LABORATORIUM DASAR TRANSMISI FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS TELKOM

LABORATORIUM DASAR TRANSMISI FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS TELKOM

LABORATORIUM DASAR TRANSMISI FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS TELKOM BANDUNG 2015


SAP ELEKTROMAGNETIKA II Mata Kuliah Kode Mata Kuliah Program Studi SKS Semester

: Elektromagnetika II : TTG3C3 : S1 TT :3 :5

Minggu Pertemuan

Topik

Materi Sub Topik 1. Konsep dan Arti Fisis tentang Empat Persamaan Maxwell

1

Persamaan Maxwell untuk Medan Dinamis

1

2. Konsep Nilai Besaran Terlambat (Retarded Value)

2

2

3

Propagasi Gelombang Datar

3. Penurunan Persamaan Helmholtz dari Persamaan Maxwell

Kompetensi

Referensi

1. Mahasiswa menguasai konsep dan arti fisis tentang Empat Persamaan Maxwell serta konsep Retarded Value 2. Mahasiswa mendapatkan gambaran tentang penerapan konsep tentang Empat Persamaan Maxwell serta konsep Retarded Value, khususnya dalam bidang Telekomunikasi

[HYATT ’01] CH. 10

1. Mahasiswa menguasai penurunan Pers. Helmholtz dari Persamaan Maxwell

[HYATT ’01] CH. 11.1 – 11.5

[ISKANDER ’92] CH. 2.12 s.d 2.14

Modul Praktikum Elektromagnetika 2015

2


4. Perambatan Gelombang pada Berbagai Medium (Dielektrik Merugi)

5. Dielektrik Sempurna, Vakum, Konduktor : Efek Kulit, dengan Parameter Primer dan Parameter Sekundernya 6. Vektor Poynting dan Analisis Daya

4

5

7. Polarisasi Gelombang 8. Pantulan gelombang sudut datang nol

9. Konservasi Daya dalam Pantulan

3 6

2. Mahasiswa dapat melakukan analisis pada peristiwa perambatan pada Berbagai Medium (Dielektrik Merugi, Dielektrik Sempurna, Vakum, Konduktor : Efek Kulit) dengan Parameter Primer dan Parameter Sekundernya

[ISKANDER ’92] CH. 3.11 s.d 3.12

3. Mahasiswa menguasai analisis Vektor Poynting dan Analisis Daya pada perambatan gelombang, serta Polarisasi Gelombang

1. Mahasiswa menguasai analisis peristiwa pantulan gelombang sudut datang nol 2. Mahasiswa menguasai analisis Konservasi Daya dalam Pantulan, Standing Wave Ratio dan Impedansi Input

[HYATT ’01] CH. 12.1 – 12.2 [ISKANDER ’92] CH. 5 & CH. 6


3


10. Standing Wave Radio dan Impedansi Input 11. Matching Gelombang

1. Mahasiswa menguasai analisis permasalahan Matching Gelombang 2. Mahasiswa dapat melakukan analisis dan desain Radome (med1|med2|med1 -med1|med2|med3)

[HYATT ’01] CH. 12.3

9

13. Perambatan GEM pada arah sembarang

1. Mahasiswa menguasai analisis perambatan GEM arah sembarang

[HYATT ’01] CH. 12.4-12.6

10

14. Pantulan SudutDatang Tak-Nol dan Nol : Gelombang Berdiri

2. Mahasiswa menguasai analisis Pantulan SudutDatang Tak-Nol dan Nol (Hukum Snell): Gelombang Berdiri

15. Model dan Persamaan Saluran Transmisi

1. Mahasiswa dapat menurunkan Persamaan Model Inkremental Saluran Transmisi

16. Macam-macam Saluran Transmisi dengan Parameter Primer dan Sekundernya, Saluran Distortionless dan Lossless

2. Mahasiswa menguasai perbedaan bermacam-macam Saluran Transmisi dengan Parameter Primer dan Sekundernya, Saluran Distortionless dan Lossless 3. Mahasiswa dapat melakukan analisis (V, I, P) berbagai

7 4

12. Radome (med1|med2|med1 med1|med2|med3)

8

5

11 Saluran Transmisi

6

12

17. Kasus 1 : Saluran Tak-merugi Beban Sesuai (V, I, P)

[ISKANDER ’92] CH. 5


[HYATT ’01] CH. 13.1 – 13.3 [ISKANDER ’92] CH. 7


4


18. Kasus 2 : Saluran Tak-merugi Beban Tak-Sesuai (V, I, P) 19. Impedansi Input dan VSWR 20. Kasus 3 : Saluran-saluran Istimewa (λ/2, λ/4, ZL=0, ZL=∞)

21. Kasus 4 : Persoalan Saluran Merugi 22. Penyesuaian Impedansi dengan Transformator 1/4 panjang gelombang

13 7

14

15

8 16

23. Konsep lebarpita Frekuensi untuk Sistem Saluran Transmisi 24. Penyesuaian Impedansi dengan Stub-Ganda dengan Smith chart

kasus Saluran Transmisi: Saluran Tak-merugi Beban Sesuai , Saluran Takmerugi Beban TakSesuai, Impedansi input dan VSWR, Saluran Istimewa (λ/2, λ/4, ZL = 0, ZL = ∞), dan Saluran Merugi 1. Mahasiswa menguasai analisis dan desain Penyesuaian Impedansi dengan Transformator ¼ l serta stub-tunggal

[HYATT ’01] CH. 13.3 [ISKANDER ’92] CH. 7

2. Mahasiswa menguasai Konsep lebar-pita frekuensi pada sistem saluran transmisi

25. Smith-Chart : Pembuatan dan Penggunaan

1. Mahasiswa mendapatkan gambaran tentang pembuatan SmithChart

26. Penyesuaian Impedansi dengan Stub-ganda dengan Smith Chart

2. Mahasiswa dapat menggunakan Smith Chart untuk penyesuaian impedansi dengan Transformator ½λ, Stub Tunggal, dan Stub Ganda.

[HYATT ’01] CH. 13.4 – 13.5 [ISKANDER ’92] CH. 7


5


17

27. Bumbung Gelombang Persegi (BGP)

1. Mahasiswa memahami analisis Medan Elektromagnetik dalam BGP

28. Analissis Medan Elektromagnetik dalam (BGP)

2. Mahasiswa menguasai karakteristik Gelombang Mode TMmn beserta Parameter Primer dan Sekundernya pada BGP

9

18 Bumbung Gelombang

29. Gelombang Mode TMmn, Parameter Primer dan Sekunder 30. Gelombang Mode Temn, Parameter Primer dan Sekunder

19

10

20

1. Mahasiswa menguasai karakteristik Gelombang Mode TEmn beserta Parameter Primer dan Sekundernya pada BGP

31. Tinjauan Daya dan Rugi-rugi

2. Mahasiswa menguasai analisis Daya dan Rugi-rugi pada BGP

32. Rongga Resonator

3. Mahasiswa menguasai analisis medan Elektromagnetik pada Rongga Resonator Persegi

[HYATT ’01] CH. 14.1 & 14.4

[HYATT ’01] CH. 14.1 & 14.4


6


33. Bumbung Gelombang Sirkular (BGS)

21

11

34. Analisa Medan Elektromagnetik dalam BGS 35. Gelombang Mode TMnl dan Tenl, Parameter Primer dan Sekunder 36. Pengenalan Serat Optik 37. Analisa Medan Radiasi Filamen Pendek, Diagram Arah

22

23

38. Aproksimasi untuk Medan Jauh, Daya Pancar, Tahanan Pancar

12 24 Radiasi Gelombang

39. Dipole Pendek

13

25

1. Mahasiswa menguasai karakteristik Gelombang Elektromagnetik Mode TMnl dan TEnl, Parameter Primer dan Sekundernya pada BGS 2. Mahasiswa memahami analisis Gelombang Elektromagnetik pada Serat Optik

