Selamat Sore dan Salam Sejahtera untuk para formiller sekalian.

Dalam trit ini saya akan membagi satu hasil dari ketertarikan saya pada dunia dirgantara terutama radar udara. Seperti tren belakangan ini radar udara terutama untuk pesawat tempur menjadi semakin modern. baik dari segi teknologi perangkat lunak maupun keras. Salau satu produk dari tren positif ini adalah radar berjenis ESA (Electronically Scanned Array).

Selayang Pandang

Seperti kepanjangannya yaitu Active Electronically Scanned Array. Antenna radar AESA terdiri atas komponen-komponen kecil. Mulai radiator yang menyusun antenna hingga T-R (Transmit Receive) module. Berbeda dengan radar konvensional. Radar AESA dapat melakukan scanning secara elektronik, dimana ia dapat mengarahkan berkas pancarannya ke sektor yang diinginkan tanpa gerakan fisik antenna.

Contoh modul T-R untuk AESA.



Penyusun Radar AESA


Bibit-Bebet-Bobot.

Tren teknologi saat ini mengarah ke Radar AESA bukan tanpa alasan, ada keuntungan-keuntungan yang membuat mahalnya biaya produksi radar dianggap seimbang. Berikut ini adalah beberapa keuntungan dari radar AESA bilamana dibandingkan dengan saudara-saudaranya yaitu PESA, Hybrid Array dan radar konvensional dengan slotted planar array atau antenna reflektor :

1.Fleksibilitas dalam pemancaran dan penerimaan.

Dikarenakan setiap modul AESA sudah memiliki pemancar sendiri, maka bisa dimungkinkan untuk mengatur pola radiasi antena sesuai kehendak pengguna. Terutama untuk AESA dimana ia bisa mengatur pola radiasi yang dipancarkan. Sementara PESA/Hybrid tidak bisa atau terbatas hanya waktu menerima sinyal (receive saja).

Dengan demikian AESA bisa melakukan optimalisasi pencarian, mis memperbesar berkas pancaran (beamwidth) atau memperkecil atau melakukan penyesuaian untuk tujuan kesenyapan (stealth). Kemampuan mengatur pola radiasi ini dapat dicapai dengan "weighting" atau pembobotan. Skema pembobotan ini ada bermacam macam, mulai dari Taylor, Cos. Hingga alogaritma matematis lain yang khusus dikembangkan untuk radar AESA.

Keuntungan dari pembobotan adalah sbb :
1.Mengurangi kemungkinan emisi sidelobe radar terdeteksi lawan.
2.Mengurangi clutter sehingga "penciuman" radar lebih peka thd sasaran yang terbang rendah.

Contoh pola radiasi antenna yang diberi pembobotan Vs yang "tidak berbobot"


Keseluruhan area antenna radar pun dapat dipecah menjadi "radar-radar" yang lebih kecil, namun tentu dengan batas tertentu. Terutama frekuensi. Perkembangan saat ini dimana antenna AESA masih menggunakan phase shifter baik digital maupun ferrite. Lebar pita frekuensi kerja yang bisa digunakan umumnya tidak lebih dari 3-4% atau sama dengan lebar pancaran berkas antenna.

Illustrasi. APG-77 sekaligus memecah berkas pancaran radarnya untuk menjalankan berbagai fungsi sekaligus


Namun demikian sudah mulai dirintis radar AESA dengan teknologi "Photonic True Time Delay" dimana perubahan fase gelombang yang dipancarkan tidak lagi dilakukan oleh phase shifter namun oleh media lain, misalnya serat optik yang dipotong sesuai dengan fase yang ingin dipancarkan.



Dengan True time delay, maka antenna AESA bisa memanfaatkan seluruh frekuensi yang dia cakup (mis X-band 8-12 Ghz) tanpa perlu lagi mempertimbangkan keterbatasan lebar pita frekuensi operasionalnya bilamana ia masih menggunakan phase shifter. Namun demikian teknologi ini masih dalam pengembangan. Terutama untuk mengurangi jumlah serat optik yang diperlukan.



2.Tidak ada "Single point failure" Serta umur lebih panjang.

Radar konvensional, terutama pada pesawat tempur memiliki single point failure. yaitu pada bagian transmitter/pemancar. Dewasa ini radar pesawat tempur bergantung pada Travelling Wave Tube.



