DESAIN PENYESUAI IMPEDANSI MENGGUNAKAN TRAFO 1/4l MULTISECTION

Transkripsi

1 Achad S; Yuwono, Desain Penyesuai Ipedansi Menggunakan Trafo /4l Multisection 3 DESAIN PENYESUAI IMPEDANSI MENGGUNAKAN TRAFO /4l MULTISECTION Achad S., Rudy Yuwono Abstrak : Dala paper ini, akan dijabarkan desain penyesuai Ipedansi enggunakan Trafo /4λ Multisection yang diaplikasikan pada saluran transisi berbentuk Coaxial. Ide penggunaan penyesuai Ipedansi ini uncul ketika sebuah peancar pada stasiun pancar ulang harus enggunakan atau lebih antena beripedansi 5 Oh. Pendekatan yang digunakan dala desain ini adalah pendekatan Chebychev. Penyesuai ipedansi ini didesain untuk bekerja pada frekuensi 8MHz dengan BW iniu 5MHz. Kata Kunci : Trafo /4l, Chebychev Penyesuai Ipedansi adalah siste yang selalu diteui dala sirkit-sirkit frekuensi tinggi dan gelo-bang ikro. Konsep dasarnya suatu penyesuai ipedansi adalah sebu-ah tranforator yang epunyai keapuan untuk elakukan pro-ses transforasi dari satu nilai ipedansi ke nilai ipedansi lain. Proses transforasi tersebut terutaa diperlukan agar siste pean car dapat enyalurkan energi seca-ra optiu enuju beban (antena). Jika terdapat suatu suber dengan ipedansi suber sebesar s dan terhubung pada suatu beban dengan ipedansi sebesar L aka kondisi Match (sepadan) akan tercapai jika terpenuhi: * s = L () Jika kondisi tersebut tidak tercapai, aka diperlukan syste lain yang dapat entransforasikan ipe-dansi s ke ipedansi L. Siste penyesuai ipedansi ini secara diagra dapat digabarkan seba-gai Penyesuai Ipedansi s L *s *L Gabar. Ilustrasi Penyesuai Ipedansi Dari Gabar. terlihat bahwa pada dasarnya penyesuai ipedansi akan enyepadankan ipedansi suber sedeikian rupa sehingga terdapat transfer energi yang opti-u dari suber enuju penyesuai ipedansi. Jika penyesuai ipedan-si tersebut epunyai rugi-rugi penyisipan yang cukup kecil, aka pada sisi beban, ipedansi L akan eandang ipedansi output sys-te sebagai suber energi baru dengan ipedansi output sebesar * L. Kondisi ini enyebabkan energi yang disalurkan lewat penyesuai ipedansi akan tersalurkan secara optiu enuju beban L. Jika kondisi ini dicerati secara uu, aka dapat dikatakan bahwa pe-nyesuai ipedansi ini adalah piranti yang enyebabkan kondisi persaaan terjadi. Pada dasarnya penyesuai i-pedansi dibagi atas keluarga besar, yaitu: penyesuai ipedansi enggunakan koponen Luped dan penyesuai ipedansi enggu-nakan saluran transisi. Pengguna an koponen Luped terutaa pada sirkit-sirkit frekuensi rendah dengan daya rendah, sedangkan untuk sirkit frekuensi tinggi dan icrowave banyak digunakan saluran transisi sebagai bahan dasar pebuatan penyesuai ipedansi. TRAFO /4l MULTISECTION Achad S, Rudy Yuwono adalah Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang

2 3 TEKNO, Vol: 9, Februari 8, ISSN: Dewasa ini telah banyak etodeetode yang diciptakan un-tuk endesain penyesuai ipedansi enggunakan saluran transisi. Metode yang paling uu diguna-kan adalah etode Stub [,]. Metode ini adalah etode yang paling sederhana. Keleahan en-dasar dari etode ini adalah sepit nya BW (Band width) yang dihasil kan. Dengan sepitnya BW terse-but, aka etode Stub ini hanya dapat dipakai pada satu band freku-ensi saja. Metode lain yang sering digunakan adalah etode trafo /4λ [,]. Metode ini sebagaiana e-tode Stub enghasilkan BW yang relatif sepit sehingga eerlukan penalaan ulang jika ingin digunakan pada band yang lain. Metode lain yang dapat digunakan adalah eto-de taper atau Non Unifor [,3]. Metode ini epunyai keunggulan dari segi BW dan panjang fisiknya akan tetapi eerlukan pekerjaan ekanik yang teliti karena bentuk-nya yang tidak teratur. Untuk eningkatkan BW dari trafo /4λ dapat digunakan teknik ultisection, yaitu enderetkan N buah trafo /4λ sebagaiana ilustrasi berikut ini. bar. Trafo /4λ Multisection Ga Berdasarkan Gabar. terse-but, aka dapat diruuskan nilai koefesien pantul total dari syste tersebut sebagai berikut []: jθ 4 jθ Njθ Γ = + e + e Ne () dengan θ = βl : panjang elektrik segen β = π/λ = koefisien pantul tiap segen Jika trafo bersifat sietrik, aka nilai koefisien pantul total dapat dinyatakan sebagai: jnθ Γ= e [ o cosn θ+ cos( N ) θ+ + N cos( N n) θ] (3) Persoalan sekarang adalah bagai-ana enentukan nilai Γ agar epunyai nilai yang relative kecil untuk BW yang diinginkan. Terdapat beberapa pendekatan yang dapat digunakan untuk endapatkan nilai Γ tersebut. Salah satunya adalah pendekatan Chebychev. Polino Chebycev orde ke-n yang dapat dinyatakan sebagai berikut []: T ( ) N x xtn TN (4) Sifat polino Chebychev ini adalah berosilasi antara ± untuk x dan bernilai tak berhingga diluar range tersebut. Polino ini irip dengan karakteristik BPF yang eang dipelukan dala desain penyesuai Ipedansi ini. Jika nilai x digantikan dengan cos θ.sec θ aka nilai T N dapat dinyatakan sebagai T N ( ) = cosn cos (5) Dengan ebuat agar nilai Γ berosilasi sebagaiana polino Chebychev, aka persaaan 3 dapat dinyatakan sebagai: θ Γ = Ae jn T N ) (6) dengan nilai A sebesar: ln( L / o) A = T secθ (7) N ( ) sehingga nilai Γ dapat pula dinyatakan sebagai: jnθ L TN ) Γ = e ln (8) o TN ) Persaaan diatas engisyaratkan bahwa nilai Γ akan berosilasi dengan dala daerah Pass dengan nilai koefisien pantul aksiu yang diperbolehkan sebesar: ln( L / o) = (9) T secθ N ( )

3 Achad S; Yuwono, Desain Penyesuai Ipedansi Menggunakan Trafo /4l Multisection 33 Untuk endapatkan nilai dari persaaan 3, aka dapat diguna-kan pendekatan berikut ini: n n jθ θ Ce () = n n jnθ ( cos ) = e Dengan enggunakan persaaan dan persaaan 4 atau definisi tentang T N (x), aka akan didapat-kan persaaan T (secθ ) = secθ () ( θ cos ) T (secθ ) = sec θ () DESAIN TRAFO MULTISECTION Secara diagra syste pean-car ulang dapat digabarkan seba gai TX Ant Ant Gabar 4. Siste peancar pada stasiun pancar ulang Dua buah antena tersebut epu-nyai ipedansi input sebesar 5 Oh dan harus dihubungkn dengan peancar yang epunyai ipe-dansi output 5 oh. Untuk enda patkan kondisi Match (sepadan), aka diperlukan penyesuai ipe-dansi yang dapat elakukan trans forasi ipedansi dari 5 oh (Tx) ke 5 Oh (dua antenna). Dala kasus ini frekuensi kerja stasiun pancar ulang adalah 8 MHz dengan BW iniu MHz. Diinginkan koefisien pantul aksi-u adalah sebesar.5. Dengan enggunakan persaaan 9, persa aan ( section) dan persaaan 3, aka didapatkan nilai ipedansi tiap section sebagai =.99 =.48 =.9 =.639 Dari hasil perhitungan diatas, aka respon koefisien total dari penye-suai Ipedansi dapat digabarkan sebagai Koef. Pantul Total Panjang Elektrik Gabar 5. Respon koefisien total terhadap panjang elektrik BW dari penyesuai ipedansi dapat digabarkan sebagai Koef. Pantul Total frek x MHz Gabar 6. Koefisien Pantul fungsi frekuensi Dengan enoralisirkan kebali ipedansi tiap section diatas, aka akan didapatkann nilai ipedansi karakteristik aktual tiap section sebagai =.9x5 = 6.95 =.639x5 = 8.95 secara diagra dapat digabarkan sebagai