[RAMO’65] CH. 3.26 & CH. 7.16

1. Mahasiswa memahami konsep analisis Medan Radiasi GEM oleh Filamen Pendek

[HYATT ’01] CH. 14.6

2. Mahasiswa menguasai karakteristik radiasi gelombang pada aproksimasi Medan Jauh: Diaram Arah, Daya Pancar, Tahanan Pancar 1. Mahasiswa menguasai konsep karakteristik medan jauh dari radiasi gelombang oleh: Dipole Pendek, Dipole ½ l, dan Monopole


[HYATT ’01] CH. 14.6 [ISKANDER ’92] CH. 9

40. Dipole 1/2 lambda


7


41. Monopole 42. Penurunan Teori Rangkaian Elektrik Frekuensi Tinggi

26

27 Aplikasi Lain Persamaan Maxwell

14

28

43. Rongga Resonator Koaksial

1. Mahasiswa memahami penurunan Teori Rangkaian Elektrik Frekuensi Tinggi berdasarkan Hukum Maxwell

[HYATT ’81] CH. 13.3 & CH. 13.2

2. Mahasiswa menguasai karakteristik medan elelektromagnetik pada Rongga Resonator Koaksial

Referensi : [1] William H. Hayt, Jr.John A Buck, Engineering Electromagnetics 6th Edition. McGraw-Hill Companies, 2001 [2] Magdy F. Iskander, Electromagnetics Fields and Waves, Prentice Hall International. 1992 [3] Stuart M, Wentworth, Fundamental of Electromagnetics with Engineering Applications, John Wilet & Sons, inc.2005


8


PERATURAN PRAKTIKUM Kelengkapan Praktikum  Dalam pelaksanaan praktikum, praktikan diwajibkan memakai seragam kuliah sesuai dengan peraturan Telkom University (No Jeans) dan berkaos kaki.  Praktikan wajib membawa kartu praktikum yang telah ditempel foto, dicap saat pengumpulan TP pertama.

Tugas Pendahuluan  TP tidak bersifat wajib dan dikerjakan secara perseorangan  Seluruh TP dikumpulkan secara bersamaan pada waktu yang telah ditentukan (Senin, 07.00-09.00).  Pengumpulan TP boleh diwakilkan.  Praktikan yang tidak mengumpulkan TP berhak mengikuti kegiatan praktikum dengan nilai TP=0.  TP ditulis tangan dan dikerjakan pada buku praktikum yang sudah ditentukan sebelumnya.  Buku TP berukuran A5, 25 Lembar, Sampul Koran, Cover HVS berwarna hijau dengan template yang sudah ditentukan.  Kartu praktikum ditempel dihalaman depan buku praktikum.  Soal TP WAJIB dikerjakan semua jika tidak, maka nilai TP=0  Aturan pengerjaan TP sesuai dengan modul yang dipraktikumkan.  Keterlambatan pengumpulan TP maksimal 20 menit. Untuk keterlambatan 10 menit pertama mendapat potongan nilai 20%, untuk keterlambatan 10 menit kedua mendapat potongan nilai 40%. Kehadiran  Praktikan datang 10 menit sebelum praktikum dimulai.  Keterlambatan lebih dari 20 menit, DILARANG MENGIKUTI PRAKTIKUM dan tidak ada praktikum susulan bagi yang terlambat.  Jika praktikan hadir dengan tidak melengkapi kartu berfoto maka praktikan diberi waktu meninggalkan ruangan untuk melengkapinya  Praktikan diharuskan mengikuti semua modul praktikum.  Apabila tanpa kejelasan dimana praktikan tidak menghadiri salah satu atau lebih kegiatan praktikum, maka praktikan dinyatakan tidak lulus. Tes awal  Tes awal dilaksanakan pada saat sebelum praktikum.  Tes awal bersifat lisan  Tes awal berlangsung selama 15-20 menit dan bersifat close book.


9


Pelaksanaan Praktikum  Shift I : 06.30 – 09.00  Shift II : 09.30 – 12.00  Shft III : 12.30 – 15.00  Shift IV: 15.30 – 18.00 Tukar Jadwal  Tukar jadwal dilakukan paling lambat satu hari sebelum pelaksanaan praktikum.  Tukar jadwal hanya bisa dilakukan sesama praktikan dengan modul yang sama dalam 1 periode praktikum.  Form tukar jadwal harus ditanda tangani oleh Asisten Laboratorium. Penilaian Praktikum  Persentase penilaian praktikum : TP : 20% Tes Awal : 15% Praktikum : 30% Jurnal : 35% Syarat Kelulusan  Praktikan wajib mengikuti semua modul  Nilai rata-rata praktikum ≥ 65

Bandung, 31 Agustus 2015 Koordinator Asisten

Ketua Divisi Praktikum

Muhammad Reza 1101120206

Intan Rizkyani Sarah 1101120089

Mengetahui, Pembina Lab Dasar Transmisi

Saleh Dwi Mardiyanto, S.T., M.T. NIP 07730365-4


10


TIM PRAKTIKUM LABORATORIUM DASAR TRANSMISI

Pembina

: Saleh Dwi Mardiyanto, S.T., M.T.

Koordinator Asisten

: Muhammad Reza

Kepala Sekolah

: Muhammad Faikar Widjanarko

Divisi Administrasi

: Benedicta Donna Privera Loudoe Tara Damayanti

Divisi Praktikum

: Intan Rizkyani Sarah Arfan Husni Rahmanto Viona Apryaleva

Divisi Alat

: Muhammad Faikar Widjanarko Muhammad Reza Rafly Sidiq Affyanto

Asisten Praktikum

: Arfan Husni Rahmanto Benedicta Donna Privera Loudoe Intan Rizkyani Sarah Muhammad Faikar Widjanarko Muhammad Reza Rafly Sidiq Affyanto Tara Damayanti Viona Apryaleva

Asisten Riset

: Intan Rizkyani Sarah Muhammad Faikar Widjanarko Muhammad Reza


11


MODUL I POLARISASI MEDAN RADIASI, TRANSMISI DAN REFLEKSI GELOMBANG I. TUJUAN PRAKTIKUM 1.

Memahami prinsip kerja probe medan-E.

2.

Mengamati dan mampu menganalisa polarisasi medan yang teradiasi.

3.

Mengetahui dan memahami prinsip polarisasi gelombang.

4.

Mengamati jarak terjadinya kejadian interferensi gelombang (transmisi dan refleksi).

5.

Mengetahui hubungan SWR dengan faktor refleksi || dan transmisi |T|

II. TEORI DASAR Gelombang elektromagnetik terdiri dari komponen gelombang elektrik dan gelombang magnetik yang saling tegak lurus dalam arah perambatan gelombangnya.

 Ex

Arah propagasi GEM

 Hy Gambar 1.1. Gelombang ELektromagnetik

Sebagai penangkap gelombang elektromagnetik, digunakan Probe medan-E yang pada dasarnya merupakan sebuah antena horn dan sebuah detektor dioda. Antena horn berfungsi sebagai penyedia tegangan RF (URF) yang besarnya sebanding dengan kuat medan elektrik yang akan dicari. Yang ditangkap oleh probe medan-E adalah gelombang medan elektrik (E) sehingga didapat informasi berupa


12


daya terima probe medan-E dan juga dapat diamati SWR-nya (penjelasan SWR di halaman berikutnya). Untuk menghilangkan pengaruh frekuensi yang sangat besar akibat adanya pengaruh kapasitansi dari antena horn serta rangkaian lainnya, maka antena horn harus di damp dengan bahan resistif yang sesuai. Kuat medan elektrik dari sebuah medan elektromagnetik (medan gelombang mikro) dapat ditentukan dengan cara meletakkan probe medan-E pada posisi yang berbeda terhadap antena horn.

