## DESAIN DAN IMPLEMENTASI GROUND MODEL SATELIT NANO DENGAN SUBSISTEM KOMUNIKASI PADA FREKUENSI S-BAND (DESIGN AND IMPLEMENTATION OF GROUND MODEL NANO- SATELLITE WITH S-BAND FREQUENCY COMMUNICATION SUBSYSTEM)
Fitrenna Khaznasari 1 , Joko Suryana Sekolah Tinggi Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha 10 Bandung 40132, Jawa Barat
1 e-mail: fitrenna@gmail.com
Diterima: 5 Oktober 2017; Direvisi: 9 November 2017; Disetujui: 27 November 2017

## ABSTRACT
This  paper  discusses  about  the  design  of  the  Earth  observation  ground  model  nano-satellite which communication subsystem works in S-BAND frequency. This ground model nano-satellite refers to GOLIAT satellite which has the size of 10 x 10 x 10 cm, weighs one kilogram, brings camera as its payload, and has a power emittion of 1 watt. The ground model has a microstrip antenna with the size of 9,5 x 9,5 cm, works in frequency of 2,4 GHz, has the parameter of S 11 -18,506 dB, the VSWR equals to  1,2695,  and  has  gain  of  6,42  dB.  The  ground  model  was  made  from  Seeduino  as  an  on-board computer,  XBee  module  for  communication,  VC0706  camera,  lithium  ion  battery,  solar  cell,  and various  sensors.  The  calculation  of  link  budget  at  300km  distance  for  the  ground  model  is  Effective Isotropic  Radiated  Power  (EIRP)  equal  to  36,42  dBm,  receive  power  equals  to  -101,18  dBm,  receive power and noise ratio ( 𝑷 𝑹 𝑵 ) equal to 107 dBHz, and energy bit and noise ratio equal to 55,02 dB, while GOLIAT  satellite  has  EIRP  of  32,2  dBm,  receive  power  of  -82  dBm,  receive  power  and  noise  ratio  of 126,18 dBHz, and energy bit and noise ratio equal to 86,357 dB. Therefore, it could be concluded that the  design  and  implementation  of  nano-satellite  with  S-band  communication  system  has  been successfully done, moreover, the performance is better than the satellite design used for comparison.
Keywords: ground model nano-satellite, frequency 2,4 GHz, antenna, seeeduino, XBee, link budget

## ABSTRAK
Makalah  ini  berisi  desain  dari ground  model nano-satelit  pengamat  Bumi  yang  subsistem komunikasinya  bekerja  pada  frekuensi S-Band . Ground  model yang  dibuat  mengacu  pada  satelit GOLIAT  yang memiliki  ukuran  sebesar 10  x 10  x  10  cm,  berat  satu  kilogram, payload yang  dibawa berupa  kamera, dan  daya yang dipancarkan  sebesar 1  watt. Ground model satelit  nano yang  dibuat memiliki  antena  untuk  transmisi  berupa  antena  mikrostrip  dengan  ukuran  9,5  x  9,5  cm,  frekuensi kerja 2,4 GHz, nilai parameter S 11 sebesar -18,506 dB, VSWR sebesar 1,2695, dan gain sebesar 6,42 dB. Ground  model yang  dibuat  menggunakan  Seeeduino  sebagai on-board  computer ,  modul  XBee untuk berkomunikasi, kamera VC0706, baterai lithium ion, solar panel , dan berbagai macam sensor. Perhitungan link  budget pada  jarak  300  km  untuk ground  model satelit  nano  yang  dibuat  yaitu Effective  Isotropic  Radiated  Power  (EIRP)  y ang  dimilikinya  sebesar  36,42  dBm,  daya  terima  -101,18 dBm, receive power dan noise ratio ( 𝑷 𝑹 𝑵 ) sebesar 107 dBHz, dan energy bit dan noise ratio sebesar 55,02 dB,  sementara  untuk  satelit  GOLIAT  memiliki  EIRP  sebesar  32,2  dBm,  daya  terimanya  sebesar  -82 dBm, receive  power dan noise  ratio sebesar  126,18  dBHz,  dan energy  bit dan noise  ratio sebesar 86,357  dB.  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  desain  dan  implementasi ground  model satelit  nano dengan  subsistem  komunikasi S-band berhasil  dilakukan,  bahkan  kinerjanya  lebih  baik  dari  satelit pembanding.
Kata kunci: ground model satelit nano, frekuensi 2,4 GHz, antena, seeeduino, XBee, link budget

