 mempunyai daya pancar 1 watt atau 30 dBm, jika diasumsikan gain antena satelit 1 dB maka EIRP adalah 31 dBm. Terlihat EIRP sebenarnya masih lebih besar dari EIRP minimum hasil perhitungan, sehingga dapat dikatakan antena GS dapat bekerja dengan baik

Perhitungan Uplink

Daya pancar antena stasiun bumi pada transceiver yag digunakan. Untuk transceiver Icom 901H pada frekuensi 144 Mhz, daya pancar maksimu adalah 100 watt atau 20 dBw.

Free Space Loss pada frekuensi Uplink adalah 143,21 dB. Dengan panjang gelombang 144 Mhz adalah 2,05 m, maka nilai (C/N)reg, B,Eb/No, jarak antena dengan satelit, Link margin dan daya noise sama dengan link budget pada downlink. Daya yang diterima oleh satelit adalah :

Pr¿16,82−175,26=−168,436 dBwGain satelit minimum yang dibutuhkan

dapat dihitung dengan persamaan :

PrPt

=GT GR ¿

maka GT=Pr

PT GR ¿¿

GT =68,426 – 35 – (-145,628) = -57,808 dB

(3)

(4)

P a g e | 5

No Parameter Satuan Nilai

1 Altitude Maksimum Km 818,22 Jari-jari Bumi km 6378,23 Bit rate bps 12004 Bit Error rate 10^-55 Elavasi minimal Derajat 106 frekuensi Mhz 145,88

7Gain antena Stasiun Bumi

dBi15

8Daya pancar antena GS

dBw20

9 Noise Temperature K 8010 Konstansta Boltzman (J/K) 1,38 x 10-23

(C/N)reg

11 Bandwidth Hz 270012 Eb/N dB 0.00413 Eb/N0 dB 10,82014 C/N reg dB 6,820

(C/N) ach

15 Jarak maksimum d Km 2404,3416 Panjang gelombang M 2,0617 FSL dB 143,30018 Link Margin dB 1019 C/N ach dB 16,82

20Daya Noise antena GS dBw

-175,26

21 EIRP antena GS dBw 35

22Gain satelit minimum yang dibutuhkan

dB -60,136

Tabel 2 Parameter Uplink

IV. Pengukuran GS

Telah dijelaskan pada perhitungan diatas, bahwa EIRP yang sebenarnya pada satelit AO-51 adalah 31 dBm, maka daya yang diterima oleh stasiun bumi adalah :

Pr¿ PT GT GR Lfs

Pada kasus diatas , diasumsikan sudut elevasi satelit adalah 10 derajat.

NO

V E D (km) FSL Pr (dBm)

1 0 10 3125,066 155,080 -110,0802 15 15 2755,608 153,988 -108,9883 30 30 1994,521 151,180 -106,1804 45 45 1577,081 149,140 -104,1405 60 60 1349,512 147,787 -102,7876 75 75 1235,477 147,020 -102,0207 90 90 1201,536 146,778 -101,7788 105 75 1238,362 147,040 -102,0409 120 60 1355,51 147,825 -102,825

10 135 45 1586,654 149,193 -104,19311 150 30 1701,122 149,798 -104,79812 165 15 2773,651 154,044 -109,04413 180 10 3144,508 155,134 -110,134

Tabel 3 Hasil Pengukuran Daya

Gambar 5 Kurva Pengukuran daya yang diterima di GS

Jika dibandingkan dengan daya yang sebenarnya yang diterima di stasiun bumi ITS . Hasil pengukuran adalah pembacaan S meter pada transceiver ICOM 910 H

Waktu Elevasi(deg)

S Mete

r

Pr (dBm)Pengukuran

Pr (dBm) seharusnya

07:48 16 S2 -135 -108.777

07:49 19 S5 -117 -108.165

07:50 22 S7 -105 -107.582

07:54 18 S3 -129 -108,366

Tabel 4 Daya yang diterima di Perangkat GS

V. Kesimpulan

Dari hasil perhitungan dengan daya yang diterima oleh stasiun bumi tidak sesuai dengan daya yang diterima seharusnya (dapat dilihat pada gambar 6). Dapat disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya dalam perhitungan daya, hanya melibatkan redaman ruang bebas (free space loss) dan tidak memperhitung rugi-rugi yang lain diantaranya antenna pointing loss, polarizatiom loss, atmosphare loss

Bagan 6 Kurva Error

DAFTAR PUSTAKA

P a g e | 6

[1] W.L Rahal, N. Benabadji, A.H Belbachir, “Software and Hardware for Tracking Low Earth Orbit (LEO) Satellites”, Revue Teledetection, vol 8, no 2, 2008 p.137-146

[2] T.S. Tuli, N.G, Orr, R.E. Zee, “Low Cost Ground Station Design for Nanosatellite Mission”, North American Space Symposium, AMSAT, 2006

[3] Marel, G. 2000. “Satellite Comminication System, 3 Edition, System Technigues and Technology”. Wes Sussex; Wiley

[4] D. Kraus. 2003. “Antena for All Application”. New York; McGrawHill

[5] Icom, (2010a). “CT-17 Communication Interfacee-V (CI-V) level Convertor”. Osaka 547, Japan

[6] Icom, (2010c). “VHF/UHF All Mode Transceiver IC-910 H”. Osaka 547; Japan

[7] Roddy, D, 2001. “Satellite Communication”, 3 Edition. McGrawHill. USA