Gambar 1.2 Prinsip probe medan E

Besarnya level tegangan UREC sebanding dengan amplitudo kuat medan elektrik E di mana probe medan-E ditempatkan. Jika kuat medan tersebut cukup kecil maka UREC akan sebanding dengan kuadrat dari amplitudo kuat medan elektriknya.

ˆ2 EREC  K.E Urec = daya yang terekam di antenna ^

dengan:

E

q 4 0 R 2

dan K = Konstanta (m2/V)


13


Medan gelombang uniform yang berjalan dari arah–z mempunyai persamaan (lihat Gambar. 1 ) :

  Ez, t   Exoez cosωt-βz ax   E H z, t   xo e z cosωt-βz a y



Keterangan : E xo : Amplitido medan (Volt)

α

: Konstanta redaman (Neper/meter)

β

: Konstanta Fasa (radian/meter)

  ax  ay

: Impedansi intrinsik

z

: merambat ke sumbu z

: bergetar ke sumbu x : bergetar ke sumbu y

SIFAT PROPAGASI GELOMBANG DI BERBAGAI BAHAN Suatu medium propagasi mempunyai ciri dasar yang membedakan dengan medium lain. Ciri dasar tersebut dapat kita kelompokkan dalam parameter primer, yaitu : a.

σ (Konduktivitas), sifat bahan berdasarkan sifatnya sebagai penghantar.

b.

μ (Permeabilitas), sifat bahan berdasarkan kemagnetannya.

c.

ε (Permitivitas), sifat bahan berdasarkan kelistrikannya. Dari parameter primer tersebut, juga dapat ditentukan parameter sekundernya,

yaitu : a.

γ (Konstanta propagasi)

b. η (Impedansi Intrinsik)


14


Tabel 1. Parameter di berbagai medium Medium Parameter

Primer

Vaku m

Dielektrik sempurna

Dielektrik merugi

Konduktor yang baik

σ

0

0

≠0

∞

μ

μ0

μ0.μr

μ0.μr

μ0.μr

ε

ε0

ε0.εr

ε0.εr

ε0.εr

μr

1

≥1

≥1

≥1

εr

1

≥1

≥1

≥1

𝑗𝜔 √με√1 − j tan θ

1 1 + 𝑗 𝛿 𝛿

γ

Sekunde r

jβ

𝑗

𝜔 √ μr εr 𝑐 μr εr

120𝜋 √

μ 1 √ ε √1 − j tan θ

√2 σδ

jπ

e4

η

120π

α

0

0

Re(γ)

β

tan θ

0

0

≠0

∞

Contoh

udara

Mika, nilon, kertas, karet

Air laut

Emas, perak , tembaga, aluminium

Catatan : μ0 = 4π x 10-7 Henry/meter ε0 = 8,85 x 10-12 Farad/meter

POLARISASI MEDAN RADIASI Medan gelombang mikro merupakan medan elektromagnetik yang terdiri atas medan elektrik E dan medan magnetik H yang secara umum berubah terhadap posisi dan waktu.


15


^

E x (t )  E x cos(2ft   x ) ^

E y (t )  E y cos(2ft   y ) ^

E z (t )  E z cos(2ft   z ) Polarisasi adalah arah orientasi gelombang elektro-magnetik (horisontal atau vertikal) yang relatif terhadap bidang referensi. Macam-macam polarisasi: 1. Polarisasi Linier 

Polarisasi dimana terdapat perbedaan fasa antara dua gelombang dengan amplitude bisa sama atau berbeda. Syarat : 1. E x  E y

atau E x  E y

2. (φy – φx) =0, ± π

  n n0, 1,  2, ...dst

x E1

y E2



Contoh gelombang polarisasi vertical

: Pemancar FM



Contoh gelombang polarisasi horizontal

: Pemancar TV


16


2. Polarisasi sirkular 

Polarisasi dimana terdapat perbedaan fasa antara dua gelombang dengan amplitude yang sama.

Syarat : 1.

Ex  1 Ey 𝜋

2. (φy – φx) = ± 2 , ±

X

2

,…

X

y

x E2

E3

E1

E4

E1

E4



3𝜋

y

x E2

E3

Sirkular Putar

Sirkular Putar

Kanan

Kiri

Contoh Gelombang Polarisasi Sirkular : Pada sistem komunikasi seluler misalnya pada pemancaran gelombang radio.


17


3. Polarisasi Eliptik 

Polarisasi dimana terdapat perbedaan fasa antara kedua gelombang dengan amplitudo yang berbeda.

Syarat : 1.

Ex  sembarang Ey

2. (φy – φx) = sembarang

X

X

E11

E1 E4

E4

E1

Y

xx

Y

x

E2 E2 E3

E3

Eliptic Putar Kanan

E2

Eliptic Putar Kiri

Pembangkitan Polarisasi sehingga didapat persamaan polarisasi : Ē = Ēx âx + Ēy ây dengan Ēx = Ēxo cos (ωt – βz)

dan

Ēy = Ēyo cos (ωt – βz + δ)


18


POLARIZATION LOSS FACTOR (PLF) Jika Polarisasi yang diterima oleh probe medan-E tidak sama dengan polarisasi gelombang datang, ketidaksamaan ini disebut ketidaksesuaian polarisasi (polarization mismatch). Perbedaan polarisasi tersebut membentuk beda sudut sebesar φ, sehingga daya terima probe medan-E akan mengalami penurunan yang dinyatakan dengan PLF Untuk polarisasi medan linear vertikal didapat : PLF = cos2 φ

Untuk polarisasi medan linear horizontal didapat :

PLF =

sin 2𝛗 2

Jika gelombang datang memiliki polarisasi yang sesuai dengan polarisasi probe medan-e maka PLF akan sama dengan 1 sehingga didapat daya maksimum. Lalu kapan didapat daya minimum ? (lakukan percobaan). SWR Gelombang berdiri dihasilkan oleh superposisi antara gelombang datang (arah +z) dan gelombang pantul (arah –z). Pada saat gelombang elektromagnetik mengenai probe medan-E sebagian gelombang dipantulkan dan sebagian lagi diteruskan. SWR (Standing Wave Ratio) yaitu derajat terbaginya gelombang menjadi gelombang berjalan dan gelombang berdiri dinyatakan dengan perbandingan harga maksimum terhadap harga minimum gelombang yang bersangkutan. Dengan mengasumsikan bahwa gelombang dalam arah –z (gelombang pantul) akan bertemu dengan gelombang berarah +z (gelombang datang), di mana kedua gelombang mempunyai amplitudo yang sama namun


19


dalam arah yang berlawanan, maka akan diperoleh persamaan gelombang berdiri sebagai berikut:

    z      z    E x (t , z )  E x cos2f  t     cos2f  t        c      c     z  2 E x sin 2ftsin  2    E     z      z    H (t , z )  x  cos2f  t     cos2f  t     y      c      c    E z   2 x sin 2ftsin  2     Vektor Poynting Dan Koefisien Pantul Hubungan antara vektor medan magnet, vektor medan listrik dan vektor poynting ditunjukkan dengan persamaan berikut:

 = 

dengan



dimana vektor poynting merupakan vektor rapat daya sesaat. Pada gelombang yang mengenai plat dielektrik hanya sebagian yang dipantulkan, perbandingan antara gelombang pantul dan gelombang datang (asli) disebut faktor pantul :

  = medan pantul.   = medan datang. Dan rasio daya pantul dengan daya datang adalah


20


Koefisien pantul selain memiliki magnitude juga berfase = jr yang menggeser gelombang pantul dari gelombang datang semula. Bentuk kompleks dari faktor pantul adalah :

Γ = |Γ|

Hubungan SWR Dengan Koefisien Pantul SWR didefinisikan sebagai perbandingan antara medan maksimum dan medan minimum :

SWR 

E max 1    E min 1  

Hubungan Koefisien Pantul Dengan Koefisien Transmisi Koefisien transmisi adalah perbandingan gelombang yang diteruskan dengan gelombang yang datang.

