AAU Journal of Defense Science and Technology Volume 2, Number 1, 1 July 2011, 111 – 124

Manuscript received 11 Mei 2011, revised 1 June 2011, accepted for publication 13 June 2011

Alternatif Desain Drive System dengan Electronic Switch Berbasis Mikrokontroler

ATMega 8535 pada Radar Plessey AR 325 Commander

Letnan Satu Lek Dedi Pama Dp Komandan Depo Pemeliharaan 40, Sulaiman

dedi_umar@yahoo.com

Abstrak—Radar Plessey AR 325 Commander merupakan salah satu jenis radar yang dimiliki

oleh TNI Angkatan Udara (TNI AU). Salah satu fitur yang dimilikinya adalah target scanning melalui perputaran antena yang dikendalikan oleh drive system. Drive system terdiri dari motor dan reduction gear dan membutuhkan suplai bahan bakar yang relatif besar. Dalam makalah ini akan disampaikan suatu alternatif desain drive system pada radar Plessey AR 325 Commander. Alternatif desain ini terdiri dari beberapa komponen yakni mikrokontroller ATMega 8535 sebagai modul kontrol, RF Relay G6Z PE A Omron sebagai komponen electronic switch untuk pengaktifan antena dalam pengarahan sinyal gelombang elektromagnetik (beam), dan beberapa modul tambahan berbasis mikrokontroler ATMega 8535 seperti motor servo, Light Emiiting Dioda (LED), Liquid Crystal Display (LCD), dan seven segment. Selain itu, juga akan dilakukan desain antena mikrostrip sebagai elemen pendukung tahap uji coba dari desain drive system. Desain antena difokuskan pada frekuensi kerja 2 GHz sesuai dengan salah satu frekuensi kerja radar Plessey AR 325 Commander. Pada tahap akhir dilakukan integrasi seluruh modul menjadi satu sistem miniature radar transmitter untuk uji coba altenatif desain drive system dengan Graphical User Interface (GUI) dari Personal Computer (PC).

Kata Kunci—drive system, electronic RF switch , mikrokontroler ATMega 8535, miniature radar transmitter, Radar Plessey AR 325 Commander

I. PENDAHULUAN

NI Angkatan Udara (TNI AU) memiliki tugas menjaga kedaulatan Negara Kesatuan Republik Indonesia (NKRI) di udara [1]. Dengan kondisi geografis wilayah Indonesia yang

sangat luas dan terdiri dari kurang lebih 17.500 pulau dengan 2/3 wilayah terdiri dari lautan akan sangat mudah terjadi potensi-potensi pelanggaran wilayah udara sehingga dibutuhkan unsur pertahanan udara yang handal dan selalu siap. Untuk mendukung sistem pertahanan udara dalam pengamanan dan pengawasan wilayah dibutuhkan komunikasi yang baik antar satuan-satuan

T

Lettu Lek Dedi 112

yang terkait di TNI AU, dimana salah satu peralatan dan teknologi yang memiliki peran penting adalah radio detecting and ranging (radar).

Pada umumnya radar-radar militer yang dimiliki TNI AU masih menggunakan sistem konvensional dimana pengarahan sinyal (beam) melalui perputaran antena digerakan secara mekanik dengan motor dan reduction gear dalam melakukan target scanning. Proses target scanning dilakukan untuk memperoleh informasi penerbangan seperti range, azimuth, elevation, dan informasi lain yang berkaitan. Paremeter-paremeter tersebut merupakan syarat mutlak untuk mendeteksi keberadaan pesawat terbang baik pesawat jenis komersil maupun pesawat militer. Dengan adanya data-data penerbangan yang akurat, keberadaan suatu pesawat di udara akan mudah diamati secara cermat sehingga dapat memudahkan dalam penentuan tindakan militer yang tepat maupun pengaturan lalu lintas udara. Radar telah digunakan oleh TNI AU sebagai salah satu unsur sistem pertahanan udara nasional. TNI AU saat ini memiliki 19 buah radar dengan beberapa tipe diantaranya tipe Thomson TRS 2230, Plessey AWS 2, Plessey AR 325C, Plessey AR 15, dan Thales Master T.

Gambar 1. Berbagai tipe radar militer TNI AU.

