Prosiding Seminar Nasional Sains Antariksa

Homepage: http//www.lapan.go.id

PENINGKATAN KUALITAS PENERIMAAN SINYAL CALLISTO MENGGUNAKAN ANTENA PENJEJAK MATAHARI

(QUALITY ENHANCEMENT OF SIGNAL RECEPTION OF CALLISTO USING SOLAR TRACKER ANTENNA)

Rizal Suryana, Peberlin Sitompul, Mario Batubara Pusat Sains Antariksa, Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional. e-mail: rizal.suryana@lapan.go.id

ABSTRAK

Riwayat Artikel:

Diterima: 22-11-2016 Direvisi: 24-02-2017 Disetujui: 04-03-2017 Diterbitkan: 22-05-2017

Kata kunci:

Antena, sistem kontrol antena, CALLISTO

Kualitas sinyal yang diterima oleh sistem berbasis radio ditentukan oleh antena dan arah antena terhadap sistem pemancar. CALLISTO merupakan sebuah alat pengamatan semburan matahari dengan sistem radio. Posisi antenna CALLISTO pada saat ini dipasang tegak lurus (90°), sedangkan sumber sinyal yaitu matahari yang selalu bergerak sesuai dengan perubahan waktu. Dampak dari posisi tersebut, sinyal yang diterima antena CALLISTO kurang maksimal. Peningkatan penerimaan sinyal CALLISTO dilakukan dengan mengonkontrol arah antena dengan menggunakan sistem kontroller berbasis mikrokontroller, sehingga antenna CALLISTO selalu mengarah ke arah matahari dan bergerak secara otomatis mengikuti arah gerak matahari. Antena CALLISTO bergerak secara otomatis mengikuti matahari dimulai dari jam 07:00 WIB sampai 17:00 WIB. Penerimaan sinyal CALLISTO meningkat secara signifikan setelah antena dikendalikan untuk mengikuti arah gerak Matahari.

Keywords:

Antenna, antenna control system, CALLISTO

ABSTRACT

The signal quality received by a radio system is determined by the antenna and antenna’s direction to the source of the signal. CALLISTO is an instrument to observe solar radio burst. At this moment, the position of antenna CALLISTO was mounted perpendicularly (900), while the signal source which is the always moves in time. This caused the received signal by the antenna CALLISTO will be less than maximum. The quality enhancement of signal reception of the CALLISTO was done by controlling the movement using a microcontroller, so CALLISTO antenna always directed toward the Sun and automatically moved following the Sun. The CALLISTO antenna move automatically from 07:00 AM until 17:00 PM. The signal received by CALLISTO was increased about 10% after the antenna was controlled to follow the motion of the Sun.

1. Pendahuluan

CALLISTO merupakan sebuah sistem penerima radio yang digunakan untuk

mengamati semburan radio Matahari . Sistem radio spektrometer CALLISTO terdiri dari antena, Low Noise Preamplifier, Synthesizer Tuner, Down Converter, Logarithmic, Low Pass

Seminar Nasional Sains AntariksaBandung, 22 November 2016

c© 2017 Pusat Sains Antariksa LAPANISBN: 978-602-17420-1-3

Filter dan Data Acquisition Unit (Benz et al, 2004). Posisi dan arah Antena terhadap sumber pemancar merupakan salah satu faktor penentu kualitas baik dan buruknya penerimaan sinyal pada sistem radio. Pada saat ini radio spektrometer CALLISTO yang di operasikan di Balai Pengamatan Atmosfer dan Antariksa (BPAA) Sumedang menggunakan antenna yagi log-periodik, posisi tegak lurus dan tidak mengarah ke matahari. Kondisi saat ini radio spektrometer CALLISTO dapat menerima sinyal dan menangkap kejadian burst matahari baik pada pagi, siang dan sore hari. Selain itu CALLISTO dapat menerima sinyal dari sistem radio broadcast, TV dan lain-lain dengan penerimaan yang kuat. Hal tersebut dapat mengganggu radio spektrometer CALLISTO jika sinyal kejadian burst dari matahari lemah. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, makalah ini akan menjelaskan cara meningkatkan kualitas penerimaan sinyal radio burst menggunakan antena penjejak matahari.

