BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seorang ahli fisika Inggris bernama James Clerk Maxwell mengembangkan dasar-dasar

teori tentang elektromagnetik pada tahun 1865. Setahun kemudian, seorang ahli fisika

asal Jerman bernama Heinrich Rudolf Hertz berhasil membuktikan teori Maxwell

mengenai gelombang elektromagnetik dengan menemukan gelombang elektromagnetik

itu sendiri. Pendeteksian keberadaan suatu benda dengan menggunakan gelombang

elektromagnetik pertama kali diterapkan oleh Christian Hülsmeyer pada tahun 1904.

Bentuk nyata dari pendeteksian itu dilakukan dengan memperlihatkan kebolehan

gelombang elektromagnetik dalam mendeteksi kehadiran suatu kapal pada cuaca yang

berkabut tebal. Namun di kala itu, pendeteksian belum sampai pada kemampuan

mengetahui jarak kapal tersebut.Pada tahun 1921, Albert Wallace

Hull menemukan magnetron sebagai tabung pemancar sinyal/transmitter yang efisien.

Kemudian transmitter berhasil ditempatkan pada kapal kayu dan pesawat terbang untuk

pertama kalinya secara berturut-turut oleh A. H. Taylor dan L. C. Young pada tahun

1922 dan L. A. Hyland dari Laboratorium Riset kelautan Amerika Serikat pada tahun

1930.Istilah radar sendiri pertama kali digunakan pada tahun 1941, menggantikan istilah

dari singkatan Inggris RDF (Radio Directon Finding), namun perkembangan radar itu

sendiri sudah mulai banyak dikembangkan sebelum Perang Dunia II oleh ilmuwan dari

Amerika, Jerman, Prancis dan Inggris. Dari sekian banyak ilmuwan, yang paling

berperan penting dalam pengembangan radar adalah Robert Watson-Watt asal

Skotlandia, yang mulai melakukan penelitiannya mengenai cikal bakal radar pada tahun

1915. Pada tahun 1920-an, ia bergabung dengan bagian radio National Physical

Laboratory. Di tempat ini, ia mempelajari dan mengembangkan peralatan navigasi dan

juga menara radio. Watson-Watt menjadi salah satu orang yang ditunjuk dan diberikan

kebebasan penuh oleh Kementrian Udara dan Kementrian Produksi Pesawat Terbang

untuk mengembangkan radar. Watson-Watt kemudian menciptakan radar yang dapat

mendeteksi pesawat terbang yang sedang mendekat dari jarak 40 mil (sekitar 64 km).

Dua tahun berikutnya, Inggris memiliki jaringan stasiun radar yang berfungsi untuk

melindungi pantainya.Pada awalnya, radar memiliki kekurangan, yakni gelombang

1

elektromagnetik yang dipancarkannya terpancar di dalam gelombangyang tidak

terputus-putus. Hal ini menyebabkan radar mampu mendeteksi kehadiran suatu benda,

namun tidak pada lokasi yang tepat. Terobosan pun akhirnya terjadi pada tahun 1936

dengan pengembangan radar berdenyut (pulsed). Dengan radar ini, sinyal diputus secara

berirama sehingga memungkinkan untuk mengukur antara gema untuk

mengetahui kecepatan dan arah yang tepat mengenai target.

Sementara itu, terobosan yang paling signifikan terjadi pada tahun 1939 dengan

ditemukannya pemancar gelombang mikroberkekuatan tinggi . Keunggulan dari

pemancar ini adalah ketepatannya dalam mendeteksi keberadaan sasaran, tidak peduli

dalam keadaan cuaca apapun. Keunggulan lainnya adalah bahwa gelombang ini dapat

ditangkap menggunakan antena yang lebih kecil, sehingga radar dapat dipasang di

pesawat terbang dan benda-benda lainnya. Pada tahun-tahun berikutnya, sistem radar

berkembang lebih pesat lagi, baik dalam hal tingkat resolusi dan portabilitas yang lebih

tinggi, maupun dalam hal peningkatan kemampuan sistem radar itu sendiri sebagai

pertahanan militer.