E  E E T   1   1  E E


21


III.

Overview Praktikum

Pelaksanaan Praktikum Praktikum modul ini bertujuan untuk menganalisis dan mengamati konsep dari radiasi gelombang berhubungan dengan polarisasi gelombang, transmisi dan refleksi gelombang serta SWR. Kita akan menggunakan sebuah Antena horn berfungsi menyediakan tegangan RF (URF) yang besarnya sebanding dengan kuat medan elektrik yang akan dicari. Kemudian dengan menggunakan probe medan-E dapat diketahui level kuat medan yang ditangkap pada jarak tertentu dari antena. Gerakkan probe medan-E untuk melihat perubahan-perubahan besarnya level kuat medan. Karena probe medan-E merupakan antena horn sehingga polarisasi medan yang kita amati adalah polarisasi linear baik itu vertikal maupun horizontal dengan mengubah posisi antenna Horn. Kita juga dapat mengubah-ubah arah polarisasi dengan menggunakan PWG (Parallel Wire Gratting) sehingga kita dapat mengamati pengaruh perubahan polarisasi terhadap kuat medan yang diterima oleh probe medan-E. Peralatan 1. 1 Gunn osilator 2. 1 Gunn power supply 3. 1 SWR meter 4. 1 probe medan-E 5. 1 Parallel Wire Gratting (PWG) 6. Penggaris 100 cm 7. 3 coaxial cable BNC male 8. 1 Detector Mount


22


Gambar 1.3 Susunan alat praktikum

A. Prosedur Praktikum Polarisasi Medan Elektromagnetik Gunn Power Supply Gunn Oscillator

SWR Meter Isolator

Pin Modulator

Antena Pengirim

Antena Penerima

Detector Mount

Bagan 1.1 Blok Diagram Praktikum Modul 1

1. Susun percobaan seperti gambar 1.3 2. Hubungkan Gunn Oscilator dengan soket Gunn Supply, PIN Modulator dengan soket PIN Supply, dan Detector Mount dengan input di SWR Meter. 3. Atur knob pada Gunn Power Supply dengan ketentuan : Gunn Bias Knob

: posisi paling kiri

Pin Bias Knob


Pin Mod Frequency : posisi di tengah Mode Select

: Internal mod.

4. Atur knob pada SWR Meter dengan ketentuan : Range

: 40 dB/ 50 dB

Crystal

: 200 kΩ

Gain (Coarse-fine)

: posisi di tengah


23


Mode Switch

: Normal

SWR/ dB Switch

: dB

5. Nyalakan Gunn Power Supply dan SWR Meter. 6. Atur tegangan pada knob Gunn Bias tidak melebihi 10 Volt. Lalu putar knob Pin Bias ke kanan sampai maksimum. 7. Atur posisi probe medan-E terhadap antena pemancar dengan mengubah posisi probe medan-E pada jarak setiap 10 cm. Amati perubahan pada SWR Meter setiap kali pengukuran / pergeseran jarak. B. Polarisasi Medan Elektromagnetik Dengan PWG

Gambar 1.4 Pelaksanaan praktikum dengan antena pemancar diputar 90 ͦ

1. Atur jarak antar antena sejauh 10 cm. 2. Diantara antena letakkan PWG. 3. Atur sudut PWG sesuai dengan jurnal praktikum. Amati perubahan pada SWR Meter setiap perubahan sudut. 4. Ubah konfigurasi diatas dengan mengubah posisi antena pemancar sebesar 90 ͦ seperti pada gambar 1.4. 5. Atur sudut PWG sesuai dengan jurnal praktikum. Amati perubahan pada SWR Meter setiap perubahan sudut.


24


MODUL II KARAKTERISTIK SALURAN TRANSMISI DAN PENGENALAN TRLINE

I. Tujuan Praktikum 1. Dapat mengetahui konsep gelombang berdiri pada saluran transmisi (slotted line). 2. Dapat mengetahui dan menggambarkan pola gelombang berdiri dengan berbagai kondisi beban. 3. Dapat melakukan perhitungan dan memahami hubungan antara gelombang berdiri, koefisien pantul dan VSWR. 4. Mengetahui nilai impedansi input saluran dan impedansi beban (antena) menggunakan slotted line. II. Teori Dasar Saluran Transmisi atau yang biasa disebut saltran, didefinisikan sebagai suatu struktur fisik yang digunakan untuk menyalurkan daya maupun energi elektromagnetik dari satu titik ke titik lain, atau menghubungkan sumber dengan beban. Saluran transmisi dapat berupa: coaxial cable, twisted pair, fiber optic dan waveguide. Pada saluran transmisi dikenal istilah TEM (Transverse Electromagnetic), yaitu distribusi medan elektromagnetik pada saluran transmisi uniform. Pada gelombang datar, uniform berarti sama disemua titik. Saluran transmisi dikatakan uniform jika distribusi penampang medan listrik dan medan magnet sama di semua titik sepanjang saluran transmisi tersebut. Untuk memperoleh keadaan tersebut, diperlukan karakteristik medium dielektrik yang uniform disepanjang titik pada saltran. Jika sifat saltran uniform, maka untuk setiap sampel differensial dapat dibuat rangkaian kutub empat ekivalen yang memiliki parameter-parameter sebagai berikut:


25


Tabel. Parameter Primer dan Sekunder pada Saluran Transmisi Primer Resistansi (R) Konduktansi (G) Kapasitansi (C) Induktansi (L)

Sekunder Konstanta Propagasi (γ) Konstanta Redaman (α) Konstanta Fasa (β) Kecepatan Fasa (Vph) Kecepatan Group (Vg) Impedansi Karakteristik (Zo)

Jika parameter-parameter primernya diketahui, maka parameter sekunder saluran transmisi dapat dihitung sebagai berikut:

𝑍0 = √

𝑅 + 𝑗𝜔𝐿 𝐺 + 𝑗𝜔𝐶

𝛾 = √(𝑅 + 𝑗𝜔𝐿)(𝐺 + 𝑗𝜔𝐶)

Macam-macam saluran dan parameternya: 1.

Kabel Koaxial

2.

Kawat Sejajar

3.

Strip Line

Impedansi Input Saluran Untuk menentukan impedansi input saluran dapat dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus yang telah ada : 𝑍𝑖𝑛 = 𝑍0

𝑍𝑙 + 𝑍0 tanh 𝛾𝑙 𝑍0 + 𝑍𝑙 tanh 𝛾𝑙

untuk kondisi saluran lossless α=0, sehingga 𝑍𝑖𝑛 = 𝑍0

𝑍𝑙 + 𝑗𝑍0 tan 𝛽𝑙 𝑍0 + 𝑗𝑍𝑙 tan 𝛽𝑙


26


Jika perhitungan yang dilakukan menggunakan admitansi maka dapat dilakukan dengan rumus : 𝑌𝑖𝑛 = 𝑌0

𝑌𝑙 + 𝑌0 tanh 𝛾𝑙 𝑌0 + 𝑌𝑙 tanh 𝛾𝑙

untuk kondisi saluran losless α=0, sehingga 𝑌𝑖𝑛 = 𝑌0

𝑌𝑙 + 𝑗𝑌0 tan 𝛽𝑙 𝑌0 + 𝑗𝑌𝑙 tan 𝛽𝑙

Gambar ekivalen impedansi input dari saluran transmisi :