Antenna penjejak matahari CALLISTO bergerak mulai pada jam 07:00 WIB sampai 17:00 WIB. Posisi awal antena mengarah ke utara pada sudut azimuth 0° dan 90° sudut elevasi. Antena akan bergerak setiap 15 menit mengikuti gerak matahari. Kontrol antena penjejak matahari menggunakan mikrokontroller sebagai pusat kontrol dan terhubung dengan komputer untuk mendapatkan jadwal pergerakan antenna dan sebagai tampilan informasi posisi antena saat ini.

Implementasi antena penjejak matahari pada radio spektrometer CALLISTO diharapkan dapat meningkatkan kualitas penerimaan sinyal dari arah depan antena (Matahari). Sinyal yang datang dari belakang antena diterima menjadi lebih kecil atau hilang.

2. Tinjauan Pustaka

Matahari merupakan sumber emisi radio yang sangat kuat. Intensitas emisi akan meningkat kalau ada peningkatan aktivitas matahari, yaitu adanya peningkatan aktivitas sunspot di permukaan mahatari (Jasman, 2003). Semburan radio matahari (solar radio burst) merupakan wujud aktivitas matahari yang diamati pada gelombang radio (Suratno et al, 2009). Peningkatan intensitas pancaran gelombang elektromagnetik khususnya pada rentang panjang gelombang radio ini disebut dengan semburan radio matahari (Fitriani, 2013). Untuk melakukan pengamatan

semburan radio matahari dapat menggunakan sistem radio penerima dalam rentang frekuensi band A, band B, band C dan band D. Sistem radio penerima untuk mengamati semburan radio matahari disebut dengan spektomter radio.

CALLISTO mengamati semburan radio matahari dalam rentang frekuensi 80 Mhz - 800 Mhz dengan menggunakan antena yagi log periodik. Sinyal yang diterima oleh antena diteruskan ke Intermediate Frequency (IF) yang berupa digital tuner, digital tuner tersebut dikontrol oleh komputer untuk dapat menerima sinyal dengan frekuensi tertentu. Sinyal yang diterima oleh antena mengalami dua kali konversi (down converter) yaitu 37.7 Mhz dan 10.7 Mhz. Sinyal tersebut akan diteruskan ke logarithmic untuk dilakukan filter dan pengolahan (Arnold, 2004). Keluaran dari low pass filter dimasukkan ke bagian data aquisi untuk dikonversi menjadi besaran digital dan pengolahan data.

Antena merupakan salah satu komponen utama dalam sistem radio yang dapat memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik dari ruang bebas. CALLISTO merupakan alat pengamatan semburan radio matahari pasif yang hanya menerima sinyal baik dari matahari maupun dari sumber lain seperti pemancar televisi, radio dan lain-lain. Antena yagi log periodik merupakan antena multi elemen yang mempunyai karakteristik dan radiasi yang berubah-ubah secara konstan seperti fungsi logaritma dan mempunyai gain yang kecil tetapi mempunyai bandwidth frekuensi yang besar (Raharjo, 2009).

Polarisasi antena yagi log periodik merupakan polarisasi antena terarah seperti ditunjukan pada Gambar 2-1. Antena yagi log periodik akan bekerja/menerima sinyal dengan

Gambar 2-1. Polarisasi Antena Yagi Log Periodik (Balanis, 1982).

226 R. Suryana et al.

Prosiding SNSA 2016ISBN: 978-602-17420-1-3

baik jika mengarah ke arah sumber pemancar. Adapun sinyal yang datang dari belakang, samping akan diterima sangat kecil.

