BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI Pada bab ini akan dibahas mengenai Tinjauan Umum Teknologi MetSat (Meteorological-Satellite) Service, pengertian filter, Combline Filter Bandpass Filter dengan karakteristik ideal, hal ini dilakukan karena fungsi filter ideal sangat sulit atau tidak mungkin untuk didapatkan. Misalnya sebuah filter lowpass tidak mungkin mampu meloloskan suatu sinyal yang berfrekuensi lebih rendah dari suatu frekuensi batasan tertentu (cut-off frequency/fc) tanpa kerugian apapun dan menolak sinyal yang berfrekuensi lebih rendah dari batas fc secara sempurna. Selanjutnya yaitu membahas mengenai studi literatur yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini. Kemudian membahas mengenai metode-metode pendekatan (aproksimasi) yang dilakukan untuk mendapatkan bentuk aproksimatif dari perancangan sebuah filter yang dikehendaki, Saluran transmisi filter combline, Perancangan filter Combline, Perhitungan impedansi gelombang yaitu teori dan perhitungan yang akan digunakan dalam perancangan filter secara keseluruhan, dan yang terakhir dijelaskan mengenai resonator dengan bentuk silinder. 2.1 Sistem Komunikasi Satelit Satelit merupakan suatu perangkat pengulang (repeater) yang berada di luar angkasa [1]. Pada umumnya satelit bekerja dengan menggunakan frekuensi gelombang mikro yaitu dengan frekuensi di atas 1 GHz. Dalam pengoperasiannya, satelit dikendalikan oleh stasiun pengendalian di bumi. Sehingga dapat dikatakan 7

2 8 bahwa dalam sistem komunikasi satelit ada dua bagian yang memiliki peranan penting yaitu bagian angkasa dan bagian bumi. Bagian-bagian ini tercakup dalam konfigurasi satelit. Konfigurasi satelit terdiri dari tiga bagian yaitu space segment, ground segment dan control segment [2]. Space segment terdapat di angkasa sedangkan ground segment dan control segment terdapat di bumi. Gambar 2.1 memberikan overview mengenai sistem komunikasi satelit. Gambar 2.1 Sistem Komunikasi Satelit [2]

3 9 2.2 Meteorological-Satellite (MetSat) Meteorological Satellite adalah satelit lingkungan dan cuaca yang membawa peralatan-peralatan untuk mendeteksi sebagian dari spektrum elektromagnetik yang diradiasikan oleh bumi dan atmosfer sekelilingnya secara remote untuk berbagai pengamatan meteorologi dan prakiraan [3]. Fungsi dari MetSat adalah sebagai berikut : a. Mengambil mengumpulkan dan mengolah gambar-gambar sistem dan fenomena cuaca termasuk kondisi cuaca ekstrim misal angin topan dll. Untuk menyediakan parameter-parameter operasional geofisika seperti cakupan awan dan salju, suhu permukaan laut, pergerakan awan, perkiraan suhu hujan kuantitatif sepajang waktu. b. Menyebarkan dan mendistribusikan gambar dan data-data lingkungan dan meteorologi. c. Me-relay informasi-informasi meteorologi dari berbagai tempat dan satelit-satelit lain. Data dan layanan-layanan lebih difokuskan pada kebutuhan-kebutuhan operasional meteorologi seperti prakiraan cuaca. Bagaimana pun juga, data tersebut berguna untuk berbagai disiplin ilmu termasuk kelautan, pertanian dan meteorologi penerbangan, klimatologi dan lainnya. Frekuensi jaringan MetSat 1675 MHz 1710 MHz Layanan MetSat di Indonesia Hingga sampai saat ini, Indonesia hanya mempunyai stasiun-stasiun MetSat dan belum mempunyai satelit khusus yang diperuntukan untuk layanan