## 1 PENDAHULUAN
Satelit  nano  merupakan  satelit yang berukuran 10 x 10 x 10 cm dengan berat  kurang  lebih  satu  kilogram.  Saat ini  sudah  banyak  negara-negara  maju meluncurkan satelit nano yang digunakan  untuk  misi  pengawasan kemaritiman,  pengamatan  permukaan bumi,  hingga  kemiliteran.  Banyaknya penggunaan  satelit  nano  ini  karena satelit  nano  merupakan  satelit  yang kecil  dengan  harga  yang  murah  serta mudah dalam mendesain dan mengaplikasikannya.
Frekuensi S-Band merupakan frekuensi yang  bekerja  antara  2–4  GHz. Saat ini sudah banyak satelit nano yang menggunakan  frekuensi S-Band sebagai frekuensi  kerjanya.  Frekuensi S-Band dipilih  karena  dirasa  cocok  untuk digunakan  di  Indonesia  mengingat Indonesia  memiliki  curah  hujan  yang cukup  tinggi  yang  akan  mempengaruhi kinerja  satelit  dengan  frekuensi  tinggi. Pembuatan ground  model ini  akan menggunakan frekuensi 2,4 GHz sebagai
frekuensi kerjanya karena ground model yang  dibuat  menggunakan  modul  XBee untuk  komunikasi  yang  bekerja  pada 2,4  GHz.  Pembuatan ground  model satelit  nano pada  frekuensi  2,4  GHz  ini dilakukan  sebagai  referensi  untuk penelitian  dan  pengembangan  lebih lanjut  dari  satelit  nano  khususnya  di Indonesia.

## 2 DASAR TEORI

## 2.1 Satelit Nano
Satelit  nano  merupakan  satelit kecil  yang  berukuran  sekitar  10  x  10  x 10  cm  dengan  massa  satu  kilogram. Satelit  nano  biasa  digolongkan  sebagai miniatur  satelit  yang  membawa  satu atau dua misi. Satelit nano berada pada orbit  LEO  dengan  kecepatan  sekitar 27.500 km/jam dan biasanya berkomunikasi  pada  frekuensi S-Band , VHF, atau UHF.

## 2.2 Antena
Antena  merupakan  sebuah  alat yang digunakan untuk mengubah sinyal
listrik menjadi gelombang elektromagnetik kemudian  dipancarkan  ke  ruang  bebas, atau menangkap gelombang elektromagnetik dari ruangan bebas dan mengubahnya  menjadi  sinyal  listrik. Ada  beberapa  komponen  penting  yang perlu  diamati  dalam  pembuatan  antena yaitu return loss, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR),  pola  radiasi, gain ,  dan polarisasi.

## 2.2.1 Return loss
Return  loss merupakan  nilai  dari parameter  S 11 . Return  loss merupakan perbandingan  dari  daya  yang  terpantul dengan daya yang dikirimkan. return loss dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus di bawah ini
(2-1)

## 2.2.2 Voltage  Standing  Wave  Ratio (VSWR)
Voltage  Standing  Wave  Ratio
(VSWR)  merupakan  perbandingan  nilai antara amplitude maksimal dengan nilai amplitudo  minimal  dan  dapat  dinyatakan dengan rumus berikut ini,
(2-2)

## 2.2.3 Pola Radiasi
Pola  radiasi  merupakan  sebuah penggambaran dari radiasi yang berhubungan dengan kekuatan gelombang  radio  yang  dipancarkan  oleh antena  ataupun  tingkat  penerimaan sinyal  yang  diterima  oleh  antena  pada sudut  tertentu.  Selain  itu,  pola  radiasi dianggap sebagai perwakilan dari kekuatan medan relatif dari medan yang diradiasikan oleh antena.

## 2.2.4 Gain
Gain antena  merupakan  sebuah parameter  yang  mengukur  efisiensi  dan
daya  pancar  antena  yang  diukur  dalam satuan  desibel. Gain juga  merupakan parameter  untuk  mengatur  keterarahan dari sebuah antena. Antena yang memiliki gain yang  rendah  memiliki  keterarahan yang sama pada semua arah, sementara antena  yang  memiliki gain yang  tinggi memiliki  keterarahan  hanya  pada  satu arah  tertentu.  Perhitungan gain biasanya dilakukan dengan metode perbandingan [ C. A. Balanis, 2005 ].
𝑮 = 𝑮 𝒓𝒆𝒇 𝑷 𝒎𝒂𝒙 𝑷 𝐦𝐚𝐱 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒇 (2-3)

## 2.2.5 Polarisasi
Polarisasi  dari  gelombang  radiasi didefinisikan  sebagai  sifat  gelombang elektromagnetik  yang  menyatakan  arah yang  bervariasi  terhadap  waktu  dan magnitudo  relatif  dari  vektor  medan listrik.  Polarisasi  terdiri  dari  tiga  jenis yakni polarisasi linier, polarisasi sirkular, dan polarisasi elips.