Pada sistem radar konvensional dibutuhkan usaha yang sangat besar khususnya dalam pemeliharaan radar. Di samping itu, sistem konvensional ini juga membutuhkan bahan bakar yang cukup besar untuk menggerakkan antena radar yang berukuran besar. Untuk saat ini, dari 19 radar militer yang dimiliki TNI AU, hanya sebagian kecil yang memenuhi standar radar militer. Selain karena usia yang relatif tua dengan tahun produksi berkisar pada tahun 1986-1993, daya jangkau pancaran radar juga sudah tidak maksimal hanya berkisar 120 kilometer padahal untuk memenuhi standar militer jarak jangkau radar harus mencapai setidaknya 470 kilometer. Belum lagi dengan kondisi sistem pengaktifan radar TNI AU untuk memantau wilayah indonesia, dimana dilakukan pembatasan waktu pengaktifan radar yang tidak mencapai 24 jam dalam sehari karena keterbatasan anggaran untuk penggunaan bahan bakar yang relatif mahal. Sebagai konsekuensi dari keadaan tersebut, dibutuhkan suatu inovasi agar kondisi dari radar militer tidak

Alternatif Desain Drive System dengan Electronic Switch Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535 pada Radar Plessey AR 325 Commander

113

semakin memburuk dan TNI AU tidak selalu bergantung pada teknologi luar negeri dalam pemeliharaan maupun pengadaan komponen radar militer milik TNI AU.

II. DESAIN DRIVE SYSTEM

A. Radar Plessey AR 325 Commander Sebelum dilakukan tahap perancangan alternatif desain drive system akan lebih baik

diketahui beberapa karakteristik dari Radar Plessey AR 325 Commander sebagai landasan dalam perancangan desain. Radar adalah suatu sistem komunikasi elektronik yang digunakan untuk mendeteksi obyek pada jarak jauh dengan memancarkan gelombang elektromagnetik berupa gelombang radio dan gelombang mikro, pantulan dari gelombang yang dipancarkan tadi digunakan untuk mendeteksi obyek yang konduktif yaitu antara lain pesawat terbang, kapal, peluru, mobil, dan lain-lain [2][3]. Beberapa karakteristik dari radar Plessey AR 325 Commander adalah [4]:

1. Frekuensi operasional : 2 – 3 Ghz 2. Jumlah frekuensi : 32 3. Jumlah beam : 9 4. Gain antena : 41.8 dB 5. Azimuth beamwidth : 1.4˚ 6. Elevation beamwidth : 1.5º - 3.5˚ 7. Kisaran jarak jangkau : 25 - 470 km 8. Kisaran sudut elevasi : 0˚ - 20˚ 9. Rotasi antena : 6 rpm Drive system pada Radar Plessey AR 325 Commander adalah bagian yang berfungsi untuk

memutar antena dan pengendaliannya dilakukan oleh motor dan reduction gear. Reduction gear ini berfungsi mentransfer putaran yang tinggi ke putaran yang rendah dengan kecepatan tetap enam Rotation Per Minute (RPM). 

B. Drive System dan Display Pada tahap ini dilakukan perancangan dan realisasi desain drive system dan display. Hal

pertama yang dilakukan sebelum melakukan perancangan adalah memilih modul-modul penyusun drive sytem dan display untuk mendesain miniatur radar. Setelah dilakukan tahap pemilihan dan perancangan drive system dan display baik melalui kegiatan survei maupun berdasarkan informasi dari literatur yang ada, secara garis besar modul-modul penyusun dari drive sytem dan display terdiri dari:

1. Modul downnloader AVR Doper. 2. Modul mikrokontroler AVR ATMega 8535. 3. Modul RF Relay Omron G6Z 1 PE A. 4. Modul LCD JHD 162A - 16x2 character.

Lettu Lek Dedi 114

5. Modul seven segment common anode. 6. Modul 8 buah LED. 7. Modul motor servo. 8. Modul power divider ZN12PD. 9. Modul connector drive system dan display.

Gambar 2. Modul penyusun drive system dan display.

C. Antena Mikrostrip Pada tahap pemilihan jenis antena terlebih dulu dilakukan pembandingan tiga jenis antena

untuk mendapatkan jenis antena yang dapat digunakan untuk metode mengarahkan beam antena untuk tujuan scanning pada area sistem radar. Perbedaan ketiga antena tersebut adalah sebagai berikut:

1. Antena Yagi : desain tidak kompak, realisasi struktur array kompleks 2. Antena Horn : desain tidak kompak, realisasi struktur array kompleks 3. Antena mikrostrip : desain kompak, realisasi lebih array lebih mudah.

