PENGUKURAN DAN PEMODELAN KONSTANTA DIELEKTRIK AIR HUJAN PADA FREKUENSI GELOMBANG MIKRO Fify Triana 2209105005 Pembimbing : Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D Ir. M. Aries Purnomo 1
Latar Belakang Komunikasi Frekuensi tinggi (microwave) Air hujan Kualitas komunikasi Absortion Scattering Permitivitas 2
Latar Belakang Komunikasi pada frekuensi tinggi dipengaruhi oleh cuaca seperti hujan. Air hujan ini memiliki nilai permitivitas yang berpengaruh terhadap absorpsi dan scattering. Pengukuran nilai permitivitas dapat membantu dalam desain pembuatan perangkat yang dipakai pada frekuensi tinggi. 3
Rumusan Masalah Pengukuran nilai konstanta dielektrik permitivitas air hujan daerah tropis pada frekuensi gelombang mikro Nilai konstanta dielektrik permitivitas air hujan Pengolahan hasil pengukuran dan mendapatkan pemodelan permitivitas air hujan Perbandingan konstanta dielektrik air hujan dengan air murni pada teori Debye. 4
Batasan Masalah Pengukuran konstanta dielektrik air hujan pada frekuensi gelombang mikro dimana frekuensinya disesuaikan dengan perangkat pengukuran yang tersedia. Metode pengukuran yang digunakan adalah metode Transmission/Reflection. 5
Tujuan Mendapatkan nilai konstanta dielektrik permitivitas air hujan pada frekuensi gelombang mikro. Mendapatkan pemodelan konstanta dielektrik air pada frekuensi gelombang mikro. Membandingkan hasil pengukuran permitivitas dengan hasil teori Debye. 6
Metodologi Pemilihan metode pengukuran dengan metode Transmission/Reflection Pengukuran magnitude daya transmit dan refleksi Skalar Kompleks Kalkulasi koefesien transmit, koefesien refleksi dan permitivitas skalar dan kompleks Analisa data 7 Kesimpulan
Dasar Teori (1) Gelombang mikro > 300 MHz (3x10 5 Hz) Name Frequency Principal use Radio-frequency band names ELF 3-30 Hz SLF 30-300 Hz Power grids ULF 300-3000 Hz Microwave bands VLF 3-30 khz Submarines Old New Frequency LF 30-300 khz Beacons L D 1-2 GHz MF 300-3000 khz AM broadcast S E, F 2-4 GHz HF 3-30 MHz Shortwave broadcast C G, H 4-8 GHz VHF 30-300 MHz FM, TV X I, J 8-12 GHz UHF 300-3000 MHz TV, LAN, cellular, GPS Ku J 12-18 GHz SHF 3-30 GHz Radar, GSO satellite, data K J 18-26 GHz 8 EHF 30-300 GHz Radar, automotive, data Ka K 26-40 GHz
Dasar Teori (2) Permitivitas Permitivitas adalah suatu kuantitas fisik yang menggambarkan bagaimana medan listrik mempengaruhi dan dipengaruhi oleh suatu medium dielektrik ε = ε` + jε`` ε` = tetapan dielektrik ε`` = factor loss dielektrik real = kemampuan bahan untuk menghamburkan/melepaskan energi imajiner = kemampuan bahan untuk menyimpan energy listrik 9
Dasar Teori (3) Koefisien Transmisi (T) Koefisien Refleksi (Γ) 10
Dasar Teori (4) 11
Proses Pengukuran Metode Transmission/Reflection Vector Network Analyzer Power Meter (Reflection) (Transmission/Reflection) 12
Pengukuran dengan VNA (1) Network Analyzer Advantest R3770 Coaxial line Device Under Test Antena horn 13
Pengukuran dengan VNA (2) Pengambilan data pengukuran : Pada saat antena horn dalam keadaan kosong untuk mengukur daya incident. Air hujan berada dalam DUT dengan ketebalan 8,4 cm. Air hujan dalam DUT dengan ketebalan 1,2 cm. Air hujan dalam DUT dengan ketebalan 3 mm. a b 14 c d
Pengukuran dengan VNA (3) Hasil pengukuran Nilai kompleks Nilai S-parameter (S11) 15
Pengukuran dengan Power Meter (1) Rangkaian pengukuran Gunn Osc Power Supply Power meter Power meter M U T / D U T Gunn Osc I s o l a t o r F r e k u e n s i m e t e r A t t e n u a t o r C o u p l e r Thermistor mount 16
Pengukuran dengan Power Meter (2) Pengukuran dengan Power Meter 17
Pengukuran dengan Power Meter (3) Hasil pengukuran Nilai Skalar Data pengukuran 1. Daya incident 2. Daya transmission tanpa MUT 3. Daya transmission dengan MUT 4. Daya reflection tanpa MUT 5. Daya reflection dengan MUT 18
Permitivitas (Kompleks) pengukuran dengan VNA 19
S11 real (db) S11 imajiner (db) S-Parameter real dan imajiner 1 0.8 akrilik waveguide 8,4 cm waveguide 1,2 cm 0.8 0.6 akrilik waveguide 8,4 cm waveguide 1,2 cm 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0-0.2-0.2-0.4-0.4-0.6-0.6-0.8 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 frequency (Hz) x 10 10-0.8 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 frequency (Hz) x 10 10 20
Koef Refleksi Koef Refleksi Koef Refleksi Koefisien Refleksi 3.5 3 3 real imajiner 2.5 real imajiner 2.5 2 2 1.5 1.5 1 0.5 0 1 0.5 0-0.5-0.5-1 -1-1.5 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 Frequency (Hz) x 10 10 a. -1.5 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 Frequency (Hz) x 10 10 b. 2 1.5 real imajiner 1 0.5 0-0.5 Ket : a. MUT (d=8,4 cm) b. MUT (d= 1,2 cm) c. MUT (d= 3 mm) 21-1 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 Frequency (Hz) x 10 10 c.
