Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
PERANCANGAN TRANSISI KOAXIAL KE WAVEGUIDE WG8 1,2
Toni Ismanto1, Mudrik Alaydrus2
Jurusan Elektro, Universitas Mercu Buana Jl. Meruya Selatan, Kebun Jeruk - Jakarta Barat. Telepon: 021-5857722 (hunting), 5840816 ext.2600 Fax: 021-5857733 Email:
[email protected]
Abstrak - Waveguide adalah struktur yang
membimbing
gelombang,
seperti gelombang elektromagnetik atau gelombang suara. Ada berbagai jenis Waveguide untuk setiap jenis gelombang. Yang asli dan paling umum, artinya adalah pipa logam kosong digunakan untuk tujuan ini. Waveguides berbeda dalam geometri yang dapat membatasi energi dalam satu dimensi seperti di lempengan waveguides atau dua dimensi seperti dalam serat atau saluran waveguides. Selain
itu,
waveguides
berbeda
diperlukan untuk memandu frekuensi yang berbeda: membimbing serat optik laser (frekuensi tinggi) tidak akan memandu gelombang mikro (yang memiliki frekuensi yang jauh lebih
rendah).
Kata
kunci:
Waveguide, transisi koaxial, serat optik laser Abstract - Waveguide is a structure that
guides
the
waves,
electromagnetic waves or sound
like
waves. There are various types of waveguide for each type of wave. The
original
most
general
meaning is an empty metal pipe used for this purpose. Waveguides
different
in
geometry that can limit the energy in one dimension as in slab waveguides or two dimensions as in the fibers or channel waveguides. In addition, different waveguides is needed to guide
the
different
frequencies:
optical fiber guided laser (high frequency)
will
not
guide
the
microwave (which has a much lower frequency). Keywords:
Waveguide,
coaxial
transistion, laser fiber optic PENDAHULUAN Aplikasi sebuah saluran transmisi pada sebuah alat/perangkat memang tidak bisa dipisahkan, karena saluran transmisi dengan jenis medianya baik itu media fisik atau pun non fisik dengan
Vol.4 No.2 Mei 2013
and
akan
selalu
berhubungan
perkembangan
teknologi
45
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
melalui alat/perangkat yang dibuat
gelombang persegi (waveguide)
untuk mempermudah manusia dalam
khususnya WG8.
pekerjaan
baik
yang
bersifat
2. Menganalisa transisi dari coaxial
produksi ataupun pekerjaan seharihari.
Untuk
menunjang
suatu
kabel ke waveguide. 3.
perangkat yang dapat mengirimkan
Tujuan Penelitian
energi dari satu titik ke titik lainnya
Menganalisa transisi dari koaxial
dengan
jauh
kabel ke waveguide dengan sebuah
dibutuhkan
fabrikasi waveguide tipe WG8 yang
pengunaan media transmisi yang
dibuat dengan material plat kuningan
dapat mengirimkan energi dalam
yang merupakan bagian dari bahan
bentuk gelombang, untuk itu maka
konduktif dengan ketebalan = 1 mm
diperlukan
dan
jarak
tentunya
yang
lebih
sangat
sebuah
transisi
pada
sebuah media transmisi fisik (kabel)
kemudian
dibentuk
dengan
dimensi = 109 mm x 55 mm.
menjadi media transmisi non fisik (udara) dalam bentuk gelombang
Teori Dasar Saluran Transmisi
elektromagnetik
Umum
yang merambat
diudara, energi dalam gelombang
Penyampaian informasi dari
elektromagnetik tersebut merambat
suatu
melalui udara untuk itu diperlukan
penerima informasi dapat terlaksana
suatu alat yang dapat membimbing
bila ada suatu sistem atau media
gelombang
penyampai diantara keduanya jika
yaitu
waveguide.
sumber
informasi
kepada
Waveguide adalah tabung berongga
jarak
yang dapat membimbing gelombang
dengan penerima informasi dekat,
untuk kemudian dapat dipancarkan
maka sistem transmisi yang dipakai
melalui media udara dalam bentuk
ckup melalui media udara. Namun
gelombang.
