BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini akan dibahas mengenai Tinjauan Umum terkait Radar secara umum. Dilanjutkan dengan pengertian filter, seperti jenis-jenis filter dan bentuk pola pada mikrostrip. Selanjutnya yaitu membahas mengenai studi literatur yang digunakan sebagai acuan dalam pembuatan filter ini.

Kemudian membahas mengenai

metode-metode pendekatan (aproksimasi) yang dilakukan untuk mendapatkan bentuk aproksimatif dari perancangan sebuah

filter yang dikehendaki.

Pembahasan selanjutnya mengenai Bandstop Filter dengan karakteristik ideal, hal ini dilakukan karena fungsi filter ideal sangat sulit atau tidak mungkin untuk didapatkan. Selanjutnya dengan perhitungan impedansi gelombang yaitu teori dan perhitungan yang akan digunakan dalam perancangan filter secara keseluruhan, dan yang terakhir dijelaskan mengenai resonator dengan bentuk L resonator.

2.1

Radar Radar atau Radio detection and Raging adalah suatu sistem gelombang

elektromagnetik yang berguna mendeteksi, mengukur jarak dan membuat map benda-benda seperti pesawat terbang, berbagai kendaraan bermotor dan informasi cuaca. Panjang gelombang yang dipancarkan radar bervariasi mulai dari millimeter hingga meter. Gelombang radio/sinyal yang dipancarkan dan dipantulkan dari suatu benda tertentu akan ditangkap oleh radar. Dengan menganalisis sinyal yang dipantulkan tersebut, pemantul sinyal dapat ditentukan lokasinya dan melalui analisis lebih lanjut dari sinyal yang dipantulkan dapat juga 7 http://digilib.mercubuana.ac.id/

8

ditentukan jenisnya. Meskipun sinyal yang diterima relatif lemah/kecil, namun radio sinyal tersebut dapat dideteksi dan diperkuat oleh penerima radar. [12][11] Gelombang yang dipancarkan radar berupa gelombang radio dan gelombang mikro yang dipancarkan ke seluruh permukaan bumi dan pantulannya terdeteksi oleh sistem radar yang selanjutnya digunakan untuk mendeteksi objek. 2.1.1

Sejarah Singkat Radar Sejarah singkat radar dimulai pada tahun 1865 seorang ahli fisika

bernama James Clerk Maxwell mengembangkan dasar dasar teori tentang elektromagnetik, setahun kemudian seorang ahli fisika bernama Heinrich Rudolf Hertz berhail membuktikan teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik dengan menemukan gelombang elektromagnetik itu sendiri. Pada Tahun 1904 pendeteksian keberadaan suatu benda dengan menggunakan gelombang elektromagnetik

pertama

diterapkan

oleh

Christian

Hulsmeyer

dengan

diperlihatkan kemampuan mendeteksi kehadiran suatu kapal pada cuaca yang berkabut tebal, namun saat itu belum sampai mengetahui jarak kapal. Pada tahun 1921 Albert Wallace Hull menemukan magneton sebagai tabung pemancar sinyal/transmitter yang efisien. Kemudian transmitter berhasil ditempatkan pada kapal kayu dan pesawat terbang untuk pertama kalinya secara berturut-turut oleh A. H. Taylor dan L. C. Young pada tahun 1922 dan L. A. Hyland dari Laboratorium Riset kelautan Amerika Serikat pada tahun 1930. Istilah radar sendiri pertama kali digunakan pada tahun 1941, menggantikan istilah dari singkatan Inggris RDF (Radio Directon Finding), namun perkembangan radar itu sendiri sudah mulai banyak dikembangkan sebelum Perang Dunia II oleh ilmuwan dari Amerika, Jerman, Prancis dan Inggris. Dari

http://digilib.mercubuana.ac.id/

9

sekian banyak ilmuwan, yang paling berperan penting dalam pengembangan radar adalah Robert Watson-Watt asal Skotlandia, yang mulai melakukan penelitiannya mengenai cikal bakal radar pada tahun 1915. Pada tahun 1920-an, ia bergabung dengan bagian radio National Physical Laboratory. Di tempat ini, ia mempelajari dan mengembangkan peralatan navigasi dan juga menara radio. Watson-Watt menjadi salah satu orang yang ditunjuk dan diberikan kebebasan penuh oleh Kementrian

Udara

dan

Kementrian

Produksi

Pesawat

Terbang

untuk

mengembangkan radar. Watson-Watt kemudian menciptakan radar yang dapat mendeteksi pesawat terbang yang sedang mendekat dari jarak 40 mil (sekitar 64 km). Dua tahun berikutnya, Inggris memiliki jaringan stasiun radar yang berfungsi untuk melindungi pantainya. Pada awalnya, radar memiliki kekurangan, yakni gelombang elektromagnetik yang dipancarkannya terpancar di dalam gelombang yang tidak terputus-putus. Hal ini menyebabkan radar mampu mendeteksi kehadiran suatu benda, namun tidak pada lokasi yang tepat. Terobosan pun akhirnya terjadi pada tahun 1936 dengan pengembangan radar berdenyut (pulsed). Dengan radar ini, sinyal diputus secara berirama sehingga memungkinkan untuk mengukur antara gema untuk mengetahui kecepatan dan arah yang tepat mengenai target. Pada tahun 1939 dengan ditemukannya pemancar gelombang mikro berkekuatan tinggi . Keunggulan dari pemancar ini adalah ketepatannya dalam mendeteksi keberadaan sasaran, tidak peduli dalam keadaan cuaca apapun. Keunggulan lainnya adalah bahwa gelombang ini dapat ditangkap menggunakan antena yang lebih kecil, sehingga radar dapat dipasang di pesawat terbang dan benda-benda lainnya. Hal ini yang pada akhirnya membuat Inggris menjadi lebih unggul dibandingkan negara-negara lainnya di dunia. Pada