## 2.3 On-board Computer
Pada  satelit  dibutuhkan  komputer yang berfungsi sebagai ”otak” dari satelit tersebut.  Komputer  ini  akan  diprogram sedemikian rupa sehingga bisa menghubungkan  antara  satelit  dengan stasiun  bumi.  Ada  berbagai  macam komputer  yang  bisa  digunakan  sebagai “otak”  dari  satelit.  Komputer  yang digunakan  pada  satelit  nano  harus memiliki  performa  yang  sangat  baik, bentuk  yang  kecil,  dan  daya  yang rendah  karena  keterbatasan  daya  yang dimiliki  satelit  nano  dan  bentuk  satelit nano yang sangat kecil.
2.4 Solar Panel dan Baterai Solar panel merupakan pembangkit listrik  yang  mengubah  cahaya  menjadi energi  listrik. Solar  panel biasa  disebut dengan sel photovoltalic . Solar panel biasa digunakan  pada  satelit  nano  untuk
mendapatkan  daya  yang  akan  digunakan pada  satelit  nano. Solar  panel akan mengubah energi matahari yang didapatkan pada saat satelit menghadap ke arah matahari, kemudian energi yang diserap  akan  diubah  menjadi  energi listrik  dan  bisa  digunakan  untuk kebutuhan satelit nano.
Selain solar  panel ,  satelit  nano memiliki  baterai  untuk  memenuhi kebutuhan  daya  agar  satelit  nano  bisa tetap berfungsi. Baterai yang digunakan merupakan  baterai  yang  bisa  diisi dayanya  sehingga  dapat  digunakan berkali-kali. Pada umumnya baterai yang digunakan  memiliki  kapasitas  antara 2500-5000 mAh dan berbahan lithium.

## 2.5 Kamera
Kamera  yang  dibawa  oleh  satelit nano  harus  bisa  mengambil  gambar permukaan  bumi  dengan  baik  agar pengguna  dapat  mengetahui  kondisi wilayah  yang  diamati.  Kamera  yang digunakan  untuk  pengamatan  wilayah harus memiliki spesifikasi resolusi tinggi dan  ukuran  yang  kecil  agar  dapat dimasukan ke dalam bagian satelit nano.

## 2.6 Modul Komunikasi
Ground model satelit nano memerlukan  modul  komunikasi  agar dapat  mengirimkan  data  yang  telah didapatkan  oleh  satelit  nano.  Modul komunikasi  yang  akan  digunakan  oleh ground  model harus  dapat  berkomunikasi secara wireless . Daya yang dipancarkan oleh  modul  komunikasi  harus  bisa diterima oleh bagian penerima.

## 2.7 Sensor
Sensor  merupakan  komponen yang  sangat  penting  pada  satelit  nano karena  sensor  ini  digunakan  untuk membantu  mengawasi  kondisi  sekitar satelit  nano  pada  saat  di  luar  angkasa.
Adanya  sensor  membuat  pengguna dapat  mengamati  posisi  satelit  nano pada  saat  di  luar  angkasa,  suhu  di sekitar  satelit  nano,  cahaya  yang mengarah  ke  satelit  nano,  hingga mendeteksi  besarnya  medan  magnet yang ada pada lingkungan satelit nano.

## 2.8 Link Budget
Kalkulasi link  budget dilakukan untuk mengetahui seberapa besar sinyal yang akan diterima oleh receiver setelah mengalami redaman.
Perhitungan link budget dilakukan dengan  menghitung  komponen  EIRP, daya  terima, figure  of  merit , receive power  to  noise  ratio, dan energy  bit  to noise ratio [ J. Suryana, 2014 ] .
𝐸𝐼𝑅𝑃 = 𝑃 𝑆 +   𝐺 𝑇 (2-4)
𝑃 𝑅 = 𝐸𝐼𝑅𝑃 + 𝐺 𝑅 − 𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 (2-5)
𝐺 𝑇 = 𝐺 𝑅 − 10 log 𝑇 𝑠𝑦𝑠 (2-6)
𝑃 𝑅 𝑁 = 𝐸𝐼𝑅𝑃 + 𝐺 𝑇 − 𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 − 10 log 𝑘 (2-7)
𝐸𝑏 𝑁𝑜 = 𝑃 𝑅 𝑁 − 10 log 𝑏𝑖𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑒 (2-8)
Gambar 2-1: Link Budget [J. Suryana, 2014]

