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

• Jika port – 2 dibebani dg beban match, maka dapat dikorelasikan daya input dengan daya output :

• Jika daya transmisi didefinisikan dengan koefisien transmit :

• karena filter biasanya komponen pasif, maka :

atau

3

inout PSP2

212

21SP

PT

in

out

10 T inout PP

FILTER

PoutPin

FILTER

PoutPin

Pr

Pabs

4

routin PPP

rabsoutin PPPP

in

out

in

r

in

outr

in

in

P

P

P

P

P

PP

P

P

11

ideal

Lossless filter :

inout PP

Klasifikasi Filter (1)

• Berdasarkan Komponen Penyusun, filter analog terbagi menjadi :1. Filter LC Pasif dan RC Aktif

2. Filter SAW (Surface Acoustic Waves)

3. Filter-filter Elektromekanik

4. Filter Kristal Piezoelektrik

• Berdasarkan Bentuk Respon Frekuensi terhadap Gain :1. Filter Bessel (Maximally Flat Time Delay)

2. Filter Cauer (Eliptic)

3. Filter Butterworth (Maximally Flat)

4. Filter Chebyshev (Tsebycheff)

5

6

)(

1

)(

1

)(

1

ButterworthChebyshev

Eliptic

RIPPLE

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. LPF (Low Pass Filter)

2. BPF (Band Pass Filter)

3. HPF (High Pass Filter)

4. BSF / BRF (Band Stop Filter / Band Reject Filter)

5. All Pass Filter (Hanya memperhatikan respon fasa)

8

Low Pass Filter

Dengan koefisien Transmit

)(

1

c

Dengan Koefisien Pantul

)(

1

c 9

c

c

0

1

)(

c

c

1

0

)(

High Pass Filter

Dengan Koefisien Transmit

)(

1

c

Dengan Koefisien Pantul

)(

1

c10

c

c

1

0

)(

c

c

1

0

)(

Band Pass Filter

Dengan Koefisien Transmit

)(

1

0

Dengan Koefisien Pantul

)(

1

011

2/0

2/1

)(

0

0

2/1

2/0

)(

0

0

Band Stop Filter

Dengan Koefisien Transmit

)(

1

0

Dengan Koefisien Pantul

)(

1

012

2/1

2/0

)(

0

0

2/0

2/1

)(

0

0

Lumped FilterFilter Frekuensi Rendah

13

Prosedur Perancangan Lumped Filter

• Penguatan

• Frekuensi Cut-off

• Frekuensi Stop Band

• Ripple

• Jenis Filter

Spesifikasi

• 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

Normalisasi (Prototype) • 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

16

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.

Penyelesaian

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

17

18

Yang harus diingat nilai komponen yang didapat adalah nilai komponen prototypenya, maka untuk mendapatkan nilai komponen sebenarnya dilakukan denormalisasi

R = Rn X RAc

L = (Ln X RAc) / (2fCo)

C = Cn / (2fCo X RAc)

DENORMALISASI

Transformasi LPF ke HPF (1)

• Transformasi dari LPF ternormalisasi ke HPF ternormalisasi menyebabkanberubahnya komponen-komponen penyusun filter yaitu :

pada HPF pasif ternormalisasi akan terjadi perubahan dari induktormenjadi kapasitor dan sebaliknya, sedangkan pada HPF aktif ternormalisasiterjadi perubahan dari resistor menjadi kapasitor dan juga sebaliknya.

• Adapun persamaan yang menunjukkan perubahan nilai komponen adalahsebagai 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)

20

SR

LR1C 2C

3C

1L 2L

SR

LR1

1

C 2

1

C3

1

C

1

1

L 2

1

L

LPF

HPF

Proses Transformasi LPF ke HPF / BPF / BSF dilakukan

pada tahap prototype!

Referensi

• RF Circuit Design 2nd Edition, Chris Bowick.

• Microwave Engineering 3rd Edition, David M. Pozar.

21

Terima Kasih

22