Impedansi input saluran terbuka (open circuit) adalah impedansi yang diukur pada input saluran berhingga ketika ujung saluran dalam kondisi open circuit. Demikian pula impedansi saluran hubung singkat (short circuit), merupakan impedansi saluran berhingga dengan bagian ujung terminasi dihubung singkat. Macam-macam Saluran Lossless Istimewa 𝜆

1. Saluran 4  𝑍̅𝑖𝑛 = 𝑍0 2 / 𝑍̅𝑙 𝜆

2. Saluran 2  𝑍̅𝑖𝑛 = 𝑍̅𝑙 3. Saluran Short Circuit (𝑍𝑙 = 0)  𝑍̅𝑖𝑛 = 𝑗𝑍0 tan 𝛽𝑙 ̅ = −𝑗𝑍0 cot 𝛽𝑙 4. Saluran Open Circuit (𝑍𝑙 = ∞)  𝑍𝑖𝑛


27


Standing Wave Standing wave ratio (SWR) terkadang disingkat dengan nama VSWR (Voltage Standing Wave Ratio). Bila impedansi saluran transmisi tidak sesuai dengan transceiver maka akan timbul daya refleksi (reflected power) pada saluran yang berinterferensi dengan daya maju (forward power). Interferensi ini menghasilkan gelombang berdiri (standing wave) yang besarnya tergantung pada besarnya daya refleksi. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) didefinisikan sebagai perbandingan (atau ratio) antara tegangan rms maksimum dan minimum yang terjadi pada saluran yang tidak match. Bila saluran transmisi dengan beban tidak sesuai (missmatch), dimana impedansi saluran tidak sama dengan impedansi beban dan gelombang dibangkitkan dari sumber secara kontinyu, maka dalam saluran transmisi selain ada tegangan datang V+ juga terjadi tegangan pantul V-. Akibatnya, dalam saluran akan terjadi interferensi antara V+ dan V- yang membentuk gelombang berdiri (standing wave). 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑆𝑊𝑅 = | | 𝑉𝑚𝑖𝑛 Vmax =|Vd+| + |Vd-| , untuk V+ dan V- sefasa Vmin =|Vd+| - |Vd-| , untuk V+ dan V- berbeda fasa 180o Sehingga, −

VSWR =

|𝑉𝑑+ |+|𝑉𝑑− | |𝑉𝑑+ |−|𝑉𝑑− |

VSWR=

𝑉 1+| 𝑑 +| 𝑉𝑑 𝑉− 1−| 𝑑 | 𝑉+ 𝑑

1+|Γ|

VSWR = 1−|Γ|, dimana: Vd+ = tegangan gelombang datang Vd- = tegangan gelombang pantul Γ = koefisien pantul


28


Koefisien Pantul Saluran 𝑍 −𝑍 Γ̅𝑑 = 𝑍𝑖𝑛+𝑍01 𝑖𝑛

Γ̅ =

01

𝑍02 −𝑍01 𝑍02 +𝑍01

Pola-Pola Gelombang Berdiri pada Saluran 𝑉−

𝑍 −𝑍

Γ = 𝑍𝑙+𝑍0 ∠ − 2𝛽𝑑 ; 𝑙

Γ = 𝑉+ ;

0

𝑉 = 𝑉+ + 𝑉−

1) 𝑍𝐿 = 𝑍𝑂 (Sepadan) Γ=0=

𝑉− 𝑉+

𝑉− = 0 𝑉 = 𝑉 + + 𝑉 − , 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑉 = 𝑉 +

2) 𝑍𝐿 = ~(Open Circuit) 

𝑑=0 𝑍 −𝑍

~−𝑍

Γ = ~+𝑍0 = 1∠0𝑜

Γ = 𝑍𝑙+𝑍0 ; 𝑙

0

0

;

𝑉−

Γ = 1 = 𝑉+

𝑉− = 𝑉+ 𝑉 = 𝑉 + + 𝑉 − = 2𝑉 + 

𝑑=

𝜆 4 𝑍𝑙 −𝑍0

Γ = 𝑍 +𝑍 ∠ − 2𝛽𝑑 ; 𝑙

0

~−𝑍

Γ = ~+𝑍0 = 1∠𝜋 0

𝑉−

;

Γ = −1 = 𝑉 +

;

Γ = 1 = 𝑉+

;

Γ = −1 = 𝑉 +

𝑉 − = −𝑉 + 𝑉 = 𝑉+ + 𝑉− = 0 

𝑑=

𝜆 2 𝑍 −𝑍

Γ = 𝑍𝑙+𝑍0 ∠ − 2𝛽𝑑 𝑙

−

𝑉 =𝑉

0

;

~−𝑍

Γ = ~+𝑍0 = 1∠2𝜋 0

𝑉−

+

𝑉 = 𝑉 + + 𝑉 − = 2𝑉 + 

𝑑=

3𝜆 4 𝑍 −𝑍

Γ = 𝑍𝑙+𝑍0 ∠ − 2𝛽𝑑 ; 𝑙

0

~−𝑍

Γ = ~+𝑍0 = 1∠3𝜋 0

𝑉−


29


𝑉− = − 𝑉+ 𝑉 = 𝑉+ + 𝑉− = 0 2 V+

𝜆⁄ 2

3𝜆⁄ 4

𝜆⁄ 4

0

3) 𝑍𝐿 = 0 (Short Circuit) 

𝑑=0 Γ=

𝑍𝑙 −𝑍0 𝑍𝑙 +𝑍0

;

Γ=

0 − 𝑍0 0 + 𝑍0

= −1∠0𝑜 ;

Γ = −1 =

𝑉− 𝑉+

𝑉 − = −𝑉 + 𝑉 = 𝑉+ + 𝑉− = 0 

𝑑=

𝜆 4

𝑍𝑙 −𝑍0

Γ = 𝑍 +𝑍 ∠ − 2𝛽𝑑 𝑙

0

;

0−𝑍

Γ = 0 + 𝑍0 = −1∠𝜋 0

;

𝑉−

Γ = 1 = 𝑉+

𝑉− = 𝑉+ 𝑉 = 𝑉 + + 𝑉 − = 2𝑉 + 

𝑑=

𝜆 2 𝑍𝑙 −𝑍0

Γ = 𝑍 +𝑍 ∠ − 2𝛽𝑑 𝑙

0

−

𝑉 = −𝑉

0−𝑍

;

Γ = 0 + 𝑍0 = −1∠2𝜋 ;

;

Γ = 0 + 𝑍0 = −1∠3𝜋 ;

0

𝑉−

Γ = −1 = 𝑉 +

+

𝑉 = 𝑉+ + 𝑉− = 0 

𝑑=

3𝜆 4 𝑍 −𝑍

Γ = 𝑍𝑙+𝑍0 ∠ − 2𝛽𝑑 𝑙

−

𝑉 =𝑉

0

0−𝑍

0

𝑉−

Γ = 1 = 𝑉+

+

𝑉 = 𝑉 + + 𝑉 − = 2𝑉 +


30


2V+

3𝜆⁄ 4

𝜆⁄ 2

𝜆⁄ 4

0

Transmission Line (TRLINE) TRLINE adalah sebuah program yang digunakan untuk menguji masalah-masalah yang terdapat pada saluran transmisi dan membuktikan konsep dasar mengenai saluran transmisi. Selain itu, program ini menyajikan evaluasi perhitungan secara cepat terhadap beberapa parameter pada saluran transmisi yang dapat diamati. Aplikasi Modul 2 Beberapa saluran transmisi yang banyak digunakan, antara lain: 1.

Kabel Koaksial

Suatu jenis kabel yang pusatnya berupa inti kawat padat yang dilingkupi oleh sekat yang kemudian dililiti lagi oleh kawat berselaput konduktor. 2.

Serat Optik

Saluran transmisi yang terbuat dari kaca atau plastik yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. 3.

Twisted Pair

Adalah sebuah bentuk kabel di mana dua konduktor digabungkan dengan tujuan untuk mengurangi atau meniadakan interferensi elektromagnetik dari luar.


