BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Filter [1] Filter merupakan suatu rangkaian yang digunakan untuk melewatkan frekuensi tertentu, dengan meloloskan sinyal frekuensi yang diinginkan dan meredam frekuensi yang tidak diinginkan. Frekuensi pemisah antara frekuensi yang diinginkan dan yang tidak diinginkan disebut frekuensi cut off. Dalam merancang sebuah filter, terdapat beberapa parameter yang harus diperhatikan, yaitu: pass bandwidth, frekuensi dan atenuasi pada stop band, impedansi masukan dan keluaran, return loss, insertion loss dan group delay. Berdasarkan sifat penguatannya, filter bisa diklasifikasikan : a. Filter Aktif : bersifat menguatkan, ada catuan tegangan dari luar Komponen penyusunnya : penguat, kapasitor dan resistor. Keuntungan : ukuran yang lebih kecil, ringan, lebih murah dan lebih fleksibel dalam perancangannya Kekurangan : kebutuhan catu daya eksternal, lebih sensitif terhadap perubahan lingkungan, dan memiliki frekuensi kerja yang tidak terlalu tinggi (hanya sampai ratusan MHz) b. Filter Pasif : bersifat tidak menguatkan Komponen penyusunnya : induktor, kapasitor dan resistor 6

2 7 Kelebihan : dapat digunakan untuk frekuensi tinggi Kekurangan : dimensi lebih besar daripada filter aktif Berdasarkan daerah frekuensi yang dilewatkan, filter dapat dibagi menjadi beberapa jenis yaitu : 1. Low Pass Filter (LPF) Filter yang meneruskan sinyal berfrekuensi rendah dan menghalangi sinyal yang berfrekuensi tinggi sampai dengan tak hingga. 2. High Pass Filter (HPF) Filter yang meneruskan sinyal berfrekuensi tinggi (passband) dan menghalangi sinyal yang berfrekuensi rendah (stopband). 3. Band Pass Filter (BPF) Filter yang meneruskan sinyal pada rentang frekuensi tertentu (passband) dan menghalangi sinyal yang berfrekuensi lebih rendah dan lebih tinggi daripada passband (dua stopband). Rentang passband disebut bandwidth (BW) yang merupakan selisih antara frekuensi pada ujung passband. 1. Wideband Band Pass Filter (bila perbandingan antara frekuensi cut off atas dengan frekuensi cut off bawah lebih besar dari 2) 2. Narrowband Band Pass Filter (bila perbandingan antara frekuensi cut off atas dengan frekuensi cut off bawah lebih kecil atau sama dengan 2)

3 8 4. Band Stop Filter (BSF) Filter yang menghalangi pengiriman komponen sinyal pada rentang frekuensi tertentu (stopband) dan meneruskan sinyal yang berfrekuensi lebih rendah dan lebih tinggi Merancang Filter Ada dua teknik yang biasa digunakan dalam mendesain filter, yaitu metode image parameter dan metode insertion loss. Dari dua metode ini, hanya metode insertion loss yang memberikan spesifikasi secara lengkap dan paling dapat direalisasikan. Persamaan yang dipakai dalam perancangan filter jenis lain pada umumnya menggunakan parameter prototipe LPF (Low Pass Filter) melalui transformasi frekuensi, normalisasi elemen filter, dan simulasi elemen dengan saluran transmisi gelombang mikro. Dengan menggunakan metode insertion loss dapat dirancang sebuah filter yang (dapat dikatakan) mendekati ideal. Metode ini terdiri dari : 1. Perancangan prototip filter lowpass sesuai dengan spesifikasi frekuensi dan passband yang diinginkan. 2. Tranformasi protipe low-pass ini ke dalam tipe filter yang dibutuhkan (low-pass, high-pass, band-pass, atau band-stop) sesuai dengan spesifikasi. 3. Realisasi ke dalam rangkaian elemen terdistribusi, seperti mikrostrip, koaksial, atau pandu gelombang (waveguide).

