ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI

Transkripsi

1 DTGD3 EEKTRONIKA TEEKOMUNIKAI mall-ignal RF Amplifier (RF Current Amplifier) By : Dwi Andi Nurmantris

2 Agenda mall-ignal RF Amplifier Mdel penguat Definisi parameter s dan knversi dari parameter y, z, h ke parameter s Definisi faktr-faktr penguatan Kemantapan penguat RF ingkaran/daerah kemantapan penguat pada mith Cart erancangan enguat dengan Gain Maksimum erancangan enguat dengan Operating wer Gain Ditentukan erancangan enguat dengan Availale wer Gain Ditentukan erancangan enguat dengan VWR Ditentukan erancangan enguat dengan Nise Figure Ditentukan

3 Mdel istem (inear) mall-ignal RF Amplifier KUTUB-4: ENGUAT FITER FREK KONVERTER RECEIVER

4 mall-ignal RF Amplifier enguat frekuensi tinggi ATU TAHA dapat dimdelkan seagai erikut : Kmpnen Aktif Eg Zg IMC in Transistr IMC ut Z umer sinyal/ tahap seelumnya Impedance Matching Circuit input/utput ean/tahap erikutnya Tampak ahwa sistem dapat dipandang seagai huungan kaskade dari kutu-4, sehingga pada umumnya metda analisis yang dapat digunakan untuk mempelajari perilaku suatu penguat adalah dengan menggunakan parameter satu kutu empat. I V Kutu 4 I V arameter Kutu 4 :. arameter Z, Y, H, ABCD (frekuensi rendah). arameter (frekuensi rendah sampai tinggi)

5 V. h h h h V i i arameter H arameter ABCD i - V. D C B A i V arameter-parameter terseut diatas mudah diukur pada frekuensi rendah, karena pengukurannya memutuhkan BEBAN HUBUNG GKAT dan/atau BEBAN TERBUKA, yang mudah diperleh pada frekuensi RENDAH. ada frekuensi tinggi, parameter Z(impedansi), H(hyrid), Y(admitansi) atau ABCD sangat sulit (tidak mungkin) DIUKUR, karena :. enggunaan ean teruka/tertutup (huung singkat) dapat menyeakan kmpnen aktif yang digunakan tidak stail (OIAI). ada frekuensi tinggi sulit memperleh ean TERBUKA/TERTUTU dengan range idang frekuensi yang lear (wilayah perasi frekuensi yang lear) arameter Z i i. Z Z Z Z V V arameter Y V V. Y Y Y Y i i mall-ignal RF Amplifier arameter Z, arameter Y, arameter H, dan arameter ABCD

6 arameter mall-ignal RF Amplifier Maka digunakan arameter (cattering arameter): Gamar a i dan i ignal flw graph Dimana: i = (prt ) atau (prt ) ai Vi Zi gelmang datang i Vi - Zi gelmang pantul

7 arameter mall-ignal RF Amplifier V a Z "arameter " Z a V. a a i a a 0 kefisien refleksi masukan dengan keluaran K-4 ditutup ean sesuai (match) f a a 0 kefisien transmisi maju dengan keluaran K-4 ditutup ean sesuai kefisien refleksi keluaran dengan masukan K-4 a ditutup ean sesuai a 0 kefisien transmisi alik dengan masukan K-4 r a a 0 ditutup ean sesuai

8 mall-ignal RF Amplifier Huungan parameter s dan parameter y

9 mall-ignal RF Amplifier Huungan parameter s dan parameter z

10 mall-ignal RF Amplifier Huungan parameter s dan parameter h

11 Denrmalisasi parameter h, y dan z mall-ignal RF Amplifier

12 FAKTOR ENGUATAN ENGUAT RF mall-ignal RF Amplifier AV AVN Zg Es IMC in a a IMC ut Z Faktr enguatan :. Transducer wer Gain (GT) G T AV. Operating wer Gain (G) G OUT Daya yang dierikan ke ean Daya yang tersedia pada sumer sinyal 3. Availale wer Gain (GA) G A AVN AV Daya yang dierikan ke ean Daya yangdierikan ke transistr Daya tersedia dari transistr Daya yang tersedia pada sumer sinyal

13 FAKTOR ENGUATAN ENGUAT RF mall-ignal RF Amplifier AV AVN Zg Es IMC in a a IMC ut Z a OUT.. a a a.. a a. a Es 0 OUT. a =. a +.. = -.. =. a +.. =. a a -. E = 0 a =. =.. +.a. a. a -.

