Filter Gelombang Mikro (1) TTG4D3 – Rekayasa Gelombang Mikro Oleh Budi Syihabuddin – Erfansyah Ali
1
Outline • Pendahuluan • Klasifikasi Filter • Perancangan Filter Lumped Circuit
2
Pendahuluan • Filter komponen (biasanya) pasif, resiprok, 2 port Pin
Pout FILTER
• Jika port – 2 dibebani dg beban match, maka dapat dikorelasikan daya input dengan daya output : 2
Pout S 21 Pin
Pout 2 • Jika daya transmisi didefinisikan dengan koefisien transmit : T P S 21 in • karena filter biasanya komponen pasif, maka : 0 T 1 atau Pout Pin 3
Pout Pin
Pin Pout Pabs Pr
Pabs
Pin
Pout FILTER
Pr
Pin Pout Pr
ideal Pin Pr Pout Pin Pin Pr Pout 1 Pin Pin
Lossless filter :
1 4
Klasifikasi Filter (1) • Berdasarkan Komponen Penyusun, filter analog terbagi menjadi : 1. 2. 3. 4.
Filter LC Pasif dan RC Aktif Filter SAW (Surface Acoustic Waves) Filter-filter Elektromekanik Filter Kristal Piezoelektrik
• Berdasarkan Bentuk Respon Frekuensi terhadap Gain : 1. 2. 3. 4.
Filter Bessel (Maximally Flat Time Delay) Filter Cauer (Eliptic) Filter Butterworth (Maximally Flat) Filter Chebyshev (Tsebycheff) 5
( )
( )
1
1
RIPPLE
Chebyshev
Butterworth
( )
1
Eliptic
6
Klasifikasi Filter (2) • Berdasarkan Sifat Penguatannya, filter bisa diklasifikasikan menjadi: • Filter Aktif : bersifat menguatkan • Komponen penyusun : penguat, kapasitor dan resistor • Keuntungan : ukuran lebih kecil, ringan, lebih murah dan lebih fleksibel dalam perancangan • Kekurangan : kebutuhan catudaya eksternal, lebih sensitif terhadap perubahan lingkungan, dan memiliki frekuensi kerja yang tidak terlalu tinggi
• Filter Pasif : bersifat tidak menguatkan • Komponen penyusun : induktor, kapasitor dan resistor • Keuntungan : dapat digunakan untuk frekuensi tinggi • Kekurangan : dimensi lebih besar dibandingkan filter aktif
7
Klasifikasi Filter (3) • Berdasarkan daerah frekuensi yang dilewatkan, filter analog dibagi menjadi 1. 2. 3. 4. 5.
LPF (Low Pass Filter) BPF (Band Pass Filter) HPF (High Pass Filter) BSF / BRF (Band Stop Filter / Band Reject Filter) All Pass Filter (Hanya memperhatikan respon fasa)
8
Low Pass Filter Dengan koefisien Transmit ( )
1
1 ( ) 0
Dengan Koefisien Pantul ( )
c c
1
0 ( ) 1
c
c
c c
9
High Pass Filter Dengan Koefisien Transmit
Dengan Koefisien Pantul ( )
( )
1
1
0 ( ) 1
c
c
0 ( ) 1
c
c c
c
10
Band Pass Filter Dengan Koefisien Transmit
( )
1 ( ) 0
Dengan Koefisien Pantul
0 / 2 ( )
0 / 2
0 ( ) 1
0 / 2 0 / 2
1
1
0
0
11
Band Stop Filter Dengan Koefisien Transmit ( )
0 ( ) 1
Dengan Koefisien Pantul
0 / 2 0 / 2
1
( )
1 ( ) 0
0 / 2 0 / 2
1
0
0
12
Lumped Filter Filter Frekuensi Rendah
13
Prosedur Perancangan Lumped Filter
• • • • •
Penguatan Frekuensi Cut-off Frekuensi Stop Band Ripple Jenis Filter
Spesifikasi
Normalisasi (Prototype) • Penentuan Orde Filter dg Grafik • Penentuan Protype LPF dengan bantuan Tabel • Jika yg dirancang adl HPF/BPF/BSF maka ubah protype LPF ke HPF/BPF/BSF
• Denormalisasi untuk mendapatkan nilai komponen realisasi / Simulasi
Denormalisasi (Pen-skalaan) 14
Contoh (1) • Rancanglah Filter yang bekerja untuk meloloskan frekuensi rendah dengan spesifikasi sebagai berikut : • • • • •
Fcutoff = 35 MHz redaman 60 dB pada frekuensi 105 MHz Rs = 50 Ω RL = 500 Ω. Tidak ada ripple pada stop band maupun pass band.
15
Penyelesaian
1. Lakukan normalisasi frekuensi : f = fred/fcutoff = 105 MHz/35 MHz = 3. 2. karena filter yang akan dibuat tidak memiliki ripple, maka gunakan grafik butterworth untuk mendapatkan orde filter. 3. Hasil normalisasi frekuensi yang di dapat tadi adalah 3 dengan redaman 60 dB, maka kita dapatkan n = 7. n adalah orde filter.
4. Setelah didapatkan orde filter, maka kita dapat mengetahui nilai komponen dalam prototype filter dengan melihat tabel butterworth. 5. Rs = 50 ohm, RL = 500 maka RS/RL yang di dapat adalah 50/500 = 0,1. jadi n = 7 dan Rs/RL = 0,1 16
17
DENORMALISASI Yang harus diingat yang didapat adalah nilai R = nilai Rn Xkomponen RAc komponen prototypenya, maka untuk mendapatkan nilai komponen sebenarnya Ldilakukan = denormalisasi (L X R ) / (2f ) n
C
=
Ac
Co
Cn / (2fCo X RAc)
18
Transformasi LPF ke HPF (1) • Transformasi dari LPF ternormalisasi ke HPF ternormalisasi menyebabkan berubahnya komponen-komponen penyusun filter yaitu : pada HPF pasif ternormalisasi akan terjadi perubahan dari induktor menjadi kapasitor dan sebaliknya, sedangkan pada HPF aktif ternormalisasi terjadi perubahan dari resistor menjadi kapasitor dan juga sebaliknya. • Adapun persamaan yang menunjukkan perubahan nilai komponen adalah sebagai berikut (perubahan dilakukan pada kondisi ternormalisasi) : • HPF pasif ternormalisasi : CHPF = 1/LLPF dan LHPF = 1/CLPF
• Lakukan denormalisasi komponen seperti sebelumnya. 19
Transformasi LPF ke HPF (2) L2
L1
RS
Proses Transformasi LPF ke HPF / BPF / BSF dilakukan pada tahap prototype!
C2
C1
LPF
C3
RL
1 L2
1 L1
RS 1 C1
1 C2
1 C3
RL
HPF 20
Referensi • RF Circuit Design 2nd Edition, Chris Bowick. • Microwave Engineering 3rd Edition, David M. Pozar.
21
Terima Kasih
22