10

tahun-tahun berikutnya, sistem radar berkembang lebih pesat lagi, baik dalam hal tingkat resolusi dan portabilitas yang lebih tinggi, maupun dalam hal peningkatan kemampuan sistem radar itu sendiri sebagai pertahanan militer.[12] 2.1.2

Panjang Gelombang dan Frekuensi Besar kecilnya panjang gelombang elektromagnetik

terhadap

penetrasi

mempengaruhi

gelombang tersebut pada objek di permukaan bumi.

Semakin besar panjang gelombang yang digunakan, maka semakin kuat daya penetrasi gelombang yang akan diguanakan tersebut. Panjang gelombang dikelompokan berdasarkan band-band, selain itu untuk setiap aplikasi radar, panjang gelombang tergantung pada penggunaan aplikasi tersebut. Rentang frekuensi radar berkisar 300 MHz – 30 GHz. Tabel 2.1 : Klasifikasi Panjang Gelombang dan Frekuensi Radar[12] Band

Panjang Gelombang (cm)

Frekuensi (MHz)

Ka K

0,8 – 1,1 1,1 – 1,7

40.000 – 26.500 26.500 – 18.000

Ku

1,7 – 2,4

18.000 – 12.500

X

2,4 - 3,8

12.500 – 8.000

C

3,8 – 7,5

8.000 – 4.000

S

7,5 – 15,0

4.000 – 2.000

L

15,0 – 30,0

2.000 – 1.000

P

30,0 – 100,0

1.000 – 300


11

Tabel 2.2 : Aplikasi Pada Gelombang Radar [11][3] Panjang Gelombang

Frekuensi

(cm)

(GHz)

X

2,4 – 3,8

12,5 – 8

C

3,8 – 7,5

8–4

S L

7,5 – 15 15 – 30

4–2 2–1

Pada sistem Almaz Pada SEASAT dan JERS1

P

30 - 100

0,3 – 0,001

USA JPL – AirSAR

Band

2.2

Aplikasi Militer dan survey pemetaan Pada Radar ruang angkasa seperti ERS1 dan RADARSAT

Filter Filter adalah salah satu dari rangkaian terpenting yang ada dalam sistem

telekomunikasi tanpa kabel. Filter bertugas untuk memilih, sinyal mana yang akan diambil untuk diproses lebih lanjut, dan sinyal yang mana akan dibuang. Di dalam elektronika frekuensi rendah, diperkenalkan filter lolos bawah LPF (low pass filter) yang mempunyai tugas besar, yaitu mereduksi (menghilangkan) derau (noise) yang mengkontaminasi sinyal. Metode ini muncul dikarenakan sinyalsinyal derau yang berbentuk zig-zag tidak beraturan yang bervariasi sangat cepat, yang mengindikasikan sinyal derau ini memiliki frekuensi yang sangat tinggi. [6] Filter dapat berupa rangkaian pasif maupun aktif yang ditempatkan pada perangkat telekomunikasi yang menggunakan sebuah gelombang radio didalam perambatannya atau biasa disebut sistem komunikasi radio. Filter memainkan peranan yang penting dalam pemrosesan data. Di dalam teknik telekomunikasi, filter memilih sinyal terima / pancar yang diinginkan dengan membuang sinyal lainnya. Sebagai contoh Filter bandstop memiliki karakteristik membuang sinyal


12

dalam rentang frekuensi antara f1 dan f2 atau dapat dikatakan Bandstop filter merupakan kebalikan dari Bandpass filter. Filter digunakan untuk memisahkan atau menggabungkan frekuensi yang berbeda. Pita spektrum elektromagnetik adalah sumber yang terbatas (resource) dan harus dibagi. Filter digunakan untuk memilih atau membatasi sinyal RF (Radio frequency) atau gelombang mikro ini dalam batas spektral telah disepakati. Dalam pengaplikasian sebuah filter dalam telekomunikasi maka diharapkan filter yang dibuat memiliki performansi yang tinggi, dengan rentang frekuensi yang mendekati keinginan, ringan, kecil serta berbiaya murah. Filter dapat difabrikasi dari berbagai macam teknologi, seperti komponen diskrete (L dan C), atau dengan menggunakan saluran transmisi seperti kabel koaksial, waveguide ataupun dengan saluran transmisi planar, seperti saluran transmisi koplanar ataupun saluran transmisi mikrostrip. 2.2.1

Jenis-jenis Filter Jenis jenis filter dalam dunia telekomunikasi antara lain Low pas Filter,

HPF (high pass Filter), Bandpass filter dan Bandstop filter atau Band rejected filter. a. Low Pass Filter Filter yang hanya melewatkan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi fc (frekuensi cut off). Filter LPF ini memiliki karakteristik yang kuat. Pada wilayah lolos, yaitu pada interval frekuensi 0 sampai suatu batas frekuensi tertentu (frekuensi cut-off wc) seluruh sinyal akan diteruskan, sedangkan mulai frekuensi cut-off sampai tak terhingga, seluruh sinyal akan tertolak.[1]