14 FAKTOR ENGUATAN ENGUAT RF mall-ignal RF Amplifier AV AVN Zg Es IMC in a a IMC ut Z OUT. - =.. +.a = OUT a Es 0 = ½ a - ½ = ½ a.( - Γ ).. a.a. -..

15 FAKTOR ENGUATAN ENGUAT RF RANGKAIAN MAUKAN : Z E I a V a V = E + I.Z a Bila : a V E Z Z - O Z Z O O.. a V a a O Z - ZO Z ZO s s.. s - Daya yang tersedia pada sumer sinyal (AV) = Daya masukan transistr (), ila = *, sehingga : AV atau = AV. M mall-ignal RF Amplifier * dimana: M AV. Z M = urce Mismatch Factr. a

16 FAKTOR ENGUATAN ENGUAT RF mall-ignal RF Amplifier RANGKAIAN KEUARAN: ZOUT ETH TH ath a V OUT I Z V = E TH I. Z OUT V - Bila : ZO = TH + OUT.. dimana. = a Daya yang dierikan ke BEBAN : - a.(- Daya tersedia dari Kutu-4: AVN ) TH E Z TH OUT Z Z O O - TH OUT TH. a OUT V Z Z Z O OUT OUT -. OUT AVN =, ila = OUT* AVN OUT. OUT M = ad Mismatch Factr OUT * TH OUT atau = AVN. M dimana M OUT. OUT - Z Z O O

17 FAKTOR ENGUATAN ENGUAT RF OERATG OWER GA (G): G a.(- ). a - G -.r -. TRANDUCER OWER GA.(- ) G G T. G. G.M AV AV AV atau G AVAIABE OWER GA A AVN AV T AV. mall-ignal RF Amplifier - AVN OUT. G M T G A OUT - -.

18 Cnth al mall-ignal RF Amplifier Transistr micrwave mempunyai parameter pada 0 GHz, dengan impedansi referensi (Z O ) 50 s.: =0,45 <50 0 =0,0 <-0 0 =,05 <0 0 =0,40 <-50 0 Jika digunakan hamatan sumer Z =0 dan Hamatan ean seesar Z =30, hitunglah Operating pwer Gain, Availale wer Gain, dan Transducer wer Gain! lusi: =-0.49, =-0.50 G G G A T dan OUT

19 Z() Za (a) Z () Ei Zi=Z IMC in AV a a VWR O O Z Za Z Za - a ) a (- M.M ) a.(- AV AV - * - a - ) ).(- (- - a - ) ).(- (- M M - a mall-ignal RF Amplifier VWR MAUKAN

20 CONTOH OA mall-ignal RF Amplifier AV = 0,4 <-45 Z() Zi=50 Ei IMC in Za (a) Z () = 0,64 <60 Hitunglah : a. a (0.36). VWR (.985)

21 VWR KEUARAN mall-ignal RF Amplifier AVN IMC ut = AVN. M Z=Z ZOUT (OUT) Z () Z () VWR OUT Z - Z Z Z O O M ).(- - M (- - OUT OUT ) ).(- (- - OUT - * - OUT - OUT OUT )