jika jarak keduanya jauh dan sangat
antara
sumber
informasi
jauh maka di butuhkan suatu sistem Batasan Masalah
transmisi
1. Penelitian ini hanya membatasi
Sistem transmisi itu dapat terdiri dari
permasalahan
pada
bumbung
yang
lebih
kompleks.
satu atau lebih media transmisi. Media yang digunakan dalam sistem
Vol.4 No.2 Mei 2013
46
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
ini dapat berupa media fisik (kabel)
merambat
maupun nonfisik (nirkabel).
penghantar saluran transmisi menuju
pada
pasangan
kawat
keujung yang lain dengan kecepatan Jenis Media Saluran Transmisi Walaupun
secara
saluran
transmisi
media
tertentu. Semakin panjang saluran
umum
transmisi, maka waktu tempuh dari
yang
rambatan sinyal itu akan semakin
digunakan pada frekuensi tinggi
lama.
maupun
sepanjang
gelombang
mikro
Arus
yang
mengalir
saluran
di akan
(microwaves) dapat berupa sepasang
membangkitkan suatu medan magnet
penghantar atau sebuah penghantar
yang menyelimuti kawat penghantar
berongga, namun dalam aplikasinya
dan adakalanya saling berhimpit
dapat kita bedakan dalam 4 kategori,
dengan medan magnet lain yang
yakni :
berasal dari kawat penghantar lain di
Saluran transmisi dua kawat
sekitarnya.
sejajar (two-wire
dibangkitkan oleh kawat penghantar
transmission line),
berarus listrik, merupakan suatu
Saluran transmisi koaksial
timbunan energi yang tersimpan
(coaxial transmission line),
dalam kawat penghantar tersebut
Bumbung gelombang
sehingga
(waveguides),
kawat penghantar bersifat induktif
Microstrip dan stripline.
atau memiliki induktansi.
Karakteristk Saluran Transmisi Karakteristik
listrik
pada
saluran transmisi berbeda dengan karakteristik dari rangkaian listrik biasa.
Karakteristik
listrik
suatu
Bumbung
Gelombang
Bumbung
bahwa
Persegi gelombang
merupakan pipa yang terbuat dari
pada
dalamnya
dimensi
dianggap
yang
(waveguide)
konduktor
dan
dapat
magnet
Waveguide
saluran transmisi sangat bergantung konstruksi
Medan
sempurna kosong
atau
dan
di
di
isi
dielektrik, seluruhnya atau sebagian.
fisiknya. antara
Gelombang elektromagnetik yang
sumber sinyal dengan beban sedang
menjalar dalam bumbung gelombang
berlangsung,
adalah mode TE dan mode TM.
Ketika
hubungan maka
Vol.4 No.2 Mei 2013
sinyal
akan
47
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
Berdasarkan bentuk penampangnya,
Bila m = n = 0, adalah gelombang
bumbung gelombang dibagi menjadi
mode TEM, padahal dalam bumbung
beberapa jenis; yang banyak dikenal
gelombang tidak ada mode TEM.
adalah bumbung gelombang dengan
Frekuensi cutoff mode-mode
penampang persegi dan lingkaran.
gelombang dapat dinyatakan dengan
Bumbung
frekuensi cutoff mode TE10, dan
gelombang
(rectangular
persegi
waveguide)
lebih
mode
TE10
populer dalam penggunaan daripada
paling
kecil.
bumbung
frekuensi
gelombang
lingkaran
frekuensi
cutoffnya
Dengan
demikian
cutoff
sebuah
dalam
mode
(circular waveguide).
gelombang
bumbung
Mode TMmn
gelombang persegi dapat dituliskan
Pada mode TM, seluruh medan
dalam bentuk. Waveguide harus dirancang
magnetik transversal terhadap arah jalar, berarti Hz berharga nol.
dengan
Konstanta
sehingga yang menjalar hanya satu
kc
disebut
bilangan
ukuran
sedemikian
rupa
gelombang cutoff.
mode gelombang, mode dominan.