13

low pass 0 fc Gambar 2.1 : Lowpass Filter

b. High Pass Filter Filter yang melewati frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi fc (frekuensi cutoff) dan menahan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off atau mengurangi amplitudo frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off . Nilai-nilai pengurangan untuk frekuensi berbeda-beda untuk tiap-tiap filter. Filter ini merupakan kebalikan dari filter Lowpass Filter. gain

0

fc

frekuensi

Gambar 2.2 : HighPass filter c. Band Pass Filter filter dengan karakteristik yaitu meloloskan frekuensi antara f1 dan f2 dan menekan serendah-rendahnya frekuensi dibawah f1 (f2). Frekuensi yang diloloskan f1 < f < f2. secara ideal memiliki respon meloloskan frekuensi tengah f1 dan f2 dengan


14

penguatan sebesar 1 kali (0 dB) dan menekan frekuensi dibawah dan diatas f1 selanjutnya frekuensi dibawah dan diatas f2 sampai dengan mendekati nol (- dB).[6] Gain

1

0 f1

f2

Frekuensi

Gambar 2.3 : Bandpass filter

d. Bandstop filter Merupakan kebalikan dari Bandpass filter yaitu menolak frekuensi dalam rentang frekuensi f1 dan f2. Dan meloloskan frekuensi dibawah frekuensi f1 (f2). Secara ideal sebuah filter memiliki sifat menolak frekuensi tengah f1 dan f2 dengan mendekati nol (- dB) dan meloloskan frekuensi dibawah f1 dan diatas selanjutnya frekuensi dibawah dan diatas f2.


2

15

Gambar 2.4 : Bandstop filter Uraian lebih lanjut terkait Bandstop filter akan dibahas pada sub bab berikutnya.

2.3

Bandstop Filter

Salah satu jenis filter yang banyak digunakan dalam teknologi radar adalah bandstop filter. Filter Bandstop adalah sebuah rangkaian elektronika yang berfungsi menahan sinyal dengan range frekuensi diatas fL dan di bawah rang frekuensi fH. Filter jenis bandstops filter memiliki sifat menolak atau menahan serendah-rendahnya frekuensi fL < f < fH, dan meloloskan frekuensi dibawah fL (f < fL) dan diatas fH (fH>f).

Gambar 2.5 : Respon Bandstop Filter ideal


16

Pada Gambar 2.5 dapat dilihat bahwa sebuah rangkaian Bandstop filter secara ideal memiliki respon menahan/menolak frekuensi tengah f1 dan f2 dengan mendekati nol (- dB) dan meloloskan frekuensi dibawah f1 dan diatas

2

selanjutnya frekuensi dibawah dan diatas f2 . Didalam realitanya filter yang dibuat tidak akan bisa memiliki respon sesuai dengan filter ideal, maka diberikanlah toleransi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6 dibawah ini. gain

frekuensi 0

f1

fc

f2

Gambar 2.6 : Toleransi yang diberikan pada Bandstop Filter Toleransi yang diberikan pada sebuah Bandstop filter ditunjukkan dengan garis putus-putus pada Gambar 2.6 Sehingga dengan toleransi tersebut, sebuah Bandstops filter akan dapat memiliki respon frekuensi dengan pendekatan filter ideal yang berbeda antara filter satu dengan yang lainnya. Maka muncullah beberapa teori yang berkaitan dengan pendekatan Bandstop filter yang memiliki respon frekuensi yang berbeda-beda.

2.4

Studi Literatur Studi literatur adalah mencari referensi teori yang sesuai dengan kasus

atau permasalahan yang ditemukan. Literatur tersebut berisi tentang Judul


17

Literatur, Masalah, Metodologi Penelitian, dan Hasil Penelitian. Hasil dari studi literatur ini adalah terkorelasinya referensi yang sesuai dengan perumusan masalah. Tujuannya adalah untuk memperkuat permasalahan serta sebagai dasar teori dalam melakukan studi dan juga menjadi dasar untuk melakukan sebuah penelitian. Pada saat dilakukan studi literatur ini jurnal yang digunakan merupakan jurnal nasional maupun jurnal internasional untuk memperkuat dasar teori dan sebagai pegangan dalam melakukan penelitian. Berikut adalah beberapa referensi untuk dijadikan bahan untuk melakukan penelitian: Tabel 2.3 : Studi Literatur Keterangan

Penelitian I

Judul Penelitian

Masalah

Metodologi Penelitian

- Bagaimana membuat

melakukan perhitungan

perancangan Band stop filter

dan selanjutnya

pada frekuensi Xband (8-12 GHz)

perancangan dari

Compact Band-Stop

yang dapat diaplikasikan dalam

beberapa design untuk

Filter for X-Band

teknologi radar?

dilakukan pengujian-

Transceiver in Radar

- Perbandingan filter Band-Stop

pengujian microstrip.

Aplication [4]

dari beberapa rancangan

Microstrip yang

termasuk yang diusulkan yaitu

digunakan RT/Duroid

rancangan dengan 2 pasang

5880 dengan software

panah

HFSS

Hasil

mendapatkan bandstop filter sangat baik dengan respon antara 8.22 – 11.82 GHz, sehingga lebar pita yang diinginkan dicapai yaitu dengan nilai S11 dan nilai S21 faktor refleksi dibawah -40.

