TEORI DASAR

TEORI DASAR

Filter memegang peranan penting pada banyak aplikasi RF/gelombang mikro. Alplikasi penting seperti komunikasi wireless memberikan tantangan untuk kemajuan filter RF/gelombang mikro sehingga lebih baik dari sebelumnya, ferforma tinggi, ukuran yang lebih kecil, lebih ringan dan harga yang lebih murah. Kemajuan yang baru pada bahan dan teknologi pembuatan termasuk superkonduktor temperature tinggi (HTS), keramik kofir temperature rendah (LTCC), sircuit intergrasi gelombang mikro monolitik (MMIC) , system mikroelektromekanik (MEMS) dan teknologi mikromesin telah merangsang kemajuan pesat pada aplikasi mikrostrip dan filter lain untuk RF/gelombangmikro. Dalam pada itu, kemajuan desain alat pembantu computer (CAD), seperti simulator elektromagnetik gelombang penuh (EM) telah memberikan perubahan desain filter. Banyak filter mikrostrip baru dengan kemajuan karakteristik filtering telah ditemukan.

Filter mikrostrip untuk aplikasi RF/gelombang mikro menawarkan perawatan yang unik dan komprehensip berdasarkan struktur mikrostrip, menyediakan hubungan untuk aplikasi alat desain pembantu komputer dan kemajuan bahan dan tekhnologi. Banyak bahan dan filter yang bagus menggunakan desain bahan pembantu komputer didiskusikan, dari konsep dasar sampai realisasi praktis.

Pada frekuensi rendah, dua buah komponen elektronika dapat dikoneksikan dengan menggunakan kawat atau dengan jalur yang di atas printed circuit board (PCB). Akan tetapi pada frekuensi gelombang mikro, kawat akan dapat meni9mnulkan rugi rugi . Sehingga diperlukan saluran transmisi khusus untuk membuat perangkat berfrekuensi gelombang mikro, beberapa diantaranya dapat dilihat pada Gambar 2.1. Diantaranya saluran transmisi tersebut, mikrostrip, koaksial, dan waveguide merupakan yang paling sering digunakan.

Pada BAB ll ini akan dibahas mengenai saluran mikrostrip yang akan digunakan untuk merealisasikan filter berfrekuensi gelombang mikro ( di atas 1 gigahertz ), dari review mengenai filter itu sendiri.

metal

Rectangular Waveguide

Coaxial line

Strip

Stripline

substrate

Microstrip line

Slot Metal

substrate

Slot line

metal

Gambar 2.1 . Variasi saluran transmisi berfrekuensi gelombang mikro

SALURAN MIKROSTRIP

Seperti telah disebutkan di atas bahwa saluran mikrostrip merupakan satu beberapa yang paling sering digunakan, di antaranya karena dapat dengan mudah dibuat, murah dan mudah diintegrasikan dengan perangkat gelombang mikro yang lainnya, baik itu perangkat aktif maupun pasif. Secara geometri bentuk saluran mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 2.2 (a). Dengan konduktor selebar W yang dicetak di atas bahan dielektrik dengan permitivitas relatif (r, dan band h, yang terhubung ke ground-planet : dengan ilustrasi garis-garis medan pada Gambar 2.2 (b).

y

w

d

(rGambar 2.2. Saluran mikrostrip. (a) Bentuk secara geometri.

Karena pada saluran mikrostrip substrat dielektriknya tidak mengisi bagian atas dari kunduktor strip ( y > h ), maka hal ini menyebabkan karakter saluran mikrostrip jadi lebih rumit dan tidak mudah dianalisa. Tidak seperti saluran strip, garis-garis medan pada saluran mikrostrip terkonsentrasi di antara konduktor strip dan gruond plane, dan sebagian menyebar ke uadara bebas. Sehingga mode gelombang yang berlaku dalam saluran mikrostrip tidak murni TEM, melainkan guasi-TEM, dengan kecepatan dilektrik sebesar

di mana (eff merupakan konstanta dielektrik efektif dari saluran mikrostrip. Padahal kecepatan fasa di uadar adalah sebesar c, sehingga terjadi ketidakcocokan kecepatan fasa pada interface udara-dielektrik

Konstanta Efektif Dielektrik

Konstanta dielektrik efektif ((eff) pada saluran mikrostrip dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang disarikan dari literatur [ l ] sebagai berikut :

di mana er merupakan konstanta dielektrik bahan.

