BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Perkembangan generasi telekomunikasi Perkembangan jaringan telekomunikasi akan dikupas secara runtut perkembangan teknologi telepon seluler: Gambar 2.1 Generasi komunikasi system [1] 2.1.1 Generasi Pertama Telekomunikasi Bergerak (1G) Generasi Pertama Komunikasi Bergerak di Indonesia dimulai dengan adanya teknologi 1G. Teknologi ini dioperasikannya teknologi yang kita kenal dengan teknologi Advanced Mobile Phone System (AMPS) yang bekerja pada band frekuensi 800 Mhz dan user dibedakan berdasarkan frekuensi yang digunakan dimana setiap user menggunakan kanal sebesar 30 KHz. 5
2.1.2 Generasi Kedua Telekomunikasi Bergerak (2G) GSM juga menggunakan teknologi akses gabungan antara Frequency Division Multiple Access (FDMA) dan Time Division Multiple Access (TDMA) yang awalnya bekerja pada frekuensi 900 Mhz. Ini merupakan standar yang dipelopori oleh The European Telecommunication Standard Institute (ETSI) dimana frekuensi yang digunakan dengan lebar pita 25 KHz pada band frekuensi 900 Mhz. Pita frekuensi 25 KHz ini kemudian dibagi menjadi 124 carrier frekuensi yang terdiri dari 200 KHz setiap carrier. Carrier frekuensi 200 KHz ini kemudian dibagi menjadi 8 time slot dimana setiap user akan melakukan dan menerima panggilan dalam satu time slot berdasarkan pengaturan waktu. Kecepatan akses data pada jaringan GSM sangat kecil yaitu sekitar 9.6 kbps karena pada awalnya hanya dirancang untuk penggunaan suara.[3] Code Division Multiple Access (CDMAOne) merupakan standard yang dikeluarkan oleh Telecommunication Industry Association (TIA) yang bekerja pada frekuensi radio 25 MHz pada band frekuensi 1800MHz dan dibagi dalam 42 kanal yang masing-masing kanal terdiri dari 30KHz. Kecepatan akses data yang bisa didapat dengan teknologi ini adalah sekitar 153.6 kbps. 2.1.3 Generasi kedua-setengah Telekomunikasi Bergerak (2.5G) Pada awalnya akses data yang dipakai dalam GSM sangat kecil hanya sekitar 9.6 kbps karena memang tidak dimaksudkan untuk akses data kecepatan tinggi. Teknologi yang digunakan, Secara teoritis kecepatan akses data yang dicapai dengan menggunakan GPRS adalah sebesar 115 Kbps dengan throughput yang didapat hanya 20 30 kbps. GPRS juga memungkinkan untuk dapat 6
berkirim Mobile Multimedia Message (MMS)dan juga menikmati berita langusng dari Hand Phone secara real time.[3] 2.1.4 Generasi ketiga Telekomunikasi Bergerak Universal Mobile Telecommunication Service (UMTS) adalah salah satu teknologi 3G yang merupakan lanjutan teknologi dari GSM/GPRS/EDGE. Kecepatan akses data yang bisa didapat dari UMTS adalah sebesar 384 kbps pada frekuensi 5KHz sedangkan kecepatan akses yang didapat dengan CDMA1x ED- DO Rel0 sebesar 2.4 Mbps pada frekuensi 1.25MHz dan CDMAx ED-DO rela sebesar 3.1Mbps pada frekuensi 1.25MHz yang merupakan kelanjutan dari teknologi CDMA One dengan mengunakan frekuensi radio sebesar 5 Mhz pada band 1.900 Mhz (CdmaOne dan CDMA 2000 menggunakan spectrum frekuensi sebesar 1.25 MHz) dan menggunakan chip rate tiga kali lebih tinggi dari CDMA 2000 yaitu 3.84 Mcps (Mega Chip Per Second).[3] 2.1.5 Generasi keempat Teknologi Telekomunikasi Bergerak (3.5G dan 4G) Untuk meningkatkan kecepatan akses data yang tinggi dan full mobile maka standar IMT-2000 di tingkatkan lagi menjadi 10Mbps, 30Mbps dan 100Mbps yang semula hanya 2Mbps pada layanan 3G. Kecepatan akses tersebut didapat dengan mengguanakan teknologi Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)dan Multi Carrier. Di Jepang layanan generasi keempat ini sudah diimplementasikan.[3] 7