Perancangan bandstop filter

Design and Implemention of very Penelitian II

compact bandstop filter with petal shaped stub for radar applications

- Bagaimana membuat

Melakukan analisa dan

dengan karakteristik

perancangan Band stop filter

perbandingan antar

memanjang 8,02-12,05 GHz

pada frekuensi Xband (8-12 Ghz)

hasil pengukuran dan

dengan kerugian penyisipan

dengan T Petal-Shaped Stub

simulasi dengan

yang lebih besar dari 20 dB dan

untuk aplikasi Radar

mendesain microstrip

kembali kerugian yang kurang

- Bagaimana Membuat prototype

bandstop filter dan

dari 0,5 dB di tengah kisaran

filter dengan Microstrip Rogers

melakukan perhitungan

frekuensi Band-stop sehingga

RT/Duroid 5880 dengan ukuran

serta pengujian-

hasilnya mendekati dengan

10×15 mm2

pengujian microstrip.

spesifikasi filter yang diinginkan


18

Keterangan

Judul Penelitian

Masalah

Novel Design of UWB Penelitian

Band-stop filter (BSF)

III

Based on Koch

- Bagaimana membuat bandstop filter pada frekuensi 3.1 sampai 10.6 Ghz untuk aplikasi wireless sehingga didapat filter yang

Fractal Structure

diinginkan?

Metodologi Penelitian

Hasil

Merancang microstrip

Perancangan bsf dengan

dengan melakukan

karakteristik kontrol sesuai

perhitungan dan

dengan tujuan, design, dan

membuat beberapa

dapat ter-implementasi

design filter untuk

menggunakan fractal resonator

dilakukan simulasi dan

dengan hasil pita yang lebar

dibandingkan dengan

yaitu 3,1 GHz sampai 10,6

pengukuran. Material

GHz dengan insertion loss

yang digunakan

lebih dari 45 dB dan return loss

RT/Duroid 5880

kurang dari 0,5 dB

melakukan perhitungan terlebih dahulu untuk mendapat nilai nilai yang dibutuhkan,

Very compact broad band-stop ﬁlter using periodic L-shaped Penelitian IV

Bagaimana membuat filter Bandstop untuk aplikasi dalam

stubs based on self-complementary structure for X-band

range frekuensi X-band dengan metode L shaped

application

kemudian menentukan

Perancangan bandstop filter

bentuk dan metode

dengan karakteristik yang

untuk design microstrip

sudah sesuai keinginan dan

untuk dilakukan

dapat diimplementasikan

simulasi simulasi,

dengan range respon filternya

setelah didapat nilai

8,22 GHz sampai 11,82 GHz

yang diinginkan maka

dengan insertion loss dibawah -

microstrip dibuat dan

30 dB dan return loss nya

dilakukan pengukuran.

mendekati 0 dB

Microstrip yang digunakan adalah Roger RT/Duroid 5880 dengan software HFSS Melakukan Perancangan microstrip BSF dengan metode coupled-line, setelah

Compact bandstop Penelitian V

ﬁlter using coupledline section

Bagaimana membuat prototype filter bandstop dengan metode sepasang garis (coupled-line) dengan fo 5 ghz?

dilakukan perhitungan nilai-nilai parameter dandesign microstrip sesuai metode coupledline dan lakukan simulasi setelah hasil simulasi baik, maka dilakukan prabrikasi dan pengukuran.


Perancangan band Stop filter dengan metode coupled-line menghasilkan nilai pengukuran 3,25 GHz sampai 6.87 GHz dimana return loss lebih kecil dari 0.1 dB

19

2.4.1 Literatur Pertama Judul Penelitian : Compact Band-Stop filter for X-Band Transceiver in Radar Applications ( Mohammad Pourbagher, Nasser Ojaroudi, Changiz Ghobadi, dan Javad Nourinia;2015 ) [7] Pada jurnal ini, sebuah bandstop filter dirancang dengan menggunakan metode yang digunakan yaitu metode arrow-shaped structure (struktur panah) sehingga frekuensi cut off dapat diatur dengan mengatur nilai yang tepat sesuai struktur panahnya. Beberapa design dibuat dan dirancang sehingga didapatkan nilai maksimal. Design yang dibuat adalah dengan menggunakan resonator square (kotak) tanpa panah didalamnya, dengan dua panah didalamnya dan dengan menggunakan empat panah didalamnya yang saling berhadapan.


20

Gambar 2.7 : Bentuk design Bandstop filter (a) design pertama dengan kotak (b) desin kedua dengan dua panah berhadapan (c) design dengan empat buah panah Penelitian ini dilakukan dengan mengunakan frekuensi 8 sampai 12 GHz dengan menggunakan substrat RT/Duroid 5880 dengan ukuran microstrip . Penelitian ini diawali dengan melakukan perhitunganperhitungan sehingga didapat nilai-nilai yang digunakan untuk membuat filter. Hasil perhitungan dapat diliat pada Table 2.4 di bawah ini : Tabel 2.4 : Parameter nilai Akhir [7] W

Lsub

h sub

Ws

15 mm

10 mm

0.635 mm

7.2 mm

Ls

Wf

Lf

WR

3.15 mm

3.9 mm

0.9 mm

5.5 mm

LR

W

L

W1

5.5 mm

2.3 mm

2.25 mm

1.05 mm

L1

W2

L2

d

1.05 mm

0.9 mm

0.75 mm

4.55 mm

sub


21

Setelah itu dilakukan simulasi-simulasi dari beberapa rancangan yang telah dibuat dan didapat nilai maksimal untuk rancangan filter dengan empat panah.

