BAB II TINJAUAN TEORITIS

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN TEORITIS.. Tinjauan Pustaka Realisasi Ban Pass Filte untuk fekuensi paa Long Tem Evolution (LTE) menggunakan metoe Split Ring Resonato (SRR) Metamateial belum penah iealisasikan i Inonesia, maka ai itu penulis menapatkan bebeapa efeensi yang i unuh ai intenet sebagai bahan kajian iantaanya aalah :. Buku yang bejuul Electomagnetic Metamateials: Tansmission Line Theoy An Micowave Applications tahun 006, yang ibuat oleh Chistophe Caloz an Tatsuo Itoh ai Canaa, menjelaskan tentang bahan Metamateial an stuktu angkaian Split Ring Resonato (SRR).. Applying New Stuctue, Layout An Pocess Fo Constucting The Metamateial An Stuying Its Avancement In Micowave Cicuits tahun 008 meupakan junal yang membahas tentang aplikasi - aplikasi yang menggunakan metoa Split Ring Resonato (SRR) Metamateial yang ibuat oleh Mohama Kamal A Rahim, i Malaysia. 3. Buku yang bejuul tentang Micostip Filtes fo RF/Micowave Applications tahun 0, yang itulis oleh Jia-Sheng Hong i Canaa. Buku ini menjelaskan tentang teoi an konsep sebuah filte an juga menjelaskan kaakteistik espon fekuensi banpass filte. 4. Buku yang bejuul RF an Micowave Couple-Line Cicuits (secon eition) tahun 007, oleh R.K Mongia, I.J Bahl, P.Bhatia, an J.Hong i Lonon. Buku ini meneangkan tentang filte yang ibuat menggunakan Metamateial an teapat bebeapa penjelasan tentang bebagai macam metoe pembuatan filte... Long Tem Evolution (LTE) Long Tem Evolution (LTE) aalah sebuah nama bau ai layanan yang mempunyai kemampuan tinggi alam sistem komunikasi begeak yang meupakan langkah menuju geneasi ke-4 (4G) ai teknologi aio yang iancang untuk meningkatkan kapasitas an kecepatan jaingan telepon mobile. R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 5

2 Paa Long Tem Evolution (LTE) teknik akses yang igunakan paa tansmisi alam aah ownlink an uplink bebea. Paa aah ownlink teknik akses yang igunakan aalah Othogonal Fequency Division Moulation Access (OFDMA) an paa aah uplink teknik akses yang igunakan aalah Single Caie Fequency Division Multiple Access (SC-FDMA).[3] Paa umumnya teapat ua teknik uplex yang biasanya igunakan, yaitu Fequency Division Duplex (FDD) an Time Division Duplex (TDD). Fequency Division Duplex (FDD) meupakan teknik uplex yang menggunakan ua fekuensi yang bebea untuk melakukan komunikasi alam ua aah. Dengan menggunakan Fequency Division Duplex (FDD) imungkinkan untuk mengiim an meneima sinyal secaa simultan engan fekuensi yang bebea-bea. Seangkan Time Division Duplex (TDD) menggunakan fekuensi tunggal an fekuensi tesebut igunakan oleh semua kanal untuk melakukan pengiiman an peneimaan ata. Setiap kanal tesebut i-multiplexing engan menggunakan basis waktu sehingga setiap kanal memiliki time slot yang bebea. Dapat itunjukan paa Gamba ibawah ini : Gamba. Gafik FDD an TDD[4]. Sesuai engan caa pengelompokan beasakan teknik uplex ban FDD isebut juga engan paie bans seangkan untuk teknik uplex ban TDD isebut engan unpaie bans. Dapat ilihat alam tabel an tabel ibawah ini : R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 6

3 Tabel. Penempatan ban fekuensi TDD[5] Tabel. Penempatan ban fekuensi FDD R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 7