31


III. Overview Praktikum Pelaksanaan praktikum Melakukan pengukuran tegangan pada slotted line, yang diambil sebagai parameter adalah tegangan maksimum dan tegangan minimumnya, digunakan untuk menentukan parameter-parameter lainnya. Selain itu akan dilakukan penghitungan impedansi input di saluran dengan kondisi beban open circuit dan short circuit dan beban antena Peralatan 1. 1 Power Supply

6.Dummy Load 50Ω

2. 1 Generator Sinyal

7.Multimeter

3. 1 Slotted line

8.Program TRLINE

4. 2 Kabel coax 5. 1 Konektor BNC modifikasi untuk beban short (beban short)

Blok diagram praktikum :


32




Power supply, mencatu tegangan dari sumber catuan PLN 220 Volt.



Generator sinyal memiliki komponen utama yang disebut oscillator yang berfungsi untuk menghasilkan frekuensi. Frekuensi yang digunakan pada praktikum kali ini berkisar 300 MHz sampai 400 MHz.



Slotted line adalah media transmisi yang ditengahnya terdapat sebuah celah yang membujur searah dengan arah rambat dari medan elektromagnetik yang mengalir pada media transmisi tersebut. Pada celah ini dimasukkan probe yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukur amplitudo gelombang bocor yang membentuk gelombang berdiri. Probe ini kemudian dihubungkan dengan multimeter dan atau spektrum analyzer.



Multimeter, sebagai pengukur tegangan yang ada pada slotted line.



Beban difungsikan agar terjadi pantulan pada slotted line yang menyebabkan terbentuknya gelombang berdiri. Beban yang digunakan berupa Short Circuit, Open Circuit, dan Dummy Load (50).



Probe yang diletakkan pada slotted line akan membaca level gelombang yang dinyatakan dalam informasi tegangan pada multimeter. Dari parameter tersebut akan menghasilkan tampilan berupa nilai maksimum dan nilai minimum, yang dapat digunakan untuk menentukan VSWR.

Pada pelaksanaan praktikum kali ini, alat ukur yang digunakan berupa multimeter karena frekuensi kerja dari alat praktikum yang relatif rendah masih dapat ditoleransi oleh multimeter. Terakhir, program TRLINE digunakan untuk melihat bagaimana pola gelombang berdiri yang terjadi dalam saluran transmisi sesuai dengan data pengukuran pada slotted line.


33


PROSEDUR PRAKTIKUM I. Percobaan pengukuran gelombang berdiri pada beban open circuit dan short circuit: 1. Periksa multimeter, kabel catu daya unit coaxial bercelah, kemudian hubungkan ke saluran listrik. 2. Posisikan probe slotted line pada level meteran paling kanan (posisi beban). 3. Input frekuensi carrier sebesar 300 MHz, frekuensi modulasi 100 kHz dan tegangan sebesar 2 Volt pada generator sinyal. 4. Nyalakan multimeter dan unit coaxial bercelah. 5. Buat kondisi open circuit, dengan cara membiarkan ujung dari saluran transmisi dibuka dan kondisi short circuit dengan cara memasang konektor beban pada ujung saluran transmisi.

6. Geser perlahan-lahan panel penunjuk mulai dari yang terdekat dari posisi beban menuju kearah generator (dari kanan ke kiri), hitung perubahan impedansi saluran berdasarkan panjang saluran. Masukkan data yang diperoleh pada tabel 1 dan 2. II. Percobaan pengukuran gelombang berdiri pada beban 50 ohm: 1. Ulangi langkah 1 s/d 3 pada percobaan di atas. 2. Pasang dummy load 50 ohm pada ujung slotted line. 3. Geser perlahan-lahan panel penunjuk mulai dari yang terdekat dari posisi beban menuju ke arah generator (dari kanan ke kiri), kemudian amati tampilan multimeter untuk mendapatkan nilai maksimum dan minimum (dibaca pada saat tampilan stabil) beserta posisinya. Masukkan data yang diperoleh pada tabel 3. III.

Percobaan pengukuran gelombang berdiri menggunakan TRLINE:

1. Buka program TRLINE 2. Klik pada pilihan “Transmission line with generator and load”


34


3. Klik “Line 1” untuk mengubah panjang saluran transmisi (slotted line) 4. Klik “Load 1” untuk mengubah jenis beban (open circuit, short circuit maupun dummy load 50 Ω) 5. Klik “Plot V[z] or I[z], and find the VSWR” 6. Klik lagi “Line 1” untuk melihat pola gelombang berdiri pada saluran 7. Hitung VSWR dan gambar pola gelombang berdirinya.


35


MODUL III MATCHING IMPEDANCE SALURAN I.

Tujuan Praktikum

1. Mengetahui dan memahami matching impedance beserta karakteristik saluran matching. 2. Memahami tentang Smith Chart dan penggunaannya dalam menyepadankan saluran. 3. Dapat mengetahui bermacam-macam stub dan teknik menyepadankan (matching). 4. Mengaplikasikan matching impedance dengan menggunakan Slide Screw Transformer. II.

Teori Dasar

SALURAN TRANSMISI

Pada saluran transmisi terjadi pantulan gelombang datar yang menyebabkan terjadinya interferensi antara gelombang datang dan gelombang pantul yang menyebabkan terjadinya gelombang berdiri. Pantulan ini terjadi karena impedansi saluran tidak match dengan impedansi beban. Saluran transmisi didefinisikan sebagai alat untuk menyalurkan energi elektromagnet dari suatu titik ke titik lain. Saluran transmisi dapat berupa kabel koaxial, kabel sejajar, bumbung gelombang, optik dan sebagainya. MATCHING IMPEDANCE Penyesuai impedansi (matching impedance) adalah hal yang penting dalam rentang frekuensi gelombang mikro. Suatu saluran transmisi yang diberi beban yang


36


sama dengan impedansi karakteristik akan mempunyai standing wave ratio (SWR) sama dengan 1, dan mentransmisikan sejumlah daya tanpa adanya pantulan. Juga efisiensi transmisi menjadi optimum jika tidak ada daya yang dipantulkan. Matching dalam saluran transmisi mempunyai pengertian memberikan beban yang sama dengan impedansi karakteristik saluran, hal ini disebut load matching. Umumnya digunakan di bagian beban,matching ini meminimalkan pantulan tapi tidak memaksimalkan daya yang dikirim, kecuali jika Z0 real. Gambar berikut menunjukan sistem saluran transmisi yang ”matched”

Rangkaian penyesuai impedansi umumnya menggunakan komponen reaktif (kapasitor dan induktor) untuk menghindari rugi-rugi. Matching impedance diperlukan karena : 1. Memaksimalkan daya kirim dari sumber ke beban. 2. Meminimalisasi rugi – rugi di saluran transmisi. 3. Memaksimalkan S/No (Signal per Noise) pada input penerima. 4. Meminimalisasi distorsi sinyal di saluran transmisi. 5. Mengatur tegangan dan arus. Macam – macam matching impedance : 1. Dengan menggunakan trafo λ/4.

4. Dengan antena mikrostrip

2. Menggunakan stub. 3. Menggunakan rongga koaksial. Faktor – faktor yang harus dipertimbangkan dalam memilih jenis matching : 1. Kemudahan realisasi 2. Faktor mekanis


37


3. Pertimbangan bandwidth Rangkaian matching impedance

Z0 Sumber

ZL

Zin

Pada matching impedance diperlukan:

agar tidak terjadi pantulan ke

Zo=ZL

sumber (transmitter). 1.

Matching Impedance dengan Transformator ¼ λ Transformator /4 adalah saluran sepanjang /4 yang berimpedansi karakteristik ZT yang “disisipkan” pada saluran Z0 dengan jarak d tertentu dari beban ZL untuk ZL  Z0.