Gambar 2.8 : Filter yang dirancang untuk dibuat (a) side view (b) top view Setelah didapat nilai maksimal, selanjutnya adalah proses fabrikasi dengan

proses

photo

etching

yang

diharapkan

menghasilkan

performasi filter bandstop yang terbaik. Kendala pada penelitian ini adalah saat pabrikasi di Indonesia karena ukuran microstrip yang sangat kecil sehingga tidak memungkinkan untuk dilakukan pabrikasi di Indonesia karena belum adanya tempat etching yang dapat melakukan etching denga sangat kecil.


22

2.4.2 Literatur Kedua Judul Penelitian : Design and Implemention of very Compact Bandstop filter with petal shaped stub for Radar Applications (Naseer Ojaroudi, Mohammad Ojaroudi, dan Reza Habibi; 2012 )[8] Penelitian ini yaitu merancang dan mengoptimalisasikan Bandstop filter untuk aplikasi Radar yang bekerja pada frekuensi 8 GHz sampai12 GHz. Metode yang dilakukan yaitu dengan memilih teknologi microstrip transmission line untuk realisasi filter menggunakan tipe petal shaped resonator. Selanjutnya memilih jenis microstrip yang cocok untuk dibuat prototype dan agar dapat dilakukan perhitungan parameter-parameter yang dibutuhkan. Bahan mikrostrip yang digunakan adalah RT/duroid 5880 . Langkah berikutnya adalah melakukan

dengan ukuran

perhitungan-perhitungan sesuai dengan nilai-nilai yang dibutuhkandan sesuai karakteristik dari substrat yang akan digunakan. Tabel 2.5 : Parameter dari hasil perhitungan[8] Parameter

mm

Parameter

mm

W(sub) Wg Lf L2 W3 L5 Lsub Lg L1

10 6 0,9 2.25 1,2 2,55 15 7 0,2

W2 L4 W5 hsub Wf W1 L3 W4 D

1,85 1,1 0,3 0,635 4,9 4 1,3 0,35 4,5


23

Gambar 2.9 : Filter BSF yang dirancang (a) side view design yang dirancang (b) Top View Simulasi dilakukan berkali-kali hingga didapat nilai maksimal. Proses berikutnya adalah pabrikasi dan dilakukan pengukuran. Hasil yang didapat Bandstop filter memiliki karakteristik yang memanjang 8,02 – 12,05 GHz. Simulasi menggunakan software HFSS (High Frequency Structure simulator)


24

Gambar 2.10 : Hasil simulasi dan Pengukuran 2.4.3 Literatur Ketiga Judul Penelitian : Novel Design of UWB Band-Stop Filter (BSF) Based on Koch Fractal Structure (Naseer Ojaroudi, Yaseer Ojaroudi, dan Sajjad Ojaroudi: 2015 )[9] Penelitian ini yaitu merancang Bandstop filter untuk aplikasi wireless dengan menggunakan geometri Koch Fractal untuk Resonatornya disertai DGS (Defected ground structure). Frekuensi yang digunakan antara 3,1 GHz sampai 10,6 GHz. Mikrostrip yang digunakan adalah RT/Duroid 5880 dengan dimensi

. Filter yang dihasilkan akan dapat

diintergrasikan ke dalah sistem UWB (Ultra Wideband). Penelitian ini tetap dilakukan perhitungan-perhitungan untuk didapat nilai panjang setiap elemen untuk diaplikasikan ke dalam design. Hasil perhitungan yang didapat dalam penelitian ini sebagai berikut :


25

Tabel 2.6 : Tabel Hasil Perhitungan[9] Parameter

Wsub

Lsub

hsub

W

(mm)

15

10

0,635

0,8

Parameter

L2

W3

L3

R

(mm)

3,4

0,4

1,35

1,4

L

W1

L1

W2

0,9

4,75

0,7

0,1

d

W4

d1

W5

1,25

0,3

1,25

2,2

Parameter (mm) Parameter (mm)

Design yang dibuat setelah didapat nilai untuk design tersebut.

Gambar 2.11 : Design Filter dengan Fractal (a) side view (b) top view (c) Bottom view Dengan menggunakan DGS maka kemungkinan hasil maksimal akan didapat. Langkah selanjutnya setelah perhitungan dan design maka langkah berikutnya adalah melakukan simulasi-simulasi sampai dapat hasil maksimal. Simulasi dilakukan dengan menggunakan HFSS. Hasil yang


26

didapat adalah sebuah bandstop dengan pita lebar antara 3,1 GHz sampai 10,6 GHz. Hasil yang didapat dengan insertion loss lebih dari 45 dB dan return loss kurang dari 0.5 dB. 2.4.4

Literatur Keempat

Judul Penelitian : Very Compact Broad Band stop filter using periodic LShaped stubs based on self-complementary structure for X-band application. (R. habibi, Ch. Ghobadi, J. Nourinia, M. ojaroudi, dan N. Ojaroudi)[4] Penelitian ini adalah merancang sebuah filter Bandstop yang dapat bekerja pada rentang frekuensi X-band. Filter dirancang dengan dimensi kecil yaitu

dengan Zin = cte maka impendansi

bandwidth menjadi konstan pada rentang frekuensi X-band.