## 3 PERANCANGAN GROUND MODEL
Pembuatan ground model dilakukan dengan mengintegrasikan seluruh
komponen  yang  diperlukan  oleh ground model. Tahap  pembuatan ground  model yang  dilakukan  adalah  menentukan misi nano satelit, menentukan spesifikasi ground  model ,  menentukan komponen  yang  digunakan,  membuat desain  antena  yang  akan  digunakan, mengimplementasikan antena yang telah  didesain,  menyusun  komponen yang  dibutuhkan ground  model ,  dan mengintegrasikan  seluruh  komponen yang  ada  pada ground  model nano satelit.
Gambar 3-1: Hubungan  antar  komponen  pada ground model
Ground  model  satelit  nano yang didesain  terdiri  dari on-board  computer, sensor,  kamera,  baterai,  solar  panel, modul komunikasi, dan antena komunikasi. Seeeduino merupakan mikrokontroler  yang akan  berfungsi sebagai on-board  computer .  Data  suhu, cahaya, kecepatan, magnetik, dan posisi akan  didapatkan  dengan  menggunakan sensor  gabungan  dari  Ardusat.  Kamera yang digunakan untuk mengambil gambar merupakan kamera VC0706. Daya yang digunakan  untuk  menyalakan ground model  satelit  nano berasal  dari  baterai lithium ion yang dapat diisi ulang dengan solar  panel.  Pengiriman  data  yang didapatkan  oleh ground  model  satelit
nano menggunakan modul XBee pro seri 1,  dan  antena  komunikasi  didesain untuk menggantikan antena yang sudah ada pada modul XBee pro seri 1.

## 3.1 Spesifikasi Satelit Nano
Ground  model  satelit  nano yang dibuat  akan  mengacu  pada  satelit GOLIAT.  Spesifikasi  satelit  GOLIAT dapat diamati pada Tabel 3-1.

## Tabel 3-1: SPESIFIKASI SATELIT GOLIAT
Komponen Spesifikasi Antena Monopol  dengan  gain  2,2 dB Daya Pancar 1 watt Payload Kamera dan Sensor Ukuran 10 x 10 x 10 cm Berat 1 kilogram Bit rate 83 kbps Modulasi GFSK Orbit Low-earth Orbit Frekuensi Kerja 2,4 GHz Modul Komunikasi MHX 2400
Data  diatas merupakan  data yang  akan digunakan  untuk  acuan  pembuatan ground model satelit nano.

## 3.2 Perancangan Antena Komunikasi
Antena  yang  dibuat  merupakan antena  mikrostrip patch persegi  dengan susunan array. Pembuatan  antena komunikasi ini dimulai  dengan membuat antena satu elemen dengan bentuk patch persegi.  Ukuran  antena patch yang didesain
didapatkan
dengan
menggunakan  rumus  dibawah  ini  [ C.  A.
Balanis, 2005 ].
W = 1 2𝑓𝑟√ԑ 0 µ 0 ∗ √ 2 ԑ 𝑟 + 1 (3-1)
Seeeduino XBee Baterai Camera Sensor SD Card Power Booster Solar Panel
𝐿 = 𝑐 2𝑓𝑟√ԑ 𝑟𝑒𝑓𝑓
− 2∆𝐿 (3-2)
∆𝐿 = 0,412 ℎ (ԑ 𝑟𝑒𝑓𝑓 + 0,3) ( 𝑊 ℎ + 0,264) (ԑ 𝑟𝑒𝑓𝑓 − 0,258) ( 𝑊 ℎ + 0,8) (3-3)
ԑ 𝑟𝑒𝑓𝑓 = ԑ 𝑟 + 1 2 + ԑ 𝑟 − 1 2 ( 1 √1 + 12 ℎ 𝑊 )
(3-4)
𝐿𝑓 = 𝜆𝑔 4 = 𝑐 4𝑓𝑟√𝜀𝑟
(3-5)
𝑍𝑜 = { 60 √𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 ln [ 8ℎ 𝑊𝑓 + 𝑊𝑓 4ℎ ]  𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑊𝑓 ℎ ≤ 1 120𝜋 √𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 [ 𝑊𝑓 ℎ + 1,393 + 0,667 ln ( 𝑊𝑓 ℎ + 1,444)] 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑊𝑜 ℎ > 1 (3-6)
𝑐 = 𝐿 2.72 (3-7)
𝑑 = 𝑐 10 (3-8)
Nilai parameter pembuatan antena satu  elemen  yang  didapatkan  dengan menggunakan  rumus  di  atas  dapat diamati  pada  kolom  nilai  awal. Nilai yang  didapatkan  dari  hasil  perhitungan masih  belum  memenuhi  spesifikasi antena yang diinginkan sehingga dilakukan  proses  pengoptimalan  dari parameter yang telah didapatkan.
Proses pengoptimalan ini dilakukan dengan  mengubah ukuran dari panjang patch ,  lebar feedline ,  dan  ukuran  dari slotted line. Hasil simulasi dari parameter hasil pengoptimalan yang pertama sudah jauh lebih baik akan tetapi masih belum memenuhi  spesifikasi.  Pengoptimalan kembali dilakukan  untuk  mendapatkan hasil yang lebih baik. Setelah disimulasikan, nilai dari parameter yang digunakan  untuk  proses  pengoptimalan yang  kedua  sudah  memenuhi  spesifikasi, akan tetapi gain yang didapatkan masih belum  memenuhi  spesifikasi  sehingga perlu  dilakukan  penyusunan  secara array untuk memperbesar nilai gain.
Tabel 3-2: DESAIN ANTENA SATU ELEMEN
Parameter Nilai Awal Optimasi 1 Nilai Akhir W 38,36 mm 38,36 mm 38,36 mm ɛ reff 4 4 4 ΔL 0,74 mm 0,74 mm 0,74 mm L 29,7 mm 28,5 mm 28 mm Lf 15,07 mm 15,07 15,07 mm Wf 3,135 mm 2 mm 1,7 mm Panjang slotted  line (c) 10,9 mm 10,4 mm 10,29 mm Lebar slotted line (d) 1,09 mm 1,04 mm 1,029 mm
Gambar 3-2: Desain antena satu elemen
Penyusunan  antena  secara array dilakukan  dengan  menambah  saluran transmisi  untuk  mencatu.  Pencatuan dilakukan  dari  belakang  agar  tidak  ada kabel yang keluar dari satelit nano yang dibuat.  Selain  itu  ditambahkan  lubang untuk  kamera  agar  antena  dapat dipasang  dibagian  sisi  satelit  nano. Desain  antena array yang  dibuat menggunakan parameter (Tabel 3-4)