4 34 TEKNO, Vol: 9, Februari 8, ISSN: L = 5 Ant. o = 5 Tx Gabar 3. Ilustrasi section /4λ Nilai-nilai ipedansi dari tiap segen tersebut keudian aplikasi-kan pada saluran transisi berben tuk coaxial. Coaxial epunyai keunggulan dibandingkan dengan ikrostrip. Keunggulan tersebut ter-utaa pada keapuan untuk enangani dayadaya besar. SALURAN COAXIAL Secara diagra saluran berben-tuk Coaxial dapat digabarkan sebagai D D =.9c =.648c dengan panjang asing-asing segen sebesar c (Total panjang penyesuai adalah: 8.75 c). Secara diagra saluran coaxial tersebut dapat digabarkan sebagai Tx Ant Gabar 8. Penapang ebujur penyesuai ipedansi berbentuk Coaxial. Di Do Dengan elakukan pengukuran VSWR dan encari nilai koefisien pantulnya, aka untuk jangka frekuensi 7 MHz sapai dengan 85 MHz penyesuai ipedansi yang dirancang epunyai respon sebagai Gabar 7. Penapang sebuah Coaxial Untuk diaeter luar Do, diaeter dala Di dan tetapan dielektrik ε, aka ipedansi karakteristik dari saluran berbentuk Coaxial tersebut dapat dinyatakan sebagai [4]: µ Do o = ln (3) π ε Di Jika nilai ipedansi tiap section sebelunya diwujudkan dala bentukan saluran coaxial dari bahan aluiniu (µ = 4πx -7 ) aka untuk diaeter luar sebesar inci (.54 c) akan didapatkan lebar section sebagai berikut (dielektrik adalah udara sehingga ε r = ) Gabar 9. Hasil Pengukuran PEMBAHASAN Dari Gabar 9 terlihat bahwa penyesuai ipedansi yang diran-cang epunyai nilai koefisien re fleksi yang cukup kecil (.65) pada daerah antara 7MHz sa-pai 85 MHz. Walaupun

5 Achad S; Yuwono, Desain Penyesuai Ipedansi Menggunakan Trafo /4l Multisection 35 nilai koefi-sien pantul dari penyesuai ipedan si yang dirancang asih belu endekati kurva desain awal akan tetapi asih layak untuk digunakan (VSWR =:.3) entransforasi ipedansi peancar (5 Oh) ke ipedansi antena (5 Oh). REFERENSI [] Yip. Peter. 995, High Frequency Circuit Design and Measureent, Chapan & Hall, London [] Collin. RE. 996, Foundation for Microwave Engineering, McGraw Hill, USA [3] Urbani et al. 5, Synthesis of Filtering Structures for Microstrip Antennas using Orlov s Forula, Journal ETRI, Vol.7, No. [4] Sadiku.N.O.Matthew.989, Eleents of Electroagnetics, Second Edition, Saunders Pub., USA