4 10 meteorologi. Untuk stasiun MetSat, Indonesia tidak memiliki stasiun bumi utama dan hanya mempunyai jenis stasiun bumi user yang tersebar di berbagai propinsi di Indonesia yaitu PDUS (Primary Data User Station), SDUS (Secondary Data User Station), HRPT (High Resolution Picture Transmission), HRUS (High Rate User Station) dan LRUS (Low Rate User Station). Menurut badan Meteorologi dan Geofisika (BMG), Indonesia dibagi menjadi 5 daerah layanan yang dapat terlihat dari Gambar 2.2. Gambar 2.2 Pembagian daerah layanan MetSat di Indonesia 2.3 Filter Filter adalah salah satu dari rangkaian terpenting yang ada dalam sistem telekomunikasi tanpa kabel. Filter bertugas untuk memilih, sinyal mana yang akan diambil untuk diproses lebih lanjut, dan sinyal yang mana akan dibuang. Di dalam elektronika frekuensi rendah, diperkenalkan filter lolos bawah (low pass filter) yang mempunyai tugas besar, yaitu mereduksi (menghilangkan) derau (noise) yang mengkontaminasi sinyal. Metode ini muncul dikarenakan sinyalsinyal derau yang berbentuk zig-zag tidak beraturan yang bervariasi sangat cepat, yang mengindikasikan sinyal derau ini memiliki frekuensi yang sangat tinggi.

5 11 Filter dapat berupa rangkaian pasif maupun aktif yang ditempatkan pada perangkat telekomunikasi yang menggunakan sebuah gelombang radio didalam perambatannya atau biasa disebut sistem komunikasi radio. Filter memainkan peranan yang penting dalam pemrosesan data. Di dalam teknik telekomunikasi, filter memilih sinyal terima / pancar yang diinginkan dengan membuang sinyal lainnya. Sebagai contoh Filter lolos bawah memiliki karakteristik membuang sinyal yang berfrekuensi lebih tinggi dari frekuensi cut-off-nya. Filter digunakan untuk memisahkan atau menggabungkan frekuensi yang berbeda. Pita spektrum elektromagnetik adalah sumber yang terbatas (resource) dan harus dibagi. Filter digunakan untuk memilih atau membatasi sinyal RF atau gelombang mikro ini dalam batas spektral telah disepakati. Aplikasi-aplikasi telekomunikasi yang muncul, seperti komunikasi nirkabel, memberikan batasan-batasan yang sangat kritis, spesifikasi filter yang diberikan harus memiliki kinerja yang sangat tinggi, seperti performansi yang lebih tinggi, fungsionalitas yang lebih, keampuan untuk bisa dituning, bisa direkonfigurasi, ukuran yang mini, bobot yang ringan, serta bisa diproduksi dengan biaya yang rendah. Tergantung dari persyaratan yang diberikan di atas, filter difabrikasi dengan berbagai macam teknologi, seperti komponen diskrete (L dan C), ataupun dengan menggunakan saluran transmisi seperti waveguide, kabel coaxial ataupun dengan saluran transmisi planar, seperti saluran transmisi koplanar ataupun saluran transmisi mikrostrip.

6 Band Pass Filter Filter adalah sebuah rangkaian yang dirancang agar melewatkan sinyal dengan rentang frekuensi tertentu dan menghilangkan atau memperlemah sinyal dengan frekuensi diluar frekuensi tersebut. Jadi filter berfungsi sebagai pemilih frekuensi yang diinginkan. Secara umum cara kerja filter dapat dijelaskan pada Gambar 2.3 : Gambar 2.3 : Diagram blok Filter secara umum Pada Gambar 2.3, Vi merupakan sinyal dengan beberapa komponen frekuensi. Vo merupakan sinyal keluaran filter dengan komponen frekuensi yang merupakan sebagian dari komponen frekuensi Vi yang diinginkan. Pemisahan frekuensi dinyatakan dalam fungsi alih H yang merupakan perbandingan tegangan sinyal keluaran dan tegangan sinyal masukan. Seperti yang kita ketahui bersama Filter merupakan salah satu komponen pasif yang populer dan sangat bermanfaat dalam sebuah perangkat telekomunikasi khususnya perangkat yang menggunakan sebuah gelombang radio didalam perambatannya atau biasa disebut sistem komunikasi radio. Salah satu jenis filter yang sering digunakan dalam perangkat telekomunikasi adalah Bandpass Filter. Filter jenis bandpass memiliki sifat meloloskan frekuensi antara f1 sampai f2, dan menekan sampai serendah-rendahnya frekuensi dibawah f1 (<f1) dan frekuensi diatas f2 (>f2).