3. Data dan Metode

Untuk menggerakkan antena CALLISTO digunakan motor rotator dan kontroller YAESU G5500 yang dapat mengatur antena pada posisi azimuth 0 - 450 derajat dan elevasi 0 - 90 derajat. YAESU G5500 terdiri dari dua bagian yaitu bagian pertama terdiri dari motor rotator yang berfungsi untuk menggerakan antena pada sudut azimuth dan elevasi. Bagian kedua terdiri dari penggerak motor rotator sebagai kontroller (Wozniak et al, 2012) seperti ditunjukan pada Gambar 3-1. Kontroler YAESU G5500 memiliki empat kontrol switch sebagai masukan untuk mengatur posisi azimuth dan elevation dan dua pin keluaran untuk mengetahui posisi motor rotator (Spencer, 2010). Ke empat kontrol switch dan dua pin keluar tersebut akan dimasukkan ke mikrokontroller yang akan mengatur gerak motor rotator dan untuk mengetahui posisi sudut motor tersebut.

4. Hasil dan Pembahasan

Kontroller YAESU G5500 dihubungkan dengan mikrokontroller Atmega16 melalui Port C yang berfungsi sebagai keluaran untuk mengatur motor rotator bergerak, sedangkan pin keluaran kontroller YAESU G5500 dihubungkan dengan mikrontroller melalui

port analog to digital Converter (ADC). ADC pada mikrokontroller Atmega16 berfungsi untuk melakukan konversi tegangan yang dikeluarkan kontroller YAESU G5500 menjadi besaran digital. Gambar 4-1 menunjukan sistem antena penjejak matahari.

Besaran digital tersebut akan dikonversi lagi menjadi bilangan desimal yang menggambarkan gerak motor rotator pada sudut azimuth dan elevasi. Tegangan yang keluar dari kontroller YAESU G5500 0 - 5 Volt. Tegangan 0 - 5 Volt akan dikonversi oleh ADC menjadi bilangan digital (Hexa-desimal) 10 bit (0 - FFF) atau sama dengan 1023 dalam bilangan desimal. Setiap ADC memiliki resolusi yang berbeda-beda dalam melakukan konversi dari analog ke digital, resolusi ADC yang digunakan pada Atmega16 dihitung dengan menggunakan Persamaan (4-1).

................................. (4-1)

Vinmax merupakan tegangan input maksimal yang dapat diterima ADC dan Nilaimax merupakan nilai maksimal ADC. Nilaimax ADC Atmega16 adalah 1023 yang merupakan nilai maksimal dari 10 bit. Tegangan input maksimal kontroller YAESU G5500 sebesar 5 Volt, maka resolusi ADC Atmega16 adalah 4.88 milivolt, yang artinya jika ada tegangan masuk sebesar 4.88 milivolt maka ADC akan mengkonversi tegangan tersebut menjadi 1 hexa desimal (Bible, 2000).

Rentang tengangan 0-5 Volt merepresentasi putaran sudut azimuth 450

Gambar 4-1. Sistem antena penjejak matahari.

Peningkatan Kualitas Penerimaan Sinyal . . . 227

Prosiding SNSA 2016ISBN: 978-602-17420-1-3

derajat dan sudut elevasi 180 derajat. Menghitung tegangan per derajat dapat menggunakan Persamaan (4-2).

_

_ ........................... (4-2)

Sehingga kalau tegangan per derajat sudut azimuth dan elevasi hitung dengan menggunakan Persamaan 4-2 adalah sebesar 11,11 miliVolt dan 27,77 miliVolt. ADC Atmega16 akan melakukan konversi analog ke digital dengan menggunakan Persamaan (4-3).