## Tabel 3-3:  HASIL  SIMULASI  ANTENA  SATU ELEMEN
Parameter  Nilai Awal Optimasi 1 Nilai Akhir S11 -2,2667 dB  -8,14 dB -15,73 dB VSWR 7,7 2,28 1,39 Gain -0,38 dB 2,464 dB 2,638 dB Tabel 3-4:  DESAIN ARRAY ANTENA

## MIKROSTRIP
Parameter Nilai Awal Nilai Akhir Lebar patch (W) 38,36 mm 38,36 mm Panjang patch (L) 28 mm 28 mm Panjang saluran transmisi pertama 15,07 mm 15,07 mm Lebar saluran transmisi pertama 1,7 mm  1,7 mm Panjang slotted line 10,29 mm 10,29 mm Lebar slotted line 1,029 mm 1,029 mm Panjang saluran transmisi 70 ohm 15,07 mm 11.405 mm Lebar saluran transmisi 70 ohm 1,64 mm 2.87 mm Panjang saluran transmisi 100 ohm 14,1 mm 21,86 mm Lebar saluran transmisi 100 ohm 0,72 mm 1 mm Jarak antar patch 43 mm 43 mm
Nilai  awal  didapatkan  dari  antena single  element yang  dihubungkan  oleh saluran  pencatu.  Nilai  tersebut  masih belum maksimal sehingga perlu dilakukan  proses  pengoptimalan  agar hasil  yang  didapatkan  jauh  lebih  baik lagi.  Proses  pengoptimalan  dilakukan dengan  mengubah  nilai  saluran  catu yang  digunakan.  Hasil  pengoptimalan tersebut  dianggap  sudah  memenuhi spesifikasi sehingga dijadikan parameter akhir  yang  akan  digunakan  untuk pencetakan antena
Gambar 3-3: Desain antena array Tabel 3-5: HASIL SIMULASI ANTENA ARRAY Parameter Nilai Awal Nilai Akhir S11 -12,63 dB -19,037 dB VSWR 1,609 1,2515 Gain 5,18 dB 4,616 dB 3.3 Perancangan On Board Computer On  board  computer pada  satelit sesungguhnya biasanya memiliki spesifikasi  yang  cukup  tinggi  seperti cube  computer yang  memiliki  memori 256 KB, massa 70 gram, konsumsi daya 200  mW,  dan  ukurannya  sebesar  90  x 96 x 10 mm. Ground model satelit nano yang  didesain  menggunakan  Seeeduino sebagai otak yang akan mengatur seluruh aktivitas  dari  satelit  nano  tersebut. Seeeduino ini memiliki spesifikasi memori 32 KB, RAM 2KB, ukuran 6,86 x 5,34 cm, berat 26 gram, dan daya yang digunakan 100  mW.  Seeeduino  ini  sudah  cukup memenuhi  kebutuhan ground  model satelit  nano yang  didesain,  hanya  saja memorinya kecil sehingga modul tambahan  yang  digunakan  tidak  bisa terlalu banyak.