27

Gambar 2.12 : Geometry filter yang diusulkan (a) Side view (b) Top View (c) Bottom View Microstrip didesign dengan konfigurasi dengan apertures di bawah jalur transmisi dengan impendasi tinggi seperti Gambar 2.12. frekuensi cutoff dapat disesuaikan dengan menetapkan nilai - nilai dari elemen filter. Penelitian ini dibuat dengan menggunakan mikrostrip Roger RT/Duroid 5880 dengan ketebalan 0,635 mm dengan konstanta dielektrik 2,2. Nilai akhir dari parameter filter yang dirancang terdapat pada Tabel 2.7. Tabel 2.7 : Parameter Nilai Microstrip[4] Parameter

Wsub Lsub

Wx

W

W1

L1

(mm)

15

10

3

3

1.5

3.5

Parameter

W2

L2

W3

L3

WS

Ls

(mm)

1.5

2

1

1

10.5

5


28

Parameter

Ws1

Ls1

(mm)

1.5

1

Ws2 Ls2 Ws3 Ws4 1.5

2

0.5

0.5

Filter ini dengan masukan dan keluaran 50 Ω, simulasi ini menggunakan software HFSS. Setelah dilakukan design dan simulasi makan filter difabrikasi dan dilakukan pengukuran. Hasil simulasi dan pengukuran ditunjukan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 : Hasil pengukuran dan simulasi Bandstop filter Hasil respon dari bandstop filter tersebut mendapatkan hasil frekuensi 8,22 GHz sampai 11,82 GHz, sehingga Bandstop filter dapat dicapai. 2.4.5

Literatur Kelima

Judul Penelitian : Compact Band stop filter using Coupled-line Section (K. W. Qian dan X. H. Tang) [10] Penelitian ini merancang sebuah filter Bandstop dengan menggunakan coupled-line resonator.

Filter bandstop ini dibuat untuk menekan


29

kebisingan dan sinyal palsu yang mengganggu. Sehingga sinyal yang mengganggu dapat ditolak/Reject.

Gambar 2.14 : Desain Filter Bandstop Penelitian ini diawali dengan perhitungan berdasarkan pendekatan aproksimasi, simulasi dan modifikasi, dan proses fabrikasi dengan proses photo etching yang diharapkan menghasilkan performasi filter Bandstop yang terbaik. Filter hasil etching dapat dilihat pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 : Filter hasil etching (fabrikasi) Filter dibuat dengan menggunakan material (mikrostrip) Roger 4350 dengan konstanta dielektrik 3,5. Selanjutnya dilakukan pengukuran terhadap filter Bandstop. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Vector Network Analyser. Hasil pengukuran dapat dilihat pada Gambar 2.16.


30

Gambar 2.16 : Hasil pengukuran dan simulasi Bandstop filter

Hasil pengukuran dari Bandstop filter adalah rentang frekuensi yang didapat antara 3,25 GHz sampai 6,87 GHz, dengan fo 5 GHz, dengan loss kurang dari 1 dB.

2.5

Aproksimasi Filter 2.5.1 Aproksimasi Butterworth Filter dengan pendekatan Butterworth mempunyai karakteristik memberikan bentuk filter yang sedatar mungkin di wilayah lolos dan membesar/mengecil dengan tajam di wilayah tolak. Gambar 2.12 menunjukkan kurva peredamannya. Di wilayah lolos, f < fc, peredaman filter ideal 0 dB, didekati selama mungkin dari f = 0 sampai mendekati fc. untuk f>fc, filter ideal meredam sinyal secara sempurna atau S 21 → -∞ dB, sedangkan pendekatan Butterworth diharapkan membesar menuju nilai tersebut secara cepat.


31

Seberapa baik kualitas dari pendekatan Butterworth ini, tergantung dari seberapa banyak komponen LC (inductor dan kapasitor) yang dipergunakan. Jumlah dari L dan C dinyatakan sebagai n indeks/ordo dari filter. Makin besar nilai n yang digunakan, makin didekati karakter ideal dari filter yang dirancang. Berapa nilai n yang dipakai pada suatu rancangan tergantung dari tuntutan yang diberikan kepada filter ini. Pada prakteknya akan diberikan suatu nilai minimal peredaman di frekuensi tertentu. Berdasarkan tuntutan ini akan muncul nilai n minimal yang harus digunakan. Jika digunakan n yang lebih kecil (rangkaian menjadi lebih sederhana dan murah), tuntutan tersebut tak terpenuhi, sedangkan jika nilai n yang lebih besar digunakan (rangkaian menjadi lebih kompleks dan besar/mahal), tuntutan terpenuhi lebih baik, tetapi mungkin tak diperlukan. Untuk menentukan berapa ordo yang dipakai, digunakan spesifikasi peredaman minimal LA,S, frekuensi ΩS, nilai n dapat dicari dengan persamaan.[5]

n

0,1

log(10 A,s 1) 2 log S

Gambar 2.17 : Respon lowpass filter dan pola distribusi butterworth


(2.1)

32

2.5.2

Aproksimasi Chebyshev Pendekatan Chebychev dilakukan seperti halnya pada pendekatan

Butterworth, tetapi pada wilayah lolos tidak disyaratkan maximal flat, justru di sini diperbolehkan terbentuknya ripple, yaitu naik turunnya nilai faktor transmisi sampai suatu besaran tertentu, misalnya 0,1 dB, atau bahkan 1 dB. Sehinga karakteristik dari pendekatan Chebyshev menunjukkan ripple di wilayah lolos dan membesar secara monoton di wilayah tolak.[5] Kuadrat dari mutlak fungsi transfer filter Chebyshev memiliki bentuk :