22 KEMANTAAN ENGUAT RF. Mantap tanpa syarat (Uncnditinally tale) uatu penguat dinyatakan MANTA TANA YARAT, ila terpenuhi < dan OUT < ; untuk EMUA harga impedansi sumer dan ean AIF ( < dan < ). Mantap ersyarat (Cnditinally tale, tentially Unstale) uatu penguat dinyatakan MANTA BERYARAT, ila terpenuhi < dan OUT < ; untuk EJUMAH harga impedansi sumer dan ean AIF OIAI terjadi pada penguat, jika pada terminal masukan atau keluarannya, terdapat (-R REITANI NEGATIF, yaitu ila > atau OUT >. = resistansi negatif) eagai cnth, jika impedansi masukan : Z = - R + jx - R - R mall-ignal RF Amplifier jx jx - Z Z O O (R (Z O Z O) - R) X X Z Es Zin Zut Z I (R - R ) E j(x X ) OUT

23 KEMANTAAN ENGUAT RF ada satu frekuensi tertentu isa terjadi : R X R X 0 0 I Berdasarkan kepada kefisien refleksi, penguat yang MANTA TANA YARAT akan terpenuhi ila :. < < 4.. OUT.. ada penguat MANTA BERYARAT, harga dan yang memerikan kemantapan dapat ditentukan dengan menggunakan ROEDUR GRAFI pada MITH CHART. Tempat kedudukan dan yang menghasilkan OUT = dan = ditentukan dulu : ( -. *)* - mall-ignal RF Amplifier dimana.. -

24 mall-ignal RF Amplifier ersamaan diatas merupakan persamaan lingkaran ean (tempat kedudukan untuk =): R C. - ( -.*)* - jari - jari titik pusat lingkaran ingkaran Kemantapan Bean Bagaimana menentukan daerah yang MANTA? C C R Z= Jika Z Z O Z Z - Z Z O O 0 mith Chart

25 mall-ignal RF Amplifier Jadi ila <, maka <, untuk = 0 (Z =Z O ) daerah yang mengandung titik pusat mith Chart adalah daerah mantap ingkaran Kemantapan Bean C R C Z=0 Z= usat mith Chart daerah tidak mantap mith Chart Daerah yang diarsir adalah daerah MANTA

26 mall-ignal RF Amplifier Jadi jika >, maka > untuk = 0 (Z =Z O ) daerah yang mengandung titik pusat mith Chart adalah daerah tidak mantap ingkaran Kemantapan Bean R C C Daerah mantap mith Chart

27 mall-ignal RF Amplifier Figure -5 (p. 544) Micrwave Engineering, 3 rd Editin, y David M zar ad (Output) staility circles fr a cnditinally stale device. (a) <. () >.

28 .. (-.*)*. OUT - dimana : ersamaan diatas merupakan persamaan lingkaran sumer (tempat kedudukan untuk OUT =):. R - (-.*)* C - jari - jari titik pusat lingkaran C OUT R C mith Chart 8 OUT OUT Daerah arsiran adalah daerah mantap

29 mall-ignal RF Amplifier C OUT R C ingkaran Kemantapan umer OUT mith Chart daerah mantap OUT

30 mall-ignal RF Amplifier Kndisi mantap TANA YARAT untuk semua sumer atau ean dapat ditulis dengan : C - R untuk C C R C R mith Chart

31 mall-ignal RF Amplifier C - R untuk R C C mith Chart

32 FAKTOR KEMANTAAN K - K mall-ignal RF Amplifier -.. dimana kndisi cukup dan perlu untuk memperleh KEMANTAAN TANA YARAT : -. K -.. atau cukup dengan : dan K

33 mall-ignal RF Amplifier KONDII TIDAK MANTA KONDII MANTA TANA YARAT :. dengan pemeanan resistif R R R R. dengan umpan alik R R

34 mall-ignal RF Amplifier ATIHAN OA. uatu transistr jenis GaAs MEFET dengan parameter s, diukur pada V ds = 5 V dan I ds = 40 ma, f = 9 GHz, referensi 50 hm: =0,65 <-54 0 =0,0 <40 0 =,04 <85 0 =0,55 <-30 0 Γ s = 0,38 <5 0 Tentukan:. factr Delta (0,33 < 7 0 ). Faktr stailitas K (4,7) 3. Kefisien refleksi keluaran Γ ut (0,56 < -40,7 0 ) 4. GA (Availale wer Gain) (6,94dB) Ref: Micrwave Circuit Analysis & Amplifier Design, y amuel Y.ia, Exp