7 13 Gambar 2.4 Respon Band Pass Filter ideal Pada Gambar 2.5 dapat dilihat bahwa sebuah rangkaian band pass filter secara ideal memiliki respon meloloskan frekuensi antara f1-f2 dengan penguatan sebesar 1 kali (0 db) dan menekan frekuensi dibawah f1 dan diatas f2 sampai dengan mendekati nol (- db). Didalam realitanya filter yang dibuat tidak akan bisa memiliki respon sesuai dengan filter ideal, maka diberikanlah toleransi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4 Gambar 2.5 : Toleransi yang diberikan bandpass filter Toleransi yang diberikan pada sebuah bandpass filter ditunjukkan dengan garis putus-putus pada Gambar 2.5. Sehingga dengan toleransi tersebut, sebuah bandpass filter akan dapat memiliki respon frekuensi dengan pendekatan filter ideal yang berbeda antara filter satu dengan yang lainnya. Maka munculah

8 14 beberapa teori yang berkaitan dengan pendekatan bandpass filter yang memiliki respon frekuensi yang berbeda-beda. 2.4 Combline Filter Kontruksi Combline Filter ini dibuat dari susunan lempengan aluminium yang terdiri dari dua lempengan yang berfungsi sebagai ground-plane, dua lempengan sebagai penyangga dan susunan batang-batang silinder yang menyerupai sisir (Combline) yang berfungsi sebagai resonator. Ujung Resonator tersebut dihubungkan dengan kapasitor terbungkah (lump), dibuat dengan prinsip dua permukaan lingkaran resonator dan permukaan tuner yang berbentuk sekrup yang terbuat dari aluminium dengan dielektrik udara. Dengan memutar-mutar tuner yang berbentuk sekrup tersebut maka harga kapasitansi berubah sampai membentuk respon filter sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Lempengan Aluminium, batang-batang silinder dan kapasitor terbungkah berbentuk sekrup disusun dan diintegrasikan dengan sekrup-sekrup sehingga membentuk filter combline dengan bahan dielektrik udara. Konstruksi perancangan keseluruhan filter dapat dilihat pada gambar dibawah ini : Gambar 2.6 Contoh Design Combline Filter [4]

9 Studi Literatur Studi literatur adalah mencari referensi teori yang relefan dengan kasus atau permasalahan yang ditemukan. Literatur tersebut berisi tentang Judul Literatur, Masalah, Metodologi Penelitian, dan Hasil Penelitian. Hasil dari studi literatur ini adalah terkorelasinya referensi yang relefan dengan perumusan masalah. Tujuannya adalah untuk memperkuat permasalahan serta sebagai dasar teori dalam melakukan studi dan juga menjadi dasar untuk melakukan sebuah penelitian. Pada saat dilakukan studi literatur ini jurnal yang digunakan merupakan jurnal nasional maupun jurnal internasional untuk memperkuat dasar teori dan sebagai pegangan dalam melakukan penelitian. Jurnal 1 dan 2 merupakan jurnal internasional sedangkan jurnal 3 merupakan jurnal penelitian nasional. Ketiga jurnal tersebut selajutnya dibandingkan dengan penelitian yang akan dilakukan untuk menemukan relefansi dan dasar penelitian. Tabel 2.1 : Studi Literatur Keterangan Judul Penelitian Masalah Metodologi Penelitian Hasil Penelitian I Full Wave Modeling of Conducting Pots in Rectangular Waveguides and Its Applications to Slot Coupled Combline Filters Bagaimana merancang dan membuat BPF yang dapat bekerja pada frekuensi 890 MHz-930 MHz dengan menggunakan 6 resonator yang dipasang asimetris? Melakukan perhitungan dan perancangan hingga simulasisimulasi agar dapat nilai yang dapat mendekati nilai frekuensi yang diinginkan serta performansi yang baik. Mendapatkan BPF yang mempunyai frekuensi yang sesuai dengan spesifikasi dan performansi yang baik.