1.2. Tujuan

Makalah ini membahas penelitian dan pengembangan radar FMCW (frequency

modulated continuous wave) yang digunakan untuk deteksi obyek-obyek yang terbang

di bawah ketinggian kurang dari 1000 feet dan jarak obyek kurang dari 100. radar ini

digunakan untuk memdeteksi kapal laut. Selain itu juga, radar ini juga digunakan untuk

pengawas pantai atau udara. Penelitian radar ini, didasarkan pada teknologi radar

FMCW yang sudah dikembangkan oleh PPET-LIPI yaitu radar pengawas pantai yang

menggunakan frekuensi S- band dari 2,8 sampai 3,1 GHz. Aktivitas utama pada

penelitian ini adalah untuk mengembangkan perangkat keras yang terdiri dari

pembangkit frekuensi, pemancar dan penerima.Beberapa perangkat keras merupakan

hasil pengembangan sendiri. Kinerja dari perangkat keras ini, telah diukur dan hasilnya

telah tersedia. Pengujian keseluruhan system Radar dalam lab maupun pengujian di luar

ruangan belum dilakukan karena antenna dan bagian perangkat lunak masih belum

dibuat. Berdasarkan hasil pengukuran, kinerja perangkat keras radar telah sesuai dengan

spesifikasi desain yang diharapkan. Pada makalah ini, dipresentasikan tentang penelitian

2

dan pengembangan tentang radar FM-CW yang diaplikasikan untuk mendeteksi obyek-

obyek yang terbang rendah dan kapal-kapal yang berada di sekitar area pantai.

Radar tipe ini sangat cocok untuk mendeteksi obyek-obyek yang terbang seperti,

pesawat tempur, pesawat udara tak berawak, pesawat-pesawat kecil, dimana tidak dapat

terdeteksi oleh radar konvensional. Oleh karena itu, penyusupan obyek-obyek tersebut

ke suatu negara, kecelakaan pesawat, pelanggaran batas negara dapat dihindari. Radar

ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi kapal-kapal yang ada di atas permukaan laut

dengan kemampuan beamwidth vertikalnya, selain itu radar ini dapat difungsikan untuk

radar pengawas udara 3D yang dapat memonitor obyek-obyek di atas permukaan lauat

sampai ketinggian tertentu sesuai dengan kamampuan radar. Gambar 3 dan 4

menyatakan ilustrasi radar FM-CW untuk pengawas air dan udara (ISRA 2012)

Makalah ini terdiri dari beberapa bagian sebagai berikut, Bagian I menerangkan tentang

pendahuluan, dasar tentang radar FM-CW dibahas pada bagian II, kemudian dilanjutkan

desain sistem pada bagian III, Bagian IV menjelaskan tentang proses perkembangan

radar terkini, pengukuran perangkat kerasditampilkan pada bagian V, dan bagian

terakhir IV, merupakan kesimpulan dari penelitian ini.

3

BAB 2

APLIKASI RADAR FM-CW UNTUK PENGAWASAN OBYEK TERBANG

PADA KAWASAN WILAYAH PANTAI

Pusat penelitian elektronika dan telekomunikasi,Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia

(PPET-LIPI) telah mengembangkan radar pengawas pantai sejak tahun 2006. Radar

jenis ini diperlukan mengingat Indonesia mempunyai panjang pantai lebih dari

80,000Km. Oleh karena itu, diperlukan radar pengawas pantai yang banyak untuk dapat

menjangkau seluruh wilayah sepanjang garis pantai tersebut. Teknologi yang dipilih

untuk radar ini, adalah teknologi frequency modulated continuous wave (FM-CW),

dibandingkan teknologi radar pulsa.

