4 BAB III PERANCANGAN, REALISASI DAN SIMULASI FILTER 3.1 Pendahuluan Dalam Tuas Akhir ini dirancan sebuah Bandpass Filter yan bisa di unakan untuk laboratorium telekomunikasi. Bandpass Filter yan akan direalisasikan adalah denan metoda Hairpin Chybyshep. Denan alur kerjanya sebaai berikut: JUDUL TUJUAN SPESIFIKASI TEORI Hukum, Aksioma Formula, dll HIPOTESIS Gambaran Konstruktif PERANCANGAN Gambar Teknik Konstruktif Verifikasi Ukuran Bahan& Komponen SIMULASI Denan Software Sonnet Ya PEMBANGUNAN Verifikasi Bentuk perakitan Komponen& bahan sesuai ambar teknik PENGUJIAN DAN ANALISA Verifikasi Mutu PROTOTIPE Gambar 3.1 : Diaram Alir Rancan Banun Prototipe Filter
5 3. Perancanan Konstruksi Bandpass Filter Dalam tuas akhir ini akan di rancan dua unit Bandpass Filter denan jumlah n yan berbeda. Hal ini akan menunjukkan penaruh jumlah ordo dari filter denan kemirinan dari pola bandpass itu sendiri. berikut : Adapun spesifikasi teknis dari dua unit filter yan akan direalisasikan sebaai Tabel 3-1 : Spesifikasi Teknis Filter Parameter Filter1 Bandpass Filter Hairpin Filter Jenis Filter BPF Hairpin Chebyshev BPF Hairpin Chebyshev Ripple 0,1 db 0,1 db Bandwidth 400 MHz 400 MHz Pita frekuensi pada 3 db 600 00 MHz 600 400 MHz Frekuensi tenah 39 MHz 39 M Hz Stop band min : db 800 dan 000 MHz pada 30 db 670 dan 130 MHz pada 0 db Return Loss 14dB 14dB Impedansi terminal 50? unbalance 50? unbalance Konektor SMA socket female SMA socket female Lankah lankah perancanan konstruksi Bandpass Filter adalah sebaai berikut: 3..1 Pemilihan Bahan Dielektrika Sebelum memulai perancanan konstruksi, yan harus dilakukan terlebih dahulu adalah memilih substrat yan akan diunakan. Pada Proyek Akhir ini PCB yan di unakan adalah PCB yan banyak di jual di pasaran denan substrat Epoxy (FR4). PCB yan diunakan memiliki ketebalan atau dalam notifikasi mikrostrip memilika h 1,6 mm, dan dari hasil penukuran nilai kapasitansi C (Farad) denan menunakan Multi Meter yan mempunyai kemampuan menukur kapasitansi, di dapatkan e r substrat 7.53. Ini di dapatkan denan menunakan persamaan umum untuk kapasitansi : ε A C 0 ε r (Farad) d
6 3.. Perancanan Konstruksi BPF Perancanan filter Bandpass Filter Hairpin berankat dari spes ifikasi yan telah ditentukan. Lankah-lankah perancanannya adalah sebaai berikut : 1. Menentukan frekuensi tenah (f o ) dan Fractional Bandwith (FBW) denan persamaan f f. f dan FBW o L H f H f L denan f L dan f H adalah frekuensi batas bawah dan batas atas. f o 600.00. 