_∗ ................... (4-3)

Dengan nilai maksimal adalah nilai 10 bit ADC yaitu 1023 dan Vref adalah tegangan referensi ADC yang diberikan yaitu 5 Volt. Nilai hasil ukur ADC bukan merupakan nilai dari sudut azimuth atau elevasi, untuk mengkonversi nilai hasil ukur ADC menjadi sudut azimuth atau elevasi dapat menggunakan Persamaan (4-4).

_∗ ......... (4-4)

Putaran motor rotator untuk sudut azimuth dan elevasi dikontrol dengan cara menyambungkan pin 4, 2, 3, dan 5 dengan pin 8 pada pin keluaran kontroller YAESU G5500.

Apabila pin no 4 disambungkan dengan pin 8, maka motor rotator /sudut azimuth akan berputar berlawanan arah dengan arah jarum jam, sedangkan jika pin no 2 disambungkan dengan pin no 8 maka motor rotator atau sudut azimuth akan berputar searah jarum jam. Untuk mengatur sudut elevasi, jika pin no 5 dihubungkan dengan pin no 8 maka antena akan naik atau sudut elevasinya bertambah. Apabila pin no 3 disambungkan dengan pin no 8, maka antena akan turun atau sudut elevasi akan berkurang. Setup pin keluaran disambungkan dengan relay yang berfungsi sebagai switch untuk menghubungkan ke pin no 8. Gambar 4-3. menunjukan hubungan pin keluaran antara relay dengan Atmega16.

Antena penjejak matahari akan mulai mengikuti gerak matahari pada jam 07:00 WIB sampai 17:00 WIB. Ketinggian matahari setiap bulan dan hari mulai dari 07:00 WIB sampai 17:00 WIB memiliki ketinggian yang berbeda. Perbedaan posisi ketinggian matahari disebabkan oleh variasi deklinasi matahari pada sudut kemiringan sumbu bumi maksimal +23,27° (utara) sampai minimal -23,27° (selatan) (Jagoo, 2013). Untuk menentukan posisi matahari dalam melakukan pengamatan akan ditentukan oleh waktu, dimana penentuannya dapat dihitung dengan menghitung posisi matahari dari sistema koordinat ekliptika, konversi sistem koordinat ekuatorial equatorial dan konversi sistem koordinat horizontal pada posisi dan waktu lokal (Jenkins, 2013).

Kontrol posisi antena CALLISTO terhadap gerak matahari menggunakan data yang berasal dari aplikasi accurate time. Data tersebut menjadi accuan untuk mengatur gerak antena CALLISTO untuk menentukan sudut azimuth dan elevasi motor rotator.

4.1. Algoritma Program

Antena CALLISTO akan mulai bergerak sesuai dengan kontrol dari Atmage16. Atmega16 akan menerima data posisi azimuth dan elevasi dari komputer setiap 15 menit. Data posisi matahari yang dikirim ke Atmega16 adalah sudut azimuth dan elevasi. Gambar 4-3 menunjukan algoritma program yang dibuat untuk mengontrol gerak antena CALLISTO.

Atmega16 akan mengaktifkan relay sesuai dengan data yang diterima. Jika data yang diterima untuk menaikkan sudut azimuth maka relay akan menyambungkan pin no 2 dengan pin no 8 dan sebaliknya jika data yang diterima untuk menurunkan sudut azimuth maka relay menyambungkan pin no 4 dengan pin no 8, untuk sudut elevasi pun demikian. Pada saat motor rotator mulai bergerak, Atmega16 akan membaca data ADC dan membandingkan dengan data yang dikirim dari komputer. Jika nilai ADC sama dengan data yang dikirim dari komputer, maka motor rotator akan berhenti dengan cara meng-nonaktifkan relay. Data ADC akan dikirim ke komputer sebagai informasi posisi antena sudut azimuth dan elevasi.

4.2. Pengujian Gerak Antena

Pengujian gerak antena dilakukan dengan mengirimkan sebuah data posisi matahari ke mikrokontroller, kemudian mikrokontroller mengaktifkan relay untuk menggerakkan

Gambar 4-2. Pin keluaran kontroller YAESU G550.