2.2 Filter Filter adalah sebuah rangkaian yang dirancang agar melewatkan suatu pita frekuensi tertentu sekaligus memperlemah semua sinyal di luar pita ini. Jadi, filter dirancang agar mampu memisahkan pita frekuensi yang diinginkan dari pita frekuensi yang tidak diharapkan.[6] Filter secara umum dapat digambarkan pada Gambar Gambar 2.2 Diagram blok filter secara umum[6] Vi(t) merupakan sinyal dengan beberapa komponen yang frekuensinya berbeda-beda. Rangkaian pemilah frekuensi dalam hal ini memilih sinyal dengan frekuensi tertentu saja, sehingga Vo(t) merupakan tegangan dengan salah satu (daerah) frekuensi saja. Pemisahan frekuensi ini dinyatakan sebagai fungsi-alih H(s) atau h(t), yang merupakan perbandingan tegangan sinyal keluaran dan tegangan sinyal masukan.[6] Filter merupakan rangkaian pengolahan sinyal yang paling fundamental. Beberapa peran penting dari filter adalah sebagai berikut ini. 1. Mengontrol noise, yaitu dengan tidak mengizinkan noise dari luar pita frekuensi yang diinginkan merambat dalam rangkaian. 2. Menjaga sinyal diluar pita transmisi, khususnya harmonisa, supaya tidak ditransmisikan. 8
3. Menghadirkan sinyal pada pita frekuensi tertentu pada rangkaian penerima yang aktif. 4. Menjaga sinyal transmisi yang terlalu besar dari rangkaian penerima.[6] Terdapat banyak jenis filter dan cara untuk mengklasifikasikannya, tetapi selektivitas filter merupakan metode yang umum digunakan untuk mengklasifikasikan filter. Berdasarkan selektivitasnya, filter dibagi menjadi 4 jenis, yaitu lowpass, highpass, bandpass dan bandstop.[6] 2.2.1 Lowpass Filter Lowpass filter (LPF) digunakan untuk membatasi frekuensi tinggi dari suatu sinyal. LPF akan melewatkan frekuensi rendah atau dengan kata lain LPF akan memberikan tegangan keluaran yang konstan dari DC hingga frekuensi cut off (frekuensi 0.707 atau frekuensi 3 db) [6]. Untuk dapat berfungsi sebagai LPF dan melemahkan frekuensi tinggi, sebuah induktor dirangkai secara seri untuk menghambat frekuensi tinggi sedangkan kapasitor diletakkan secara shunt untuk mengeluarkan frekuensi yang lebih tinggi, Hal ini dapat dilihat pada rangkaian dasar LC LPF seperti terlihat pada Gambar 2.3 (a) sedangkan respon LPF ini pada kondisi ideal ditunjukkan oleh Gambar 2.3 (b).[6] (a) (b) Gambar 2.3 LPF (a) Rangkaian dasar [3] dan (b) Respon ideal [5] 9
2.2.2 Highpass Filter Highpass filter (HPF) ini merupakan kebalikan dari LPF. HPF digunakan justru untuk membatasi frekuensi rendah dari suatu sinyal. Highpass filter akan melewatkan frekuensi-frekuensi tinggi sampai tak terbatas [6]. HPF yang melemahkan frekuensi rendah mempunyai kapasitor yang dirangkai secara seri untuk menghambat frekuensi rendah dan induktor yang di-shunt untuk mengeluarkan frekuensi rendah tersebut. Hal ini dapat dilihat pada rangkaian dasar LC HPF seperti yang terdapat pada Gambar 2.4 (a) sedangkan respon HPF ini pada kondisi ideal ditunjukkan oleh (a) (b) Gambar 2.4 HPF (a) Rangkaian dasar [3] dan (b) Respon ideal [5] 2.2.3 Bandstop Filter / Band-reject Filter Bandstop filter atau band-reject filter adalah kebalikan dari BPF yaitu menghilangkan frekuensi yang ada di antara dua buah frekuensi tertentu [6]. Respon ideal bandstop filter dapat dilihat pada Gambar 2.5. 10
