Perancangan Bandpass Filter Pita Sempit pada Frekuensi L-Band untuk Aplikasi Synthetic Aperture Radar (SAR)

Transkripsi

1 JURNAL INFOTEL Infomatika - Tlkomunikasi - Elktonika Wbsit Junal : ISSN : ; -ISSN : Pancangan Bandpass Filt Pita Smpit pada Fkunsi L-Band untuk Aplikasi Synthtic Aptu Rada (SAR) Budi Syihabuddin 1, Dwi Andi Numantis 2, Agus Dwi Pastyo 3 1,3 Fakultas Tknik Elkto, Univsitas Tlkom 2 Fakultas Ilmu Tapan, Univsitas Tlkom 1,2,3 Jalan Tlkomunikasi, Tusan Buah Batu, Bandung, INDONESIA kospondnsi: budisyihab@tlkomunivsity.ac.id Dikiim 28 Apil 2017, Divisi 07 Mi 2017, Ditima 07 Mi 2017 Abstak Pada sistm Synthtic Aptu Rada (SAR), lba pita mnntukan solusi yang diinginkan. Jika lba pita smpit, maka solusi yang didapatkan akan tinggi shingga objk yang diamati akan lbih psisi. Untuk mndapatkan pfoma tsbut, dibutuhkan filt yang dapat mnjaga lba pita dai kluaan gnato sinyal Chip. Pnlitian ini mancang filt dngan slktivitas tinggi pada fkunsi 1,27 GHz dngan lba pita sbsa 10 MHz. Dngan kaaktistik tsbut, pancangan filt dapat mnggunakan sonato bbntuk kotak kana dapat mnghasilkan lba pita yang smpit. Dai hasil pancangan mnggunakan duoid 5880 dngan pmitivitas lativ sbsa 2,2 didapatkan spon fkunsi pada 1,27 GHz dngan nilai S11 sbsa - 36,25 db dan nilai S21 sbsa -0,92 db. Untuk lba pita pada ntang fkunsi 1,265 1,275 GHz didapatkan nilai S11 dan S21 scaa buutan sbsa -14,37 db dan -1,09 db sta -14,43 db dan -1,08 db. Kata kunci Band Pass Filt, Filt Pita Smpit, Rsonato Ring Kotak, Fkunsi L. Abstact - In th Synthtic Aptu Rada (SAR) systm, th bandwidth spcifis th dsid solution. If th bandwidth is small, thn th solution obtaind will b high so that th obsvd objct will b mo pcis. To obtain such pfomanc, a filt that can stabiliz th bandwidth fom Chip Gnato output is quid. This study dsigns a filt with high slctivity at a 1.27 GHz fquncy with a 10 MHz bandwidth. With ths chaactistics, a ctangula sonato filt dsign can b usd bcaus it can poduc naow bandwidth. Th dsignd filt using Duoid 5880 with lativ pmittivity 2.2 obtains th fquncy spons at 1,27 GHz with valu of S11 qual to -36,25 db and S21 valu qual to -0,92 db. Fo bandwidth at th fquncy ang 1,265-1,275 GHz, it is obtaind th valus of S11 and S21 spctivly db and db also db and db. Kywods - Band Pass Filt, Naow Band Filt, Squa Ring Rsonato, L-Band I. PENDAHULUAN Synthtic Aptu Rada (SAR) adalah tknologi yang dapat mndukung pngindaan jauh dngan mnggunakan pinsip kja dai glombang lktomagntika [1][2]. Pbdaan SAR dngan sistm pngindaan bbasis kama, tknologi ini dapat bkja pada sgala cuaca dan tidak tbatas siang atau malam. Jika mnggunakan kama, ktika cuaca hujan atau bawan, maka kama akan thalang dngan awan shingga objk yang akan diamati tidak maksimal. Bgitu pula jika kondisi glap atau pada malam hai, dibutuhkan kama khusus yang dapat bkja pada malam hai atau kondisi glap. Sistm SAR tdii dai bbapa blok sistm diantaanya adalah pmbangkit sinyal Chip (Chip Gnato) yang bfungsi sbagai sinyal pmanca yang dikiimkan k objk yang ingin diktahui. Smakin dtail objk yang ingin diktahui atau diamati, maka solusi yang haus dimiliki olh sistm SAR haus smakin bsa. Rsolusi ini bhubungan tbalik dngan lba pita sistm SAR yang dikmbangkan [3]. Jika lba pita smakin smpit, maka solusi akan smakin bsa. Spti pada pnlitian [1], [2] mnggunakan lba pita sbsa 10 MHz dngan wahana bupa psawat tanpa awak dan satlit-miko. Junal Infotl Vol.9 No.2 Mi

2 Pancangan Bandpass Filt Pita Smpit pada Fkunsi L-Band untuk Aplikasi Synthtic Aptu Rada (SAR) Untuk mnjaga kstabilan lba pita kluaan dai pmbangkit sinyal Chip pada sistm SAR, dibutuhkan filt glombang miko. Filt ini bkja pada fkunsi L-Band dngan bandwidth sbsa 10 MHz ssuai dngan spsifikasi dai pnlitian [1], [2]. Filt glombang miko dngan mnggunakan saluan micostip dipilih kana bntuk yang simpl dan lbih mudah untuk dioptimasi. Pada pnlitian ini mnggunakan saluan micostip dngan sonato bbntuk kotak. Rsonato bntuk kotak dipilih kana bdasakan pnlitian [4] mmiliki lba pita fkunsi yang smpit. Kaaktistik pita fkunsi yang smpit dai sonato bbntuk kotak dihaapkan dapat mnjadi filt dngan slctivitas tinggi pada fkunsi L. Di Indonsia sndii, pada fkunsi L tdapat ntang fkunsi adio amati antaa MHz [5]. Dngan ntang fkunsi tsbut, pnlitian ini hanya mnggunakan lba pita sbsa 10 MHz kana dihaapkan sistm SAR yang akan diancang mmiliki solusi yang tinggi. Bbapa pnlitian lain spti pnlitian [6] [9] juga mnggunakan sonato bbntuk kotak untuk mnghasilkan bandpass filt. Pada pnlitian [6] mnggunakan sonato bbntuk kotak dngan loop tbuka (Squa Opn Loop Rsonato) pada fkunsi 2,45 GHz. Pnlitian [7] juga mnggunakan loop tbuka dngan tujuan untuk mminiatuisasi dimnsi filt dngan spon pita fkunsi yang smpit. Namun pada pnlitian [8], [9] mnggunakan sbuah sonato bbntuk kotak dngan loop ttutup untuk mndapatkan lba pita fkunsi yang diinginkan ssuai dngan spsifikasi sistm yang akan diancang. Dai mtoda dan hasil pnlitian [4], [6] [9], pada pnlitian ini diancang sbuah bandpass filt untuk sistm SAR pada fkunsi tngah 1,27 GHz dngan lba pita 10 MHz mnggunakan sbuah sonato bbntuk kotak yang ttutup. Untuk mngoptimasi hasil ancangan digunakan pinsip kopling saluan glombang miko. Pnlitian ini tdii dai 4 bagian yang diawali dngan pndahuluan pada bagian ptama. Bagian kdua bisi mtod pnlitian tntang saluan micostip dan filt sonato bbntuk ing. Pada bagian ktiga tdii dai hasil simulasi phitungan dan dsain hasil optimasi dan pada bagian kmpat bisi ksimpulan dan saan. II. A. Saluan Mikostip METODE PENELITIAN Saluan mikostip adalah jnis saluan yang popula digunakan kana mudah untuk diminiatuisasi sta mudah diintgasikan dngan komponn glombang miko pasif ataupun aktif. Gamba 1 (a) adalah stuktu dai saluan micostip dan (b) adalah mdan listik dan mdan magnt pada saluan micostip [10]. Untuk mndsain dimnsi saluan mikostip, dapat mnggunakan psamaan 1 7 [10] d / W (1) Untuk W/d 1 maka nilai Z 0 akan sbanding dngan psamaan 2. Z d W ln W 4d (2) Sdangkan jika nilai W/d 1 maka nilai Z 0 dapat dicai dngan psamaan 3 Z (3) W / d 1, 393 0, 667 ln( W / d 1, 444) (a) (b) Gamba 1. Saluan Mikostip (A) Stuktu (B) Mdan Listik Dan Mdan Magnt Saluan Micostip. Untuk nilai impdansi dan konstanta dilktik diktahui, maka nilai pbandingan W/d 2 dapat dicai dngan psamaan bikut: W 8 A (4) 2 A 2 d Sdangkan jika W/d 2, mnggunakan psamaan bikut: B 1 ln(2b 1) W 2 1 0,61 d ln( B 1) 0, 39 2 dngan nilai A dan B adalah sbagai bikut: (5) Junal Infotl Vol.9 No.2 Mi

3 Pancangan Bandpass Filt Pita Smpit pada Fkunsi L-Band untuk Aplikasi Synthtic Aptu Rada (SAR) Z ,11 A 0, 23 (6) B. Filt Ring Rsonato 377 B (7) 2Z0 Filt adalah komponn yang dapat mlwatkan ntang fkunsi yang diinginkan dan mdam ntang fkunsi yang tidak diinginkan. Macam filt bdasakan fungsi plolosan fkunsi antaa lain plolos fkunsi ndah (LPF), pololos fkunsi tinggi (HPF), plolos fkunsi tngah (BPF) dan pdam fkunsi tngah (BSF) [11]. Mtod pmbuatan filt dapat mnggunakan komponn angkaian listik spti inducto ataupun kapasito maupun mnggunakan sifat dai saluan tansmisi [10][11]. Poss pancangan filt dngan mngunakan inducto dan kapasito dilakukan dngan caa mndfinisikan spsifikasi fkunsi yang ingin diloloskan dan didam, kmudian mancang filt pololos fkunsi ndah yang tnomalisasi. Dai filt plolos fkunsi ndah yang tnomalisasi, dapat diubah mnjadi filt tnomalisasi lainnya spti plolos fkunsi tinggi atau plolos fkunsi tngah. Dai filt tnomalisasi yang diinginkan tsbut, kmudian didnomalisasi untuk mndapatkan nilai komponn inducto dan kapasito [11]. Untuk pancangan mnggunakan pinsip saluan tansmisi dapat mnggunakan idntitas Kuoda dan tansfomasi Richad [10]. Kdua langkah tsbut mmanfaatkan sifat induktif dan kapasitif dai saluan dngan bban yang dihubung singkat (shot cicuit) atau dibiakan tbuka (opn cicuit). (a) (b) Gamba 2. Stuktu Rsonato Ring (a) kotak (b) lingkaan [12] Rsonato bbntuk ing mmiliki kaaktistik spon fkunsi bandpass. Jika ing sonato dihubungkan k input saluan tansmisi dan output saluan tansmisi, sinyal akan mlwati/diloloskan ing sonato dngan daman ttntu pada fkunsi sonansi ing tsbut dan akan ditolak/didam pada fkunsi di lua fkunsi sonansi. Filt ing sonato juga mmiliki spon pita fkunsi lbih smpit jika dibandingkan dngan filt sonato konvnsional [4]. Filt dngan mtod sonato bbntuk ing, baik kotak ataupun bulat, mmiliki bntuk dan angkaian yang sdhana. Dimnsi dai filt ini bnilai sama dngan klipatan dai jai-jai sonato ing, baik kotak ataupun bulat. Gamba 2 adalah gamba ing sonato dngan panjang dimnsi spti pada psamaan 8 untuk bbntuk kotak dan psamaan 9-10 untuk bbntuk lingkaan [12], l l1 l2 nlg (8) l n 2 (9) g Panjang glombang untuk sonato ing bbntuk lingkaan dapat dicai dngan psamaan bikut [8], c g (10) f III. HASIL DAN PEMBAHASAN Pancangan pada pnlitian ini mnggunakan duoid 5880 dngan pmitivitas lativ sbsa 2,2 dan ktbalan substat sbsa 1,575 mm dan tbal kondukto pada patch dan gound plan sbsa 0,0035 mm [13]. Fkunsi tngah bada pada 1,27 GHz dngan dsain awal bupa sonato bbntuk kotak. Dngan mncai dimnsi awal bupa lba patch dan kliling dai sonato, didapatkan dimnsi awal W s dan W fd yang bnilai sama sbsa 4,85 mm dngan kliling sonato sbanding dngan panjang glombang sbsa 236,22 mm. Dai paamt dan dimnsi tsbut, didsain modl filt spti pada gamba 3. Pada gamba 3, kliling lingkaan tdii dai 2 bagaian yaitu panjang l 1 dan panjang l 2 yang jika dijumlahkan akan sama dngan kliling dai sonato sbsa panjang glombang dngan mod 1. Hasil simulasi dai dsain awal dapat dilihat pada gamba 5. Gafik dngan gais tgas bwana magnta dan hitam adalah hasil dai simulasi phitungan awal. Magnta untuk paamt S11 dan hitam untuk gafik S21. Pada gamba tsbut dsain dai hasil phitungan blum dapat dikatakan sbagai filt kana pada spon fkunsi dngan mlihat paamt S11 dan S21, nilai S21 ttinggi pada ntang fkunsi 0,5 2,5 GHz sbsa -14,72 db. Paamt tsbut bada pada fkunsi 2,46 GHz dngan nilai paamt S11 sbsa -1,49 db. Dngan kondisi dmikian, dsain hasil phitungan blum Junal Infotl Vol.9 No.2 Mi

4 Pancangan Bandpass Filt Pita Smpit pada Fkunsi L-Band untuk Aplikasi Synthtic Aptu Rada (SAR) dapat mloloskan sinyal dngan fkunsi tngah sbsa 1,27 GHz dan lba pita sbsa 10 MHz. Gamba 3. Dsain Hasil Phitungan Awal Gamba 4. Dsain Hasil Optimasi Tabl 1. Dimnsi Filt Vaiabl Ktangan Ukuan (mm) l s Panjang Sisi Rsonato 43,8 W s Lba Rsonato 0,8 l coup Panjang Catuan Kopling 14,3 W coup Lba Catuan Kopling 0,8 gap Jaak Kopling 0,4 l fd Panjang Saluan Catu 4,8 W fd Lba Saluan Catu 0,4 Nilai tdkat pada fkunsi L ada pada spon S21 di fkunsi 0,75 GHz dan 1,53 GHz dngan nilai -23,86 db dan -20,55 db dan nilai S11 sbsa -1,12 db dan -0,50 db. Slain dai nilai fkunsi yang masih bgs, nilai paamt S yang ditunjukan olh hasil simulasi phitungan awal juga masih blum mmnuhi spsfikasi filt, yaitu nilai tun loss atau paamt S11 di bawah -10 db dan nilai instion loss atau paamt S21 di atas -3dB. Dngan hasil awal yang didapat, maka diplukan optimasi untuk mndapatkan spsifikasi yang ssuai, yaitu fkunsi kja bada pada 1,27 GHz dan lbapita sbsa 10 MHz. Tdapat pubahan dsain dai simulasi awal bupa pnambahan fk kopling dan optimasi dimnsi dai sonato. Pnambahan coupling lin dihaapkan bisa mningkatkan fk kopling yang slanjutnya bisa mnguangi bsa instion loss pada passband. Dsain hasil optimasi dapat dilihat pada Gamba 4 dngan dimnsi filt pada tabl 1. Dimnsi total yang didapatkan untuk mmbuat filt tsbut sbsa 55,8 mm untuk panjang filt dan 57,92 mm untuk lba filt. Untuk mlihat pubahan dai hasil dsain phitungan awal dngan hasil optimasi dapat dilihat pada gamba 5. Dngan mmphatikan spon fkunsi pada ntang yang sama, 0,5 2,5 GHz, pada hasil optimasi tdapat spon yang cuam dngan gais bwana biu untuk paamt S11 dan mmuncak dngan gais bwana mah untuk paamt S21. S11 adalah paamt yang mnunjukkan nilai pbandingan dai pot 1 yang kmbali k pot 1. Dai gamba 6 yang mupakan hasil optimasi, didapatkan nilai S11 tndah pada 1,27 GHz yang bnilai -36,25 db. Nilai ini bati daya yang kmbali pada pot 1 akibat pncatuan pada pot 1 bnilai minimal, shingga dominan daya akan klua pada pot ttangga, dalam hal ini pot 2. Untuk mmastikan daya klua pada pot 2 dan tidak mnjadi daya lain diangkaian, dilakukan dngan mlihat paamt S21 yang mnyatakan kluaan pada pot 2 akibat dai pncatuan pada pot 1. Pada fkunsi 1,27 GHz, nilai paamt S21 bnilai -0,92 db yang atinya, dominan daya klua k aah pot 2. Shingga dngan nilai S11 dan S21 tsbut, dapat dikatakan jika filt ini dapat bkja pada fkunsi 1,27 GHz dngan pantulan daya yang minimum pada pot 1 sbagai input dan luaan daya yang maksimum pada pot 2 sbagai kluaan. Untuk mlihat lba pita dai filt yang diancang, pada fkunsi 1,265 GHz nilai S21 dan S11 sbsa - 1,09 db dan -14,37 db sta pada fkunsi 1,275 nilai S11 dan S21 sbsa -14,43 db dan -1,08 db. Sdangkan jika mlihat dai paamt S11 yang dibawah -10 db maka fkunsi bada pada ntang 1,261 GHz 1,279 GHz dan paamt S21 di atas - 3dB, fkunsi bada pada ntang 1,251 GHz 1,29 GHz. Rntang fkunsi pada S21 lbih bsa dibandingkan ntang fkunsi pada S11, shingga jika hanya dibatasi pada fkunsi akibat paamt Junal Infotl Vol.9 No.2 Mi

5 Pancangan Bandpass Filt Pita Smpit pada Fkunsi L-Band untuk Aplikasi Synthtic Aptu Rada (SAR) S11, lba pita yang didapatkan sbsa 18 MHz dngan S21 yang bssuaian sbsa -1,46 db dan - 1,43 db. Gamba 5. Pbandingan Hasil Simulasi Phitungan Awal dngan Hasil Dsain Optimasi. Gamba 6. Hasil Dsain Optimasi Mmphatikan hasil optimasi dai fkunsi yang dihaapkan dngan spon paamt S yang bssuaian dngan spsifikasi, untuk paamt S yang bada di bawah -10 db, tdapat pbdaan lba pita sbsa 8 MHz, yaitu lba pita sbsa 18 MHz. Lba pita sbsa 18 MHz ini mmiliki pfoma yang lbih ndah dibandingkan lba pita sbsa 10 MHz pada fkunsi 1,265 GHz 1,275 GHz kana spon S11 yang didapatkan bada di bawah -10 db yaitu pada skita -14 db. Slisih Lba pita sbsa 8 Mhz tsbut dapat diatikan bahwa dngan kaaktistik pantulan yang sama filt yang tlah didsain mloloskan glombang 8 Mhz lbih lba dai filt yang dincanakan sbsa 10 Mhz A. Ksimpulan IV. PENUTUP Dngan mnggunakan toi sonato bbntuk kotak yang kliling sonato bbanding luus dngan panjang glombang blum didapatkan spon fkunsi yang ssuai spsifikasi filt yang dipuntukkan sistm SAR. Namun dngan pnambahan kopling pada saluan catu thadap sonato sta optimasi dimnsi filt, didapatkan filt yang bkja pada fkunsi tngah 1,27 GHz dngan nilai S11 sbsa -36,25 db dan nilai S21 sbsa -0,92 db. Untuk lba pita pada ntang fkunsi 1,265 1,275 GHz didapatkan nilai S11 dan S21 scaa buutan sbsa -14,37 db dan -1,09 db sta -14,43 db dan -1,08 db. B. Saan Sbagai lanjutan dai pnlitian ini, disaankan dapat mmpkcil ukuan dsain filt dngan mmpbsa nilai pmitivitas lativ bahan namun ttap mmphatikan nilai dai tangnsial loss bahan aga ttap mndapatkan spon S21 yang tinggi. Miniatuisasi filt btujuan untuk mmbuat sistm yang compact jika diimplmntasikan pada sistm SAR scaa ksluuhan. DAFTAR PUSTAKA [1] J. T. S. Sumantyo, Dvlopmnt Of Ciculaly Polaizd Synthtic Aptu Rada Onboad Unmannd Aial Vhicl ( CP-SAR UAV ), in IGARSS, 2012, pp [2] J. Ttuko Si Sumantyo, Dvlopmnt of Ciculaly Polaizd Synthtic Aptu Rada ( CP-SAR ) Onboad Small Satllit, in IGARSS, 2011, pp [3] M. Schultz, Synthtic Aptu Rada Imaging Simulatd in MATLAB, Califonia Polytchnic Stat Univsity, [4] C. C. Yu and K. Chang, Novl compact llipticfunction naow-band bandpass filts using micostip opn-loop sonatos with coupld and cossing lins, IEEE Tans. Micow. Thoy Tch., vol. 46, no. 7, pp , [5] ORARI, Kputusan Ktua Umum Oganisasi Amati Radio Indonsia Nomo KEP-065/OP/KU/2009 tntang Pmbagian dan Pnggunaan Sgmn Band Fkunsi Amati Radio (Bandplan), pp. 1 9, [6] D. W. Astuti, Juwanto, and M. Alaydus, A Bandpass Filt Basd on Squa Opn Loop Rsonato at 2.45 GHz, in 3d Intnational Confnc on Instumntation, Communicatins, Infomation Tchnology, and Biomdical Engining (ICICI- BME), 2013, pp [7] M. Dousti, P. Tahi, S. Sadi, and M. Zamani, A Novl Miniatuizd Naow Band Bandpass Filt Utilizing Micostip Opn-loop Ring Rsonatos fo Naow-band Applications, in Pogss in Elctomagntics Rsach Symposium Pocdings, 2012, pp [8] S. Aain, M. A. B. Abassi, S. Nikolaou, and P. Vyonids, A squa ing sonato bandpass filt with asymmtically loadd opn cicuitd stubs, in th Intnational Confnc on Modn Cicuits and Systms Tchnologis, MOCAST 2016, [9] M. P. Manggala, H. Wijanto, and B. Syihabuddin, A study of squa loop sonato filt at 2350 MHz fo nanosatllit application, in Pocding of st Junal Infotl Vol.9 No.2 Mi

6 Pancangan Bandpass Filt Pita Smpit pada Fkunsi L-Band untuk Aplikasi Synthtic Aptu Rada (SAR) Intnational Confnc on Wilss and Tlmatics, ICWT 2015, [10] M. D. Poza, Micowav Engining 4th Edition, 4th d. Nw Yok: John Wily & Sons, Inc., [11] C. Bowick, J. Blyl, and C. Ajluni, RF Cicuit Dsign, RF Cicuit Ds., [12] K. Chang and L. H. Hsih, Micowav Ring Cicuits and Rlatd Stuctus, 2nd Editio. John Wily & Sons, Inc., Publication, [13] R. Copoation, RT/duoid 5870 /5880 Datasht, pp , Junal Infotl Vol.9 No.2 Mi