## 3.4 Perancangan Kamera
Kamera  yang  akan  digunakan untuk ground  model satelit  nano  ini merupakan  kamera  sederhana  VC0706 dengan  resolusi  0,3  Megapixel,  ukuran 3,2  x  3,2  cm,  dan  berat  12  gram.
Kamera  VC0706  terhubung  dengan Seeeduino menggunakan pin TX dan RX yang  berada  pin  nomor  2  dan  3,  selain itu kamera VC0706 juga terhubung pada tegangan  5  volt  dan ground. Kamera akan mengambil  gambar yang  langsung dikirimkan  ke  penerima.  Data  yang diterima  oleh  penerima  dapat  diakses dengan  menjalankan user  interface sederhana  yang  dibuat  dengan  kode sumber python.

## 3.5 Perancangan  Baterai  dan  Solar Panel
Baterai  yang  digunakan  untuk menyalakan ground  model satelit  nano ini  merupakan  baterai  lithium  ion  yang terhubung  dengan power  boost .  Baterai ini  kemudian  dihubungkan  dengan switch yang  akan  mengatur  aliran  arus untuk menghidupkan ground model satelit nano  ini.  Baterai  ini  membutuhkan tegangan minimum 3,7 volt untuk proses pengisian  ulang  baterai  sementara tegangan  yang  dikeluarkan  baterai  ini sebesar 4,2 volt dan minimum 3,7 volt.
Solar panel yang digunakan untuk mengisi  ulang  baterai  lithium  ion sebanyak  enam  buah  yang  dipasang  di setiap sisinya sebanyak dua buah. Solar panel ini disusun secara paralel sehingga memiliki  tegangan  sebesar  6  volt  dan arus sebesar 600mA.

## 3.6 Perancangan Modul Komunikasi
Modul komunikasi yang digunakan pada  satelit  GOLIAT  merupakan  modul MHX  2400  yang  memancarkan  daya sebesar  1  watt  dengan  frekuensi  kerja 2,4  GHz  dan  modulasi  yang  digunakan yaitu Gausian  Frequency  Shift  Keying (GFSK).
Modul komunikasi yang digunakan untuk  berkomunikasi  antara ground model satelit  nano dengan  pengguna  di bagian  penerima  (stasiun  bumi)  adalah modul  XBee.  Modul  komunikasi  yang
digunakan untuk menghubungkan antara ground  model satelit  nano dengan pengguna sebagai ground station adalah modul XBee pro seri 1. Modul XBee yang digunakan bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dengan  menggunakan  antena  monopol dengan gain sebesar  1,5  dB,  modulasi yang  digunakan  yaitu  O-QPSK,  daya pancar  18  dBm,  beratnya  4  gram,  dan daya  yang  digunakan  495  mW.  Modul komunikasi  ini  dapat  menghubungkan ground  model nano  dengan  pengguna hingga jarak 60 meter untuk penggunaan di  dalam  ruangan  dan  750  meter  di ruangan terbuka [ D. I. Inc, 2009 ].

## 3.7 Perancangan Sensor
Sensor  yang  digunakan  untuk pembuatan ground model satelit nano ini merupakan  sensor  yang  berasal  dari ardusat.  Sensor  ini  merupakan  sensor gabungan  dari  sensor  suhu,  sensor cahaya, gyro, kecepatan,  dan  magnet. Sensor  yang  digunakan  memiliki  berat sebesar 10 gram dan daya yang digunakan sebesar 100 mW.