(a) (b) Gambar 2.5 Bandstop filter (a) Rangkaian dasar dan (b) Respon ideal [5] 2.2.4 Bandpass Filter Bandpass filter (BPF) adalah rangkaian yang melewatkan frekuensi pada daerah diantara frekuensi cut off pertama dan frekuensi cut off kedua dan meredam frekuensi di luar daerah tersebut. BPF merupakan penggabungan dari LPF dan HPF. Daerah passband dibatasi oleh dua frekuensi tepi. Frekuensi tepi yang rendah menunjukkan batas frekuensi rendah dari suatu HPF dan frekuensi tepi yang tinggi menunjukkan batas frekuensi tinggi dari suatu LPF [6]. Rangkaian dasar LC HPF terdapat pada Gambar 2.6 (a) dan respon BPF ini pada kondisi ideal ditunjukkan oleh Gambar 2.6 (b). (a) (b) Gambar 2.6 BPF (a) Rangkaian dasar [3] dan (b) Respon ideal [5] BPF memilik dua frekuensi cutoff yaitu frekuensi cutoff 1 (fc1) dan frekuensi cutoff 2 (fc2). Range kedua frekuensi cutoff inilah yang akan dilewatkan 11
oleh filter, diluar range tersebut maka sinyal akan diredam. BPF bias merupakan gabungan dari filter jenis LPF dan HPF. BPF memilik satu frekuensi tengah yang merupakan frekuensi resonansinya (fo).[6] 2.3 Aproksimasi Filter Filter juga diklasifikasikan berdasarkan karakteristik respon passbandnya, filter bisa diklasifikasikan ke dalam empat macam. Bentuk respon frekuensi tergantung dari jumlah elemen atau orde filter. Semakin banyak jumlah elemen filter, maka bentuk respon semakin curam dan sebaliknya apabila jumlah elemen sedikit, bentuk respon menjadi landai Keempat respon tersebut adalah respon Butterworth (maximally flat), Chebyshev, Elliptic, dan Gaussian / Bessel(Maximally Flat Group-Delay).[7] 2.3.1 Respon Butterworth (Maximally Flat) Pada jenis filter ini tidak terdapat ripple pada respon passband-nya. Gambar 2.7 menunjukkan respon LPF Butterworth.[7] Gambar 2.7 Respon LPF Butterworth [7] 2.3.2 Respon Chebyshev Respon chebyshev memilik selektivitas yang lebihbaik dibandingkan dengan respon butterworth. Namun, pada filter ini terdapat ripple yang constant pada daerah passband-nya. Gambar 2.4 menunjukkan respon LPF Chebyshev. 12
Gambar 2.8 Respon LPF Chebyshev [7] 2.3.3 Respon Elliptic Filter ini mempunyai ripple yang sama pada respon passband dan stopband. Gambar 2.5 menunjukkan respon LPF Ellipitic. Gambar 2.9 Respon LPF Elliptic [7] 2.3.4 Respon Gaussian/Bessel (Maximally Flat Group-Delay) Respon gaussian tidak mempunyai ripple pada respon passband-nya. Pada respon ini, terdapar delay untuk setiap orde filter yang diberikan. Gambar 2.10 Respon LPF Gaussian/Bessel [7] 13
2.4 Microstrip Line Saluran transmisi mikrostrip adalah saluran transmisi informasi yang banyak digunakan dalam aplikasi gelombang mikro maupun Frekuensi Radio (RF). Selain itu mikrostrip juga dapat dimanfaatkan untuk merancang komponenkomponen lain, misalnya filter, coupler, transformator dan pembagi daya[1] Struktur microstrip terdiri dari lapisan strip dengan ketebalan dan lebar W terletak di atas bahan dielektrik (substrat) dengan dielektrik konstan dan tinggih seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Bagian bawah struktur adalah ground.[1] Gambar 2.11 Struktur dasar mikrostrip line [1] Diatas mikrostrip adalah udara yang mempunyai konstanta dielektrik r =1.Sebagian medan elektromagnetik di udara akan meradiasi apabila tidak ada shielding diatas medium dielektrik, dan sebagian lagi ada yang masuk kembali ke dalam medium dielektrik.[5] Dengan demikian, secara keseluruhan, saluran mikrostrip dapat dipandang sebagai sebuah saluran dengan dielektrik homogeny yang lebih besar dari satu, tapi lebih kecil dari konstanta dielektrik bahan ( r) [7]. Karakteristik transmisi mikrostrip dipengaruhi oleh dua parameter yaitu konstanta dielektrik efektif re dan impedansi ZC [7]. 14
