0057: Pamungkas Daud dkk. TI-1

DESAIN DAN PEMBUATAN POWER AMPLIFIER RF DAYA TINGGI(ORDE KILOWATT)

Pamungkas Daud∗, Ade Suhana, Yuyu Wahyu, dan Dadin M.

Pusat Pengembangan Elektronika dan Telekomunikasi (PPET)-LIPIKampus LIPI Jl. Sangkuriang Gd.20 Lt.4,Bandung 40135

Telepon (022) 2504661

∗e-Mail: pmkdaud@ppet.lipi.go.id

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Pada makalah ini akan dibahas perancangan (design) Penguat Daya RF dengan besaran daya tinggi satuan kilowattdan proses pembuatannya (fabrikasi) meliputi bagian pendukung lainnya berupa Power Supply (PS) dan sistem pendinginberupa blower maupun heatsink serta pekerjaan mekanik lainya berupa Rack dan Modul Package PA sehingga performance dantampilan dari PA tersebut aman terlindung dengan baik. Pada tahap awal dilakukan karakterisasi dari masing-masing modulyang digunakan berupa pengukuran Modul UHF PA LDMOS 800 W yang terdiri dari 2 buah komponen aktif transisitorBLF888 yang digunakan sebagai komponen penguat, Modul UHF Power devider sebagai pembagi 1:2 serta Modul UHF PowerCombiner 2:1 sebagai penggabung.

Kata Kunci: Desain , fabrikasi , penguat , pembagi , penggabung,karakterisasi

I. PENDAHULUANSalah satu solusi riset penyiaran berbasis digital dia-

rahkan untuk mampu mengembangkan prototipe pro-duk TIK termasuk elektronika industri yang digunakanuntuk substitusi impor atau sebagai basis pengem-bangan teknologi/industri nasional masa depan, se-hingga mampu membuat perangkat penyiaran multi-media digital seperti digital broadcasting salah satunyaadalah, pengembangan perangkat power amplifier (PA)5 KWatt sampai 10 KWatt dan sistem penyiaran digi-tal pada frekuensi UHF. Hal ini sesuai dengan karak-teristik dari pemancar TV Digital yang mempunyaijangkauan (covered area) kurang lebih setengah di-bandingkan dengan pemancar TV Analog[2, 5] sehinggadiperlukan High Power Amplifier. Struktur LDMOSmengungkapkan fundamental dasar perangkat tekno-logi RF MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Ef-fect Transistor) dan tantangan yang ada untuk mening-katkan kinerja RF dan kehandalan.[1, 4] LDMOS sang-gup memberikan solusi permasalahan saat ini di manaaplikasi power RF memerlukan gain yang lebih besardan daya yang lebih besar juga tanpa rangkaian seke-liling yang kompleks. Di samping itu diperlukan bebe-rapa hal yang lebih tinggi antara lain keandalan, gain,linieritas dan daya output yang dibatasi oleh keter-batasan power supply DC di mana untuk aplikasi daya

tinggi RF menggunakan tegangan DC antara 20∼50volt. Kelebihan lainnya secara institusi Penelitian inimendukung Pemerintah dalam hal ini Kementrian Ko-munikasi dan Informasi (MENKOINFO) berkaitan de-ngan aturan dan kebijakan baru yang akan diterap-kan di tahun 2015, di mana semua pemancar Televisinantinya akan dialihkan dari sistem pemancaran Ana-log menjadi sistem pemancaran Digital, yang berimp-likasi pada segi teknis cukup signifikan di antaranyaperlu daya pancar yang lebih besar dibanding dengandaya yang digunakan pada sistem pemancaran analoguntuk cakupan luas area siaran yang sama.

II. METODOLOGIPada dasarnya metodologi penelitian ini merupakan

rancang bangun. Dimulai dengan melakukan karak-terisasi dari LDMOS 800watt yang merupakan dasarPA untuk PA 5KW sampai 10 KW mencakup pengu-kuran power output, gain dan linieritas pada frekuensiUHF. Pengukuran ini dilakukan menggunakan alatsweep generator dan oscilloscope atau spectrum an-alyzer. Di samping itu diukur juga konsumsi arusdan tegangannya menggunakan multimeter. Selan-jutnya karakterisasi power combiner dan power split-ter meliputi parameter VSWR, Insertion Loss, dan for-ward gain dari common port ke masing-masing port

Prosiding InSINas 2012

TI-2 0057: Pamungkas Daud dkk.

GAMBAR 1: Desain UHF Power Amplifier Secara Blok Skematik

GAMBAR 2: Diagram Blok Langkah urutan dari pengerjaan PA

pada frekuensi UHF menggunakan alat Vector Net-work Analyzer. Tahap berikutnya menggabungkan 4buah LDMOS 800 watt menggunakan power combiner1:4 sehingga secara teori menjadi 3200 watt. Selanjut-nya penggabungan 2 buah PA 3200 watt mengguna-kan power combiner 1:2 secara teori menjadi 6400 watt.Tahap akhir menggabungkan 2 buah PA 6400 watt men-jadi secara teori menjadi 12.800 watt. Pada kenyataan-nya akan lebih kecil dari PA 12.800 karena dikurangirugi-rugi combiner dan dapat diatur sehingga menca-pai 5KW sampai 10 KW. Untuk aplikasi pada TV digitaldiperlukan sistem exciter standar DVB-T dan sistem an-tena. Langkah urutan dari pengerjaan PA tersebut da-pat dilihat pada blok diagram GAMBAR 2.