39MHz dan.6. FBW 0.167 16.7%.39. Dari spesifikasi filter Chebyshev denan ripple 0,1 db denan persamaan.15 diperoleh hara a m dan A m a m. Untuk ripple 0.1 db 10 lo (a m +1) A m (10 0.1/10 ) 1 0.033 3. Menentukan orde filter n dari persamaan.15,.16 dan.17 dan transformasi dari LPF ke BPF denan persamaan : ω0 ωx ω0 ω' X ω H ωl ω0 ω X Untuk Filter 1 (30 db pada ω X.8 GHz) 30 db 10 lo [1+0.033 cosh (n cosh -1? x )] Di mana ω F ω ω ω ' ωx 1 X 0 0 X 1.8.39 1. 894 0.167.39.8 30 db 10 lo [1+0.033 cosh (n cosh -1 1.894) [(10 3-1)/0.033] 1/ cosh (n cosh -1 1.894) 07.06 cosh (n cosh -1 1.894) Cosh (6.06 o ) cosh (n 1.53)
7 cosh( 6,06 ) n 4,809 5 cosh(1,53) Untuk Filter (30 db pada ω X.67 GHz) 0 db 10 lo [1+0.033 cosh (n cosh -1? x )] Di mana ω ω F ω ' 1 x X 0 ω ω 0 X 1.67.39 1. 317 0.167.39.67 0 db 10 lo [1+0.033 cosh (n cosh -1 1.317) [(10-1)/0.033] 1/ cosh (n cosh -1 1.317) 65.18 cosh (n cosh -1 1.317) Cosh (4.87 o ) cosh (n 0.777) cosh( 4.87) n 6.8 7 cosh( 0.777) 4. Denan cara melihat tabel pada lampiran A dapat diketahui nilai koefisien prototipe LPF 0, 1,, 3,..., n, n + 1 denan n adalah orde filter. Untuk Filter 1 : 0 6 1.0 ; 1 5 1.1468 ; 4 1.371 ; 3 1.9750 Untuk Filter : 0 8 1.0 ; 1 7 1.1811 ; 6 1.48 ; 3 5.0966 ; 4 1.5733 5. Untuk menhitun dimensi, jarak dan posisi tappin mikrostrip menunakan persamaan.9 dan kurva pada Gambar.16. Sesuai ambar tersebut jua, lebar masin-masin strip yan di unakan adalah 1 mm. Untuk Filter 1 : 1x1.1468 FBW 0.167 0 1 Q e 1 6.867
8 M M FBW 1 0.167 1, M 4,5 FBW 3 1.1468 x1.371 0.167,3 M 3,4 1.371 x1.9750 0.135 0.101 Dari kurva Gambar.16 a maka di dapatkan jarak antar strip U : M1, M4,5 0,135 nilai s 0.5 mm M,3 M 3,4 0.101 nilai s 0,845 mm Untuk Filter : Dari kurva Gambar.16 b maka di dapatkan posisi tappin dari matchin stub : Q e 6.867 maka nilai adalah t 7,03 1.85 Maka posisi tappin adalah 7,03 + 4,105 mm 1x1.1181 FBW 0.167 0 1 Q e 1 M M M FBW 1 7.07 0.167 1, M 6,7 FBW 3 1.1181x1.48 0.167,3 M 5,6 3 FBW 4 1.48x.0966 0.167 3,4 M 4,5.0966x1.5733 0.19 0.0967 0.09 Dari kurva Gambar.16 a maka di dapatkan jarak antar strip U : M 1, M 6,7 0,19 nilai s 0.575 mm M,3 M 5,6 0.0967 nilai s 0.91 mm M 3,4 M 4,5 0.0967 nilai s 0.95 mm