Bidang dalam mikrostrip terdiri dari dua media, udara di atas dan di bawah dielektric sehingga struktur adalah homogen. Oleh karena itu jalur transmisi mikrostrip tidak mendukung gelombang TEM murni. Gambar di bawah menunjukkan perilaku garis medan listrik dan magnet. Gambar 2.12 Garis-garis gaya medan listrik dan medan magnet[1] Karakteristik transmisi mikrostrip dijelaskan oleh dua parameter, yaitu konstanta efektif ɛ re dielektrik dan karakteristik impedansi Z c, dan mereka ditentukan dari nilai-nilai dua kapasitansi sebagai berikut[1] Dimana : Cd : Kapasitansi persatuan panjang dengan substrat dielektrik Ca : Kapasitansi persatuan panjang dengan substrat dielektrik digantikan oleh udara Untuk konduktor sangat tipis (t 0), persamaan untuk konstanta dielektrik dan karakteristik impedansi yang menyediakan akurasi yang lebih baik dari 1% adalah sebagai berikut : Untuk W/h 1 15
Untuk mendapatkan impedansi karakteristik Z c tertentu dan konstanta dielektrik efektif dan substrat ɛ re dan ketebalan h, persamaan yang digunakan untuk menghitung lebar jalur adalah sebagai berikut Untuk W/h 2 Dimana : 2.5 Resonator Resonator adalah perangkat yang menyimpan energi, namun dalam dua cara yang berbeda. Sistem ini beresonansi dengan bertukar energi yang tersimpan dari satu cara yang lain. Dalam resonator LC energi yang dipertukarkan antara induktor, di mana disimpan sebagai energy magnetik, dan kapasitor, di mana disimpan sebagai energy listrik. Resonansi terjadi pada frekuensi bila rata-rata energi listrik dan energi magnetik yang disimpan sama.[1] Ada banyak bentuk resonator mikrostrip. Secara umum, resonator microstrip untuk desain filter dapat diklasifikasikan sebagai resonator-elemen kuasi. Dalam skripsi ini resonator yang digunakan adalah hairpin( berbentuk U) yang akan dijelaskan pada bagian berikutnya.[1] 16
2.5.1 Resonator Hairpin Resonator Hairpin adalah salah satu konfigurasi microstrip filter yang paling populer digunakan di frekuensi gelombang mikro yang lebih rendah. Sangat mudah untuk memproduksi karena memiliki ujung sirkit terbuka yang tidak memerlukan landasan. Bentuknya berasal dari tepi-digabungkan resonator filter dengan melipat kembali ujung-ujung resonator menjadi "U" bentuk; ini mengurangi panjang dan meningkatkan rasio aspek microstrip. Selain itu, struktur resonator ini memiliki keuntungan dari ukuran yang kompak dan biaya rendah.[1] Gambar berikut menunjukkan resonator hairpin konvensional Gambar 2.13 Variasi struktur hairpin resonator. [1] (a) hairpin resonator konvensional. (b) miniature hairpin resonator dengan dimuat disamakan kapasitor. (c) miniature hairpin resonator dengan melipat garis digabungkan. 2.5.2 Struktur Kopling Hairpin Ketiga struktur kopling dasar yang ditunjukkan pada gambar2.13 di atas dapat menunjukkan bahwa pada resonansi, masing-masing dari resonator hairpin memiliki intensitas medan listrik maksimum di sisi terbuka, dan intensitas medan magnet maksimum pada sisi yang berlawanan.[1] 17
Karena bidang pinggiran memiliki karakter eksponensial yang kuat, sehingga bidang sisi pinggiran distribusi medan listrik maksimum, sedangkan sisi tengah memiliki distribusi medan magnet maksimum. Struktur Hairpin resonator, dapat dilihat pada gambar berikut : Gambar 2.14 Struktur Resonator Hairpin [1] Gambar berikutnya dapat menjelaskan susunan untuk memperoleh kopling filter yang maksimum, dimana pada gambar (a) akan diperoleh kopling listrik maksimum, gambar (b) diperoleh kopling magnetik maksimum dan gambar (c) merupakan perpaduan kedua kopling tersebut.[1 Gambar 2.15. Konfigurasi Resonator Hairpin dengan kopling listrik dan kopling magnetik.[1] 18