35 ATIHAN OA (ANJUTAN) mall-ignal RF Amplifier. arameter untuk H HFET-0 GaAs FET pada frekuensi GHz, dicatu dengan tegangan iasing V gs = 0 dengan Z 0 =50 seagai erikut: =0.894 < =0,00 <6.4 0 =3. <3.6 0 =0,78 < Tentukan kestailan transistr terseut dengan menghitung K dan, kemudian plt-kan daerah kestailannya! lusi: = < K = 0,607 ptentially unstale C =.363<47 0 R = 0.50 C =.3<68 0 R = 0.99 Ref: Micrwave Engineering, nd Editin, y David M zar, Exp.

36 lt lingkaran kestailan sumer dan ean 36

37 mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN UNTUK GA MAKIMUM (CONJUGATE MATCHG) AV AVN Zg Es IMC in a a IMC ut Z syarat transistr mantap tanpa syarat G Jika dipilih : T, MAX * diperleh penguatan daya transducer (G T) maksimum OUT *.... * * M dimana : - M B B OUT B C - 4 C - C -. * - M. M - atau M G B B T, MAX B C - 4 C - C -. * (K - K - -)

38 ATIHAN OA mall-ignal RF Amplifier Rancanglah suatu penguat dengan gain maximum pada frekuensi 4 GHz menggunakan single-stu matching! Transistr GaAs FET mempunyai parameter dengan Z 0 =50 seagai erikut: =0.7 <-6 0 =0,03 <57 0 =.60 <76 0 =0,73 <-54 0 Ref: Micrwave Engineering, nd Editin, y David M zar, Exp.3 lusi: = < -6 0 K =,95 uncnditinally stale M = 0.87 < 3 0 Γ M = < 6 0 G T,max = 6.7 db erhatikan rangkaian penyesuai impedansi s:

39 Circuit design and frequency respnse fr the transistr amplifier f Example.3. (a) mith chart fr the design f the input matching netwrk.

40 () RF circuit. (c) Frequency respnse.

41 mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN ENGUAT DENGAN G DITENTUKAN: ingkaran Gp (Operating wer Gain) Knstan a. KAU KEMANTAAN TANA YARAT dimana: G - g - -.( g ) - Re.C C. -. g. - -.g.re.c - g - - g.c. g.c *. * - g (- ) - - g( - ) g( - ) g( - titik pusat lingkaran : jari-jari lingkaran : g.c * C g( - R - K.. g.(.g ) -. ) -.g * ).

42 mall-ignal RF Amplifier G maksimum terjadi pada R = 0; artinya : g,max.. ² K...g,MAX + = 0 G K - K -,MAX g, MAX. sehingga G K - K -, MAX rsedur menggunakan lingkaran G knstan : ) Untuk G yang ditentukan, hitung titik pusat dan jari-jari lingkaran G knstan ) ilih Γ yang diinginkan (di lingkaran terseut) 3) Dengan Γ terseut, daya keluaran maksimum diperleh dengan Cnth : melakukan cnjugate match pada masukan, yaitu Γ = Γ * Γ ini akan memerikan GT = G Transistr (f 6GHz) 0,64-7,3 0,0576,3,058 8,5 0,57-95,7 Rancanglah seuah penguat RF yang mempunyai G = 9 db Ref: Gnzalez, Guillerm; Micrwaves Transistr Amplifier: Analysis & Design; rentice Hall, 984