## 4 IMPLEMENTASI GROUND MODEL

## 4.1 Antena
Desain  antena  yang  telah  dibuat dengan menggunakan aplikasi Computer Simulation  Technology Microwave  Studio dicetak  pada bahan  FR-4 epoxy sebagai substrat dan cooper untuk bagian patch . Bagian patch dilapisi  kembali  dengan perak agar tembaga tidak mudah terkena korosi.  Antena  yang  dibuat  memiliki ukuran 9,5 x 9,5 cm dan berat 34 gram.
Antena yang telah dicetak kemudian  diukur  nilai  parameter  S 11 dan  VSWR  nya  dengan  menggunakan Vector  Network  Analyzer (VNA).  Nilai parameter  S 11 yang  didapatkan  sebesar -18,506  dB  sementara  pada  simulasi yang telah dilakukan nilai parameter S 11 yang  didapatkan  sebesar  -19,037  dB. Begitu  juga  dengan  nilai  VSWR  dari
antena  mikrostrip  yang  telah  dicetak sebesar 1,2695, sementara hasil simulasi didapatkan  nilai  VSWR  sebesar  1,2515. Pengukuran  pola  radiasi  dilakukan dengan  menggunakan  nilai  medan  jauh sebesar 28,8 cm, akan tetapi jarak yang digunakan untuk pengukuran sebesar 1 meter karena jarak 28,8 cm terlalu kecil. Hasil  pengukuran  pola  radiasi  yang didapatkan (Gambar 4-2)
Gambar 4-1: Antena mikrostrip yang dicetak
Gambar 4-2: Pola radiasi azimuth
Pola axial  ratio yang  didapatkan linier  di  beberapa  sudut,  dan  elips  di sudut lainnya.
Gambar 4-4: Axial ratio antena mikrostrip
Melalui  pengukuran  yang  telah dilakukan  daya  pancar  maksimum  dari antena  mikrostrip  yang  telah  dibuat sebesar  -45,91  dBW  dan  daya  pancar maksimum dari antena monopol sebesar -50,13 dBW.  Nilai gain yang didapatkan dengan rumus (2,3) sebesar 6,42 dB.
4.2 Solar Panel dan Baterai Solar panel yang digunakan untuk mengisi  ulang ground  model sebanyak enam buah yang disusun secara paralel. Pengujian solar panel dilakukan dengan mengukur  tegangan  di  kapasitor  pada saat solar  panel disinari  oleh  cahaya matahari.  Tegangan  yang  didapatkan pada  saat solar  panel disinari  cahaya matahari adalah 4,56 volt.
BOOSTER
4.3 Analisis Ukuran dan Massa
Ground  model satelit  nano yang diimplementasikan sudah sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Satelit nano yang  didesain  memiliki  ukuran  10,5  x 11  x  11  cm.  Selain  ukuran,  massa  dari ground model satelit nano ini juga perlu diperhatikan. Ground model satelit nano yang telah didesain memiliki berat sebesar 513  gram  dan  nilai  tersebut  telah memenuhi  spesifikasi  dimana  massa yang  diharapkan  tidak  lebih  dari  satu kilogram.

## Tabel 4-1:  MASSA GROUND  MODEL NANO
SATELIT Komponen Massa Seeeduino 26 gram XBee 4 gram Kamera 12 gram Power Boost 6 gram Solar Panel 126 gram Baterai 95 gram SD card 4 gram Case 206 gram Antena 34 gram Total Massa 513 gram Selain  ukuran  dan  massa.  Daya yang  digunakan  oleh  satelit  nano  juga sangat  penting  karena  konsumsi  daya bergantung pada baterai sebagai penyuplai daya.

## Tabel 4-2:  DAYA GROUND  MODEL NANO SATELIT
Komponen Konsumsi Daya XBee 495 mW [3] Kamera 90 mW Seeeduino 100 mW Sensor 100 mW Total Konsumsi Daya 785 4.4 Link Budget
Perhitungan link  budget dilakukan dengan  tiga  skenario.  Skenario  pertama yaitu  membandingkan  satelit  nano
dengan  menggunakan  antena  mikrostip yang  telah  didesain  dengan  antena monopol  bawaan  modul  XBee  pada jarak  1  meter.  Hasil  yang  didapatkan dari perhitungan tersebut dapat diamati pada Tabel 4-3.
Tabel 4-3:  DESAIN LINK BUDGET PADA JARAK

## 1 METER
Parameter Mikrostrip Monopol Gain nano satelit 6,42 dB 1,5 dB Daya pancar 18 dBm 18 dBm EIRP 24,42 dBm 19,5 dBm Redaman lintasan 40,05 dB 40,05 dB Redaman konektor 0,03 dB 0,03 dB Daya terima 1,34 dBm -19,08 dBm
Skenario  kedua  dilakukan  dengan cara  mengasumsikan  apabila  satelit nano ini berada di luar angkasa dengan menggunakan  referensi  dari  satelit GOLIAT  dan  antena  yang  digunakan adalah  mikrostrip  yang  telah  didesain. Ketinggian yang  digunakan  sebesar  300 kilometer  karena  jarak  ini  merupakan jarak  yang  umum  digunakan  untuk ketinggian  satelit  nano  1u.  Besar  daya yang  dipancarkan  oleh  satelit  nano  ini sebesar 1 watt atau 30 dBm dan antena yang digunakan yaitu antena mikrostrip yang telah didesain.