9 Dari kurva Gambar.16 b maka di dapatkan posisi tappin dari matchin stub : Q e 7.07 maka nilai adalah t 6.96 1.85 Maka posisi tappin adalah 6,96 + 4,105 mm 6. Menentukan panjan saluran strip dari masin resonator U. Karena kita menunakan Stub?/4 maka dapat di hitun sesuai perhitunan di bawah. Sebaai lankah awal kita harus menhitun e re dari bahan. Kita menunakan w 1 mm dan h 1.6 (tini subsrat) dan e r 7.53. Karena besar w/h 1/1.6 0.65 < 1, maka yan di unakan untuk menhitun e re adalah denan persamaan.. ε eff εr + 1 εr 1 1h + 1 + W 1 + 0.04 1 W h ; W 1 h ε eff 7.53 + 1 7.53 1 + 1x1,6 1 + 1 ε eff 4.65 + 0.7447 5.0097 1 1 + 0.04 1 1.6 Untuk menhitun persamaan.10? 0 λ 0 c di mana λ 0 ε eff f0 Maka Di dapat λ 8 3.10.39 0 Sehina? 0 /4 15,4mm 15,4 λ 0 56, 035mm 5.0097 56.035 14.01mm 4 7. Lebar dari Stub feeder dapat di tentukan denan menunakan persamaan.4.6, atau dapat jua menunakan rafik yan terdapat pada ambar.4 yan merupakan rankuman untuk persamaan -4-.6 denan
30 beberapa nilai dari e r. Dari rafik tersebut dapat di ukur lebar stub matchin adalah 1.81 mm. Sebaai rankuman setelah dilakukan perhitunan melalui lankah-lankah di atas dapat di tampilkan: Tabel 3 - : Orde filter rancanan Filter Hairpin Orde filter Filter 1 5 Filter 7 Tabel 3-3 : Prototipe filter Chybeshev orde 5 dan 7 untuk ripple 0,1 db Hairpin 0 1 3 4 5 6 7 8 Filter1 1.000 1.1468 1.371 1.9750 1.371 1.1468 1.000 Filter 1,0000 1,1811 1,48,0966 1,5733,0966 1,48 1,1811 1,0000 Tabel 3-4 : Spasi antar U untuk filter orde 5 dan 7 Hairpin S 1, S,3 S 3,4 S 4,5 S 5,6 S 6,7 Filter1 0.5 0.845 0.845 0.5 Filter 0.575 0.91 0.95 0.95 0.91 0.575 3..3 Konstruksi Hairpin BPF Setelah didapatkan dimensi dari Hairpin-Bandpassnya maka lankah selanjutnya adalah menambar konstruksi BPF denan menunakan Sonnet. Gambar konstruksi BPF setelah diambar denan menunakan Sonnet dapat dilihat pada ambar 3- berikut ini:
31 1 1 14.01 13.01 3.5 3.5 1 4.105 1 1.8 0.5 0.845 0.845 0.5 Gambar 3. : Konstruksi Hairpin BPF 1 denan orde 5 1 1 14,01 13,01 4.035 3.5 3.5 1 1 1.81 mm 0.575 0.91 0.95 0.95 0.91 0.575 Gambar 3.3 : Konstruksi Hairpin BPF denan orde 7 3.3 Simulasi Hairpin Filter denan Sonnet Seteleh proses perhitunan secara tekstual maka lankah step selanjutnya yaitu mensimulasikan rancanan protipe tersebut dalam sofware analisa Sonnet. Lankahlankah yan dibutuhkan untuk melakukan simulasi adalah sebaai berikut: 1. Menambar konstruksi teknis dari Filter yan sudah kita dapatkan dari perhitunan di atas. Dalam Sonnet penambaran tersebut di mulai dari menu Edit Circuit Pilih New Circuit. Akan terbuka window drawin denan nama aplikasi Xeom 6.0.
3 Gambar 3.4 : Tampilan untuk membuka aplikasi drawin di Sonnet. Selanjutnya denan kita memilih menu New Circuit maka akan muncul tampilan berikut: Gambar 3.5 : Tampilan ketika aplikasi drawin di Sonnet (jendela aplikasi xeom 6.0).