C1 (imajiner) C1 (real) C1 (imajiner) C1 (imajiner) C1 (real) C1 (real) Perbandingan permibilitas/permitivitas 4 x 106 10 x 105 2 5 0 0-2 0.7 0.8 0.9 1 frequency (Hz) 1.1 1.2 1.3 x 10 10 5 x 106-5 0.7 0.8 0.9 1 frequency (Hz) 1.1 1.2 1.3 x 10 10 4 x 105 0-5 -10 0.7 0.8 0.9 1 frequency (Hz) 1.1 1.2 1.3 x 10 10 2 x 107 a. 2 0-2 -4 0.7 0.8 0.9 1 frequency (Hz) 1.1 1.2 1.3 x 10 10 b. 1 0-1 0.7 0.8 0.9 1 frequency (Hz) 1.1 1.2 1.3 x 10 10 2 x 107 1 0 Ket : a. MUT (d=8,4 cm) b. MUT (d= 1,2 cm) c. MUT (d= 3 mm) 22-1 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 frequency (Hz) x 10 10 c.
Permitivitas (Skalar) pengukuran dengan Power Meter 23
Daya insiden (mw) Daya transmit (mw) Daya refleksi (mw) Perhitungan daya 5 4.5 0 db 1 db 10 db 1.18 1.16 1.14 0 db 1 db 10 db 4 1.12 3.5 3 1.1 1.08 2.5 1.06 2 1.5 1 9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5 Frequency (Hz) x 10 9 a. 1.04 1.02 1 9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5 Frekuensi (Hz) x 10 9 b. 7 6 5 4 3 2 0 db 1 db 10 db Ket : a. Daya pancar b. Daya pantul c. Daya insiden 24 1 9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5 Frekuensi (Hz) x 10 9 c.
Koefisien refleksi Koefisien transmisi Koefisien Transmisi dan Refleksi 0.8 0.7 0.6 0.95 0.9 0.85 0.8 0.5 0.4 0.3 0 db 1 db 10 db 0.75 0.7 0.65 0.6 0.2 0.1 9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5 Frequency (Hz) x 10 9 0.55 0 db 0.5 1 db 10 db 0.45 9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5 Frequency (Hz) x 10 9 25
Nilai Permitivitas 0.9 0.8 0.7 0 db 1 db 10 db 0.6 0.5 r 0.4 0.3 0.2 0.1 0 9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5 Frequency (Hz) x 10 9 26
Kesimpulan 27 Pengukuran permitivitas menggunakan power meter dapat digunakan untuk mencari permitivitas bernilai skalar. Sedangkan pengukuran menggunakan Vector Network Analyzer dapat digunakan untuk menghitung nilai dalam bentuk kompleks. Pengukuran dengan alat ukur VNA menggunakan 1 port mendapatkan nilai refleksi sehingga belum dapat digunakan untuk mencari nilai permitivitas. Nilai redaman berpengaruh terhadap nilai permitivitas dimana semakin tinggi redaman maka nilai permitivitas akan semakin rendah Pada pengukuran dengan VNA, pengaruh frekuensi terhadap nilai perbandingan permibilitas dengan permitivitas berpengaruh pada frekuensi di atas 11 GHz. Nilai permitivitas dari hasil pengukuran dengan power meter bernilai tinggi pada saat frekuensi 9,4 GHz. Metode perhitungan dengan menggunakan nilai koefesien refleksi dan koefisien transmisi dapat digunakan untuk perhitungan permitivitas konstanta dielektrik.
28 Terima Kasih
29 Mika akrilik
30 Waveguide
31 DUT berisi air hujan
P t = 2,5882 mw P r = 1,1668 mw ) dan adalah: koefisien transmisi ( P i = 4,8978 mw maka nilai koefesien refleksi ( Dari koefesien refleksi dapat dihitung nilai perbandingan permibilitas terhadap permitivitas ( /) : Untuk nilai : Maka didapatkan nilai permitivitas dari perhitungan sebagai berikut: 32
Saran Perlunya dilakukan pengukuran ulang konstanta dielektrik untuk material air hujan kembali, terutama untuk pengukuran menggunakan Network Analyzer menggunakan 2 port agar perhitungan untuk konstanta dielektrik mendapatkan nilai yang kompleks. Perhitungan permitivitas material dielektrik dapat dilakukan dengan menggunakan pengukuran yang lebih kompleks, misalnya menggunakan metode numerik. 33
34
Metodologi 35
Pengukuran Nilai yang diukur yaitu nilai Scattering parameter Network Analyzer Advantest R3770 Coaxial line Device Under Test Antena horn 36
37 VNA
Nilai koefisien pantul Nilai Γ > 1???? daya yang dipantulkan lebih besar dari daya yang dikirimkan 38