## Tabel 4-4:  PERHITUNGAN LINK BUDGET PADA
JARAK 300 KILOMETER Parameter Ground model Satelit GOLIAT Satuan Gain Antena Satelit Nano 6,42 2,2 dB Gain Antena Ground Station 17 35,4 dB Daya pancar  30 30 dBm EIRP 36,42 32,2 dBm Redaman Lintasan 149,6 149,6 dB Redaman polarisasi 3 3 dB
Absorpsi atmosfer 1 1 dB Redaman antena misalign . 1 1 dB Daya terima -101,18 -82 dBm Temperatur sistem 110,11 110,11 K Figure of merit
-3,418 14,98 dBK -1 Konstanta Boltzmann -228,6 -228,6 dB/K/ Hz Receive power and noise ratio 107 126,18 dBHz Data rate 250000 9600 Bps Energy bit and noise ratio 53,02 86,357 dB
Skenario  ketiga  dibuat  dengan memperhitungkan link  budget satelit nano yang  didesain  pada  frekuensi  2,2 GHz.
Tabel 4-5: GROUND MODEL PADA 2,2 GHz Parameter Ground model Satuan Gain Antena Satelit Nano 6,42 dB Gain Antena Ground Station 17 dB Daya pancar 30 dBm EIRP 36,42 dBm Redaman Lintasan 148,84 dB Redaman polarisasi 3 dB Absorpsi atmosfer 1 dB Redaman antena misalignment 1 dB Daya terima -100,42 dBm Temperatur sistem 110,11 K
Figure of merit -3,418 dBK -1 Konstanta Boltzmann -228,6 dB/K/Hz Receive  power and noise ratio 107,76 dBHz Data rate 250000 Bps Energy  bit  and noise ratio 53,78 dB 5

## KESIMPULAN
 Ground model yang didesain sudah sesuai dengan  satelit  acuan  yaitu  memiliki ukuran  10,5  x  11  x  11  cm,  berat sebesar  0,513  kilogram,  menggunakan baterai  lithium  ion,  membawa payload berupa  kamera,  menggunakan  sensor suhu,  cahaya,  kecepatan,  magnet,  dan posisi  untuk  membantu  kinerja  satelit, berkomunikasi  dengan  modul  XBee dengan  penerima,  dan  menggunakan Seeeduino sebagai on-board computer .  Antena  yang  didesain  untuk ground model  satelit  nano hasil  realisasi  telah memenuhi  spesifikasi  yang  diinginkan yakni mempunyai return loss -18,506 dB, VSWR 1,2695, gain sebesar 6,42 dB.  Desain link  buget dari ground  model satelit nano yang dibuat jauh lebih baik jika dibandingkan dengan antena monopol.  Jika  dibandingkan  dengan GOLIAT  satelit, ground  model yang dibuat tidak jauh berbeda dan memiliki nilai yang cukup baik.

## 6 REFERENSI
Adafruit,  " Lithium  Ion  Battery  Pack  -  3.7V 4400mAh ,"  Adafruit,  [Online].  Available: https:// www. adafruit. com/ product/ 354. [Accessed 30 May 2016].
Adafruit,  " PowerBoost  1000  Charger-Rechargeable 5V  Lipo  USB  Boost  @  1A  -  1000C ," Adafruit,  [Online].  Available:  https:// www.adafruit.com/product/2465. [Accessed 30 May 2016]. Adafruit,  " XBee  Pro  Module  -  Series  1  -  60mW with  Wire  Antenna  -  XBP24-AWI-001 ,"
Adafruit,  [Online].  Available:  https://
www.adafruit.com/product/964. [Accessed 30 May 2016]. Amphenol,  " SMA  Specification ,"  Amphenol,
Canada.
C. A. Balanis, 2005. Antenna Theory - Analysis and Design , Canada: Wiley.
C. Jorge, 2012. " Protocol of Communications for VORSAT  Satellite ,"  Universidade  do Porto, Porto.
D.  I. Inc,  2009.  " Digi ,"  23 September    [Online]. Available: http://www.digi.com.
[Accessed 12 April 2016].
H.  Judawisastra, Catatan  Kuliah  Antena  & Propagais  Gelombang ,  Bandung:  Penerbit
ITB.
J. D. C. a. R. J. Marhefka, 2002. Antennas for Applications ,  3rd  Edition,  New  York:
McGraw-Hill.
J.  Suryana,  2014.  " Slide  Kuliah  Sistem Komunikasi Satelit ," ITB, Bandung.
P.  D.  P.  V.  D.  Octvian  Cristea,  2009.  " S-Band Ground  Station  Prototype  for  Low-earth Orbit Nanosatellite Mission.