Receiver dan Display

KELOMPOK 10

• M. Azharie Hamdany 115060300111006

• Farhan Kurniawan 115060300111007

• Firmansyah Kurnia A 115060300111027

• Wahyu Ramadhan 115060301111026

Deskripsi dan Fungsi Penerima

• amplifikasi: untuk meningkatkan amplitudo dari gelombang pantul dan interferensi ke tingkatan yang dapat dipakai di dalam pengolah sinyal dan keluaran lain.

Blok Diagram Basic Functional Receiver

• pemilihan channel dan fungsi filtering out-of-channel: untuk menolak gangguan pada out-of-band echoes target.

• matched filtering: Membentuk sinyal dan interferensi untuk memperoleh signal-to-interference rasio yang maksimum.

• demodulasi: untuk menghilangkan gelombang carrier sinusoid dan menurunkan sinyal dan interferensi pada frekuensi baseband atau informasinya.

Crystal Video Receiver

• Kelebihan : Sederhana dan Murah

• Kelemahan : • pemilihan sinyal bandwidth yang sempit (fungsi channel-select filter) harus

dilakukan pada frekuensi echo (desain filter sulit), untuk menyetel penerima diperlukan penyetelan filter RF (desain filter lebih sulit)

• sensitivitasnya sangat lemah

• Demodulasi hanya amplitudo sinyal saja (tidak bisa pada Doppler sistem)

• Aplikasi : Radar Warning Receiver (RWRs)

Homodyne Receiver

• Kelebihan : Sederhana, tidak ada image

• Kelemahan : sensitivitas lemah dan ketidakmampuan untuk memfilter sinyal kecuali pada frekuensi radio

• Aplikasi utamanya adalah dalam Radar Doppler sederhana seperti receiver laboratorium untuk pengukuran target, dan di dalam fuze radar.

Superheterodyne Receiver

• Kelebihan :

• desain amplifier dan filter lebih mudah dan lebih baik

• penyetelan dapat dilakukan hanya dengan mengubah frekuensi dari osilator lokal

• Kelemahan : adanya image frequency

Image frequency• Frekuensi lain(yang tidak diinginkan) yang besarnya sama dengan

frekuensi kerja dikurangi dua kali IF

• Image frekuensi berjarak 2IF dari frekuensi sinyal

Kerugian :

• memungkinkan noise masuk ke sistem, mengurangi SNR sebesar 3dB

• Image jamming

Image-Reject Filter

Double-Conversion Superheterodyne Receiver• IF pertama frekuensi tinggi, untuk mengurangi masalah image frequency

pada filter RF

• IF kedua frekuensi rendah, untuk memberikan amplifikasi dan filtering yang baik

Triple-Conversion Superheterodyne Receiver

Radio-Frequency (RF) Processor

• Di mana interferensi dan sinyal dikuatkan, dilemahkan, dan difilter pada frekuensi sinyal echo.

• memfilter sinyal yang tidak diinginkan, terutama pada image frekuensi dan untuk memperkuat signal-plus-noise ke level dimana noise yang dihasilkan dalam tahap selanjutnya tidak berpengaruh terhadap signal-to-noise ratio.

RF attenuators

• RF attenuator menurunkan level sinyal input yang terlalu kuat/tinggi sehingga mencegah saturasi perangkat receiver yang lain

PIN Variable Attenuator

RF filter

• RF Filter memfilter dan melewatkan frekuensi yang diperlukan, sementara menahan frekuensi yang tidak diperlukan,dan untuk menolak respon image

Respon dari RF Filter

Radio frequency amplifiers

• Fungsinya memperkuat sinyal interferensi dan menghasilkan noise sekecil-kecilnya

• Amplifier negative resistance Tunnel diode

Parametric amplifier (paramp)

• Amplifier transistor GaAs FET amplifier

Tunnel diode

• Diode yang diberi pengotor/doping GaAs semikonduktor tipe P dan N dalam jumlah yang sangat banyak dan bekerja pada bias maju

• sinyal input dan output menggunakan port yang sama (one-port device), butuh circulator untuk memisahkannya

Circulation-Type Negative Resistance Amplifier

Karakteristik Dioda Tunnel

Parametric amplifier (paramp)

• Terdapat satu atau lebih diode varactor

• berperilaku seperti negative resistance ketika dibias dengan frekuensi sinusoid yang lebih tinggi dari sinyal

• Kelebihan : menghasilkan noise yang kecil

• Kelemahan : rumit, mahal, berat dan besar bila dibandingkan dengan RF amplifier jenis lain.