Berdasarkan referensi yang ada maka perancangan desain digunakan antena mikrostrip sebagai elemen pendukung uji coba alternatif desain drive system. Selain itu, antena mikrostrip dipilih karena memiliki karakteristik pola radiasi direksional sehingga dapat diterapkan sebagai elemen array circular dan sifatnya yang low cost serta mudah dalam pembuatannya dengan teknologi

Alternatif Desain Drive System dengan Electronic Switch Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535 pada Radar Plessey AR 325 Commander

115

printed circuit. Untuk memudahkan dalam proses desain digunakan software tiga dimensi (3D) untuk proses simulasi dan analisis antena sebelum fabrikasi antena. Setelah dilakukan simulasi dan analisa, diperoleh ukuran dimensi antena yang akan difabrikasi. Berikut hasil fabrikasi dari antena mikrostrip patch persegi pada Gambar 4.

TABLE I DIMENSI ANTENA MIKROSTRIP PATCH PERSEGI

Jenis antena Dimensi antena (mm) titik catu (mm)

X Y L W h a b

mikrostrip patch persegi 63,8 68,5 35 36 1,6 9 18

Gambar 3. Ukuran dimensi antena mikrsotrip.

Gambar 4. Fabrikasi antena mikrostrip patch persegi.

Lettu Lek Dedi 116

III. PENGUKURAN DAN UJI COBA ALAT

A. Pengukuran Antena Mikrostrip Tahap pengukuran antena dimaksudkan untuk mengetahui kinerja (performance) dan

karekteristik dari antena mikrostrip patch persegi. Parameter-parameter antena yang diukur meliputi:

1. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) antena. 2. Return loss. 3. Pola radiasi antena. 4. Penguatan antena.

Semua kegiatan pengukuran dilakukan di Laboratorium Telekomunikasi Radio dan Gelombang Mikro Institut Teknologi Bandung (LTRGM-ITB) atau lebih dikenal dengan nama Lab. Radar. Berikut hasil pengukuran dari parameter antenna microstrip pada Gambar 5 dan Gambar 6.

Gambar 5. Hasil pengukuran VSWR dan Return Loss.

Gambar 6. Hasil pengukuran pola radiasi bidang E dan H.

Alternatif Desain Drive System dengan Electronic Switch Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535 pada Radar Plessey AR 325 Commander

117

Hal yang perlu diperhatikan dalam pengukuran gain antena adalah bahwa hasil pengukuran yang diperoleh dari pembacaan spectrum analyzer bukan merupakan nilai gain antena yang sebenarnya sehingga perlu dianalisa kembali dengan menggunakan perhitungan yang berlandaskan pada Hukum Friis [7]. Adapun hasil penyerderhanaan dari Hukum Friis diperlihatkan pada Persamaan (1).

(1)

dengan R adalah jarak kedua antena pemancar dan penerima dan W adalah daya antena. Berdasarkan persamaan tersebut dilakukan perhitungan dari pengukuran gain antena.

TABLE II

HASIL PERHITUNGAN GAIN ANTENA

Freku-ensi

(GHz)

Gain Pengukuran

(dBm)

Redaman Kabel

Pemancar (dBm)

Redaman Kabel B Penerima

(dBm)

Daya pemancar

(dBm)

Daya Penerima

(dBm)

Gain (dB)

1.8 -51.97 7.01 7.05 7.01 -49.02 -8.45 1.82 -48.63 6.93 6.98 6.93 -45.61 -6.66 1.84 -45.65 6.88 6.93 6.88 -42.58 -5.07 1.86 -44.86 6.94 6.98 6.94 -41.84 -4.68 1.88 -42.28 6.99 7.03 6.99 -39.31 -3.40 1.9 -39.49 6.98 6.96 6.98 -36.45 -1.92

1.92 -37.08 6.91 6.98 6.91 -34.06 -0.64 1.94 -34.37 6.86 6.9 6.86 -31.27 0.82 1.96 -33.87 6.7 6.73 6.7 -30.60 1.28 1.98 -33.69 6.79 6.83 6.79 -30.52 1.32

2 -34.02 6.64 6.72 6.64 -30.74 1.33 2.02 -35.95 6.75 6.8 6.75 -32.75 0.31 2.04 -38.16 6.67 6.75 6.67 -34.91 -0.68 2.06 -42.23 6.61 6.68 6.61 -38.91 -2.61

B. Pengukuran vs Simulasi Antena Pada tahap ini dilakukan perbandingan antara hasil pengukuran parameter antena dengan

hasil simulasi antena. Perbandingan ini dimaksudkan untuk mengetahui kinerja (performance) antena mikrostrip patch persegi, sehingga kedepannya dapat dilakukan perancangan dan fabrikasi antena yang lebih baik dan lebih sesuai dengan karekteristik antena radar Plessey AR 325 Commander. Adapun hasil perbandingan pengukuran antena dan simulasi dari paremeter antena

Lettu Lek Dedi 118

yang terdiri dari VSWR, Return loss, pola radiasi bidang E dan H serta gain antena seperti terlihat pada Gambar 7, Gambar 8, Gambar 9, dan Gambar 10.