228 R. Suryana et al.

Prosiding SNSA 2016ISBN: 978-602-17420-1-3

motor rotator dan membaca posisi antena melalui ADC. Sebagai referensinya menggunakan sensor gyro yang terdapat pada smartphone android. Tabel 4-1 menunjukan hasil pengukuran gerak antena.

Melihat pada tabel 4-1, tampak perbedaan antara posisi sudut azimuth, elevasi hasil pembacaan dari ADC dengan yang ditunjukan oleh aplikasi smartphone android. Hal tersebut terjadi karena ada gangguan dari gelombang elektromagnetis dari putaran motor rotator, noise ADC itu sendiri dan batasan dari mekanik gear motor rotator/gear slop (Bible, 2000).

4.3. Hasil Penerimaan Sinyal Antena CALLISTO

Penerimaan sinyal antena CALLISTO sebelum menggunakan antena penjejak matahari dapat menerima sinyal radio dengan kuat dari berbagai arah, sehingga dapat mengganggu penerimaan sinyal yang bersumber dari matahari. Antena CALLISTO dipasang tegak lurus, kondisi ini yang menyebabkan antena CALLISTO dapat menerima sinyal dari segala arah walaupun menggunakan antena yagi log periodik.

Penggunaan antena penjejak matahari pada CALLISTO memberikan perubahan pada sinyal penerima. Gambar 4-4 menunjukan perbedaan sinyal penerima CALLISTO sesudah

Gambar 4-3. Hubungan pin keluaran, relay dan Atmega16.

Gambar 4-4. Hasil Penerimaan Sinyal Sebelum dan Sesudah Menggunakan Antena Penjejak Matahari.

Peningkatan Kualitas Penerimaan Sinyal . . . 229

Prosiding SNSA 2016ISBN: 978-602-17420-1-3

dan sebelum menggunakan antena penjejak matahari. Grafik berwarna merah menunjukan penerimaan sinyal antena CALLISTO sesudah menggunakan antena penjejak matahari dan warna biru menunjukan penerimaan sinyal CALLISTO sebelum menggunakan antena penjejak matahari. Penerimaan sinyal CALLISTO sesudah menggunakan antena penjejak matahari masih menerima banyak sinyal dari arah lain namun sinyal yang diterimanya menjadi lebih kecil akan tetapi sinyal dengan frekuensi tertentu menjadi sangat besar. Hal ini terjadi kemungkinan pada arah tersebut ada pemancara lain berupa radio broadcast, radio amatir dan lain-lain. Sedangkan sinyal yang bersumber dari matahari akan muncul jika terjadi semburan radio matahari (burst) dan dapat diamati pada rentang frekuensi 30 Mhz sampai 300 GHz (Suratno, 2011). Penerimaan sinyal dari semburan matahari bisa mendekati real time, hal ini disebabkan karena posisi yang dekat dengan bumi. Interval kemunculnya bervariasi antara detik, menit atau jam dan radiasinya puncaknya bisa mencapai sepuluh kali lebih dari pada saat matahari dalam kondisi tenang (Nasrulloh, 2011).

5. Kesimpulan

Perbedaan penerimaan sinyal CALLISTO setelah menggunakan antena penjejak matahari sangat signifikan dan pada frekuensi tertentu mengalami peningkatan sehingga CALLISTO dapat menerima sinyal dari semburan matahari dengan baik. Akurasi posisi antena penjejak matahari plus minus 2 derajat masih dapat diterima, karena antena yagi log periodik memiliki beam width yang cukup lebar.