Amplifier transistor• perangkat dua port dengan isolator antara keluaran dan masukan, tidak

memerlukan suatu circulator

• dirancang sebagai amplifier yang seimbang untuk memperkecil masukan dan keluaran VSWR dan memperkecil noise.

• menggunakan transistor efek medan galium arsenida (GaAs FETS) sebagai RF amplifier, noise figure kurang dari 3.5 dB padaX-Band, 2.0 dB pada C-Band, dan semakin berkurang pada band yang lebih rendah.

Balanced Amplifier

• Kelemahan : sangat sensitif terhadap temperatur, terutama pada gain dan karakteristik pergeseran fasa.

Mixer

Masukan pada mixer adalah interference information dan sinyal pada frekwensi radio frequency carrier dan suatu sinusoid yang dikenal sebagai osilator lokal.

Mixer Port

Spesifikasi Mixer

Parameter dan spesifikasi mixer :

•Noise Figure

•Rugi – rugi konversi

•Isolation

Noise Figure

• Noise figure adalah suatu pengukuran noise yang dihasilkan di dalam mixer.

Rugi – Rugi Konversi

• Rugi-rugi konversi, perbandingan power sinyal pada frekwensi radio ke dalam mixer dengan power sinyal di keluaran frekuensi menengah dari mixer itu.

LMC = PRF / PIF

LMC : the mixer conversion loss (ratio)

PRF : the RF signal power into the R port

PIF : the IF signal power out of the I port

Isolation

• Isolation adalah pelemahan di berbagai port ke injeksi sinyal ke dalam port lain. Ada empat port penting.

LR-L = PRI / PLO LR-I = PRI / PIO

LL-R = PLI / PRO LL-I = PLI / PIO

Konfigurasi Mixer

Osilator Lokal

Osilator lokal menyediakan power pada RF yang

diperlukan oleh mixer untuk konversi frekwensi. Power dari

osilator lokal yang diperlukan tergantung pada mixer, tetapi

pada umumnya berkisar antara 10 μW - 10mW. Bentuk wujud

dari osilator lokal tergantung pada umur dan jenis dari radar.

Reflex Klistron

Gunn Diode

Osilator lokal yang lain yang digunakan adalah alat Gunn atau

Gunn diode Itu adalah alat penghantar semikonduktor (pada

umumnya diatur sebagai dioda) yang mana tidak stabil pada

bias maju voltase yang sangat tinggi gradiennya. Osilasinya

sangat kecil jika dibandingkan dengan tegangan DC dan

alatnya mempunyai efisiensi rendah (<10%).

Gunn Diode

Kristal oscillator/multiplier

Frekuensi Sytesizer

NMff STDSYN )/(

SYNf

STDf

M

N

: frekuensi yang di-synthesize (VCO frequency yang dikunci)

: frekuensi masukan standar: rasio pembagi pada pre-scale counter

: rasio pembagi pada channel-select counter

Automatic Frequency Control (AFC)

Automatic Frequency Control merupakan metode penguncian local oscillator (STALO) ke transmitter.

Penguncian COHO

IF Amplifier

IF amplifier merupakan tempat paling banyak terjadinya penguatan dan

pemfilteran

Konfigurasi IF Amplifier

Spesifikasi IF Amplifier

• Gain, Gain Control, dan Linearitas Gain Control

• Ketetapan Fasa terhadap Gain

• Karakteristik Temperatur

Log IF Amplifier

• Digunakan ketika wide dynamic range (WDR) harus ditangani secara serempak, seperti dalam radar cuaca dan untuk menetralkan beberapa bentuk Electronic Counter Measure (ECM).

