www.ristek.go.id

Bandung, 1 - 2 Oktober 2014

Seminar Ilmiah Insentif Riset SINas, Kementerian Riset dan Teknologi

“Membangun Sinergi Riset Nasional untuk Kemandirian Teknologi”

INSINAS 2014

“Perancangan dan Implementasi Antena Phased Array untuk Radar Multifungsi pada Fire Control System”

Dr.Ir.Joko Suryana

Anggrit Yudha Pinangkis, ST

Firman Azhari, ST, MT

Ahmad Izzuddin, ST, MT

www.ristek.go.id

1. LATAR BELAKANG DAN TUJUAN

Latar Belakang

• Sistem Fire Control merupakan Alat Utama Sistem

Persenjataan yang sangat penting karena terkait langsung

dengan kemampuan dasar untuk pertahanan baik di darat,

laut maupun udara.

• Sistem Fire Control dengan dukungan Radar bahkan

menjadi komponen penting suatu Kapal Perang maupun

Pesawat Tempur dan Artileri Pertahanan Udara modern.

• Komponen penting dalam suatu Fire Control System adalah

Antena Phased Array dari suatu Radar Multifungsi karena

merupakan ‘indera’ untuk mendeteksi target, melakukan

penguncian serta menjejaknya dan juga untuk memberikan

panduan bagi misil agar tepat mengenai target.

www.ristek.go.id

Suatu Fire Control System memiliki 3 komponen utama :

Radar ( surveillance dan tracking )

Launcher / Meriam

Computer

FIRE CONTROL SYSTEM

www.ristek.go.id

SURVEILLANCE AND FIRE CONTROL RADARS

www.ristek.go.id

1. LATAR BELAKANG DAN TUJUAN

Tujuan

• Melakukan rancang bangun large array 16 x 16 x 4 sisi

dimana masing-masing antenna akan dihubungkan dengan

beamformer untuk mendukung scanning 3D dan tracking

multiobject .

• Melakukan interfacing antara antenna large array dengan

prototipe radar FMCW short range.

• Merancang model meriam mini sebagai media yang

menggantikan meriam sebenarnya untuk melakukan

pengujian singkronisasi antara arah target yang dterima

radar dengan pengarahan laras meriam.

www.ristek.go.id

2. PERMASALAHAN DAN PENDEKATAN

PEMECAHAN NYA

Masalah Pokok

• Implementasi Antena Phased Array dengan multi

berkas simultan yang mampu melakukan

scanning beam dan tracking

• Implementasi Sistem Radar S-band dan

antarmuka dengan Antenna Phased Array

• Perancangan Model Meriam

www.ristek.go.id

2. PERMASALAHAN DAN PENDEKATAN

PEMECAHAN NYA

Pemecahan

• Large Array didekomposisi kedalam subarray S-band

berukuran 16 buah 4x4 cross dipole identik sehingga

diperoleh larger array berukuran 16 x 16. Masing-

masing subarray memiliki 16 berkas simultan, sehingga

total berkas per sisi kubah radar memiliki 256 berkas.

• Dipilih Radar S-band tipe FMCW yang memiliki fitur

low power serta low probability interception

• Model meriam menggunakan dual motorized untuk

mendukung pergerakan dalam arah azimuh dan elevasi

www.ristek.go.id

3. METODE

3.1.Perancangan Large Array 2 meter x 2 meter x 2 meter

• Untuk melakukan scanning 3D secara elektronik serta melakukan

penjejakan multitarget, maka antena susunan 256 buah per sisi kubah

tersebut masing-masing elemen antenannya harus memiliki rangkaian

penggeser fasa.

• Sejumlah besar rangkaian penggeser fasa ini kemudian diorganisasikan

untuk membentuk suatu sistem Beamformer jamak untuk mendukung

scanning 3D serta penjejakan multi target secara elektronis

www.ristek.go.id

3. METODE

3.2. Implementasi Large Array

16 x 16 S-band

• Untuk memperoleh jarak

jangkauan yang lebih jauh,

antenna disusun dalam array

dengan jumlah elemen sebanyak

mungkin.

• Bila masing-masing subarray 4x 4

memiliki gain 16 dB, maka susunan

antenna 16 x 16 berikut memiliki

gain 28 dB. Selain menaikkan gain,

dalam penelitian ini tujuan

memperbanyak elemen antenna

adalah untuk membuat sejumlah

besar berkas secara simultan.

www.ristek.go.id

3. METODE

3.3.Perancangan Beamformer 16 x 4 x 4

• Untuk melakukan scanning 3D

secara elektronik serta melakukan

penjejakan multitarget, maka antena

susunan 256 buah per sisi kubah

tersebut diatas masing-masing

elemen antenannya harus memiliki

rangkaian penggeser fasa.

• Dalam penelitian sinas 2014 ini,

untuk melakukan scanning 3D

diperlukan dua buah Butler Matrix

4x4 pada arah vertical dan arah

horizontal.

www.ristek.go.id

3. METODE

3.4.Implementasi Radar FMCW S-band dan antarmuka dengan

antena phased array :

• Pada kegiatan ini dilakukan implemetasi Radar FMCW S-band

dengan daya rendah namun memiliki keunggulan LPI.

• Untuk melakukan integrasi radar FMCW dengan Large Array 16 x

16 cross dipole diperlukan antarmuka berupa rangkaian RF switch

dengan T/R duplexer.

www.ristek.go.id

3. METODE

3.5.Perancangan Model Meriam Mini

• Pada kegiatan ini, permodelan

meriam akan dilakukan dengan

perancangan mekanik sistem

penggerak azimuth dan elevasi dengan

dua motor listrik dan sistem gearnya.