Untuk impedansi gelombang dicari
Agar hanya satu mode gelombang
dengan rumus :
yang menjalar, maka gelombang
o
adalah impedansi intrinsik vakum
dan berharga 120
= 377
cutoff
(impedansi intrinsik udara dianggap sama dengan
tersebut harus mempunyai frekuensi
o).
paling
pada
b mode dominannya adalah
mode TE10. Setelah mode TE10, mode
Pada mode TE, semua medan transversal
Jadi
bumbung gelombang persegi, dengan a
Mode TEmn listrik
kecil.
pada
arah
berikutnya adalah mode TE20 atau
propagasi, Ez = 0, tapi ada medan
mode TE01, tergantung apakah a
magnetik yang longitudinal terhadap
2b atau a
arah propagasi.
frekuensi sebuah bumbung, agar
Impedansi gelombang adalah :
hanya
(m dan n tidak boleh berharga nol
dengan
secara bersamaan,)
diperhatikan frekuensi cutoff ketiga
2b. Jadi lebar bidang
menjalarkan mode
mode ini. Untuk a
Vol.4 No.2 Mei 2013
gelombang
tunggal,
harus
2b, lebar bidang
48
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
frekuensi ditentukan oleh mode TE10
Tahap-tahap pembuatan Waveguide :
dan mode TE01.
a. Menentukan
ukuran
dimensi
waveguide
sesuai
dengan
Karakteristik Waveguide Dalam waveguide ada dua
frekuensi kerja. Semakin kecil
karakteristik penting yaitu :
ukuran
1. Frekuensi cut off, yg di tentukan
membutuhkan
oleh dimensi waveguide. 2.
Mode
gelombang
ditransmisikan,
waveguide,
semakin
toleransi
yang
kritis. yang
b. Hitung
panjang
gelombang
waveguide g .
yang
memperlihatkan ada tidaknya medan
c. Tentukan posisi titik lubang
listrik atau medan magnet pada arah
konektor dari garis tengah bidang waveguide g
rambat. Faktor-faktor
dalam
pemilihan
Dengan Frekuensi 1.70 Ghz,
waveguide sebagai saluran transmisi
Wide Side (a) = 109 mm, Short
antara:
Side (b) = 55 mm, dengan
1. Band frekuensi kerja, tergantung
ketebalan/Material Thickness 1
pada dimensi.
mm, didapat :
2. Transmisi daya, tergantung pada
Free Space Wavelength
bahan. 3. Rugi-rugi transmisi, tergantung
W
mode yang digunakan.
c 2 wide side 2 109 mm 218 mm
Waveguide Proses pembuatan waveguide dengan
tujuan
Waveguide Wavelength
untuk
g
menganalisa faktor transmisi dan faktor refleksi dari transisi koaxial ke waveguide waveguide
dalam yang
pembuatan dibuat
1 1 c 0
2
1 2
1 1 139.5 218
yang sudah ditentukan.
Vol.4 No.2 Mei 2013
1 2
secara
manual, dengan dimensi waveguide Perancangan Waveguide
3 108 m s 300 cm13.95cm139.5mm 2.15109 1 21.5 5
avelength Cut Off ( )
Pembuatan Dan Pengukuran
dilakukan
c f
0
2
1
5.138 10 2.104 10 5
5
49
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
0.1dB dan (S21 ≤ - 0.5dB) pada 2.23
1 7.147 10 3
GHz = -3.46dB, 2.68 GHz = -3.1dB,
13.992 mm
2.71 GHz = -3.15dB, 2.94 GHz = -
Probe Length 0 4
ISSN : 2086‐9479
0.9dB.