4 DUPLEXER Gamba. Diagam Blok Komunikasi Secaa Umum Letak filte yang iealisasikan ini beaa i sisi BTS an bekeja paa sistem tansmitte, ikaenakan filte ini bekeja paa ban fekuensi ownlink an engan ukuannya yang tiak memungkinkan untuk beaa paa sisi MS..3. Filte Filte befungsi untuk meloloskan atau melewatkan fekuensi tetentu an tiak meloloskan fekuensi lainnya. Kegunaan ai filte sangat bemacam-macam iantaanya menghilangkan sinyal yang tiak baik sepeti noise, menghilangkan sinyal penistosi yang isebabkan oleh kanal tansmisi yang tiak baik atau tiak tepat alam pengukuan an juga apat memisahkan ua atau lebih sinyal yang bebea. Secaa umum iagam filte apat ilihat paa gamba 3 ibawah ini. Es Rs Filte 3 4 Rl Gamba 3. Diagam umum Filte Filte apat mengolah sinyal-sinyal masukan menjai sinyal keluaan yang iinginkan. Filte memiliki kaakteistik sebagai beikut :. Banwith aalah leba ban fekuensi ai espon fekuensi 3 B ibawah espon maksimal.. Fakto kualitas, aalah fekuensi tengah bebaning engan banwith, apat itulis sebagai beikut : R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 8

5 () Dimana semakin besa nilai Q, maka semakin tinggi nilai selektivitasnya,an sebaliknya jika semakin kecil nilai Q, maka semakin enah nilai selektivitasnya. 3. Insetion loss aalah ugi-ugi aya yang isebabkan oleh esistansi angkaian sehingga menyebabkan tansfe aya tiak maksimum. 4. Shape Facto atau kecuaman yaitu pebaningan banwith antaa espon eaman 60 B/ 40 B tehaap espon paa eaman 3 B atau cutoff. f f f o Beasakan aeah yang ilewatkan atau iloloskan an aeah yang ieam atau itekan, maka filte ibagi menjai empat jenis, yaitu Low Pass Filte (LPF), High Pass Filte (HPF), banpass filte (BPF), an banstop filte (BSF). Dapat ilihat paa gamba 4 ibawah ini aalah paamete S atau nilai insetion loss tehaap fekuensi.[] Kemuian gamba 5 aalah kaakteistik espon banpass filte. Gamba 4. Respon fekuensi (a) LPF, (b) HPF, (c) BPF, () BSF R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 9

6 (B) 0-3 Insetion loss (S) Stopban Tansition ban Passban Tansition ban Stopban ipple ipple f f o f Fekuensi Gamba 5. Kaakteistik espon banpass filte ( MHz).4. Kaakteistik Respon Filte Respons filte ikaakteisasi oleh bentuk passban an stopban-nya. Bentuk passban bisa bebentuk flat atau be-ipple, atau passban an stopbannya be-ipple. Jika espons passban bebentuk flat, maka filte yang ihasilkan isebut maximally flat atau Buttewoth an jika be-ipple, isebut filte equalipple atau Chebyshev..4. Buttewoth Kaakteistik ini biasa isebut sebagai espons binomial atau espons maximally flat, aalah suatu kaakteistik i mana ia memaksimalkan espon filte paa aeah passban sehingga bebentuk luus tanpa aanya ipple. Tansfe fungsi amplituo kuaat untuk filte Buttewoth memiliki nilai Insetion Loss saat fekuensi cutoff. Dibeikan paa pesamaan beikut ini : ( ) () Dimana n meupakan oe filte..4. Chebyshev Filte Chebyshev aalah suatu penekatan yang igunakan untuk meancang filte engan espon attenuasi yang tajam paa aeah stopban akan tetapi teapat ipple paa aeah passban atau paa aeah yang iloloskan. R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 0

7 Tansfe fungsi amplituo kuaat ipelihatkan paa pesamaan 3 ibawah ini : ( ) (3) ( ) Dimana konstanta ipple ɛ behubungan engan yang ibeikan paa ipple passban L AR alam B yaitu : (4) beikut : ( ) aalah pesamaan Chebyshev engan oe ke-n, aalah sebagai ( ) { ( ) ( ) Dapat ilihat paa gamba 6 ibawah ini meupakan espon filte Buttewoth an Chebyshev. (5) Gamba 6. Respon filte Buttewoth an Chebyshev.5. Low Pass Filte Pototype Dalam peancangan filte, baik LPF, HPF, BPF, maupun BSF apat ilakukan engan angkaian LPF pototipe. Rangkaian ini teii ai bebeapa elemen L an C yang isusun membentuk angkaian LPF. Gamba 7 mempelihatkan ua tipe angkaian LPF pototipe. Paa gamba 7(a) komponen petama beupa inukto sei, seangkan paa gamba 7(b) beupa kapasito paalel. Keua jenis pototipe ini memiliki kaakteistik espons yang sama, kaenanya manapun yang igunakan aalah sama saja. Oleh sebab itu, untuk pototipe ini nama komponen tiak igunakan L an C, namun engan g i, R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0