4 Karakteristik Redaman Berdasarkan bentuk respon frekuensi terhadap gain, filter dibagi menjadi : a. Butterworth: flattest pass-band tetapi buruk pada roll-off rate. b. Chebyshev: ada beberapa ripple pada pass-band tapi tingkat roll-off-nya lebih baik (lebih curam). c. Elliptic: ada beberapa ripple pada pass dan stop band tetapi dengan tingkat roll-off yang curam. d. Bessel: tingkat roll off yang paling buruk dari filter yang lain tetapi respon fasa terbaik. Filter dengan respon fasa buruk akan bereaksi buruk terhadap perubahan level sinyal Band Pass Filter Gambar 2.1 : Diagram blok Filter secara umum Pada Gambar 2.1 adalah gambaran filter secara umum, 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

5 10 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). Gambar 2.2 : Respon Band Pass Filter ideal Pada Gambar 2.2 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 2.3. Gambar 2.3 : Toleransi yang diberikan pada sebuah band pass filter

6 11 Toleransi yang diberikan pada sebuah band pass filter ditunjukkan dengan garis putus-putus pada Gambar 2.3. Sehingga dengan toleransi tersebut, sebuah band pass filter akan dapat memiliki respon frekuensi dengan pendekatan filter ideal yang berbeda antara filter satu dengan yang lainnya. Maka munculah beberapa teori yang berkaitan dengan pendekatan band pass filter yang memiliki respon frekuensi yang berbeda-beda Realisasi Band Pass Filter Pada dasarnya filter dapat dibuat sesuai dengan komponen yang digunakan, dalam hal ini berdasarkan komponen yang digunakan filter dapat digolongkan kedalam 2 jenis yaitu menggunakan komponen diskrit dan komponen terdistribusi. Filter dengan menggunakan komponen komponen diskrit biasanya tersusun atas komponen reaktif R ( resistor), L ( Induktor), C (Kapasitor) atau biasa disebut filter pasif dan komponen R,C penguat / Operational Amplifier ( filter aktif). Filter dengan menggunakan komponen komponen terdistribusi tersusun atas komponen yang berasal dari komponen L,C,R terdistribusi (saluran transmisi). Dalam hal ini beberapa contoh saluran transmisi diantaranya saluran mikrostrip, combline, waveguide, coaxial dan jenis saluran transmisi yang lain. 2.2 Filter Band Pass Combline 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.

7 12 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 2.4 : Contoh Design Combline Filter [2] 2.3 Prinsip Kerja Radar Altimeter Gambar 2.5 : Konsep Dasar Radar Altimeter (Tampak Depan) [3]

8 13 Prinsip kerja radar altimeter adalah mengirimkan gelombang radio ke arah permukaan tanah atau permukaan laut dan menerima sinyal gema setelah durasi waktu. Nilai waktu tergantung pada kecepatan pesawat dan jarak antara pesawat (udara atau ruang) dan tanah. Ada dua jenis system pulsa radar altimeter yaitu frekuensi termodulasi dan gelombang kontinu (FM-CW) Radar altimeter dimana gelombang radio elektromagnetik dikirim secara terus-menerus dan dipantulkan kembali sehingga terjadi perbedaan fasa dari gelombang radio elektromagnetik yang dikirim dan diterima kembali. Perbadaan fasa (frequency shift) ini dijadikan sebagai ukuran untuk menentukan jarak atau ketinggian pesawat terhadap ground. Semakin besar beda fasa yang dihasilkan semakin jauh jarak atau ketinggiannya. Terdapat dua antena yang digunakan, satu untuk pengirim (transmit) gelombang radio (radio waves) dan lainnya sebagai penerima (receives) sinyal gema dipantulkan oleh tanah atau permukaan laut. Waktu penerimaan adalah rasio dari dua kali ketinggian antara pesawat dan sinyal yang dipantulkan termodulasi dan ditransmisikan beroprasi pada ketinggian meter menggunakan antena terpisah untuk mengirim dan menerima. (Vishwakarma dkk.,2006). Radar Altimeter juga digunakan pada pesawat sipil dan milimeter : Pada pesawat sipil ini digunakan pada kondisi visibilitas rendah (low visibility) dan sistem pendaratan otomatis (automatic landing systems). Aplikasi altimeter memberikan pembacaan hingga meter dan altimeter cuaca untuk kaki di atas permukaan tanah (Above the Ground Level / AGL).