Ucapan Terima Kasih

Penulis ucapkan banyak terimakasih kepada bapak Yana Robian dan Yusuf Dirgantara yang telah membantu dalam melakukan ujicoba dan instalasi antena

penjejak matahari, sehingga antena penjejak matahari dapat berjalan dengan baik. Penulis juga tidak lupa mengucapkan terimakasih kepada Bapak Aris Kurniawan selaku kepala Balai Pengamatan Atmosfer dan Antariksa, serta kepada Bapak Haries yang telah banyak membantu dalam pengoperasian dan melakukan ketika ada masalah pada antena penjejak matahari.

Rujukan

Balanis. C. A. (1982). Antenna Theory, Analysis and Design, Harper & Row Publisher, pp 427-439.

Bible. S. R. (2000). EasyTrak, A PIC Based Rotor/Radio Controller Interface, 19th Digital Communications Conference, Orlando, FL, ISBN : 0872598144.

Fitriani. T. (2013). Analisis Kemajuan Muka Gelombang Kejut Pada Peristiwa Semburan Radio Matahari Tipe II, Skripsi, Universitas Pendidikan Indonesia.

Jagoo. Z. (2013). Tracking Solar Concentrators A Low Budget Solution, springer, XX, 99 p. 55 illus, ISBN : 978-94-007-6103-2.

Jasman. S. (2003). Pengamatan Semburan Radio Matahari dengan Spektograf Radio, Berita Dirgantara, 3(1).

Jenkins. A. (2013) The Sun’s Position in the Sky, European Journal of Physics, 34, 3

Nasrulloh. A. (2011) Pengembangan Teleskop Radio dan Interferometer Jove Dua Elemen di Observatorium Bosscha, Skripsi, ITB.

Instruction Manual G-5500 http://www.yaesu.co.uk/files/G-5500%20Operating%20Manual_a.pdf diunduh 4 Oktober 2016

Raharjo. T. (2009). Percangan dan Pembuatan Antena Log Periodik, Skripsi, Universities Mercu Buana.

Suratno., Sulistiani. S., Gunawan. A., Muhammad. J. (2009). Kesetaraan Kecepatan Gelombang Kejut Semburan Radio Matahari Tipe II dan Lontaran Massa

Tabel 4-1. Hasil Ukur posisi antena CALLISTO

Percobaan Sudut (derajat)

Azimuth (derajat)

Elevasi (derajat)

Data Dari Smart Phone Android (derajat)

0 0 0 0 5 7 4 5

10 9 11 10 15 18 18 15 30 29 33 30 45 46 44 45 60 59 58 60

230 R. Suryana et al.

Prosiding SNSA 2016ISBN: 978-602-17420-1-3

Korona, Jurnal Sains Dirgantara, 6(2), 109-123.

Suratno dan Suhartini. S. (2011). Analisi Asosiasi Semburan Radio Matahari Tipe III dengan Flare Sinar-X dan Frekuensi Minimum Ionosfer, Journal Sains Dirgantara, 8(2).

Spencer. W. (2010). Satellite Tracker Interface http://www.arrl.org/files/file/ETP/Satellite%2

0Tracker%20Interface%20ver%201_2.pdf diunduh 1 4 Oktober 2016.

Wozniak. G, Stolarski. M. (2012). Low Cost Amateur Rotators For Student’s Satellites and High Altitude Balloon Application, Proceeding of SPIE – Photonics Applications in Astronomy, Communication, Industry and High-Energy Physics Experiments, 84540F.

Rizal Suryana, ST, lahir di Jakarta (DKI Jakarta) pada tanggal 28 Oktober 1978 bekerja sebagai pegawai negeri sipil di lingkungan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN), masuk mulai tahun 2006, menjadi salah satu Peneliti Sistem Komputer dan Komunikasi di satuan kerja Pusat Sains Antariksa di Bandung. Menyelesaikan pendidikan Strata 1 (S1) di Universitas Jenderal Achmad Yani (UNJANI) Jurusan Teknik Elektro pada tahun 2003.

Peningkatan Kualitas Penerimaan Sinyal . . . 231

Prosiding SNSA 2016ISBN: 978-602-17420-1-3