Umur rata-rata pemancar ini adalah singkat yaitu dalam kisaran ratusan jam 200-500 jam adalah standar. Bilamana lebih dari itu adalah luar biasa. Kegagalan komponen ini dapat mengakibatkan gagalnya operasional seluruh sistem radar. Hal semacam ini tidak dapat terjadi di radar AESA karena dengan modulnya yang berjumlah ribuan, kegagalan satu atau dua modul tidak akan mengakibatkan masalah pada performa. Sampai pada 10-14% jumlah modul dimana pola radiasi akan mulai terpengaruh.

Usia modul AESApun jauh lebih panjang, yaitu sekitar 900-1000 jam atau bahkan dapat sama dengan usia pesawat pemakainya (>10000 jam)

3.Derau (noise) yang lebih sedikit.

Salah satu sumber ketidak sempurnaan radar konvensional adalah jarak antara penerima dan antenna. dimana waveguide atau kabel, akan mengurangi kualitas sinyal yang sampai ke penerima. Atau sebaliknya mengurangi kualitas sinyal dari pemancar ke radiator. pada AESA masalah semacam ini dapat dihilangkan/dikurangi karena pemancar dan penerima ada tepat dibelakang antena.

Skema antenna AESA dengan jarak yang lebih pendek antara pemancar dan penerima.



Perhitungan daya jangkau Radar AESA.

Sekarang kita sampai pada bagian utama, yaitu perhitungan daya jangkau. Saya tidak akan banyak banyak menguraikan rumus yang digunakan namun hanya sebatas prinsip. Apa sih yang dihitung dalam spreadsheet excel ini dan asumsi apa yang menyertainya.

Untuk rumus matematis yang digunakan, secara umum tidak berbeda dengan perhitungan daya jangkau radar pada umumnya, namun demikian saya mengambil persamaan matematis yang paling mendekati untuk radar AESA, dimana ia sudah memasukkan jumlah modul T-R AESA.



Sumber : Introduction to Radar Systems 3rd Edition. Oleh Merril M Skolnik.

Sementara untuk memudahkan penggunaan. Spreadsheet excel sudah saya pecah-pecah menjadi beberapa bagian :

Variabel


Sesi ini menurut saya cukup jelas dimana :

N= Jumlah modul pancar terima (T/R module)

S/N= Signal to Noise Ratio, perbandingan kekuatan sinyal thd derau (Noise) dari alam maupun sistem radar. Umumnya adalah 13 Db untuk probabilitas deteksi 50%.

p= Rerata daya pancar modul (Average power) Untuk radar pulse doppler pesawat tempur umumnya. rerata daya pancar dapat ditemukan dengan mengalikan daya pancar puncak (peak power) dengan duty cycle yang besarannya antara 15-25%. Duty cycle atau lamanya radar memancarkan sinyal dapat mencapai 30-50% namun model operasi semacam ini sangat jarang ditemui dan hanya untuk moda Velocity Search (mencari kecepatan sasaran) 50% sendiri menunjukkan radar yang menggunakan moda FMICW (Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave) Moda operasional semacam ini setahu saya hanya digunakan di radar Foxhunter pada Tornado F-3 Inggris.

Daya pancar modul AESA sendiri bergantung pada material pembuat, model terbaik untuk AESA dengan GaAS (Gallium Arsenide) mampu menghasilkan daya pancar puncak sebesar 16 watt. Sementara untuk GaN (Gallium Nitride) adalah dapat sebesar 80 Watt. atau lebih.

Operational Wavelength : Menyatakan panjang gelombang dalam satuan meter. Untuk radar pesawat tempur rata,rata beroperasi pada panjang gelombang 3 cm (0.03 m) Atau X-band.

Target RCS : Menyatakan besaran RCS Atau radar Cross Section sasaran. Untuk pesawat tempur umumnya adalah 2.5 meter persegi (F-16 dari arah depan) dan pada frekuensi X-band. Besarannya sendiri bergantung dari banyak faktor yang sering menjadi sumber kontroversi dikarenakan kerahasiaan.