43 mall-ignal RF Amplifier lusi 0,304 K =,504 mantap tanpa syarat G 7,94 (,058) 4,35 g,875 4,35 C 0,39-03,9 C 0,508 03,9 R = 0,43 gamar tempat kedudukan Γ yang memerikan G = 9 db tempat kedudukan yang memerikan G = 9dB 0,43 A 03,9 Kita pilih (titik A) 0,3647,5 yang memerikan daya keluar maksimum *. - 0,6975,5. *

44 ATIHAN OA mall-ignal RF Amplifier. uatu transistr jenis GaAs MEFET dengan parameter s, diukur pada V ds = 5 V dan I ds = 40 ma, f = 9 GHz, referensi 50 hm: =0,65 <-54 0 =0,0 <40 0 =,04 <85 0 =0,55 <-30 0 Tentukan:. factr Delta (0,33 < 7 0 ). Faktr stailitas K (4,7) 3. Carilah dan Yang manghasilkan Gp = 0 db! 4. Rancanglah IMC input dan IMC utput-nya untuk Hamatan sumer dan ean 50!

45 mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN ENGUAT DENGAN G DITENTUKAN: ingkaran Gp (Operating wer Gain) Knstan. KAU MANTA BERYARAT Dengan transistr mantap ersyarat, prsedur perancangan untuk G tertentu adalah seagai erikut: ) Untuk G yang diinginkan, gamar lingkaran G knstan dan lingkaran kemantapan ean. ilih Γ yang erada pada daerah mantap dan tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan ean. ) Hitung Γ dan tentukan apakah cnjugate match pada masukan mungkin. Untuk itu gamar lingkaran kemantapan sumer dan periksa apakah Γ = Γ* terletak pada daerah mantap. 3) Jika Γ = Γ* tidak terletak pada daerah mantap atau terletak pada daerah mantap namun terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan sumer, pilih Γ yang lain dan ulangi langkah ) dan ) Catt: nilai Γ dan Γ seaiknya tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan, karena ketidakmantapan (OIAI) dapat terjadi leh variasi nilai kmpnen yang digunakan sehingga Γ dan Γ masuk ke daerah tidak mantap. Cnth : Transistr 0,5-80,5 70 (f 6 GHz) 0, ,8-00 Rancanglah seuah penguat RF yang mempunyai G = 0 db Ref: Gnzalez, Guillerm; Micrwaves Transistr Amplifier: Analysis & Design; rentice Hall, 984

46 mall-ignal RF Amplifier G 0 0,3 6, 0dB C R C R K = 0,4 0,57 97, 0,473,8 97, 0,34 transistr mantap ersyarat R C ingkaran kemantapan ean lusi : R C ingkaran G = 0dB knstan A 97, mith Chart 46

47 mall-ignal RF Amplifier Oleh karena <, daerah MANTA erada diluar lingkaran kemantapan BEBAN ilih titk A 0, 97, ingkaran kemantapan sumer : * 0,5 79,3 C,67 7 R =,0 Γ diatas harus diperiksa apakah erada di daerah MANTA Daerah mantap erada di luar lingkaran kemantapan sumer Γ erada di daerah mantap, maka Γ dapat digunakan Zs = 50 Es IMC in IMC ut Z = 50 = * OUT

48 mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN ENGUAT DENGAN GA DITENTUKAN: ingkaran Ga (Availale wer Gain) Knstan a) KAU MANTA TANA YARAT G g A A - G A OUT ( -. g A ) - Re.C C -. * Dengan cara yang sama seperti lingkaran G knstan, diperleh : ingkaran GA knstan : ga.c* titik pusat lingkaran : CA g ( - ) A - K. g..g jari-jari lingkaran : A RA emua Γ pada lingkaran, memerikan suatu GA yang diinginkan. Untuk GA tertentu, daya keluaran maksimum diperleh dengan Γ = ΓOUT* Γ ini memerikan GT = GA g A ( - ) A