• Voltase keluaran yang sebanding dengan logaritma adalah daya input.

• Karakteristik Log IF Amplifier

Tipe Dasar Log Amplifier

Log Detector Amplifier

• Menghasilkan output berupa video (fasanya hilang)

• Terdiri dari sejumlah tahap-tahap pembatasan amplifier, yang mana masing-masing terhubung ke sebuah envelope demodulator

• Pada output, sinyal video yang terdemodulasi dijumlahkan

• Rangkaian Log Detector Amplifier

Dual-Gain Amplifier

• Berfungsi secara total pada frekuensi intermediate

• Untuk sinyal masukan rendah amplifier memiliki gain tinggi

• Untuk masukan yang lebih tinggi amplifier memiliki gain yang lebih rendah

• Karakteristik Dual-Gain Amplifier

Demodulator

Envelope

• Hanya memulihkan amplitudo sinyal

• Membuang fasa dari sinyal dan juga informasi Doppler apapun yang mungkin dibawa

• Hilangnya fasa mengakibatkan rugi signal-to-noise ratio (SNR) sebesar 3 dB

Synchronous

• Membandingkan sinyal ke suatu oscillator acuan (COHO) sehingga hasil berupa amplitudo sinyal dikali cos dari fasa antara synchronous demodulator dengan COHO

)( CSSSD CosVV

SDV

SV

S

C

= puncak voltase dari sinyal terdemodulasi secara sinkron

= nilai puncak dari sinyal voltase prior ke demodulasi

= fasa sinyal

= fasa dari COHO (diasumsikan secara normal sebagai nol)

• Rangkaian Synchronous Demodulator

Kekurangan Demodulator Synchronous

I/Q

• Terdiri dari dua demodulator sinkron (satu demodulator membandingkan sinyal dengan COHO dan yang lain membandingkan sinyal dengan COHO tergeser 90 )

• Persamaan Sinyal pada I/Q Demodulator

)]([ tCosVV SI

)]([ tSinVV SQ

IV

QV

SV

)(t

= voltase keluar dari I demodulator

= voltase keluar dari Q demodulator

= puncak sinyal voltase

= fasa sinyal sebagai fungsi waktu, acuan COHO

• Memulihkan semua komponen dari sinyal

• Memberikan informasi yang cukup untuk membedakan antara Doppler positif dan negatif

• Tidak mempunyai fasa buta

Contoh Penerima Radar

Search Receiver 1

Search Receiver 2

Search Receiver 3

Monopulse Tracking Receiver

Testing dan Monitoring Receiver

Gambar 10-39. Metode Injection dari Pengukuran MDS

Sinyal yang dibedakan minimum nyata ditemukan dari attenuator test generator yang membaca pada MDS,

dikoreksi untuk kabel dan atenuasi dari injection port.

CABTCTG LLPMDS MDS

TGP

TCL

CABL

(10-17)

= sinyal yang dapat dibedakan minimum (dBm)

= daya keluaran test generator output power ketika ketika ukuran MDS ditemukan

= rasio (rugi) test port directional coupler, termasuk rugi-rugi kabel ke port

= rugi kabel dari test generator ke test port

BST

RDRBSTBST

LR

GGPMDS

22

2

)4(

MDS

BSTP

BSTG

RDRGR

BSTL

Menurunkan MDS nyata, bagaimanapun, sedikit lebih sulit, di dalamnya sebuah persamaan komunikasi satu-arah diperlukan untuk menemukan kerugian ruang.

(10-18)

= sinyal yang dapat dibedakan minimum (miliwatt dalam persamaan ini)

= daya sinyal tes pada MDS membaca test target generator – miliwatt dalam persamaan ini)

= gain dari antena BST

= gain antena radar= panjang gelombang (sama seperti range)

= range dari BST ke radar= kerugian dari test target generator ke antena BST

Gambar 10-40. Menara Boresight Test Setup

Selain perhitungan kerugian ruang, pengecekan sensitivitas receiver dengan menara boresight serupa dengan yang ada pada injevted signal.