Konstanta efektif dielektrik dapat diinterpretasikan sebagai konstanta dielektrik dari medium yang sifatnya homogen mengantikan parelihan wilayah substrat saluran dengan udara bebas, seperti pada Gambar 2.2

W

h (eff

Gambar 2.4 Ekuivalensi struktur geometri saluran mikrostrip guasi-TEM, di mana bahan dielektrik dengan ketebalan d dan permitivitas relatif (r digantikan dengan medium yang sifatnya homogen dengan permitivitas relatif sebesar (eff.

Impedansi Karakteristik dan Perbandingan W/h Saluran

Impedansi karakteristik adalah fungsi dari lebar strip penghantar, tebal bahan dielektrik dari permukaan sampai bidang tanah (ground plane) dan homogennitas bahan dielektrik (dinyatakan (eff). Untuk menentukan impedansi karakteristik saluran, dapat digunakan persamaan (2.4) sampai dengan (2.10) di bawah ini yang disadur dari literatur [5] :

Apabila Zo dan konstanta dielektrik (r diketahui : maka rasio dapat ditentukan dengan

(untuk region impedansi tinggi)

(untuk region impedansi rendah)

Gambar 2.4 Grafik Impedansi versus w/h

Panjang pemandu gelombang untuk propagasi mode TEM di berikan dengan ;

Impedansi karakteristik untuk saluran mikrostrip versus W/h dengan nilai (r yang terplot dalam gambar 2.4. Tampak bahwa nilai Zo berkurang dengan meningkatnya W/h dan juga meningkatnya (r .

Rugi rugi dalam Saluran Mikrostrip

Dalam rugi rugi dalam saluran mikrostrip dipengaruhi oleh faktor geometri, substrat, dan jenis konduktor yang digunakan. Untuk substrat non ferromagnetic, terdapat dua macam rugi-rugi yang ditimbulkan oleh saluran mikrostrip, yaitu : rugi dielektrik pada subsrat ; rugi ohmic pada strip konduktor dan groundplane. Total rugi-rugi per-satuan panjang dinyatakan dalam :

dengan (d dan (c adalah konstanta rugi dielektrik dan ohmic.

Rugi rugi dielektrik dinyatakan dalam persamaan ;

Rugi-rugi konduktivitas dinyatakan dalam persamaan :

Saluran Mikrostrip Lekukan (Bend)

Lekukan yang dibentuk oleh saluran mikrostrip dapat menimbulkan afek reaktif pada saluran. Pada gambar ll -10 (a) lekukan 90o menimbulkan kapasitansi C seperti yang terlihat pada rangkaian ekivalennya. Untuk kompensasi dari kapasintasi C, maka dilakukan pemotongan seperti yang terlihat pada gambar 2.5 (c)

Douville dan James telah menganalisis secara emppirik pengaruh dari pemotongan pada saluran lekukan 90o. Jarak pemotongan y dari ujung terluar lekukan dihitung dengan persamaan 2.15 :

berlaku untuk w / h ( 0,25 dan (r ( 25. Pemotongan tersebut merupakan fungsi dari perbandingan antara lebar strip dengan tinggi substrar.

L L

T C

(a) (b)

Ganbar 2.5 : Saluran bending pada mikrostrip [4]

(a) Saluran mikrostrip bending ; (b) Rangkaian ekivalen ; FILTER GELOMBANG MIKRO

Filter gelombang mikro pasif adalah rangkaian yang terdiri dari unsur-unsur bungkal (lumped element) seperti indukator, kapasitor, dan resistor saja, atau unsur-unsur terdistribusi ( seperti pandu-gelombang, saluran koaksial, saluran microstrip, dan lain-lain) atau bisa juga merupakan gabungan dari kedua-duanya. Unsur unsur ini disusun sedemikian rupa sehingga dapat digunakan untuk meloloskan sinyal dengan frekuensi tertentu (sinyal yang diinginkan) dengan redaman yang seminimum mungkin, dan meredam frekuensi yang tidak diiinginkan.

(r

(r (r

(r

(r

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang HutomoANTENA PROPAGASI 8

_1266410373.unknown

_1266411134.unknown

_1266412261.unknown

_1266413238.unknown

_1266679943.unknown

_1266412713.unknown

_1266411765.unknown

_1266410502.unknown

_1266407404.unknown

_1266410300.unknown

_1266406719.unknown