33 Dari sinilah penambaran konstruksi Bandpass filter di mulai. Di dalam menu-menu yan tersedia kita bisa menambar berbaai pola bentuk misalnya bujur sankar, donut, spiral dll. Dan yan tidak kalah pentinnya dalam penambaran ini adalah memasukkan parameter-parameter seperti: 1. Dimensi Ukuran Box PCB yan nantinya kita unakan untuk menampun ambar. Kotak ambar ini di bai-bai dalam ukuran sel-sel yan bias kita atur dari parameter Dimensi ini.. Unit Satuan yan di unakan dalam ambar baik dalam mil, inchi maupun metrik. 3. Dielektrik layer untuk memasukkan nilai dari e r, ketebalan jua rui-rui dari bahan yan kita unakan. 4. Brick Material merupakan pola pembaian sebaai subsection yan berbentuk batu bata pada ambar yan kita masukkan seperti contohnya ada pola batu bata lurus, mirin, diaonal dan lain-lain. 5. Metal type Merupakan template parameter yan menampun data rui-rui saluran transmisi pada konduktor PCB yan di unakan. 6. Port menunjukkan parameter dari port baik impedansi dan lain-lain. 7. Ref. Plane/Cal. Lenhth Parameter ini adalah untuk menentukan panjan titik acuan penukuran port yan di unakan. Ukuran minimal panjan dari parameter ini adalah ukuran satu sel. 8. Parallel Subsections Menunjukkan ukuran perpotonan/persilanan parallel dari sel-sel pada kotak ambar yan di unakan. Setelah penambaran Bandpass dan pemasukan nilai parameter yan telah di tetapkan maka selanjutnya kita dapat melakukan step berikutnya. Gambar yan di hasilkan oleh menu software ini adalah berekstensi.eo.
34 Gambar 3.6 : Tampilan drawin di Sonnet.. Setelah semua ambar dan parameter di masukkan ambar selanjutnya adalah analisa dari step 1 di atas. Dalam Sonnet menu analisa bisa di mulai denan dua cara yaitu yan pertama dari jendela xeom di atas pilih File Analyze. Lalu akan muncul jendela aplik asi denan nama Em Control 6.0. Gambar 3.7 : Tampilan jendela Xeoms untuk memulai Analisa
35 Gambar 3.8 : Tampilan jendela aplikasi em Control untuk memulai Analisa Cara kedua untuk memulai analisa ambar bisa jua dari menu View Respon di mana nantinya akan keluar browser file berekstensi eo mana yan akan kita analisa. Selanjutnya setelah tampilan ambar 3.8 muncul kita di haruskan memasukkan nilai frekuensi start, stop dan step. Dalam rentan frekuensi inilah simulator Sonnet akan mensimulasikan bentuk respon dari ambar yan kita masukkan. Keluaran dari aplikasi em Control 6.0 ini adalah file yan berekstensi.d. Setelah kita pilih Tombol Run dari jendela di atas maka proses analisa akan di mulai. Bisa terlihat dari ambar di bawah.
36 Gambar 3.9 : Tampilan jendela aplikasi em Control ketika proses analisa berlansun Jika proses analisa selesai di lakukan oleh aplikasi em Control dapat di lihat rafik respon dari rankaian yan kita masukkan. Output dari hasil simulasi ini bisa di lihat dalam rafik Cartesian maupun Smith Chart. Gambar 3.10 : Tampilan Hasil analisa em Control dalam bentuk Cartesian
37 Gambar 3.11 : Tampilan Hasil analisa em Control dalam bentuk Smith Chart Dalam tuas akhir ini yan dibahas nantinya adalah hasil analisa dalam bentuk Cartesian. 3.4 Realisasi Filter Setelah semua lankah diatas di lewati, maka selanjutnya adalah realisasi dari Hairpin Filter itu sendiri. Dalam tuas akhir ini proses pencetakan PCB di lakukan oleh pihak Vendor PCB. Layout dari filter yan akan di cetak (denan software protel) di berikan pada vendor tersebut. Jadi pihak vendor hanya mencetak PCB saja. Gambar 3.1 3.13 adalah ambar yan menunjukkan hardware filter.
38 Gambar 3.1 : Realisasi Filter hairpin Bandpass filter n 5 (BPF 1 ) Gambar 3.13 : Realisasi Filter hairpin Bandpass filter n 7 (BPF )