10 16 Keterangan Judul Penelitian Masalah Metodologi Penelitian Hasil Penelitian II Feasibility Study on Combline Filter for Tunable Filters Bagaimana merancang dan merealisasikan sebuah BPF pada frekuensi 2 GHz GHz pada aplikasi radio dan sistem wireless dengan metode resonator yang di tuning dengan sekrup? Melakukan analisa dan perbandingan antar hasil pengukuran dan simulasi dengan mendesain BPF combline dan melakukan perhitungan serta pengujianpengujian combline nya. Bandpass filter untuk Radio Frekuensi (RF) dan aplikasi wireless mengalami peningkatan hasil nilai parameter filter yang lebih baik yaitu insertion loss yang lebih rendah dan juga return loss dan rejecction yang lebih baik. Penelitian III Perancangan dan Realisasi Bandpass Filter Combline Untuk Pemancar LTE pada Frekuensi Tengah 2596 MHz Bagaimana merancang sebuah BPF menggunakan slibline resonator yang dapat mengontrol bandwidth untuk frekuensi tengah 2596 MHz? Melakukan pengukuran dan membuat combline BPF dengan pengujianpengujian atau simulasi. Perancangan bandpass filter dengan karakteristik kontrol sudah sesuai dengan tujuan, design, dan dapat terimplementasi menggunakan tipe slibline resonators. Tugas Akhir Perancangan dan Realisasi Bandpass Filter Jaringan Dengan Metode Combline Filter Bagaimana merancang dan membuat BPF yang dapat bekerja pada frekuensi MetSat? Melakukan perhitungan, perancangan dan simulasi agar mendapat nilai yang mendekati nilai frekuensi yang diinginkan serta performansi yang baik. Mendapatkan BPF yang mempunyai frekuensi yang sesuai dengan spesifikasi dan performansi yang baik.

11 Literatur Pertama Judul Penelitian : Full Wave Modeling of Conducting Pots in Rectangular Waveguides and Its Applications to Slot Coupled Combline Filters. Penelitian ini menggunakan metode yaitu combline filter yang sudah dimodifikasi sehingga agar dapat bekerja pada frekuensi 3G. Alasan penggunakan metode ini dikarenakan bentuk yang mudah dimodifikasi dan tidak terlalu kecil ukurannya sehingga mudah dalam fabrikasi. Metode pendekatan aproksimasi dilakukan untuk menentukan model dan ukuran filter bandpass yang sesuai dengan spesifikasi awal filter yaitu bekerja pada frekuensi uplink dan downlink 3G (890 MHz 930 MHz). Dilanjutkan dengan simulasi-simulasi dan modifikasi untuk didapatkan hasil yang maksimal mendekati spesifikasi filter. Gambar 2.7 : Desain Combline Band Pass Filter 3G Penelitian ini diawali dengan penentuan spesifikasi filter, perhitungan berdasarkan pendekatan aproksimasi, simulasi dan modifikasi,

12 18 dan proses fabrikasi dengan proses yang diharapkan menghasilkan performasi filter bandpass yang terbaik Literatur Kedua Judul Penelitian : Feasibility Study on Combline Filter for Tunable Filters. Penelitian ini yaitu merancang dan mengoptimalisasikan bandpass filter untuk aplikasi radio frekuensi wireless pada system transmit-receive untuk teknologi 2G/GSM 900 MHZ, 3G/WCDMA 1900 MHZ dan Wireless LAN 2 GHz 2,7 GHz dengan meningkatkan parameter utama seperti insertion loss, return losses dan rejection. Metode yang dilakukan yaitu dengan memilih teknologi combline untuk realisasi filter menggunakan tipe resonator yang dituning dengan sekerup. Setelah membentuk desain selanjutnya melakukan pabrikasi. Gambar 2.8 : Desain Combline Band pass Filter for tunable

13 Literatur Ketiga Judul Penelitian : Perancangan dan Realisasi Band pass Filter Combline untuk Pemancar LTE pada Frekuensi Tengah 2596 MHz Penelitian ini merupakan realiasi dari band pass filter combline dengan membuat design dan karakteristik band pass filter yang bisa diatur dengan cara mengatur resonator nya. Membuat filter dengan menggunakan tipe slibline (batang silindris) sebagai resonator yang dapat mengontrol bandwidth. Box yang dibuat dari bahan kuningan dan udara sebagai dielektrik. Combline memiliki 6 Resonator, bentuk karakteristik redaman filter dirancang berdasarkan pendekatan matematis prototype butterworth. Melakukan simulasi desain filter menggunakan Analisis FEM untuk mengetahui frequency center, dan nilai redaman berdasarkan grafik frekuensi yang diloloskan filter pada alat ukur. Gambar 2.9 : Desain Filter Combline Fc 2596 MHz Penelitian ini menghasilkan bahwa perancangan Bandpass filter dengan karakteristik kontrol sudah sesuai dengan tujuan, design, dan dapat ter-implementasi menggunakan tipe slibline resonators. Tujuan dari filter frekuensi passband dapat dikendalikan secara fleksibel, dan bandwidth dapat mudah disetel dengan menyesuaikan kopling antara garis impedansi.

14 20 Hasil percobaan menunjukan bahwa struktur yang digunakan untuk bandpass filter menghasilkan ukuran yang padat dan redaman yang rendah. Pengukuran filter dilakukan dengan network analyzer untuk memperoleh informasi tentang kinerja dan karakteristik prototip yang dibuat. Adapun hasil pengukuran dari karakteristik filter ini adalah frekuensi tengah 2594,5 MHz dengan insertion loss = 1,796 db, bandwidth 3dB = 219 MHz, bandwidth 50 db = 1351,39 MHz, VSWR = 1,572 pada input dan untuk pada output 1,529, return loss pada input 13,176 db dan 13,603 db untuk output, impedansi terminal input = 36,466 + j13,729 Ω dan output : 33,737 + j6,779 Ω, respon phasa yang dihasilkan linier Tugas Akhir Judul Penelitian : Perancangan dan Realisasi Bandpass Filter Dengan Metode Combline Filter. Penulis menggunakan metode yang yaitu Combline Bandpass Filter yang sudah dimodifikasi agar dapat bekerja pada frekuensi 1687 MHz. Alasan penggunakan metode ini dikarenakan bentuk yang mudah dimodifikasi dan tidak terlalu kecil ukurannya sehingga mudah dalam fabrikasi. Metode pendekatan aproksimasi dilakukan untuk menentukan model dan ukuran filter ban pass yang sesuai dengan spesifikasi awal filter

15 21 yaitu bekerja pada frekuensi MetSat. Dilanjutkan dengan simulasi-simulasi dan modifikasi untuk didapatkan hasil yang maksimal dan mendekati spesifikasi filter. Gambar 2.10 : Desain Filter Bandpass Filter MetSat Penelitian ini diawali dengan penentuan spesifikasi filter, perhitungan berdasarkan pendekatan aproksimasi, simulasi dan modifikasi, dan proses fabrikasi dengan proses yang diharapkan menghasilkan performasi filter bandpass yang terbaik.