Gambar 7. Return loss simulasi dan pengukuran.

Gambar 8. VSWR simulasi dan pengukuran.

Alternatif Desain Drive System dengan Electronic Switch Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535 pada Radar Plessey AR 325 Commander

119

Gambar 9. Pengukuran vs simulasi pola radiasi bidang E

Gambar 10. Pengukuran vs simulasi pola radiasi bidang H

Berdasarkan hasil perbandingan simulasi dan pengukuran pada parameter antena

mikrostrip yang terdiri VSWR dan return loss, diperoleh data bahwa antena mikrostrip hasil fabrikasi dan antena pada simulasi beresonansi di frekuensi yang sama yaitu 2 GHz. Secara spesifik untuk pengamatan pada frekuensi 2 GHz diperoleh hasil pengukuran return loss dan VSWR berturut-turut -12,81 dB dan 1,59 dimana hasil ini lebih baik 0,11 dB dari hasil simulasi return loss dan VSWR antena pada frekuensi yang sama dengan nilai secara berurutan -12,7 dB

Lettu Lek Dedi 120

dan 1,6. Dari perbandingan simulasi dan pengukuran pola radiasi diperoleh data bahwa pola radiasi antena mikrostrip memiliki penerimaan radiasi terbesar pada posisi sudut phi 900 dan theta 900, sedangkan untuk perbandingan gain hasil pengukuran setelah diolah dengan melakukan perhitungan berdasarkan Hukum Friis didapatkan bahwa pada gain pengukuran untuk frekuensi 2 GHz adalah sebesar 1,33 dB sedangkan gain pada hasil simulasi dengan frekuensi yang sama sebesar 1,43,dB. Dengan demikian hasil pengukuran lebih kecil 0,1dB dari hasil simulasi.

C. Pengukuran RF Relay Omron G6Z1 PE A Pada tahap ini akan dilakukan pengukuran terhadap RF Relay Omron G6Z 1 PE A. RF

Relay Omron G6Z 1 PE A pada miniatur radar berfungsi sebagai electronic switch beam untuk pengaktifan antena minitur radar secara bergantian. Tujuan dari pengukuran RF relay ini adalah untuk mengetahui kemampuan relay dalam mentrasmisikan sinyal baik dalam keadaan relay close (on) maupun open (off). Oleh karena itu pada pengukuran ini digunakan modul mikrokontroler untuk mengatur pengaktifan dari RF Relay Omron G6Z 1 PE A. Pada Gambar 11 ditampilkan hasil pengukuran koefisien transmisi dari RF Relay Omron G6Z 1 PE A.

Gambar 11. Pengukuran koefisien transmisi RF Relay .

Setelah dilakukan pengamatan pada hasil pengukuran koefisien transmisi RF Relay,

diperoleh data bahwa ketika RF Relay pada kondisi off maka koefisien transmisi di bawah –30 dB. Nilai tersebut menunjukkan koefisien transmisi yang sudah sangat kecil yang berarti sumber sinyal eksitasi untuk antena terisolasi dengan baik. Di sisi lain ketika RF Relay pada kondisi on maka koefisien transmisi sekitar 0 dB yang berarti sinyal eksitasi ditransmisikan hampir seluruhnya ke elemen antena mikrostrip ketika RF relay on.

Alternatif Desain Drive System dengan Electronic Switch Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535 pada Radar Plessey AR 325 Commander

121

D. Miniatur Radar Secara umum realisasi desain minitur radar terdiri dari dua bagian utama yaitu antena dan

control box. Jenis antena yang digunakan pada realisasi desain miniatur radar adalah antena mikrostrip patch persegi yang dipasang secara melingkar dengan jumlah elemen antena sebanyak delapan buah agar arah pancaran beam dari tiap-tiap elemen antena mikrostrip mewakili delapan arah mata angin.