• Untuk menggerakkan dua motor

tersebut dibutuhkan driver daya yang

pengendaliannya dilakukan dengan

PWM ( Pulse Width Modulation )

dengan kendali mikroprosesor.

Spesifikasi motor yang dipilih bisa

digunakan untuk pengendalian beban

laras meriam yang dipakai.

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.Prototype Skala Lab Sistem Antena Radar Multibeam

• Pada kegiatan ini telah dilakukan penyempurnaan

rancangan antena multibeam pada tahun pertama

dengan perbaikan-perbaikan sebagai berikut :

1. Perbaikan Matching Impedance di 16 port antena

2. Perbaikan kinerja Beamformer 2D baik arah azimuth

maupun elevasi

3. Perbaikan Gain tiap subarray

4. Perbaikan Konstruksi Mekanik integrasi antena

dengan beamformer 2D

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.Prototype Skala Lab Sistem

Antena Radar Multibeam

• Dalam riset ini telah diimplementasikan

2 tipe antena multibeam 16 tipe patch

kotak dan tipe cross dipole.

• Tipe array patch kotak memiliki

keunggulan dalam kemudahan

implementasi dan biaya implementasi

yang lebih ekonomis.

• Sedangkan antena multibeam 16 tipe

cross dipole memiliki keuntungan dalam

gain yang lebih baik dan bandwidth

yang lebih lebar, namun membutuhkan

biaya yang cukup mahal.

www.ristek.go.id

PERFORMANCE MULTIBEAM 2D

www.ristek.go.id

HASIL PENGUKURAN POLA RADIASI PORT 1 dan 15

www.ristek.go.id

HASIL PENGUKURAN PARAMETER S11 PORT 1 dan 15

Gambar Kurva hasil pengukuran vs

simulasi antena multibeam 16 tipe

cross dipole port 1

Gambar Kurva hasil pengukuran vs

simulasi antena multibeam 16 tipe

cross dipole port 15

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2. Pengembangan Model Radar FMCW frekuensi S-band

• Pada tahun 2014 telah dilakukan juga kegiatan pengembangan

Radar FMCW S-band dengan kegiatan desain dan

implementasi Subsistem radar FMCW S-band sebagai berikut :

1. Desain dan implementasi pemancar Radar FMCW S-band

2. Desain dan implementasi penerima Radar FMCW S-band

3. Pengembangan algoritma pengolahan sinyal radar untuk

memperoleh frekuensi Beat sebagai dasar untuk

memperoleh jarak target, kecepatan dan karakteristik

lainnya.

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2. Pengembangan Model Radar FMCW frekuensi S-band

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2. Pengembangan Model Radar FMCW frekuensi S-band

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2. Pengembangan Model Radar

FMCW frekuensi S-band

• Pada pengujian kinerja radar FMCW

ini, prototipe simulator radar

diarahkan pada sebuah objek pada

beberapa jarak tertentu yang berubah

seiring perubahan waktu. Objek

tersebut bergerak secara perlahan

mendekat dari jarak 6 meter sampai

dengan jarak 1 meter, kemudian

bergerak menjauh kembali. Objek

yang dideteksi adalah sebuah logam

PCB dengan material FR-4 berbentuk

persegi panjang pipih dengan dimensi

1 m x 1,2 m x 2 mm

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2. Pengembangan Model Radar FMCW frekuensi S-band

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2. Pengembangan Model

Radar FMCW frekuensi

S-band

• Bila seluruh hasil

pengukuran Frekuensi beat

ditampilkan dalam image 2

D untuk semua sampel jarak

pengujian, maka akan

diperoleh image 2D sebagai

berikut :

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.3. Perancangan Model Meriam Mini

• Pengendalian model meriam mini

menggunakan mikroprosesor

digunakan untuk memberikan perintah

kepada motor azimuth dan elevasi

merespon sinyal masukan yang berasal

dari radar ketika menangkap informasi

keberadaan target.

• Proses yang terjadi dalam algoritma

kendali meriam mini mencakup :

pembacaan data hasil deteksi radar,

kemudian melakukan perbandingan

dengan data terakhir yang tersimpan di

memory dan kemudian memerintahkan

motor bergerak untuk memperkecil

error kondisi memory terakhir dengan

hasil pengukuran terbaru yang

tertangkap oleh radar.

www.ristek.go.id

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.3. Perancangan Model Meriam Mini

www.ristek.go.id

5. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Telah tercapai 100% target kegiatan riset untuk bulan 1 sampai dengan

bulan 8 sebagai berikut :

1. Perbaikan Matching Impedance di 16 port antena

2. Perbaikan kinerja Beamformer 2D baik arah azimuth maupun

elevasi

3. Perbaikan Gain tiap subarray

4. Perbaikan Konstruksi Mekanik integrasi antena dengan

beamformer 2D

5. Desain dan implementasi pemancar Radar FMCW S-band

6. Desain dan implementasi penerima Radar FMCW S-band

www.ristek.go.id

5. KESIMPULAN DAN SARAN

7. Pengembangan algoritma pengolahan sinyal radar untuk

memperoleh frekuensi Beat sebagai dasar untuk memperoleh jarak

target, kecepatan dan karakteristik lainnya.

8. Menyiapkan skenario pengujian deteksi obyek bergerak

9. Melakukan Set Up akuisisi data sinyal pantul radar dengan

memanfaatkan Audiocard PC stereo

10. Melakukan pengolahan data Frekuensi Beat terhadap jarak dan

atau waktu dengan Clutter Rejection

11. Melakukan pengolahan data Frekuensi Beat pada suatu citra 2D

Saran

Untuk lebih mendukung percepatan penyelesaian penelitian, diharapkan

anggaran Riset SINAS dapat sampai ke peneliti tepat waktu.