9 14 Pada pesawat militer digunakan untuk terbang cukup rendah di atas tanah dan laut untuk menghindari deteksi radar dan penargetan oleh senjata pesawat atau rudal pada permukaan tanah ke udara. Persamaan delay radar altimeter : (2.1) Dimana : t = Ketinggian maksimal radar altimeter = 8000 m c = kecepatan cahaya = m/s V = kecepatan maksimal pesawat 909 Km/Jam 2.4 Studi Literatur Studi literatur adalah mencari referensi teori yang relevan dengan kasus atau permasalahan yang ditemukan. Literatur tersebut berisi tentang judul literatur, masalah, metodologi penelitian, dan hasil penelitian. Studi literatur dalam sebuah penelitian untuk mendapatkan gambaran yang menyeluruh tentang apa yang sudah dikerjakan orang lain dan bagaimana orang mengerjakannya, kemudian seberapa berbeda penelitian yang akan dilakukan serta untuk memperkuat permasalahan serta sebagai dasar teori dalam melakukan studi dan juga menjadi dasar untuk melakukan sebuah penelitian. Dalam penelitian ini, jurnal yang menjadi referensi merupakan jurnal international dan nasional kemudian dibuat kesimpulan dari hasil tulisan peneliti

10 15 peneliti sebelumnya sehingga dapat membuat pembaharuan dalam penelitian agar memiliki hasil akhir yang berbeda dari penelitian-penelitian yang pernah dilakukan serta memperkuat teori dasar. Keempat jurnal tersebut selajutnya dibandingkan dengan penelitian yang akan dilakukan untuk menemukan relefansi dan dasar penelitian. Tabel 2.1 : Studi Literatur Keterangan Penelitian I Penelitian II penelitian III Penelitian IV Judul Penelitian A Constant-Q Tunable Combline Bandpass Filter using Angular Tuning Technique Oleh M. A. Iskander, M. Nasresfahani and R. R. Mansour Center for Integrated RF Engineering (CIRFE) 2014 [4] Tunable Combline Filter With Continuous Control of Center Frequency and Bandwidth Oleh Manuel Sanchez-Renedo, Roberto Gomez-Gracia, Student Member, IEEE, and Cesar Briso-Rodriguez 2016 [5] A Reconfigurable Microwave Combline Filter Oleh Mehmet Yuceer, Member, IEEE 2016 [6] Perancangan dan Realisasi BPF-Combline Radar Altimeter pada Frekuensi 4,2-4,4 GHz Masalah Bagaimana merancang dan merealisasikan sebuah BPF-Combline yang fleksibel agar filter dapat berfungsi sebagai tranceiver (tramsit/receive) dengan teknik tuning angular Bagaimana merancang dan merealisasikan Tunable Combline Filter yang dapat mengontrol frekuensi tengah dan bandwidth? Bagaimana merancang BPF yang tunable? Bagaimana merancang dan merealisasikan sebuah BPF-Combline Radar Altimeter pada frekuensi 4,2-4,4 GHz Metodologi Penelitian Merancang BPF- Combline dan melakukan pengukuran dengan pengujian-pengujian atau simulasi Merancang Combline Filter menggunakan perhitunganperhitungan dasar hingga didapat sebuah combline filter yang tunable dan fleksibel dengan pengujian atau simulasi. Melakukan perhitungan dan perancangan serta simulasi-simulasi agar mendapat nilai frekuensi yang diinginkan Melakukan perancangan serta memvariasikan parameter yang dalam simulasi yang dibantu oleh software HFSS (High Frequency Structure Simultor) Hasil Teknik tune angular telah sukses bekerja pada BPF-Combline dengan high-q atau insertion loss konstan kurang dari 0.11 db Tunable Combline Filter dapat diilustrikan dengan baik dan bekerja di UHF band ( MHz) dan support juga pada frekuensi dan bandwidth yang berbeda/lain Mendapatkan hasil pengukuran dan simulasi yang baik Mendapatkan BPF- Combline yang tunable dan sesuai dengan spesifikasi performasi yang baik Literatur Pertama Judul Penelitian : A Constant-Q Tunable Combline Bandpass Filter using Angular Tuning Technique [4]