Gambar 12. Realisasi desain antena minitur radar

Gambar 13. Realisasi desain control box minitur radar

Lettu Lek Dedi 122

E. Miniatur Radar Tahap pengujian drive system yang telah dibuat dilakukan dengan menggabungkan drive

system menjadi sebuah miniatur radar sederhana. Sebelum melakukan tahap uji coba alat, dilakukan proses penanaman program (download) pada modul mikrokontroler ATMega 8535. Hal ini dikarenakan pada tahap ini digunakan General User Interface (GUI) yang didesain menggunakan software Microsoft Visual Studio C#. GUI ini akan dikendalikan dari sebuah Personal Computer (PC) atau notebook. GUI miniatur radar diperlihatkan pada Gambar 15.

Gambar 14. Blok diagram uji coba alat.

Pada tahap uji coba miniatur radar, dapat dikatakan bahwa RF Relay Omron G6Z 1 PE A

telah bekerja sesuai yang diharapakan sebagai altenatif desain drive system radar. Pada metoda konvensional, sistem radar masih membutuhkan perputaran antena dalam mengarahkan beam antena sedangkan pada penelitian ini, drive system yang dibuat tidak perlu melakukan perputaran antena dalam memancarkan beam antena, cukup dengan menggunakan mikrokontroler ATMega 8535 dan RF Relay Omron G6Z 1 PE A yang dirancang statis sehingga secara langsung juga mengatur pancaran beam antena radar khususnya sebagai transmitter.

Alternatif Desain Drive System dengan Electronic Switch Berbasis Mikrokontroller ATMega 8535 pada Radar Plessey AR 325 Commander

123

Gambar 15. GUI miniatur radar

IV. KESIMPULAN

Dari penjelasan diatas, didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Antena mikrostrip persegi memiliki karakteristik pancaran yang direksional sehingga memenuhi persyaratan sebagai elemen array sirkular usulan. Namun demikian, pada penelitian selanjutnya perlu dikaji dan dikembangkan suatu metode untuk meminimalkan backlobe yang masih muncul dan memperkecil beam antena. 2. RF relay Omron G6Z PE A telah diuji dan dapat diterapkan sebagai komponen switching dengan berbantuan rangkaian mikrokontroler ATMega8535 maka pengaturan proses pengaktifan RF Relay dapat dilakukan. 3. Rangkaian electronic switch dengan mikrokontroler untuk pengaturan beam antena mikostrip array memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai metode target scanning pada sistem radar atau navigasi yang lebih efisien.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Markas besar TNI AU, “Doktrin TNI AU Swa Bhuwana Paksa”, Jakarta, 2007. [2] A.D.W. Sumari, Nopriansyah, A.I. Wuryandari, dan A.S. Ahmad, “Aplication of Adaptive Resonance Theory 1

for Identification Friend, Foe, or Neutral System”, Proceedings of 4th International Conference Information & Communication Technology and System, ISSN 1858-1633, Surabaya, 2008.

[3] A. Arso, Teknik Radar, Diktat Kuliah Karbol Akademi Angkatan Udara, 2003. [4] _____________, Receiver Rack No. 3 of Radar System, Siemens Plessey Radar Limited, Chessington, Surrey

KT9 1QZ England, TP 1343, 1991. [5] H. Ary dan A. Wisnu, Pemograman Bahasa C untuk Mikrokontroller ATMega 8535, Andi Offset,Yogyakarta,

2008. [6] http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/164169/ATMEL/ATMEGA8535.html, 18 September 2010, 18.23

Lettu Lek Dedi 124

WIB. [7] W. Ardi, Mikrokontroller AVR ATmega 8/32/16/8535 dan Pemogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR,

Informatika Bandung, 2008. [8] H. Judawisastra, EL-366 Antena & Propagasi, Departemen Teknik Elektro, ITB. [9] D.M. Pozar, “ Microstrip Antenna”, Proceeding of the IEEE, Vol. 80, No.1, January 1992. [10] Y. Wasis, B.E. Sahputra, Iswachjudi, Y.H. Yogaswara, dan A.A Pramudita, “Beam Forming Radar”, Prosiding

Seminar Radar Nasional 2008, Bandung.

Lettu Lek Dedi adalah lulusan akademi TNI AU tahun 2006 yang sedang melaksanakan tugas belajar S-1 di Institut Teknologi Bandung (ITB). Sampai dengan saat ini penulis masih berdinas di satuan pemeliharaan 41 Depo Pemeliharaan 40 Bandung