8 an i =,, 3,...n. Banyaknya komponen pembentuk filte isebut n atau biasa ikenal engan sebutan oe filte. g g 3 g n g 0 g g n g n+ g n+ g (a) n genap g n n ganjil g 0 g g 3 g n+ g n g n+ (b) n genap n ganjil Gamba 7. Dua jenis LPF pototipe (a) komponen petama L sei; (b) komponen petama C paallel.6. Resonato Rangkaian esonansi bepean sangat penting paa peancangan filte, osilato, penguat tetala, wavemete untuk pengukuan fekuensi, an lain sebagainya. Resonato gelombang miko apat imoelkan engan angkaian esonansi RLC sei atau paalel. Dapat itunjukan paa gamba ibawah ini gamba 8 an gamba 9 aalah angkaian RLC sei an paalel. Besaan-besaan yang sangat penting ai sebuah angkaian esonansi aalah fekuensi esonansi an fakto kualitas angkaian. Paa keaaan esonansi, impeansi angkaian akan besifat esistif, Z in = R an ipeoleh pesamaan 6 yang meupakan fekuensi esonansinya (6) I R L V S C Z in Gamba 8. Rangkaian RLC sei R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0

9 I V S R L C Y in Gamba 9. Rangkaian RLC paalel Paa fekuensi gelombang miko elemen-elemen lumpe sulit ipeoleh, kaenanya igunakan elemen teistibusi, sepeti saluan tansmisi an bumbung gelombang. Saluan tansmisi engan beban ujung tebuka atau ujung tetutup memiliki sifat-sifat esonato sei an paalel. Resonato untuk saluan teistibusi ipelihatkan paa gamba 0 beikut ini, isebut esonato ¼ panjang gelombang (λ g0 /4) engan panjang gelombang paa fekuensi esonansi funamental (f 0 ). Resonato ini juga apat beesonansi paa fekuensi yang lebih tinggi yaitu F = (n-) f 0, engan n =,3,..st. (a) (b) Gamba 0. (a) Resonato λ g0 /4 (shunt seies esonance) an (b) Resonato λ g0 /4 (shunt paael esonance) Resonato jenis lain, yaitu saluan teistibusi esonato ½ panjang gelombang (λ g0 /) sepeti paa Gamba (a) ibawah ini, yang juga apat i implementasikan sebagai esonato squae open-loop. R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 3

10 (a) (b) Gamba. (a) Resonato λ g0 / an (b) Resonato cincin Resonato cincin (ing esonato) paa gamba (b) i atas, aalah bentuk lain esonato saluan teistibusi engan sebagai jai-jai ingnya. Ring akan beesonansi paa fekuensi funamnetal f 0 jika f = λ g0..7. Invete Invete igunakan untuk mengubah angkaian banpass filte menjai angkaian yang teii ai angkaian esonansi sei atau paalel saja an apat mengubah komponen kapasitif menjai inuktif an sebaliknya. Teapat ua jenis invete yang apat igunakan paa angkaian filte mikostip, yaitu :. K-Invete atau isebut engan invete impeansi, igunakan untuk mengubah angkaian filte yang teii angkaian esonansi paalel menjai angkaian esonansi sei, an apat mengubah kapasito paalel menjai inukto sei.. J-Invete atau isebut engan invete amitansi, igunakan untuk mengubah angkaian filte yang teii angkaian esonansi sei menjai angkaian esonansi paalel, an apat mengubah inukto sei menjai kapasito paalel. K K K K (a) R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 4