• Sensitivitas Tangential (Tangential Sensitivity = TSS)

Gambar 10-41. Sensitivitas Tangensial

Pengukuran Noise Figure: Noise figure merupakan suatu metode penggambaran noise yang dihasilkan dalam sebauah receiver yang dibandingkan dengan noise yang harus dihasilkan (dengan hukum fisika). Noise figure diukur denagn suatu tes setup seperti diperlihatkan dalam gambar 10-42.

Gambar 10-42 Tes Noise Figure

• Dua pengukuran dibuat: pertama dengan sumber noise terkalibrasi yang hidup dan dengan sumber noise terkalibrasi yang mati. Dengan sumber noise mati, keluaran dari receiver adalah:

• Dengan sumber noise hidup, daya noise keluar dari receiver menjadi:

• Persamaan 10-20 dan 10-21 dapat dibagi menjadi bentuk rasio PN(ON) ke PN(OFF)

dan dipecahkan untuk factor. Gain receiver dihilangkan di dalam rasio tersebut.

RNOFFN FGBKTP 0)(

)(OFFNPK

0TNBFRG

(10-20)

= daya noise keluar dari receiver dengan sumber noise mati = konstanta Boltzmann (1.38 x 10-23

J/K) =290K

= bandwidth noise receiver= noise factor (rasio – noise figure saat dikonversikan

ke dB) = gain dari receiver

RNSNONN GPFBKTP ])[( '0)( )(ONNP

'NSP

]1/[( )()(0

OFFNONNN

NS

PPBKT

PF

(10-21)

= daya noise keluar darri receiver dengan sumber noise hidup= daya noise dari sember kalibrasi yang diinjeksikan ke dalam rantai receiver (sumber dikoreksi untuk kabel dan

kopel)

(10-22)

• Pengukuran noise figure adalah kontinyu (bukan pulsa), dan sinyal-sinyal penginterferen tidak dapat dijadikan time gated. Sehingga antena harus didisconnectkan dari receiver selama tes ini. Karenanya transmiter tidak boleh hidup. Noise figure bukan suatu tes receiver selengkap MDS dengan menara boresight, tapi dalam sistem tersebut yang memiliki tes noise figure yang built-in, ini merupakan pengukuran yang cepat, mudah dan akurat untuk sensitivitas receiver.

Display Radar• A-Scope

• A/R-Scope

• R-Scope

• B-Scope

• B-Prime-Scope

• C-Scope

• D-Scope

• E-Scope

• F-Scope

• G-Scope

• H-Scope

• I-Scope

• J-Scope

• K-Scope

• L-Scope

• M-Scope

• N-Scope

• O-Scope

• PPI, Plan-Position Indicator atau P-Scope

• RHI atau Range-Height Indicator

• A-Scope: A-scope (gambar 10-43a) merupakan suatu display modulasi pembelokan dimana koordinat vertikal proporsional dengan amplitudo target (baik linier atau log) dan koordinat horisontal proporsional dengan waktu karena transmit (atau karena start dari cycle PRF) atau range. Jika pemeliharaan display diperhitungkan, ini mungkin merupakan display radar yang paling sering digunakan.

• A/R-Scope: Suatu A/R-scope (gambar 10-43b), tidak di dalam IEEE-686, merupakan sebuah A-scope dengan sebuah segmen yang dapat disetel dari time base expanded. Umum dipakai dalam tracking radar.

• R-Scope: R-scope (gambar 10-43c) yang tidak di dalam IEEE-686, merupakan suatu A-scope yang menampilkan segmen range terbatas di sekitar suatu pusat yang dapat disetel, biasanya suatu tracking range gate. Umum dipakai dalam tracking radar.

