Perancangan Filter Bandpass Ultra Wideband (UWB) Berbasis Metamaterial Menggunakan Teknik Stepped Impedance Resonator (SIR) B O BY H A R N AWA N ( 2 2 1 0 1 0 0 0 9 2 )
DOSEN PEMBIMBING : E KO S E T I J A D I , S T. , M T. , P H . D . P R A S E T I Y O N O H A R I M U K T I , S T. , M . S C .
Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro ITS 2013/2014
Latar Belakang Perkembangan Teknologi Telekomunikasi
Teknologi UWB
Penelitian Metamaterial
Masalah dan Tujuan Menentukan dimensi filter
Menganalisis pengaruh perubahan dimensi
Menganalisi pengaruh sel metamaterial
Menganalissi pengaruh Stepped impedance resonator
Desain filter yang optimal
Batasan Masalah Batasan Masalah
Filter dirancang dengan daerah passband 3.110.6 GHz
Parameter yang dianalisis adalah S-Parameter, bandwidth, dan distribusi arus
Substrat yang digunakan FR4 dan Roger RO4360
Ultra Wideband (UWB) FCC, 14 Februari 2002
Short Range Wireless (SRW)
Spatial Capacity yang cukup besar
Rentang frekuensi kerja 3.1-10.6 GHz
SRW 1000 kbits/s/m2
UWB 83 kbits/s/m2
IEEE 802.11a 30 kbits/s/m2
Bluetooth 1 kbits/s/m2
IEEE 802.11b
Filter Bandpass S21 0 Grafik S21 (2.9867,-3) (10.898,-3)
-5
Magnitude (dB)
-10
-15
-20
fH
-25
-30
-35 0
2
4
6
8
Frekuensi (GHz)
fL
1 2R1C1
10
12
14
1 2R2 C 2
Metamaterial 1
Material Buatan
2
Permitivitas dan permeabilitas negatif
3
Indeks bias negatif
Composite Right Left Handed (CRLH)
Stepped Impedance Resonator (SIR)
Metode Perancangan Permodelan desain awal Analisis simulasi desain awal Modifikasi desain filter
Perancangan Filter
Simulasi dan analisis modifikasi Fabrikasi desain
Analisis Hasil Pengukuran Penarikan Kesimpulan
Parameter yang Diukur S11
S21
Bandwidth
Desain Awal
Dimensi desain awal
Hasil Simulasi Desai Awal
Pengaruh Interdigital Capacitor 3 kondisi
Menghilangkan gap Menghilangkan L1
Menyilangkan posisi L1
Menghilangkan Gap
Menghilangkan L1
Menyilangkan Posisi L1
Pergantian Substrat FR4 Ԑr = 4.3 h = 1.6 mm
Roger RO4360
Substrat
Ԑr = 6.15 h = 1.524 mm
FR4
Roger RO4360
Perbandingan Hasil Simulasi
Substrat Awal
FR4
Roger RO4360
9.8
4.3
6.15
Modifikasi Desain Filter 1
2
3
4
Gap 0.25 mm
Parameter Sweep W3
L1
Sweep
W2
W1
L2
L3
Penambahan Lengan Interdigital Capacitor
Penambahan Lengan Interdigital Capacitor
Penambahan Ground
Hasil Simulasi
Optimasi FR4
No.
Nama 1 2 3 4 5 6 7 8 9
L0 L1 L2 L3 W0 W1 W2 W3 S
Keterangan Panjang feed line Panjang resonator 1 Panjang resonator 2 Panjang resonator 3 Lebar feed line Lebar resonator 1 Lebar resonator 2 Lebar resonator 3 Gap
Ukuran (mm) 15 5.15 4.6 4.05 1.24 0.29 3.41 4.13 0.25
Optimasi Roger RO4360
No.