11 16 Penelitian ini yaitu merancang BPF-Combline yang tunable dengan menggunakan teknik angular tuning dan mengoptimalisasikan bandpass filter agar tunable pada rentan frekuensi 430 MHz 3,6 GHz dengan meningkatkan parameter utama seperti insertion loss, return loss dan BW. Metode yang dilakukan yaitu dengan memilih teknologi Combline untuk realisasi filter menggunakan motor kecil sebagai elemen untuk menstel/tuning. Badan filter berbentuk kubus dengan ukuran 40 cm x 40 cm x 30 cm, dengan resonator berbentuk batang silinder (slabline) dengan diameter dan tinggi adalah 10mm dan 15mm. Terletak di tengah secara vertical. Teknik sudut/angular tuning yang dipakai adalah berbentuk persegi panjang yang berputar di atas resonator. Ketika elemen tuning diputar maka frekuensi tengah berubah. Gambar 2.6 : Desain Bandpass Filter Combline Penelitian ini menghasilkan bahwa perancangan bandpass filter combline dengan karakteristik kontrol sudah sesuai dengan tujuan dan design. Tujuan dari

12 17 filter frekuensi passband dapat dikendalikan secara fleksibel dengan menyesuaikan atau menstel elemen tuning. Dari hasil percobaan atau simulasi didapat insertion loss lebih rendah dari 0,11 db. Namun setelah fabrikasi insertion loss berubah menjadi 0,25 db 0,33 db Literatur Kedua Judul Penelitian : Tunable Combline Filter With Continuous Control of Centre Frequency and Bandwidth [5] Keuntungan tunable combline filter yang terdapat pada penelitian ini yaitu frekuensi tengah dan bandwidth yang dapat diatur. Untuk mengatur bandwidth dengan cara menstel atau tuning variable kopling pada resonator. Dari hasil pengukuran memperlihatkan bahwa 70% frekuensi tengah dapat tunable pada frekuensi MHz dan pada saat trekuensi tengah sedang distel atau tuning, return loss menjadi sedikit naik dan bandwidth menjadi sedikit sempit. Noise yang terjadi pada saat pengukuran kemungkinan disebabkan oleh factor elemen atau kurang presisi pada saat pabrifikasi. Design filter sangat berguna untuk pengenbangan DVB-T receiver untuk analog dan digital TV channel. Kesimpulan dari hasil nilai pengukuran ialah sangat mendekati nilai simulasi.

13 18 Gambar 2.7 : Perbandingan Antara Pengukuran dan Simulasi Literatur Ketiga Judul Penelitian : A Reconfigurable Microwave Combline [6] Pembahasan jurnal ini tentang perancangan dan implementasi RF/Microwave filter yang tunable serta pemakain frekuensi yang efisien dan fleksibel menggunakan BPF combline. Transformasi dari resonator menjadi combline terbukti sama atau equivalen. Design filter pada jurnal ini menggunakan 5 resonator menghasilkan Bandpass yang kecil dengan bandwidth 80 MHz, frekuensi tengah pada 2 GHz dan return loss lebih dari 20 db.

14 19 Gambar 2.8 : Literatur Ketiga (a) skema jaringan. (b) hasil simulasi Tugas Akhir Judul Penelitian : Perancangan dan Realisasi BPF-Combline Radar Altimeter pada Frekuensi Tengah 4,4 GHz. Penelitian ini merupakan realiasi dari bandpass filter dengan membuat design dan karakteristik bandpass filter menggunakan combline berbentuk tabung atau silinder dengan radius 4,5 cm dan tinggi 2,5 cm. Jumlah resonator yang dipakai adalah 3 yang dapat dituning dengan cara memutar resonator secara manual. Penulis menggunakan studi parameter yang dibantu oleh software HFSS agar mendapatkan bandpass pada frekuensi tengah 4,4 GHz.

15 20 Gambar 2.9 : Desain BPF-Combline