49 mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN ENGUAT DENGAN GA DITENTUKAN: ingkaran Ga (Availale wer Gain) Knstan ) KAU MANTA BERYARAT. Untuk GA yang diinginkan, gamar lingkaran G A knstan dan lingkaran kemantapan sumer. ilih Γ yang erada di daerah mantap dan tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan sumer.. Hitung Γ OUT dan periksa apakah cnjugate match mungkin, untuk itu gamar lingkaran kemantapan ean dan periksa apakah Γ = Γ OUT * erada di daerah mantap. 3. Jika Γ = Γ OUT * tidak erada pada daerah mantap atau terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan ean, pilih Γ (atau G A ) yang lain dan ulangi langkah ) dan ). Catt: nilai Γ dan Γ seaiknya tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan, karena ketidakmantapan (OIAI) dapat terjadi leh variasi nilai kmpnen yang digunakan sehingga Γ dan Γ masuk ke daerah tidak mantap.

50 ATIHAN OA mall-ignal RF Amplifier Cnth : Transistr 0,5-80,5 70 (f 6 GHz) 0, ,8-00 Rancanglah seuah penguat RF yang mempunyai GA = 0 db! Rancang pula IMC-in dan IMC-ut dengan menggunakan stu paralel-pen circuit!

51 VWR knstan mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN ENGUAT DENGAN VWR DITENTUKAN: Zi=50 E IMC in Za (a) VWR - a a a - * -. dapat diturunkan lingkaran VWR knstan

52 mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN ENGUAT DENGAN VWR DITENTUKAN: ingkaran VWR knstan : titik pusat lingkaran : jari-jari lingkaran : Cvi *.(- a a. ) Rvi a.(- a. ) ada kasus mantap tanpa syarat dan eerapa kasus mantap ersyarat, Γ dapat dipilih =Γ* ; untuk memperleh VWR =. Bila VWR = a 0 Cvi Rvi 0 Jadi Γ = Γ* memerikan a 0 VWR = *

53 mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN ENGUAT DENGAN VWR DITENTUKAN: VWR ut knstan DENGAN CARA YANG AMA : VWR OUT - - OUT - OUT. * ingkaran VWR OUT knstan : titik pusat lingkaran : Cv OUT. OUT ) Rv jari-jari lingkaran : *.(-.(-. OUT OUT )

54 mall-ignal RF Amplifier ERANCANGAN ENGUAT DENGAN NOIE FIGURE DITENTUKAN: ingkaran Nise figure/faktr Derau Knstan: Zs = Z Es IMC in IMC ut Z = Z = * OUT F F M 4 r n - pt -. pt dimana: F M = faktr derau minimum kmpnen aktif rn = equivalent nrmalized nise resistance (= R N /Z O ) Γ pt = kefisien refleksi sumer yang dapat menghasilkan faktr derau minimum

55 mall-ignal RF Amplifier Amil satu harga F = Fi - pt - Fi - F 4 n r M. pt Ni Fi - F 4 n r M. pt knstan (Γ - Γpt).(Γ* - Γpt) = Ni Ni Γ ² Ni - pt - Γ ².( + Ni) Re[Γ.Γpt*] + Γpt ² = Ni - Ni Re. pt* pt Ni Ni Ni merupakan persamaan lingkaran di idang Γ dan dapat ditulis menjadi : pt - Ni Ni Ni- pt Ni untuk Ni tertentu, diperleh lingkaran faktr derau Fi knstan. ingkaran faktr derau: titik pusat lingkaran : CFi pt Ni R Fi Ni jari-jari lingkaran : Ni Ni - pt

56 ATIHAN OA mall-ignal RF Amplifier uatu transistr dengan parameter seagai erikut : 0,55 69 FM,5dB 0,049 3,68 6 0, pt 0,47566 Rn 3.5 Tentukan lingkaran faktr derau Fi =,8dB knstan lusi : Fi - FM Ni. pt 4 rn Rn 3,5 rn 0,07 ZO 50 Fi =,8dB =,905 FM =,5 db =,778 Ni = 0,378 pt CFi 0,47 66 Ni RFi = 0,3 Z 0 RFi 0,47 66 Z ingkaran F knstan mith Chart

57