Nama
Keterangan
Ukuran (mm)
1 L0
Panjang feed line
10
2 L1
Panjang resonator 1
4.9
3 L2
Panjang resonator 2
4.6
4 L3
Panjang resonator 3
4.05
5 W0
Lebar feed line
1.24
6 W1
Lebar resonator 1
0.29
7 W2
Lebar resonator 2
3.16
8 W3
Lebar resonator 3
5.63
9 S
Gap
0.25
Analisis Simulasi FR4 S-Parameter 0
-5
Frekuensi yang Diharapkan (GHz)
Magnitude (dB)
-10
Frekuensi Hasil Simulasi (GHz)
Besar Pergeseran (MHz)
-15
-20
-25
-30
-35 2
3
4
5
6
7
8
9
S11 S21 (3.5721,-10) (11.233,-10) (3.2607,-3) (9.6864,-3) 10 11
Frekuensi (GHz)
Cutoff Bawah Cutoff Atas
3.1 10.6
3.5721 11.233
Frekuensi yang Diharapkan (GHz) 3.1
Frekuensi Hasil Simulasi (GHz) 3.2607
10.6
9.8646
472.1 633
Besar Pergeseran (MHz) 160.7 -735.4
Distribusi Arus
Analisis Simulasi Roger RO4360 S-Parameter 0
Frekuensi yang Diharapkan (GHz) 3.1 10.6
Magnitude (dB)
-10
-20
-30
Frekuensi Hasil Simulasi (GHz)
Besar Pergeseran (MHz)
3.3197 10.809
219.7 209
-40 S11 S21 (3.3197,-10) (10.809,-10) (2.9867,-3) (10.898,-3)
-50
-60 2
3
4
5
6
7
Frekuensi (GHz)
8
9
10
Cutoff Bawah Cutoff Atas
11
Frekuensi yang Diharapkan (GHz) 3.1
Frekuensi Hasil Simulasi (GHz) 2.9867
10.6
10.898
Besar Pergeseran (MHz) -113.3 298
Distribusi Arus
FR4 vs Roger RO4360 S11 0
S21 0
-10
-10
Magnitude (dB)
Magnitude (dB)
-5 -20
-30
-40
-15
-20
Grafik S11 FR4 (3.5721,-10) (11.233,-10) Grafik S11 Roger RO4360 (3.3197,-10) (10.809,-10)
-25
-50
-30 -60
0
2
4
6
8
10
12
Grafik S21 FR4 (3.2607,-3) (9.6846,-3) Grafik S21 Roger RO4360 (2.9867,-3) (10.898,-3)
14
Frekuensi (GHz) -35 0
2
4
6
8
Frekuensi (GHz)
10
12
14
Fabrikasi Desain Filter
Metode Pengukuran
Hasil Pengukuran S21 0
Magnitude (dB)
-5 -10 Hasil Simulasi Hasil Pengukuran Sesuai Simulasi di LIPI Hasil Pengukuran Sesuai Simulasi di AJ.404 Hasil Pengukuran Feeder 30mm (2.9867,-3) (3.465,-2.99197) (3.285,-2.98806)
-15 -20 -25 -30 3
3.5
4
4.5 Frekuensi (GHz)
5
5.5
6
Kesimpulan 1
Semakin besar nilai εr dari bahan substrat yang digunakan, semakin kecil pula dimensi yang dihasilkan
2
Penambahan interdigital capacitor sebagai implementasi dari metamaterial dapat memperlebar bandwidth
3
Parameter sweep digunakan untuk mengetahui karakterristik dari tiap dimensi sehingga membantu dala menentukan dimensi yang optimal
4
Hasil simulasi Roger RO4360 menghasilkan frekuensi cutoff 2.9867-10.898 GHz, dan FR4 menghasilkan Frekuensi cutoff 3.2607-9.6846 GHz
5
Frekuensi cutoff hasil pengukuran desain filter dengan Substrat FR4 dan Roger RO4360 masing-masing 4.2 GHz dan 3.255 GHz
Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro ITS 2013/2014