ZL

Z0

Zin

ZT

¼λ

Jika diasumsikan Z0 dan ZT lossless, sedangkan ZL resistif murni, maka: 2  ( ) 2  4  ZT Zin  Z T 2  ZL Z T  jZ L tan ( )  4 Z L  jZ T tan

Syarat matching Zin=Z0 , sehingga 2

Z Zo  T  Z T  Z 0 Z L ZL


38


Untuk kasus dimana ZL tidak resistif murni, maka trafo ¼ λ dipasang sejarak d dari beban, sedemikian Zind bernilai resistif murni.

Z0

ZT

Z0

d ¼λ Zin

 ZT  Z 0 Z ind

Zind

Contoh Soal : Zo = 100 Ω ZT

Z0

ZL = 50 Ω

¼λ

Zin

Lakukan matching impedance dengan SC (Short Circuit), cari SWR di beban, SWR di trafo, ZT, Z0 Solusi : 1.

ZT =

Z O ZL = √100.50

2.

Normalisasi ZL terhadap Z T Didapat  r = 0.7

3.

( Z T adalah impedansi trafo)

dan

ZL =

ZL = ZT

50 100.50

= 0.707

x=0

Putar ZL sepanjang lingkaran SWR ke arah sumber sejauh λ/4 Z1 = 1,4 . (Z1 ≈ ZIN)

4.

Denormalisasi Z1 = Z1 x ZT = 1.4 x √100.50 = 98.98 ≈ 100 Ω

5.

Normalisasi ZL terhadap Z0 :


39


ZL = 6.

100 𝑍𝑜

=1

SWR di beban = SWR di trafo = 1.4

2. Matching Impedance dengan Stub Penyesuaian impedansi bisa dilakukan dengan menyisipkan suatu admitansi imajiner parallel dalam saluran transmisi. Admitansi ini bisa diperoleh dari potongan suatu saluran transmisi. Teknik penyesuai impedansi seperti ini disebut dengan Stub Matching. Ujung dari stub bisa terbuka atau tertutup, tergantung dari admitansi imajiner yang diinginkan. Dua atau tiga stub juga bisa disisipkan pada lokasi tertentu untuk mendapatkan hasil yang lebih baik. Stub adalah potongan saltran yang digunakan untuk memberikan kompensasi reaktansi pada saluran transmisi utama. Stub ini dipasang berjarak d tertentu dari titik beban saluran utama, untuk keperluan matching. Stub bisa


40


berupa saluran transmisi terbuka maupun tertutup. Namun demikian, umumnya dipakai stub tertutup untuk menghindari kebocoran radiasi medan.

Z0

ZLs=0

ls Zins

ls Zins

Stub short circuit:

Z ins  Z 0

0  jZ 0 tan l s Z0

Z ins  jZ 0 tan l s

ZLs=~

Z0

Stub open circuit : Z ins  Z 0

  jZ 0 tan ls 1 0  Z0 Z 0  j tan ls 0  j tan ls

Z ins   j

Z0 tan ls

1. Dengan stub tunggal. a. Stub tunggal paralel (Single Stub Parallel).

Penyepadan dengan menggunakan stub paralel dilakukan dengan menghubungkan secara paralel saluran stub yang mempunyai impedansi input


41


(Zs) dengan saluran utama. Saluran stub mempunyai beban (Zc) berupa kapasitif, induktif, open circuit atau short circuit. YA=YB+YS 𝟏

Misal YB=GB+jBB maka agar saluran sepadan (YA= 𝒁 = GB) maka YS = -jBB 𝒐

Contoh Soal: Stub tunggal paralel.

1. Plot ZL (ZL ternormalisasi) = 2.4+j1.2 Ω 2. Ubah ZL ke YL, karena menggunakan hubungan stub pararel (WTG(Wavelength Towards Generator) = 0.47λ) 3. Putar YL pada lingkaran SWR tetap ke arah sumber sehingga memotong lingkaran r = 1, didapat Yb = 1+j1.2 (WTG = 0.169λ) dan Yb’= 1- j1.2 Ω 4. Bila pemasangan stub dilakukan yang terdekat dengan beban maka diambil Yb, didapat d = (0.169+0.03)λ = 0.172λ 5. Agar sepadan Ya = 1 (YA = 1/50 mho) maka Yb = -j1.2 Ω 6. Plot Ys pada Smith Chart (WTG = 0.36λ) dan plot beban stub (Ysc) (WTG = 0.25λ) 7. Didapat panjang stub Ls = (0.36-0.25)λ = 0.11λ Lakukan cara yang sama bila diambil Yb’=1


42


b. Stub tunggal seri (Single Stub Serial). Jika suatu impedansi di plot dalam Smith Chart, kemudian digerakkan dalam lingkaran koefisien pantul konstan ( radius konstan) ke arah sumber, maka pada suatu lokasi akan memotong lingkaran r = 1. Transformasi ini menyatakan pergerakan disepanjang saluran transmisi dari beban menuju sumber. Satu putaran penuh dalam Smith Chart menyatakan pergerakan sejauh ½ λ. Pada perpotongan tersebut, impedansi ternormalisasi r + jx berubah menjadi 1 + jx’. Setidaknya, dalam putaran tersebut, bagian real dari impedansi sama dengan impedansi karakteristik Z0 (perhatikan perbedaan jx dengan jx’). Jika di titik ini saluran dipotong dan disisipkan suatu reaktansi murni –jx’, maka impedansi total dilihat pada perpotongan ini (dari arah sumber) adalah penjumlahan 1 + jx’ – jx’ = 1. Dengan demikian saluran transmisi menjadi matched (sesuai). Contoh Soal 1: Suatu antena dipole bekerja pada frekuensi 120 MHz mempunyai impedansi 44,8 – j 107 Ω. Buatkan rangkaian penyesuai impedansi dengan stub seri pada saluran transmisi 75 Ω. Solusi : 1. Normalisasi beban pada Z0= 75 Ω Z0= 0,597 – j 1,43 Ω ( titik A) 2. Putar beban searah generator sampai memotong lingkaran r = 1 (titik B). 3. Tarik garis dari pusat Smith Chart (0,0) ke masing-masing titik A & B. 4. Hitung jarak stub ke beban yang dibutuhkan (dalam panjang gelombang) dari B ke A. Jarak stub dari beban antena adalah 0,346 λ. cari nilai reaktansi (ternormalisasi) pada titik B, jB = j 1,86.


43


Panjang stub yang diperlukan harus mampu menghilangkan reaktansi ini. Sisi luar Smith Chart adalah lingkaran dengan r = 0 (rektansi murni). Bagian kiri adalah short dan bagian kanan open circuit. 5. Tentukan titik –j1,86 yang diperlukan. Cari panjang stub yang dibutuhkan. Untuk

short circuit stub diperlukan panjang 0,328 λ.

Untuk open circuit stub diperlukan panjang 0.078 λ.


44


6. Hitung jarak dan panjang stub untuk open circuit : Jika kecepatan gelombang dalam saluran koaksial adalah 2/3 kecepatan cahaya (3x108 m/s) atau (20 cm/ns) maka panjang gelombang λ adalah 1,67 m. Contoh Soal 2:


45


Misal ZL = 50 + 60j ohm dan Zo = 100 ohm, maka langkah-langkah penyepadan: Solusi: 1.

Plot ZL ( ZL ternormalisasi ) = 0,5 + j0,6 Ω (WTG = 0,1 λ )

2.

Putar ZL pada lingkaran SWR tetap kearah sumber sehingga memotong lingkaran r = 1, didapat Zb = 1 + j1,1 Ω ( WTG = 0,165 λ ) dan Zb’ = 1 - j1,1 Ω

3.