III. HASIL DAN PEMBAHASANModul PA 1KW tersusun dari 2 Modul Pallet UHF

LDMOS 800 Watt dan 1 modul Power Splitter dita-mbah 1 modul Power Combiner seperti yang terli-hat pada GAMBAR 3, Sementara untuk komponen pen-dukung lainnya seperti heatsink, blower dan asesorislengkap dengan Rack, setelah diintegrasikan hasilnyaberupa PA 1KW fungsional seperti yang terlihat padaGAMBAR 4. Untuk mendapatkan daya PA 5KW adalah

dengan cara menggabungkan 5 unit dari PA 1KW terse-but menggunakan combiner menjadi satu.

GAMBAR 3: Layout PA 1KW

GAMBAR 4: Prototipe PA 1 KW

Hasil Pengukuran Frekuensi Response terhadap RFGain PA 1KW untuk rentang frekuensi 470Mhz-870Mhz(Band UHF) dapat dilihat pada GAMBAR 1. Begitupununtuk Power Gain terhadap input RF dapat dilihat padaGAMBAR 2. PA 1 KW ini harus di-drive oleh Power Sup-ply (PS) yang mempunyai DC output Voltage, DC out-put Current stabil untuk input AC yang bervariasi padaRentang tegangan 195-220 Volt, Hasil pengukuran PStersebut dapat dilihat pada GAMBAR 3, GAMBAR 8, danGAMBAR 9.

Pada tahap akhir untuk mendapatkan PA 5 KW yangfungsional ke lima PA 1 KW tersebut digabung denganPS Switching yang telah diukur respon tegangan out-put,maupun arus output dan ripple tegangannya, laludikemas dalam satu rack sehingga segera dapat digu-nakan untuk Pemancar TV Digital seperti yang dapat

Prosiding InSINas 2012

0057: Pamungkas Daud dkk. TI-3

GAMBAR 5: Korelasi Power gain vs Frekuensi

GAMBAR 6: Korelasi Power gain vs RF input

GAMBAR 7: Korelasi luaran tegangan vs luaran arus listrik

GAMBAR 8: Korelasi luaran daya vs luaran arus listrik

GAMBAR 9: Korelasi input daya vs input arus listrik

dilihat pada prototipe PA 5KW dalam GAMBAR 5.

GAMBAR 10: Foto Prototipe PA 5KW

IV. KESIMPULAN• Modul Pallet UHF LDMOS 800 Watt sangat cocok

untuk pembuatan PA dengan daya tinggi ( di atassatuan Kwatt ), praktis dan punya keandalan yangtinggi.

• PS switching untuk mendrive PA 1KW harus mem-punyai tegangan yg relatif stabil, ripple tegangan

Prosiding InSINas 2012

TI-4 0057: Pamungkas Daud dkk.

rendah,arus yg cukup besar dan konstan serta be-saran arus yang sesuai kebutuhan.

SARANSistim pendingin (cooling Systems) untuk Power

Amplifier daya tinggi sangat diperlukan dan relatif ma-hal harganya, sementara keberadaannya sangat berpen-garuh terhadap umur (life time) dan kestabilan kinerjadari suatu sistem Pemancar TV dengan daya Tinggi, un-tuk itu akan lebih baik bila Penelitian mengenai SistemPendingin untuk Sistem Pemancar dengan Daya Tinggidiadakan.

DAFTAR PUSTAKA[1] Philips Semiconductors, RF transmitting transistor

and power amplifier fundamentals, March 1998[2] 30 kVA LF/VLF power amplifier module Willi-

ford, J.G.; DuBose, J.T.; Rockwell Int. Corp.MilitaryCommunications Conference, 1995. MILCOM ’95,Conference Record, IEEE Issue

[3] Power Amplifiers, IEEE Transactions on Mi-crowave Theory and Techniques, vol. 47, pp.2364-2378, 1999.

[4] P. Perugupalli, Y. Xu, and K. Shenai, ”Measure-ment of thermal and packaging limitations in LD-MOSFETs for RFIC application,” in Proc. IEEE In-strum. Meas. Technol. Conf., vol. 1,1998, pp. 160164

[5] Titov, A.A.; Ilyushenko, V.N.; Avdochenko, B.I.;Obikhvostov, V.D.; Tomsk State Univ.”The poweramplifier for TV transmitter” Electronic Instru-ment Engineering Proceedings, 1998. APEIE-98.Volume 1. 4th International Conference on Ac-tual Problems of Electronic Instrument Engineer-ing Proceedings, 1998. APEIE-98

[6] Motorola’s Electro Thermal LDMOS Model

Prosiding InSINas 2012