Gambar 10-43. Range Display

• B-Scope: Merupakan display rectangular termodulasi dengan sudut azimut yang ditandai oleh koordinat horisontal dan range oleh koordinat vertikal. Amplitudo target ditunjukkan oleh brightness (terangnya) suatu titik. Merupakan display air-to-air combat karena memberikan operator informasi menginterupsi target. Kendaraan yang membawa radar berada pada keadaan interupsi dengan target apapun yang turun secara vertikal sepanjang B-scope (karena seluruh sisi bawah dari display adalah lokasi radar). B-scope menunjukkan range sebenarnya, tapi menyimpangkan dimensi cross-range (Lihat gambar 10-44a). Dua target yang dipisahkan oleh suatu cross-range konstanta menunjukkan pemisahan perbedaan pada range yang berbeda, seperti diilustrasikan oleh pasangan dua target di dalam gambar. Setiap pasangan dipisahkan oleh jarak yang sama dalam cross-range. “Bug” di dasar display merupakan sudut azimut dari antena.

• Informasi sifat penerbangan sering ditampilkan pada B-scope, diwakili oleh garis horisontal patah-patah dan simbol pesawat terbang. Display ini merupakan “inside-out”, menunjukkan acuan horisontal dari dalam pesawat terbang. Sedikit display yang menunjukkan sifat dari “outside-in” dan menunjukkan suatu variabel simbol pesawat terbang dengan horison tetap. Dalam ilistrasi ini, pesawat terbang yang membawa radar hidungnya diatas dan cenderung ke kanan. Display ini sering diproyeksikan ke head-up display (HUD) pesawat.

• B-Prime-Scope: Display B-Prime (Gambar 10-44b – tidak dalam IEEE-686) serupa dengan B-scope kecuali percepatan penutupan target ditampilkan lebih daripada range. Pusat dari display, dalam hal ini, percepatan relatif nol; suatu target selanjang garis horison tidak memiliki percepatan radial ke radar. Target di atas garis ini menutup pada radar dan target di bawah membuka. Hal ini sering tampil sama secara fisik seperti B-scope, apakah itu B- atau B-Prime tergantung pada mode radarnya.

Gambar 10-44. B-Type Display

• C-Scope: C-scope (Gambar 10-45a) merupakan suatu display intensity modulated rectangular atau circular dengan sudut azimut yang ditandai oleh koordinat horisontal dan sudut elevasi yang ditandai oleh koordinat vertikal. Hal ini sering dibingungkan dengan F-scope, yang menunjukkan model azimut yang sama dan error elevasi. Biasanya digunakan dalam radar modern.

• D-Scope: Merupakan C-scope yang titik sinarnya meluas secara vertikal untuk memberikan perkiraan range kasar. Scope ini jarang digunakan.

• E-Scope: Suatu display intensity modulated rectangular dimana range-nya ditandai oleh koordinat horisontal dan koordinat vertikal menandai sudut elevasi. Suatu E-scope serupa dengan B-scope dengan elevasi sebagai pengganti azimut, tetapi terlihat lebih sedikit penggunaannya dibanding B-scope. Merupakan RHI yang disimpangkan.

• F-Scope: F-scope adalah display rectangular dimana pusatnya merupakan axis dari beam antena dan jarak titik sinar dari pusat yang menandai posisi relatif target ke axis beam. Jarak horisontal adalah error sudut azimut dan jarak vertikalnya adalah elevasi. Pada dasarnya merupakan scope error tracking dan sering dibingungkan dengan C-scope. Banyak display disebut C-scope yang sebenarnya adalah F-scope. Scope ini memiliki beberapa penggunaan dalam radar modern

Gambar 10-45. Display Azimut vs Elevation

• G-Scope: Display rectangular ini serupa dengan F-scope yang di dalamnya offset titik sinar dari pusat menandai suatu perbedaan antara lokasi target dengan sudut beam pointing. Perbedaan G-scope adalah target menjadi diperpanjang (tampak menumbuhkan “sayap”) ketika range berkurang. Secara essensial merupakan suatu F-scope dengan informasi suatu range yang ditampilkan. Jarang digunakan dalam radar modern.