S 21 ( j )

1 Tn 2 ( )

2

1

1

cos(n cos

Tn ( )

(2.2)

2

cosh(n cosh

) untuk 1

) untuk

1 1

(2.3)

Gambar 2.18 : Respons lowpass filter dan posisi untuk pendekatan Chebyshev Untuk mendapatkan ordo yang tepat dengan spesifikasi yang diberikan, yaitu ripple di wilayah lolos sebesar LA,r dan peredam minimal di wilayah tolak LA,s pada frekuensi ΩS, dapat dihitung nilai n yaitu :

n

cosh

1

cosh

0,1L

10 A ,s 0,1L 10 A ,r 1

1 1

(2.4)

S


33

2.6

Saluran Transmisi Mikrostrip Saluran transmisi mikrostip sebagai bagian dari saluran transmisi planar,

merupakan saluran transmisi yang secara teknik paling penting untuk aplikasi frekuensi radio (Radio Frequency) dan gelombang mikro, juga untuk rangkaian digital dengan kecepatan tinggi (high speed digital circuits). Bentuk planar dari rangkaian ini bisa dihasilkan dengan beberapa cara, misalnya dengan photolithografi dan etching atau dengan teknologi film tipis dan tebal (thin-film and thick-film technology). Seperti halnya pada saluran transmisi yang lain, saluran

transmisi planar bisa juga dimanfaatkan untuk membuat komponen

tertentu

seperti filter, kopler, transformator ataupun percabangan. Jenis-jenis

saluran

transmisi planar lainnya adalah triplate (stripline) yang merupakan

saluran transmisi coplanar.[1] Pada awal perkembangannya triplate sering kali dipergunakan, tetapi dewasa ini mikrostrip dan coplanar line yang sering dipakai. Dilihat dari strukturnya saluran transmisi planar adalah struktur elektromagnetika yang sangat kompleks karena pada bidang penampangnya terdapat tiga buah material yaitu dielektrika, metal dan udara. Sehingga dalam analisanya dengan persamaan Maxwell, ketiga material ini akan membuat kondisi batas (boundarycontions) yang sangat kompleks, sehingga solusi dari persamaan Maxwell juga merupakan medan listrik dan magnet yang sangat kompleks pula. Hanya pada triplate kita masih bisa mendapatkan solusi TEM (Transversal Elektro Magnetic), karena di sana hanya ada dua material yaitu metal dan dielektrika. Pada saluran transmisi planar lainnya, yang kita dapatkan adalah gelombang hybrida (bukan TE dan bukan TM). Gelombang hybrida adalah


34

gelombang yang memiliki komponen H dan komponen E ke arah perambatannya. Gelombang ini disebut juga gelombang HE (perhatikan gelombang H adalah gelombang yang hanya memiliki komponen H ke arah perambatan dan gelombang E hanya memiliki E ke arah perambatannya). Jika demikian halnya, maka seperti halnya waveguide, kita tidak bisa mendefinisikan impedansi gelombang, tegangan dan arus. Jika saluran transmisi planar jenis mikrostrip, Gambar 2.19, dipergunakan pada frekuensi yang cukup rendah maka jenis gelombang yang merambat menjadi gelombang quasi TEM (seolah-olah TEM), gelombang ini merupakan mode dasar pada saluran transmisi ini.[6]

Gambar 2.19 : Mikrostip dan bagian-bagian pentingnya

2.7

Perhitungan Impedansi Gelombang Tipe gelombang yang merambat di dalam mikrostrip adalah gelombang

hybrid. Gelombang yang memiliki medan listrik dan magnet pada komponen axial (longitudinal), disebut juga gelombang HE atau EH. Sebagai pembanding,


35

di dalam waveguide, gelombang E dan gelombang H bisa merambat, tetapi gelombang TEM tidak bisa merambat. Di dalam kabel koaksial, gelombang TEM sebagai mode dasar bisa merambat. Gelombang TEM tidak bisa merambat di mikrostip. Hal inilah yang mempersulit pembahasan mikrostrip secara eksak. Tetapi pada prakteknya, sering kali gelombang yang merambat di anggap sebagai gelombang TEM (quasi TEM), yang mana anggapan ini hanya berlaku pada frekuensi rendah. Pada frekuensi ini komponen axial dari medan listrik dan magnet jauh lebih kecil dibanding dengan komponen transversalnya. Dengan model quasi TEM, maka pengamatan bisa direduksi menjadi kasus elektrostatika, seperti halnya pada kabel koaksial. Tetapi, struktur mikrostrip yang tidak homogen akan diaproksimasikan dengan struktur homogeny yang memiliki permitivitas efektif εr,eff.[5]

Gambar 2.20 : Pendefinisian permitivitas relatif sebagai alat bantu analisa. Untuk kasus strip metal yang sangat tipis (t→0), permitivitas efektif dan impedansi gelombang bisa dihitung dengan dua rumus berikut ini, yaitu untuk nilai u = W/h ≤ 1, r

r , eff

Z0

2

1 2

r

1 2

ln r ,eff

1

12 u

0,5

0, 04 1 u

2

8 0, 25u u

yang mana η = 120π Ohm.