Gambar 1. Contoh aplikasi radar FM-CW untuk mendeteksi obyek-obyek di

atas permukaan laut dan yang terbang di atas udara di sekitar pantai.

Gambar 2. Jangkauan radar FM-CW dapat diperluas dengan membuat

jaringan radar

4

Gambar 3. Tiga buah radar FM-CW yang telah dikembangkan PPET-LIPI

Radar FM-CW mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya penggunaan daya yang

rendah, low probability of intercept (LPI), dimensi yang kecil, kemampuan Doppler,

berbasis computer, dan perangkat lunak yang dapat

disesuaikan. Blok diagram radar FM-CW dinyatakan pada Gambar 1 (Skolnik 1990,

Bassem 2005, Leo 2005, Mashury 2009). Sistem radar ini terdiri dari dua bagian utama:

pemancar dan penerima.Hasil dari pendeteksian ditampilkan pada unit display, yang

akan memproses sinyal kedalam informasi yang dapat dipahami oleh pengguna. Ada

dua macam antena yang digunakan, antena untuk mengirim sinyal transmisi kedalam

bentuk gelombang elektromagnetik dan antena untuk menangkap sinyal

elektromagnetik untuk diubah kedalam sinyal elektrik. Kontrol antena mempunyai

fungsi untuk mensinkronisasi pergerakan antena dengan pergerakan scanning pada unit

display. Sinkronisasi akan mengatur sinyal yang ditransmisikan dengan obyek yang

ditampilkan.

2.1 Dasar Radar FM-CW

Radar FM-CW adalah suatu sistem radar di mana energy gelombang radio dengan

frekuensi yang kontinu dan stabil dimodulasikan dengan sinyal segitiga sehingga akan

terjadi variasi frekuensi, kemudian sinyal refleksi dari suatu target yang diterima

5

akan dicampur dengan sinyal yang ditransmisikan untuk mendapatkan sinyal beat.

Berbagai variasi modulasi dimungkinkan (sinyal sinus, gigi gergaji, segitiga, dll), akan

tetapi modulasi gigi gergaji dipilih untuk aplikasi radar FM-CW karena untuk

mendapatkan jarak dan kecepatan obyek.Dengan adanya kemajuan dalam bidang

elektronika, suatu modul pemprosesan sinyal sigital (DSP) digunakan untuk proses

pendeteksian.

Gambar 3. Blok diagram sistem radar FM-CW

Sinyal beat dilewatkan ke suatu unit pengubah analog ke digital (ADC), kemudian

diproses dengan algoritma pemprosesan sinyal akan didapatkan sinyal keluaran pada

ADC.Sistem radar FM-CW terkini menggunakan satu antenna pemancar

dan satu antenna atau banyak antenna untuk penerima.Dikarenakan pemancar

mempunyai frekuensi yang sama dengan penerima, maka harus ada perlakuan khusus

untk mencegah kelebihan beban pada bagian penerima. Bentuk sinyal transmisi

FM-CW dalam bentuk gigi gergaji dinyatakan pada Gambar 5 (Bassem 2005, Leo 2005,

Mashury 2009, Richards 2005, Heijnen 2003).Di mana fe adalah frekuensi ekskursi, fb

adalah frekuensi beat (Δf) dan Tsweep adalah waktu sweep. Setelah sinyal transmisi

mengenai suatu obyek, maka sinyal pantulan obyek yang diterima radar akan dicampur

dengan sinyal transmisi untuk mendapatkan sinyal beat sebagaimana tampak pada

Gambar 6.

6

Gambar 5. Bentuk sinyal pemancar dan penerima dengan menggunakanmodulasi

frekuensi.

Gambar 6. Sinyal beat setelah dicampur dan dikurangi dengan rata-rata

amplitodu sinyal (sweep time 1ms).