139.5 34.88 mm 4
Pengukuran Dengan Menggunakan Network Analyzer
Gambar 4.2 Pengukuran faktor refleksi dengan Network Analyzer Dari hasil pengukuran faktor refleksi S11 dengan menggunakan Network Analyzer di dapatkan hasil Gambar 4.1 Pengukuran faktor
seperti yang ditunjukan pada gambar
transmisi dengan Network
4.13, dimana pada frekuensi kerja
Analyzer
1.2 – 3.0 GHz, terdapat faktor
Dari
hasil
pengukuran
faktor
refleksi yang cukup baik (S11≤ -
transmisi S21 dengan menggunakan
20dB) ada pada frekuensi 1.38 GHz
Network Analyzer di dapatkan hasil
= -25.46dB, 1.60 GHz = -31.61dB,
seperti yang ditunjukan pada gambar
1.82GHz = -31.61dB, 1.98GHz = -
4.1, dimana pada frekuensi kerja dari
33.81dB dan faktor refleksi yang
1.2 – 3.0 GHz, terdapat beberapa
kurang baik (S11≥ -20dB) ada pada
faktor transmisi yang cukup baik
frekuensi 2.23 GHz = -2.61dB, 2.68
karena sudah memenuhi tuntutan
GHz = -2.63dB, 2.71 GHz = -
dari ketentuan faktor transmisi (S21
3.15dB, 2.94 GHz = -7.35dB.
≥ -0.5dB) ada pada frekuensi 1.38 GHz = -0.3dB, 1.60 GHz = -0.2dB, 1.82 GHz = -0.2dB, 1.98 GHz = Vol.4 No.2 Mei 2013
50
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
hasil yang cukup baik untuk faktor refleksi (S11≤ -20dB) yaitu pada frekuensi 1.38 GHz = -25.46dB, 1.60 GHz = -31.61dB, 1.82 GHz = 39.52dB, 1.98 GHz = -33.81dB, dan didapat juga faktor refleksi yang kurang baik (S11≥ -20dB) yaitu pada frekuensi 2.23 GHz = -2.61dB, 2.68 Gambar 4.3 Diagram Smith Chart pada Network Analyzer Dari pembacaan data pada mode Smith pada Network Analyzer dapat dilihat pada gambar 4.15. Tampak
pada
Analyzer
display
gelombang
Network berada
di
tengah hal ini menunjukan hasil yang
pada faktor transmisi, hasil yang cukup baik (S21≥ -0.5dB) yaitu pada frekuensi 1.38 GHz = -0.3dB, 1.60 GHz = -0.2dB, 1.82 GHz = -0.2dB, 1.98 GHz = -0.1dB sedangkan hasil pada frekuensi 2.23 GHz = -3.46dB,
Tabel 1. Pengukuran faktor
2.68 GHz = -3.1dB, 2.71 GHz = -
Refleksi S11 Dan Faktor
3.15dB, 2.94 GHz = -0.9dB.
Transmisi S21 Frekuensi GHz
S11 dB
S21 dB
1.38
-25.46
-0.3
1.60
-31.61
-0.2
1.82
-39.52
-0.2
1.98
-33.81
-0.1
2.23
-2.61
-3.46
2.68
-2.63
-3.1
2.71
-5.20
-3.15
2.94
-7.35
-0.9
Saran Dari hasil Penelitian yang dilakukan, diperlukan beberapa saran untuk pada
Analyzer
yang
menggunakan pada
refleksi dan faktor transmisi
fabrikasi
Penelitian
ini,
yaitu
diperlukannya proses perancangan
Dari hasil pengukuran yang dilakukan
menyempurnakan
dan data pengukuran yang dihasilkan
KESIMPULAN
Network
5.20dB, 2.94 GHz = -7.35dB dan
yang kurang bak (S21≤ -0.5dB) yaitu
cukup baik.
telah
GHz = -2.63dB, 2.71 GHz = -
faktor dari
bidang
tepat,
terutama
waveguide
pembuatan dan
proses
pengelasan karena bentuk bidang yang
presisi
mempengaruhi
akan
sangat
perambatan
fabrikasi waveguide WG8, didapat Vol.4 No.2 Mei 2013
51
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
gelombang yang merambat pada dinding-dinding waveguide. DAFTAR PUSTAKA 1. 2.
3. 4.
N. Marcuvitz. Waveguide handbook. Peter Peregrinus Ltd, 1986. Wadel, Brian C. 1991. Transmission Line Design Handbook, Artech House, Inc., Norwood. http://en.wikipedia.org/wiki/W aveguide (di unduh 05 Mei 2010). http://www.radioelectronics.com/info/antennas/ waveguide/rf-waveguidedimensions-sizes.php (di unduh 10 Mei 2010).
Vol.4 No.2 Mei 2013
52