(2.5)

(2.6)

36

Sedangkan u = W/h ≥ 1;

1

r ,eff

r ,eff

2

Z0

1

r ,eff

2

12 1 u

0,5

u i,393 0,677 ln u 1, 444

(2.7) 1

(2.8)

r ,eff

Hammerstad dan Jensen memberikan rumus yang lebih tepat, r

r ,eff

1

r

2

1 2

ab

12 1 u

(2.9)

yang mana 2

u4

1 a 1 ln 4 49 u

b

0,564

r r

u 52 0, 432

0,9 3

1 ln 1 18, 7

u 18,1

3

dan

(2.10)

0,053

(2.11)

Rumus perhitungan permitivitas efektif ini memiliki akurasi lebih bagus dari 0,2% parameter εr ≤ 128 dan 0,01≤ u ≤ 100. Sedangkan impedansi

untuk

gelombangnya adalah :

Z0

2

r , eff

F ln u

2 u

1

2

(2.12)

Dengan

F

6 (2

6)e

30.666 u

0,7528

Rumus perhitungan impedansi gelombang memiliki akurasi lebih baik dari 0,01% untuk u

1 dan 0,03% untuk u

1000 Dengan didapatkannya permitivitas relatif

efektif, panjang gelombang saluran transmisi bisa dihitung menjadi :


37

0

g

r ,eff

Dimana

panjang gelombang yang merambat di udara bebas (m), atau

0

300 f (GHz)

g

2.8

dalam satuan mm

(2.13)

r ,eff

Perancangan Mikrostrip

Proses perancangan mikrostrip adalah menentukan nilai u W/h jika nilai Z0 dan r diberikan.

Hammerstad memberikan cara perhitungan sebagai berikut :

Untuk u W/h W h

2

8e A

(2.14)

e2 A 2

dengan

A

Z0 60

r

1

0,5

2

dan untuk u W/h W h

2

r

B 1

r

1 0,11 0, 23 1 r

(2.15)

2 ln 2 B 1

1

r

2

ln( B 1) 0,39

r

0, 61

(2.16)

r

dengan

B

60 Z0

2

(2.17)

r

Prosedur di atas memiliki akurasi sekitar 1%. Jika diinginkan tingkat akurasi yang lebih, maka digunakan metoda iteratif dengan rumus penentuan impedansi pada bagian sebelumnya atau secara grafis.[5]


38

2.9

L Resonator Salah satu hal yang penting didalam pembuatan filter dengan media

mikrostrip adalah penentuan bentuk dari resonator yang akan digunakan. Secara umum resonator adalah sebuah media penghubung antara port sumber dengan port beban. Prinsip kerja resonator adalah menggunakan prinsip resonansi, sehingga bisa dikatakan resonator akan bekerja (beresonansi) pada suatu frekuensi tertentu, kemudian dengan adanya resonansi tersebut sebuah gelombang RF akan tersalurkan. Secara umum rangkaian resonator dapat dibuat dengan menggunakan komponen L (induktor) dan C (capasitor) dan besarnya frekuensi resonansi antara rangakaian L dan C adalah sebesar 1/

LC .

Dalam perancangan dengan media mikrostrip komponen L dan C dapat direalisasikan menggunakan bentuk L resonator dengan cara menekuk sebuah resonator lurus tunggal menjadi sebuah resonator berbentuk huruf L, seperti di tunjukan pada Gambar 2.22. Dengan bentuk tekukan sudut 90° akan membentuk sebuah bentuk huruf L resonator. Sehingga pada kedua ujung resonator tersebut akan terbentuk sebuah kapasitor yang mampu menyimpan energi kapasitansi. Secara teori agar resonator dapat beresonansi sesuai dengan frekuensi yang diinginkan maka panjang dari sebuah resonator harus dibuat dengan panjang 1/2 panjang gelombang. Oleh karena itu didalam perancangan sebuah resonator diperlukan sebuah perhitungan khusus yang berkaitan dengan teknik mikrostrip, dan kemudian supaya hasilnya maksimal, perancangan dari resonator perlu disimulasikan


39

dengan EM Sonnet, Sehingga hasil yang didapatkan lebih mendekati spesifikasi filter.

Gambar 2.21 : L resonator dapat dibentuk dari sebuah resonator lurus tunggal 2.10

Lowpass Filter Pada perancangan mikrostrip ini berdasarkan prototype dari lowpass filter

dengan passband ripple 0,1 dB yang akan didesign menjadi sebuah filter bandstop. Prototype lowpass filter chebyshev dengan 5 pole (n = 5) dengan frekuensi kerja f1 9,2 GHz dan f2 9,5 GHz. Dengan n = 5 maka, Tabel 2.8 : Elemen Value g untuk Chebychev lowpass for passband ripple LAR = 0,1 dB

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9

g1 0,3052 0,8431 1,0316 1,1088 1,1468 1,1681 1,1812 1,1898 1,1957

g2 1,0 0,6220 1,1474 1,3062 1,3712 1,4040 1,4228 1,4346 1,4426

g3

g4

g5

g6

1,3554 1,0316 1,7704 1,9750 2,0562 2,0967 2,1199 2,1346

1,0 0,8181 1,3712 1,5171 1,5734 1,6010 1,6167

1,3554 1,1468 1,9029 2,0967 2,1700 2,2054

1,0 0,8618 1,4228 1,5641 1,6167


g7

g8

g9

g10

1,3554 1,1812 1,0 1,9445 0,878 1,3554 2,1346 1,443 1,1957 1,0

40

Parameter pada Tabel 2.8 nilai tersebut akan digunakan untuk menghitung parameter dalam merancang filter bandstop dimana Z0 = 50 Ω. (

(2.18) (2.19)


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents