SAL TRANS GEL MIKRO (I) Ref : Pozar

Transkripsi

1 SAL TRANS GEL MIKRO (I) Ref : Pozar

2 Sal koaksial dan medan gelombang TEM

3 Kuat medan arah z : E E t Vo ln( b / a) Sal koaksial ideal ρ' e ρ J S jkz H Rapat arus pd permukaan luar konduktor dalam : Daya mengalir melalui sal koaksial : H n' xh ρ' xh t Vo φ' e η ln( b / a) ρ t jkz Voe z' ηa ln( b / a) jkz P πvo η ln( b / a) k ω με η μ / ε Impedansi karakteristik sal koaksial simetri dng dielektrik non magnetic : Z o 1 π μ ln ε b a 60 ε r ln b a ε ε ε r / o

4 Sal koaksial loss rendah Konstanta propagasi : K α + jβ Konstanta redaman dielektrik : α d σ d μ ε Konstanta phasa : β ϖ με k Impedansi non-zero surface : η c (1 + j) wμ σ 1+ j σδ δ 1 : skindepth πfμσ

5 Parameter primer : + b a R R S 1 1 π a b Z L o o o ln ' π μ ε μ ' '' ε wε C G a b Z C o o ln ε ' π μ Parameter sekunder : + C L G L C R 1 α C L Z o Conductor surface resistance : σ ωμ R S

6 Contoh Sal trans koaksial dielektrik udara, jari-jari konduktor luar dan konduktor dalam masingmasing berturut-turut 6 cm dan 3 cm. Hitunglah harga : (a)induktasi per satuan panjang (b)kapasitansi per satuan panjang (c)impedansi karakteristik saluran

7 Contoh Konstanta primer kabel koaksial pd 1 GHz adalah : L 50 nh/m, C 95 pf/m, R 0,06 Ohm/m, G 0 Hitunglah : (a)konstanta redaman α (b)konstanta phasa β (c)kecepatan phasa μ p (d)permitivitas relatif ε r (e)loss daya pada panjang 10 m, jika daya masukan 500 W

8 Mode orde tinggi Pd frek cukup tinggi, akan dibangkitkan mode orde tinggi dlm sal koaksial. Mode orde tinggi terendah TE 11 dan TM 01 Panj gel cut off : - λ C(TE11) π(a + b) - λ C(TM01) (b-a)

9 Mode orde tinggi pd saluran koaksial Garis medan E Garis medan H

10 Planar trans line Sal trans bidang/datar : (a) Strip line (b) Microstrip line (c) Slot line (d) Coplanar strip line

11 Strip lines Pada W/b 0,5 : Z o 30 ε r (1 + k ) ln (1 k) k πw sec h b Pada W/b > 0,5 : Z o ε r 30π (1 + ln (1 k') k') k' 1 k tanh π W b Pada stripline simetris W/b >> 0,35 : Z o 94,15 WK ε r b + C f 8,854ε r 1 K 1 1 t / b C f [ K ln( K + 1) ( K 1)ln( 1) ] 8,854ε r K π C f : kapasitansi fringing (pf/m), meningkat karena medan elektrik fringing diujung strip.

12 Grafik Z o vs W/b

13 Impedansi sal strip tertutup sempurna

14 Mode orde tinggi pd stripline Batas atas frekuensi ditentukan oleh munculnya mode orde tinggi terdekat TE 10 dan TM 11. Panjang gelombang cutoff pada mode tsb adalah : λ b ε λ W πb + o( TM ) o( TE r 11 r 10 ) Loss pada strip line Untuk bahan dielektrik loss rendah, faktor redaman meningkat karena loss konduktor : ε α c Rs πw / b + ln(4b / πt) Z b ln + πw / b o W b, t b 10 R S π f μ σ

15 Panjang gel cut-off vs lebar konduktor tengah pd mode orde tinggi TE dan TM

16 Konektor strip line launher : (a) Konektor strip line (b) konektor microstrip line

17 Saluran mikrostrip > 1/ 1 0, / h W W h h W r r eff ε ε ε 1/ / > > W h h W r r eff ε ε ε Keuntungan sal mikrostrip adalah karena ukurannya yg sangat kecil (0,008 0,08 mm ), mudah diinstalasi input dan outputnya. Konstanta dielektrik efektif

18 Impedansi karakteristik dan panj gel pandu + > h W W h Z h W eff o 4 8 ln 60 1 / ε W h Z h W eff o ε 376,7 1 / > >> > > 1,444 0,667 ln 1,4 376,7 1 / h W h W Z h W eff o ε eff o g ε λ λ

19 Variasi Z o terhadap W/h

20 Variasi Z o terhadap W/h

21 Loss pada saluran mikrostrip Pd bahan non-magnetic, loss yg terjadi dalam mikrostrip terdiri : (1) Loss dielektrik dalam bahan () Ohmic loss dalam konduktor strip dan ground plane karena konduktifitas finite. α α d + α c α d σ d : ( ε 1) σ μ ε d eff r 7,3 db/m ( ε r 1) ε eff λg Konduktifitas bahan dielektrik σ d tanδ : Tangen loss dielektrik ωε ε tan δ α c 8,686 Z o W πfμ σ db/m

22 Variasi konstanta redaman thd W/h

23 Sifat-sifat bahan substrate BAHAN ε Tan δ PTFE, 0,000 0,0005 RT/Duroid 5880,6 0,001 Beryllia 6,6 Alumina 9,6-10 0,0005 0,00 Sapphire 9,4 0,000

24 Contoh Sal mikrostrip terdiri dari konduktor tembaga dng ketebalan zero diatas substrate yg memiliki ε r 8,4; tan δ 0,0005 dan ketebalan,4 mm. jika lebar saluran 1 mm, dan dioperasikan pada 10 GHz. Hitunglah : (a) Impedansi karakteristik (b)redaman karena loss konduktor dan loss dielektrik

25 Slot lines Komponen aktip/pasip paralel mudah dipasang melintang saluran dr atas. Medan propagasi terkonsentrasi di wilayah dielektrik di celah antara konduktor bersebelahan. Mode propagasi TE karena medan magnit memiliki komponen longitudinal dan transversal Polarisasi medan magnit lingkaran pd lokasi periodik sehingga dapat dimanfaatkan pada perancangan isolator ferrite. Impedansi karakteristik meningkat sesuai dengan lebar celah. Impedansi karakteristik cepat bervariasi karena perubahan frekuensi bila dibandingkan dng saluran mikrostrip

26 Coplanar lines Terdiri dari 3 konduktor paralel. Pemasangan komponen seri dan paralel melintang celah di strip tengah dan slot antara konduktor sangat mudah dilakukan. Mode propagasi TE karena medan magnit memiliki komponen longitudinal dan transversal Polarisasi medan magnit lingkaran pd lokasi periodik sehingga dapat dimanfaatkan pada perancangan isolator ferrite.

27 Keuntungan & kerugian saluran bidang Keuntungan : Ukuran kecil dan ringan Mudah dipasang di tubuh logam Reliabilitas meningkat Murah Mudah menjangkau pada pemasangan komponen Z o mudah dikendalikan dng ukuran pd satu bidang tunggal. Perancangan sirkit pasip mudah dng merubah ukuran sal pd satu bidang.

28 Keuntungan & kerugian saluran bidang Kerugian : Kapasitas daya rendah karena ukuran kecil Loss radiasi karena struktur terbuka, dikurangi dengan memperbanyak garis medan di bahan dielektrik dng menggunakan bahan yg memiliki konstanta dielektrik tinggi. Perancangan sirkit dan komponen aktif harus akurat

29 Pandu gelombang segi empat Geometri pandu gel segiempat

30 Frekuensi cutoff mode TE mn : 1 + b n a m f c με b n a m λ c Konstanta propagasi : 1 ω ω με ω β c k z Kecepatan phasa gelombang : 1 f f u u c p β ω με 1 u : Kec phasa dalam unbounded dielectric (με)

31 Kecepatangrup: v g u u p Panjang gelombang guide : λ μ f λ g 1 1 ( λ / λ ) : panj gel pada unbounded dielectric c Impedansi gel karakteristik pada mode TE mn : Z η μ / ε η ( f / f ) o W ( TE) 1 c λg 377 λ Ohm : impedansi intrinsik pada unbounded dielectric

32 Frek cutoff, konstanta propagasi, kec phasa dan kec group serta panjang gelombang guide mode TM mn, sama dengan mode TE mn. Impedansi gel karakteristik mode TM mn : Z f f c W ( TM ) η λo λ Hub impedansi karakteristik mode TE mn dan TM mn : g Z W Z ( ). η TE W ( TM )

33 Konfigurasi medan mode TE

34 Konfigurasi medan mode TE

35 Konfigurasi medan mode TE

36 Konfigurasi medan mode TM

37 Konfigurasi medan mode TM

38 Konfigurasi medan mode TM

39 Mode dominan Perbandingan frek cutoff beberapa mode orde tinggi dinormalisasi thd mode dominan TE 10 f f c ( mn c ( TE 10 ) ) a/b TE 10 TE 01 TE 11 TM 11 TE 0 TE 0 TE 1 TM 1 TE 1 TM 1 TE TE TE ,414,36,36,88 3 1,5 1 1,5 1,803 3,500 3,16 3, ,36 4,88 4,13 4, ,16 6 3,606 6,083 6,35 3

40 Contoh Pandu gelombang segi empat a 5 Cm, b Cm digunakan utk mempropagasikan mode TM 11 pd frek 10 GHz. Hitunglah : (a) panjang gelombang cutoff (b) Impedansi karakteristik

41 Daya mengalir dlm pandu gelombang Loss daya di dinding persatuan panjang : + + a k a b R P C S L β Konstanta redaman mode TE 10 : ( ) με ω βωμ α a bk ab R C S C + Neper/m ,686 f f a b f f b R C C S C ε μ α db/m

42 Redaman mode dominan pd pandu gelombang segiempat

43 Contoh Pandu gelombang tembaga segi empat berisi udara berukuran 0,9 inch x 0,4 inch dan panjang 1 inch dioperasikan pd gel 9, GHz mode dominan. Hitunglah : (a) Frekuensi cut off (b) Panjang gelombang guide (c) Kecepatan phasa (d) Impedansi karakteristik (e) Loss

44 Metode eksitasi mode pd pandu gelombang segiempat