Sinyal beat dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut

(Bassem 2005, Leo 2005, Heijnen 2003):

di mana f adalah frekuensi sinyal transmisi, fb adalah frekuensi beat, komponen cos()

pada bagian kiri adalah sinyal yang diterima, sedangkan pada bagian kanan adalah

sinyal transmisi.Dengan menggunakan filter lolos rendah (lowpass filter) komponen

yang mengandung frekuensi tinggi dapat dihilangkan

hanya tinggal komponen

7

yang tersisa. Komponen tersebut menyatakan hanya tersisa frekuensi beat saja.

Frekuensi beat berkaitan dengan waktu tunda antara sinyal transmisi dan sinyal yang

diterima, oleh karena itu berkaitan juga dengan jarak obyek yang terdeteksi r.

2.2 Desain System

Desain sistem radar FM-CW untuk pengawas udara dinyatakan pada Gambar 7 (ISRA

2011, 2012)

Gambar 7. Desain sistem radar FM-CW.

Spesifikasi perangkat keras radar yang dikembangkan (tidak termasuk antena) sebagai

berikut:

• Pemancar

o Frekuensi: S band (2.8 - 3.1 GHz)

o Pilihan jangkauan: 96 Km, 48 Km, 24 km, 12 Km, 6 Km.

o Output power: 10 Watt.

• Penerima

o IF frekuensi: 600 MHz.

o Jumlah range cells: 512.

o Range cells: 192 meter, 96 meter, 48 meter, 24 meter, 12meter.

o Pengolahan sinyal berbasis PC.

o Sensitifitas: -100 dBm (0 dBμV)

o Range Dinamik: 40 dB (70 dB dengan attenuator)

8

o Gain Konversi: 70 dB – 7 dB

o S/N rasio: 18 dB

o Frekuensi Sweep: 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz, 16 MHz, 32MHz.

• Pembangkit Frekuensi

o Pembangkit frekuensi utama dari DRO (dielectric

resonant oscillator).

o FM – Modulation.

o Linear saw-tooth yang dihasilkan oleh DDS (direct

digital synthesizer).

Modul-Modul komponen yang telah dikembangkan dan diintegrasikan untuk bagian

pembangkit frekuensi adalah pembangkit frekuensi utama (DRO), generator sinyal 2,4

GHz, pembagi 4, pembagi 6, filter 400 MHz, Coupler 20 dB, dan 2,4 Splitter.

9

KESIMPULAN

Penelitian dan pengembangan radar FM-CW untuk pengawas udara benda-benda yang

terbang rendah telah dipresentasikan. Fungsi radar ini sebagai radar pengawasan 3D

yang dapat mendeteksi obyek-obyek di atas permukaan laut sampai ketinggian tertentu

di atas permukaan bumi. Fokus dari penelitian ini adalah perangkat keras radar, yang

terdiri dari pemabngkit frekuensi, pemancar, dan penerima. Penelitian ini diawali

dengan desain sistem, pengembangan, dan pengukuran. Beberapa pengukuran telah

dilakukan. Hasilnya menunjukkan bahawa pengembangan perangkat keras radar telah

memenuhi kriteria yang ditentukan

10

DAFTAR PUSTAKA

Bassem R. Mahafza, 2005, Radar Systems Analysis and Design Using

MATLAB, Chapman & Hall.

ISRA Radar team, 2011, ISRA Radar, internal report.

ISRA Radar team, 2012, ISRA Radar, internal report.

Leo P. Ligthart, September 2005, Short Course on Radar Technologies,

International Research Centre for Telecommunications and Radar, TU-Delft.

Mashury, 2009, Building a Radar from the Scratch: ISRA LIPI Radar

experience, International Conference ICTEL 2009, Bandung.

M.I. Skolnik, 1990, Radar Handbook, McGraw-Hill.

Mark Richards, 2005, Radar Signal Processing, McGraw-Hill.

S.H. Heijnen, October 2003, TARA Data Processing, Report for Cloudnet.

11