Bila pemasangan stub dilakukan yang terdekat dengan beban maka diambil Zb, didapat d = (0,165 – 0,1) λ = 0,065 λ

4.

Agar sepadan Za = 1 (Za = 100 Ω ) maka Zs = -j1,1 Ω

5.

Plot Zs pada Smith Chart (WTG = 0,368 λ) dan plot beban stub (Zoc) (WTG = 0,25 λ )

6.

Didapat panjang stub Ls = (0,368 – 0,25) λ = 0,118 λ Lakukan cara yang sama bila diambil Zb’ = 1 – j1,1 Ω

2.

Dengan stub ganda paralel (Double Stub Parallel). Pada saluran koaksial lebih baik digunakan short circuit stub agar pengaruh

radiasi kecil.

Contoh Soal :


46


Misal ZL = 30 + j70 Ω, Zo = 50 Ω, d1 = 0,125 λ dan d2 = 0,125 λ, maka langkah – langkah penyepadan : 1. Buat lingkaran Q (lingkaran r = 1 yang diputar sejauh 0,125 λ ke arah beban sebagai tanda bahwa jarak antar stub = 0,125 λ) 2. Plot ZL = 0,6 + j1,4 Ω dan ubah ke YL = 0,25 – j0,6 mho 3. Putar YL sejauh 0,125 λ kearah sumber sehingga didapat Ya = 0,2 + j0,22 mho 4. Putar Ya pada lingkaran r tetap (r = 0,2) sehingga memotong lingkaran Q sehingga didapat yb = 0,2 + j0,4 mho dan yb’ = 0,2 + j1,65 mho Ys1 = yb – ya = 0,2 + j0,42 – (0,2 + j0,22) = j0,2 mho (Ls1 = 0,031 λ) Ys1’ = yb’ – ya = 0,2 + j1,65 – (0,2 + j0,22) = j1,43 mho (Ls1’ = 0,153 λ) 5. Putar yb dan yb’ pada lingkaran SWR tetap sejauh 0,125 λ kearah sumber (pasti memotong lingkaran r = 1 ) maka didapat : Yc = 1 + j2 sehingga ys2 = -j2 mho (Ls2 = 0,074 λ) Yc’ = 1 –j4,2 sehingga ys2’ = j4,2 mho (Ls2’ = 0,463 λ) Sehingga untuk Ls1 = 0,031 λ maka Ls2 = 0,074 λ dan untuk Ls1’ = 0,153 λ maka Ls2’ 0,463 λ (jangan tertukar)

Aplikasi 1. Antenna

Antena pengirim memiliki beberapa bagian dalam susunannya. Tx (Transmitter), sebagai generator sinyal atau pembangkit frekuensi yang nantinya dikirimkan. Kabel, sebagai saluran transmisi dari generator ke antena pemancar.


47


Antena pemancar disini bersifat sebagai beban, dimana ketika hambatan pada beban haruslah sama dengan sumber agar transfer daya menjadi maksimum. Jika koefisien pantul beban terlalu besar, maka akan terjadi pemantulan daya yang besar ke arah generator yang menyebabkan generator mengalami kerusakan. 2. Amplifier Komponen Aktif Zg Eg

IMC in

Sumber sinyal/ tahap sebelumnya

Transistor

Impedance Matching Circuit input/output

IMC out

ZL

beban/tahap berikutnya

Amplifier adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk menguatkan sinyal masukan. Pada amplifier terdiri dari sumber tegangan, resistansi sumber, beban, transistor sebagai komponen penguat, dan Impedance Matching Circuit (IMC). IMC terdiri dari beberapa komponen pembentuk di dalamnya. IMC dipasang pada kedua sisi, yaitu masukan dan keluaran. Rangkaian tersebut berfungsi untuk pematching-an yang menjadikan transfer daya pada beban menjadi maksimum. Overview Praktikum Rangkaian Matching impedance


48


Gunn Power Supply

SWR Meter

Isolator

Gunn Oscillator

Pin Modulator

Slotted Measurement Line + Coaxial Detector

Slotted Measurement Line + Vernier

Beban (Short Circuit dan Dummy Load 50 ohm)

Peralatan 1. Gunn-oscillator, sebagai penyalur sinyal modulasi dari basic unit. 2. Gunn Power Supply, sebagai inputan sumber arus dan daya. 3. Isolator, sebagai penyalur gelombang yang didalamnya terdapat isolator yang digunakan untuk meredam sinyal pantulan. 4. PIN-modulator, sebagai input daya yang sudah dimodulasi. 5. Slotted measurement line, untuk mengatur jarak. 6. Coax-detector, sebagai masukan probe kabel koaksial. 7. Vernier , untuk mengatur kedalaman Stub. 8. Short-circuit plate, yaitu salah satu komponen berupa kepingan segiempat untuk membuat saluran menjadi short circuit. 9. Slide screw transformer, untuk menggeser posisi coax detector pada Slotted Measurement Line sebelah kiri dan posisi vernier pada Slotted Measurement Line sebelah kanan. 10. Stand bases, sebagai penyangga. Prosedur Praktikum I. Pengaturan dan kalibrasi alat 1.1 Pasang peralatan seperti pada gambar. Letakkan short circuit plate pada ujung measurement line. 1.2 Atur knob pada Gunn Power Supply dengan ketentuan :


49


Gunn Bias Knob


Pin Bias Knob


Pin Mod Frequency

: posisi di tengah

Mode Select

: Internal mod

1.3 Atur knob pada SWR Meter dengan ketentuan : Range

: 40 dB/ 50 dB

Crystal

: 200 kΩ

Gain (Coarse-fine)

: posisi di tengah

Mode Switch

: Normal

SWR/ dB Switch

: dB

II. Matching impedance dengan menggunakan slide screw transformer 2.1 Hubungkan Gunn Power Supply pada Gunn Oscillator, Pin Supply dengan Pin Oscillator, dan Input SWR meter dengan Coaxial Detector. 2.2 Kalibrasi slotted measurement line disebelah kanan dengan memasang short circuit plate dan longgarkan vernier (diputar keatas) yang mengartikan bahwa stub tidak terpasang . 2.3 Hidupkan Gunn Power Supply, putar Gunn Bias sampai voltase pada tampilan menunjukkan angka mendekati 10 V, lalu atur Gain Coarse, Gain Fine, dan Range sampai Power di SWR Meter menunjuk ke 0 dB. 2.4 Geser slide screw transformer pada slotted measurement line disebelah kiri sampai Power pada SWR Meter mendekati 0 dB ( mendekati matching), lalu hitung jarak (d), d dihitung dari penggaris (ruler) paling kiri dari slotted measurement line tadi (dari 0) . Lalu untuk mengukur scale value for longitudinal

position,

caranya

yaitu

dengan

mengurangi

panjang

keseluruhan ruler pada slotted measurement line yaitu 142 mm dengan jarak (d). 2.5 Ganti beban pada slotted measurement line disebelah kanan dengan 50 Ω, lalu putar vernier kedalam sampai vernier menunjuk angka nol, yang


50


mengartikan bahwa kedalaman stub sebesar 9,4 mm, lalu geser slide screw transformer di slotted measurement line kanan dengan posisi awal slide screw transformer di bagian paling kiri slotted measurement line kanan sampai SWR mendekati 1 atau power mendekati 0 dB pada SWR Meter, lalu tulis SWR di tabel pada jurnal, lalu hitung juga jarak dari titik nol sampai ketemu SWR mendekati 1 yang kita misalkan dalam variabel y, yang ditulis di tabel (di bagian X1 /mm) ialah jarak dari beban ke vernier, maka cara menghitungnya adalah 142 mm – y mm. 2.6 Ulang langkah 2.5, tetapi dengan kedalaman vernier yang berbeda-beda.


51

LABORATORIUM DASAR TRANSMISI FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS TELKOM

Recommend Documents