MODEL KOMPUTASI RANGKAIAN EKIVALEN SALURAN TRANSMISI MIKROSTRIP DENGAN MATLAB OLEH : NAMA : KENDRI S. MALAU NIM : 070402035 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
ABSTRAK Saluran transmisi merupakan suatu media yang digunakan untuk mengirimkan sinyal atau gelombang dari sumber sinyal kepada penerima. Saluran transmisi dapat dimodelkan kedalam suatu rangkaian listrik atau rangkaian akivalen yang berfungsi sebagai medium mengalirnya gelombang listrik. Pada Tugas Akhir ini akan dibahas model komputasi rangkaian ekivalen saluran mikrostrip untuk menganalisis karakteristik perambatan gelombang pada saluran transmisi mikrostrip dengan cara memodelkan saluran transmisi tersebut kedalam suatu rangkaian ekivalen dan dikomputasikan menggunakan bantuan perangkat lunak Matlab sehingga didapat model perambatan gelombang pada saluran mikrostrip. Dari hasil komputasi yang dilakukan, didapatkan bahwa gelombang yang merambat pada saluran mikrostrip untuk tebal dielektrik H = 0,76 mm dengan impedansi karakteristik Z 0 = 141,1855 Ω, konstanta fasa β = 91,182 rad/m, dan konstanta redaman α = 0,3712 Np/m memiliki tingkat degradasi sinyal yang lebih kecil dibandingkan dengan tebal dielektrik H yang lain, terlihat dari selubung (envelope) gelombang yang hampir rata.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkah dan rahmat-nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik Tugas Akhir yang berjudul : MODEL KOMPUTASI RANGKAIAN EKIVALEN SALURAN TRANSMISI MIKROSTRIP DENGAN MATLAB. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Elektro FT USU. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu : Kristian Malau dan Norkaida br. Hutabarat; kakak penulis, yaitu Dewi Nurita Malau; ketiga adik penulis yaitu Eve Ida Malau. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir saya, yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini; 2. Bapak Fahmi, ST, M.Sc selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh perkuliahan; 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara;
4. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik ; 5. Kepada sahabat sekaligus teman terbaik penulis yaitu Soli Natalia Tambunan, SKG yang telah banyak memberikan dukungan moral dan semangat kepada penulis. 5. Teman-teman sesama mahasiswa stambuk 2007, Josua Eliasta Ginting, Niko Siagian, Leonardo Siregar, Sandi Siburian, Kaban Jaya Siahaan, Hagoaro Waruwu, Hotbe Hasugian, Setia Sianipar, Ramcheys Siahaan, Jannes Pinem, Cimet, Advent, Lamhot Abdi Simanjuntak, Sofian Harefa, Leonardo Hutauruk, dan yang lainnya; 6. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan kontribusinya, baik secara langsung dan tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik lagi. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermamfaat bagi para pembaca. Medan, Juli 2011 Penulis
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Metodologi Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II SALURAN TRANSMISI MIKROSTRIP 2.1 Umum... 5 2.2 Jenis Media Saluran Transmisi... 6 2.3 Saluran Transmisi Mikrostrip... 9 2.4 Struktur Geometri Saluran Mikrostrip... 11 2.5 Parameter Saluran Transmisi Mikrostrip... 12 2.6 Rugi-rugi Saluran Mikrostrip... 14 2.7 Komponen-komponen Terbuat dari Mikrostrip... 15 2.8 Keunggulan dan Kelemahan Saluran Mikrostrip... 19 BAB III RANGKAIAN EKIVALEN SALURAN TRANSMISI MIKROSTRIP 3.1 Umum... 22
3.1.1 Lumped Constant... 21 3.1.1 Distributed Constant... 21 3.2 Rangkaian Ekivalen Saluran Transmisi Mikrostrip... 24 3.3 Persamaan Diferensial Untuk Sinyal Harmonis dan Impedansi Karakteristik Saluran Transmisi... 26 3.4 Perambatan Gelombang... 30 BABIV MODEL KOMPUTASI RANGKAIAN EKIVALEN SALURAN TRANSMISI MIKROSTRIP DENGAN MATLAB 4.1 Umum... 33 4.2 Parameter Asumsi... 33 4.3 Model Komputasi Gelombang Yang Merambat Pada Rangakaian Ekivalen Saluran Transmisi Mikrostrip... 37 4.4 Analisa Perambatan Gelombang Hasil Komputasi... 46 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpilan... 47 5.2 Saran... 48 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Two wire line... 6 Gambar 2.2 Kabel koaksial... 7 Gambar 2.3 Waveguide (a) Rectangular, (b) Circular... 8 Gambar 2.4 Shielded pair... 8 Gambar 2.5 (a) Mikrostrip, (b) Stripline... 9 Gambar 2.6 Mode-mode ordo tinggi pada mikrostrip... 10 Gambar 2.7 Struktur geometri saluran transmisi mikrostrip... 11 Gambar 2.8 Rangkaian pembagi daya... 16 Gambar 2.9 Rat-race coupler dan Parallel line coupler... 17 Gambar 2.10 (a) Filter Butterworth (HPF), (b) Filter Chebychefs (LPF), (c) Band pass filter, (d) Band stop filter... 18 Gambar 2.11 Foto dua filter dengan menggunakan teknologi mikrostrip.. 19 Gambar 3.1 Distributed inductance... 22 Gambar 3.2 Distributed capacitance... 22 Gambar 3.3 Distributed resistance... 23 Gambar 3.4 Distributed conductance... 24 Gambar 3.5 Parameter-parameter distributed saluran transmisi... 25 Gambar 3.6 Tegangan dan arus sebagai batas awal dan akhir saluran... 29 Gambar 4.1 Struktur mikrostrip... 33 Gambar 4.2a Pengaruh perubahan tebal dielektrik terhadap impedansi Karakteristik saluran mikrostrip... 35 Gambar 4.2b Pengaruh perubahan tebal dielektrik terhadap konstanta redaman saluran mikrostrip... 36
Gambar 4.2b Pengaruh perubahan tebal dielektrik terhadap konstanta redaman saluran mikrostrip... 36 Gambar 4.3 Flow chart... 39 Gambar 4.4 H = 0.1 mm... 40 Gambar 4.5 H = 0.15mm... 41 Gambar 4.6 H = 0.2 mm... 41 Gambar 4.7 H = 0.25 mm... 42 Gambar 4.8 H = 0.3 mm... 43 Gambar 4.9 H = 0,36 mm... 43 Gambar 4.10 H = 0,51 mm... 44 Gambar 4.11 H = 0,71 mm... 45 Gambar 4.12 H = 0,76 mm... 45 Gambar 4.13 Gelombang hasil komputasi untuk setiap nilai tebal dielektrik mikrostrip (H)... 46