11 J J J J (b) Gamba. (a) K-invete, an (b) Rangkaian J-Invete Invete ieal aalah tansfomato sepeempat panjang gelombang. Impeansi an amitansi paa satu ujung tansfomato akan iubah ke impeansi an amitansi ujung yang lain, sebaning engan kuaat impeansi an amitansi kaakteistik tansfomato. Bila impeansi beban beupa kapasito, maka akan iubah menjai inukto an sebaliknya. (a) Gamba 3. Pototipe lowpass filte engan Invete. (a) Rangkaian inukto sei, (b) an (b) Rangkaian kapasito paallel Dengan pemilihan invete yang bena, seluuh inukto an kapasito apat ipilih supaya memiliki haga yang sama. Dengan emikian invete impeansi an amitansi memungkinkan kita menggunakan esonato yang ientik sepanjang jaingan filte. Sebuah elemen sei apat iubah menjai elemen paalel engan invete paa keua sisinya. Begitu juga, elemen paalel apat iubah menjai elemen sei engan invete amitansi paa keua sisinya. R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 5

12 .8. Metamateial menggunakan metoe Split Ring Resonato (SRR) Metamateial elektomagnetik apat igambakan engan stuktu buatan engan bahan yang tiak biasa an tiak apat itemukan i alam. Stuktu efektif homogen aalah bentuk ata ata ukuan esonato lebih kecil ai ai sepeempat panjang gelombang (λ/4). Paamete konstitusi aalah paamete yang tegantung paa alam ai esonato tesebut. Paamete konstitusi aalah pemitivitas ɛ an pemeabilitas µ, imana behubungan engan inex bias n, (7) imana an aalah pemitivitas an pemeabilitas yang behubungan engan pemitivitas uaa bebas an pemeabilitas engan an. Paa pesamaan (7), tana ± apat ikombinasikan sebanyak empat tana yang memungkinkan untuk pasangan ( ) yaitu (+,+), (+,- ), (-,+), (-,-), apat ilihat paa gamba 4. Tiga kombinasi petama lebih ikenal engan bahan conventional, an yang teakhi [(-,-)], engan pemitivitas an pemeabilitas negatif, maka ikenal engan left-hane. Gamba 4. Diagam Pemitivitas Pemeabilitas ( ) an inex bias (n) Bahan LH, engan memiliki ua paamete benilai negatif, maka kaakteistik bahan tesebut aalah phasanya tiak sejaja an memiliki kecepatan, atau inex bias negatif. Stuktu LH atau isebut Metamateial (MTM), meupakan bahan buatan (ibuat oleh tangan manusia), kaena ( ) an ( ). R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 6

13 Gamba 5. Kawat Luus an Stuktu Split Ring Resonato (SRR) Kawat metal luus memiliki paamete pemitivitas negatif an pemeabilitas positif. Dapat ilihat paa gamba 5. Jika elektik sejaja paa pusat ai kawat, maka apat mempengauhi aus sepanjang kawat tesebut an menghasilkan konisi ekivalen ipole elektik, fungsi pemitivitas fekuensi paa bentuk tesebut sebagai beikut : ( ) (8) Dimana ( ) (c : kecepatan cahaya, a : iamete kawat) meupakan elektik fekuensi plasma, an apat iatu paa kisaan GHz, an ( ) (σ : konuktivitas ai tembaga) meupakan fakto eaman ai ugi-ugi tembaga. Sehingga muncul umus sebagai beikut : ( ) (9) Dimana jika maka,, untuk. Pemeabilitas bekeaaan, maka bahan tiak membeikan efek magnetik an tiak menghasilkan konisi ipole magnetik. Hal ini haus iasumsikan bahwa kawat lebih panjang aipaa panjang gelombang, beati kawat beaa paa situasi fekuensi jauh ibawah fekuensi esonansi petama. Metamateial (MTM) ai stuktu Split Ring Resonato (SRR) memiliki paamete pemitivitas positif an pemeabilitas negatif. Jika kebeaaan magnetik tegak luus paa biang ing esonatonya, maka apat mempengauhi aus esonansi paa loop an menghasilkan konisi ipole magnetik, fungsi fekuensi paa bentuk tesebut sebagai beikut : (0) R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 7