PRF (Pulse Repetition Frequency) : Ini adalah besaran dari jumlah "pulsa" yang dipancarkan oleh radar. variabel ini penting karena ia menentukan secara langsung daya pancar rerata radar, dan kemampuan radar untuk menentukan jarak. PRF terbagi 3 yaitu :

-High PRF
-Medium PRF
-Low PRF

Rata-rata radar pesawat tempur dewasa ini memiliki ketiga moda tersebut. untuk radar pespur umumnya PRF adalah 4-300 Khz. 300 Khz menunjukkan PRF yang tinggi sekali yang umummnya dipakai untuk moda Velocity Search

Pulsewidth used in mode: Sama dan bergantung pada PRF. Pulsewidth adalah panjang dari pulsa yang dipancarkan radar. Variabel ini menentukan langsung bersama PRF kemampuan resolusi radar dan daya pancar. Radar-radar berkemampuan LPI "bermain" disini untuk mengelabui penerima pasif (RWR/RHAWS) Lawan.

Hubungan antara panjang pulsa, dan PRF yang dipakai bisa dilihat pada tabel berikut, yang menyajikan moda-moda radar pespur, pada umumnya.

Untuk moda Udara ke Udara


Moda Udara ke Darat


Kedua tabel diatas dapat dijadikan acuan dalam pengisian di kolom variabel.

System temperature : Variabel yang menunjukkan kekuatan Derau dalam sistem radar dalam satuan suhu, untuk ESA nilainya adalah 400K.
Untuk radar konvensional dengan slotted planar array, nilainya adalah 500K.

Receiver noise figure : Kekuatan derau (noise) pada penerima dalam satuan Db. umumnya adalah 1.25-3 Db. Radar konvensional dikarenakan jarak antara penerima dan antenna memiliki nilai yang lebih besar yaitu 5 Db. Sementyara untuk radar PESA dengan tipe Hybrid array dimana modul penerima ada tepat dibelakang radiator, dapat memiliki nilai sama dengan AESA atau sedikit lebih besar. Contoh Irbis E dengan Noise figure sebesar 3.5 Db.


Scan Sector



Variabel Scan sector ini adalah untuk menghitung "dwell time" atau Td : Dwell time atau Time on Target. Konsep penting yang diusung oleh spreadsheet excel yang saya buat. Variabel ini menentukan berapa lama pancaran radar akan "menetap" di suatu sektor sebelum pindah ke sektor lainnya. Berikut ini adalah skematis moda pencarian radar pesawat tempur.



Dalam spreadsheet, perhitungan dwell time dilakukan dengan membagi time frame atau total waktu yang digunakan oleh radar atau "scan cycle" dengan sektor yang di scan (vertikal dan horizontal) lalu ukuran berkas (beamwidth) Hasilnya adalah beam position yang langsung menentukan Td dan pada akhirnya menentukan berapa pulsa yang kembali ke radar dan yang dapat diproses.

Selain sektor yang di scan. spradsheet excel saya juga mempertimbangkan weighting alogarithm sebagai acuan dalam menentukan beamwidth radar. Seperti yang dijabarkan sebelumnya bahwa radar AESA memiliki fleksibilitas untuk memancarkan pola radiasi yang dia inginkan. Di masa depan nantinya saya berharap untuk dapat mengembangkan fungsi spreadsheet lebih lanjut ke penentuan sidelobe dan evaluasi Pernika radar AESA yang dihitung dengan spreadsheet ini.

False Alarm


Variabel ini adalah untuk menentukan nilai False alarm atau berapa kali radar akan "salah" dalam mendeteksi sasaran. Sayangnya tidak banyak referensi dalam variabel ini. Nilai yang terdapat di kolom diatas adalah untuk radar APG-63 milik F-15.

Calculated Parameters.



Dalam variabel ini bisa dibaca hasil perhitungan dari variabel yang dimasukkan. Selain menentukan berbagai variabel seperti jumlah beam position, lebar berkas dsb. Juga dihitung prakiraan ukuran antenna radar AESA tsb. baik Efektif maupun total (fisik) Asumsi dalam perhitungan ukuran ini adalah antenna menggunakan elemen yang ditempatkan pada jarak 1/2 panjang gelombang operasionalnya.

Hasil :


Pada kolom ini dapat dibaca hasil perhitungan dan probabilitas sasaran akan terdeteksi oleh radar.


Spreadsheet dapat diunduh dengan bebas pada link berikut :

http://www.mediafire.com/file/7wrkys...CalcTrial.xlsx

Demikian. Tentunya spreadsheet yang saya kembangkan ini sangat jauh dari sempurna. Namun saya harap bisa bermanfaat dan tentu saya menerima feedback atau umpan balik.

Terima kasih dan sampai jumpa di pembahasan selanjutnya.