• H-Scope: Serupa dengan B-scope kecuali bahwa scope ini menampilkan beberapa informasi elevasi. Target tampak sebagai garis diagonal pendek yang kemiringannya sebanding dengan sinus dari sudut elevasi. Jarang digunakan.

• I-Scope: Dalam suatu I-scope, target tampak sebagai sebuah lingkaran penuh ketika beam antena mengarah padanya, dan radius dari lingkaran sebanding dengan range-nya. Error beam pointing mengubah lingkaran tersebut menjadi sebuah busur yang panjangnya berbanding terbalik dengan error pointing, dan posisi dari gap dalam lingkaran merupakan arah pointing dari beam antena. Jarang ditmukan dalam sistem modern.

• J-Scope: J-scope merupakan sebuah A-scope sederhana dimana garis range-nya diubah menjadi sebuah lingkaran. Amplitudo sinyal ditandai sebagai pembelokan radial dari pusat dan range adalah jarak busur dari permulaan penyapuan. Ketika tube besar catodhe ray (untuk long trace dan resolusi tampilan range baik) tidak tersedia hal itu akan menjadi kendala.

• K-Scope: Merupakan A-scope yang dimodifikasi dimana suatu target tampak sebagai sepasang pembelokan vertikal yang sedikit berbeda dalam range-nya. Dengan azimut axis beam antena mengarah ke target, pembelokan menjadi sama tingginya. Perbedaan ketinggian sebanding dengan jarak sudut azimut target dari axis beam. Jarang digunakan dalam radar modern.

• L-Scope: L-scope sama seperti K-scope, tetapi terotasi 90 untuk menunjukkan error pointing elevasi dan jarngan digunakan.

• M-Scope: Merupakan sebuah A-scope dengan tumpuan yang dapat disetel. Ketika target bersamaan dengan tumpuan, kendali pembaca memberikan range lebih akurat daripada yang dapat diperoleh secara langsung dari penyapuan CRT. Jarang digunakan.

• N-Scope: N-scope merupakan suatu hybreid (gabungan) antara K-scope dengan M- atau O-scope. Sebuah target mengakibatkan dua pembelokan, perbedaan amplitudo yang menandai error pointing azimut. Sebuah tumpuan yang dapat disetel menandai range akurat. Scope ini jarang digunakan sekaranga.

• O-Scope: Sama dengan M-scope kecuali terdapat sebuah notch yang digunakan untuk mengukur range sebagai ganti tumpuan. Jarang digunakan.

• PPI, Plan-Position Indicator atau P-Scope: Ketiga nama tersebut digunakan untuk menggambarkan display (Gambar 10-46). Merupakan sebuah display circular termodulasi dimana sinyal echo ditunjukkan setetap pada sebuah peta (plan position) dilihat dari atas radar. Range ditandai oleh posisi radial dari radar dan sudut azimut yang ditandai oleh sudut target searah jarum jam dari puncak scope (yang biasanya adalah arah utara). Offset PPI (Gambar 10-46b) mengakibatkan radar di dalam lokasi selain pusat dari display (hal ini juga disebut sector PPI). Radar tersebut dapat sepenuhnya mematikan display. Scope ini merupakan display search radar yang paling sering digunakan.

Gambar 10-46. Plan Position Indicators

• RHI atau Range-Height Indicator: Merupakan intensity modulated display dengan sudut elevasi sebagai pembelokan angular berlawanan arah jarum jam dan range-nya sebagai jarak radial dari radar (Gambar 10-47). Pada dasarnya merupakan sebuah sector PPI yang dinaikkan sisinya untuk menunjukkan elevasi sebagai ganti azimut. Merupakan display height-finding utama. Sebuah PPI dan RHI sering dipasangkan sebagai sebuah three-dimensional search display. Contoh yang ditunjukkan merupakan bagian dari sebuah display percision approach radar (PAR). Perlu dicatat bahwa garis menandai sudut penjuru dari pesawat yang diinginkan. Display lainnya dalam set adalah sector PPI.

Gambar 10-47 Range-Height Indicator (RHI)

SEKIAN DAN TERIMA KASIH