14 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Dimana ( ) (a : iamete ing yang alam), ( ) (w : tebal ing, : jaak anta ing ) meupakan fekuensi esonansi magnetik, apat iatu paa ban GHz, an (R : tahanan tembaga pe satuan panjang) meupakan fakto eaman ai ugi-ugi tembaga. Hal tesebut membeikan catatan bahwa paa stuktu Split Ring Resonato (SRR) memiliki espon magnetic meskipun nyatanya tiak temasuk bahan konukting magnetic kaena kebeaaan ai konisi ipole magnetik buatan yang itawakan oleh Split Ring Resonato (SRR). Yang iungkapkan paa pesamaan 0 bahwa kisaan fekuensi apat muncul imana ( ) ( ). Paa kasus ugi seikit ( ) muncul sebagai beikut : Dimana isebut fekuensi plasma magnetik. () (a) Gamba 6. (a) Rangkaian ekivalen ouble SRR an (b) single SRR (b) Rangkaian ekivalen ai SRR apat ilihat paa gamba 6. Paa gamba 6(a) yang menunjukan konfiguasi ua ing, kopling kapasitif an kopling inuktif beaa iantaa ing yang besa an ing yang kecil, yang imoelkan engan kapasitansi kopling. Paa konfiguasi single ing, ipelihatkan gamba angkaian seehana esonato RLC engan fekuensi esonansi. Double SRR meupakan ekivalen utama paa single SRR jika keua koplingnya kecil, yang ikaenakan letak ua ing sangat beekatan, maka an R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 8

15 , sehingga hasil ai espon fekuensi esonansinya ekat engan espon fekuensi esonansi paa single SRR engan imensi yang sama, namun engan keaaan magnetik yang besa betujuan untuk menghasilkan kepaatan aus yang besa. [7] Pemeabilitas negatif iapat ai stuktu SRR seangkan pemitivitas negatif beasal ai kawat metal atau paa ealisasi ini kawat metal aalah viagouning. Sehingga Left-Hane Metamateial apat iancang engan menggabungkannya alam satu kesatuan peancangan..9. Mikostip Mikostip aalah saluan yang teii ai konukto stip (line) an sebuah konukto biang tanah yang ipisahkan oleh meium ielektik engan konstanta ielektik. Di atas stip aalah uaa sehingga jika tanpa shieing sebagian mean elektomagnetik akan meaiasi, an sebagian lagi aa yang masuk kembali ke alam substat ielektik. Jai aa ua ielektik yang melingkupi stip yaitu uaa engan konstanta ielektik satu an substat engan konstanta ielektik. Dengan emikian saluan mikostip, secaa keseluuhan, apat kita panang sebagai sebuah saluan engan ielektik homogen yang lebih besa ai satu tapi lebih kecil ai. Konstanta ielektik ini isebut konstanta ielektik efektif (effective ielektic constant). Gamba 7. Pola mean listik paa saluan mikostip Penekatan yang muah untuk menganalisis kaakteistik saluan, aalah engan, mula-mula, menganggap meium yang memisahkan keua konukto aalah uaa. Paa kasus ini biang tanah betinak sebagai cemin sehingga kita punya saluan yang lebanya sama an bejaak satu sama lain. Kemuian icai kapasitansi teistibusi antaa keua saluan ini, kita sebut C 0. Konstanta R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 9

16 R. Haianti Asi Dewi, Lapoan Poyek Akhi Tahun 0 0 ielektik efektif aalah pebaningan antaa kapasitansi teistibusi saluan engan ielektik tehaap C 0. Jai konstanta ielektik efektif. [] () Paa fekuensi enah, kapasitansi teistibusi C 0, icai engan teknik pemetaan konfomal, yaitu,444 0,667 ln, ln C (3) Konstanta ielektik efektif : 0,04 e (4) Untuk kepeluan peancangan, bila iketahui impeansi kaakteistik Z 0 an konstanta ielektik, leba stip apat icai ai : 0,6 0,39 ) ln( ) ln( 8 B B B e e A A (5) Dengan ; Z A 0, 0, (6) Z B (7)