Perancangan Filter Bandpass Ultra Wideband (UWB) Berbasis Metamaterial Menggunakan Teknik Stepped Impedance Resonator (SIR) B O B Y H A R N AWA N ( 2 2 1 0 1 0 0 0 9 2 ) D O S E N P E M B I M B I N G : E KO S E T I J A D I, S T., M T., P H. D. P R A S E T I YO N O H A R I M U K T I, S T., M. S C. Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro ITS 2013/2014
Latar Belakang Perkembangan Teknologi Telekomunikasi Teknologi UWB Penelitian Metamaterial
Masalah dan Tujuan Menentukan dimensi filter Menganalisis pengaruh perubahan dimensi Menganalisi pengaruh sel metamaterial Desain filter yang optimal Menganalissi pengaruh Stepped impedance resonator
Batasan Masalah Batasan Masalah Filter dirancang dengan daerah passband 3.1-10.6 GHz Substrat yang digunakan FR4 dan Roger RO4360 Parameter yang dianalisis adalah S-Parameter, bandwidth, dan distribusi arus
Ultra Wideband (UWB) FCC, 14 Februari 2002 Short Range Wireless (SRW) Spatial Capacity yang cukup besar Rentang frekuensi kerja 3.1-10.6 GHz
SRW 1000 kbits/s/m2 UWB 83 kbits/s/m2 IEEE 802.11a 30 kbits/s/m2 Bluetooth 1 kbits/s/m2 IEEE 802.11b
Filter Bandpass 0-5 S21 Grafik S21 (2.9867,-3) (10.898,-3) -10 Magnitude (db) -15-20 -25-30 1 f H 2 R C 2 2-35 0 2 4 6 8 10 12 14 Frekuensi (GHz) f 1 L 2 R C 1 1
Metamaterial 1 Material Buatan 2 Permitivitas dan permeabilitas negatif 3 Indeks bias negatif
Composite Right Left Handed (CRLH)
Stepped Impedance Resonator (SIR)
Metode Perancangan Permodelan desain awal Analisis simulasi desain awal Perancangan Filter Modifikasi desain filter Simulasi dan analisis modifikasi Fabrikasi desain Analisis Hasil Pengukuran Penarikan Kesimpulan
Parameter yang Diukur S11 S21 Bandwidth
Desain Awal
Dimensi desain awal
Hasil Simulasi Desai Awal
Pengaruh Interdigital Capacitor 3 kondisi Menghilangkan gap Menyilangkan posisi L1 Menghilangkan L1
Menghilangkan Gap
Menghilangkan L1
Menyilangkan Posisi L1
Pergantian Substrat FR4 Ԑr = 4.3 h = 1.6 mm Substrat Roger RO4360 Ԑr = 6.15 h = 1.524 mm
FR4
Roger RO4360
Perbandingan Hasil Simulasi Substrat Awal FR4 Roger RO4360 9.8 4.3 6.15
Modifikasi Desain Filter 1 2 3 4
Gap 0.25 mm
Parameter Sweep W3 L1 W2 Sweep L2 W1 L3
Penambahan Lengan Interdigital Capacitor
Penambahan Lengan Interdigital Capacitor
Penambahan Ground
Hasil Simulasi
Optimasi FR4 No. Nama Keterangan Ukuran (mm) 1 L0 Panjang feed line 15 2 L1 Panjang resonator 1 5.15 3 L2 Panjang resonator 2 4.6 4 L3 Panjang resonator 3 4.05 5 W0 Lebar feed line 1.24 6 W1 Lebar resonator 1 0.29 7 W2 Lebar resonator 2 3.41 8 W3 Lebar resonator 3 4.13 9 S Gap 0.25
Optimasi Roger RO4360 No. Nama Keterangan Ukuran (mm) 1 L0 Panjang feed line 10 2 L1 Panjang resonator 1 4.9 3 L2 Panjang resonator 2 4.6 4 L3 Panjang resonator 3 4.05 5 W0 Lebar feed line 1.24 6 W1 Lebar resonator 1 0.29 7 W2 Lebar resonator 2 3.16 8 W3 Lebar resonator 3 5.63 9 S Gap 0.25
Analisis Simulasi FR4 0 S-Parameter Magnitude (db) -5-10 -15-20 Frekuensi yang Diharapkan (GHz) -25 S11 S21 (3.5721,-10) -30 (11.233,-10) (3.2607,-3) (9.6864,-3) -35 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Frekuensi (GHz) Frekuensi Hasil Simulasi (GHz) Besar Pergeseran (MHz) 3.1 3.5721 472.1 10.6 11.233 633 Frekuensi yang Diharapkan (GHz) Frekuensi Hasil Simulasi (GHz) Besar Pergeseran (MHz) Cutoff Bawah 3.1 3.2607 160.7 Cutoff Atas 10.6 9.8646-735.4
Distribusi Arus
Analisis Simulasi Roger RO4360 Magnitude (db) 0-10 -20-30 S-Parameter -40 S11 S21-50 (3.3197,-10) (10.809,-10) (2.9867,-3) (10.898,-3) -60 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Frekuensi (GHz) Frekuensi yang Diharapkan (GHz) Frekuensi yang Diharapkan (GHz) Frekuensi Hasil Simulasi (GHz) Besar Pergeseran (MHz) 3.1 3.3197 219.7 10.6 10.809 209 Frekuensi Hasil Simulasi (GHz) Besar Pergeseran (MHz) Cutoff 3.1 2.9867-113.3 Bawah Cutoff Atas 10.6 10.898 298
Distribusi Arus
FR4 vs Roger RO4360 0 S11-10 0 S21-5 Magnitude (db) -20-30 -40-50 Magnitude (db) -60 0 2 4 6 8 10 12 14-10 -15-20 Frekuensi (GHz) Grafik S11 FR4 (3.5721,-10) (11.233,-10) Grafik S11 Roger RO4360 (3.3197,-10) (10.809,-10) -25 Grafik S21 FR4 (3.2607,-3) (9.6846,-3) -30 Grafik S21 Roger RO4360 (2.9867,-3) (10.898,-3) -35 0 2 4 6 8 10 12 14 Frekuensi (GHz)
Fabrikasi Desain Filter
Metode Pengukuran
Hasil Pengukuran 0 S21-5 Magnitude (db) -10-15 -20 Hasil Simulasi Hasil Pengukuran Sesuai Simulasi di LIPI Hasil Pengukuran Sesuai Simulasi di AJ.404 Hasil Pengukuran Feeder 30mm (2.9867,-3) (3.465,-2.99197) (3.285,-2.98806) -25-30 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Frekuensi (GHz)
Kesimpulan 1 2 3 4 5 Semakin besar nilai ε r dari bahan substrat yang digunakan, semakin kecil pula dimensi yang dihasilkan Penambahan interdigital capacitor sebagai implementasi dari metamaterial dapat memperlebar bandwidth Parameter sweep digunakan untuk mengetahui karakterristik dari tiap dimensi sehingga membantu dala menentukan dimensi yang optimal Hasil simulasi Roger RO4360 menghasilkan frekuensi cutoff 2.9867-10.898 GHz, dan FR4 menghasilkan Frekuensi cutoff 3.2607-9.6846 GHz Frekuensi cutoff hasil pengukuran desain filter dengan Substrat FR4 dan Roger RO4360 masing-masing 4.2 GHz dan 3.255 GHz
Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro ITS 2013/2014