TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
DOI
: 10.
34010/telekontran.
TELEKONTRAN,
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
p-ISSN : 2303 Ae 2901 e-ISSN : 2654 Ae 7384 Analisa Elemen Multi Arms Pada Filter Band Pass Mikrostrip Menggunakan Resonator Open Loop Pada Extremely High Frequency Elementary Analysis Multi Arms Filter Band Pass Microstrip Using the Open Resonator at Extremely High Frequency Difa Dwi Juliantara Sukmawan.
Reza Hidayat Program Studi Teknik Elektro Universitas Jenderal Achmad Yani (UNJANI) Jalan Terusan Jend.
Sudirman PO.
BOX 148 Cimahi 40531 Email : mreza@lecture.
Abstrak Ae Penggunaan filter bandpass memang sudah umum dipakai namun penggunaan spesifikasinya berbeda-beda tergantung kebutuhan, dalam hal ini filter bandpass mikrostrip diharapkan dapat mengamati karakteristik multiarms pada resonator open loop terhadap kinerja bandpass filter untuk frekuensi EHF yang digunakan di bagian pemancar untuk aplikasi Radio Astronomy.
Bertujuan untuk mengamati karakteristik multi arms pada resonator open loop terhadap kienrja bandpass filter untuk Extremely High Frequency (EHF) dan merealisasikan filter ke bentuk hardware berdasarkan hasil pengamatan dari simulasi.
Perancangan mikrostrip bandpass filter ini menggunakan desain multiarms open loop resonator dimana di awal tahap simulasi menggunakan 1 lengan saja dengan ukuran lebar patch, jarak antar lengan, lebar jalur feeder dan panjang patch berdasarkan eksperimen acak.
Hasil simulasi akhir didapatkan dengan jarak konektor 2 mm dan jarak antar lengan 1 mm dengan nilai S11 = -13,8 dB dan S21 = -2,8 dB di frekuensi 30,8 GHz berdasarkan hasil simulasinya.
Filter telah berhasil difabrikasi namun belum dapat diukur karena frekuensinya yang terlampau tinggi dan alat ukur tidak dapat mengukur frekuensi tersebut.
Kata kunci: bandpass filter, multiarms open loop resonator, microstrip filter.
Abstract - The use of bandpass filters is already commonly used but the specifications configuration varies depending on the need, in this case microstrip bandpass filters are expected to observe the characteristics of multiarms in open loop resonators to the performance of bandpass filters for EHF frequencies is used in the transmitter section for Radio Astronomy applications.
Aim to observe the characteristics of multi arms on an open loop resonator against kienrja bandpass filter for Extremely High Frequency (EHF) and realign the filter to a hardware form based on the results of observations from the simulation.
The design of this filter bandpass microstrip uses a multiarms open loop resonator design where early in the simulation stage uses 1 arm only with patch width size, distance between arms, feeder path width and patch length based on randomized The final simulation result is obtained with a connector distance of 2 mm and an inter-arm distance of 1 mm with a value of S11 = -13.
8 dB and S21 = -2.
8 dB in a frequency of 30.
8 GHz based on the simulation results.
The filter has been successfully fabricated but cannot yet be measured because its past frequency is high and the measuring instrument incapable of measuring that frequency.
Keyword: bandpass filter, multiarms open loop resonator, microstrip filter.
PENDAHULUAN
Filter merupakan salah satu komponen yang berperan penting dalam sistem komunikasi saat ini.
Sistem telekomunikasi bekerja pada rentang frekuensi tertentu.
Filter berfungsi untuk melewatkan sinyal informasi yang berada pada wilayah frekuensi kerja yang dikehendaki.
Maka filter ini dibutuhkan pergerseran frekuensi yang didapatkan nilai return loss (S.
berada di < -10 dB dan nilai insertion loss (S.
berada di > - 3 dB .
TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Berdasarkan perkembangan riset, penelitian tentang hal ini telah dilakukan sebelumnya.
Penelitian yang dilakukan oleh Intan Nuraeni Agfah ini merancang dan merealisasikan sebuah band-pass filter yang bekerja pada frekuensi xband, menggunakan metode square ring resonator with edge coupled to I/O line berbasis mikrostrip agar dapat memiliki bandwidth frekuensi sebesar 50 MHz pada frekuensi tengah 9.
475 GHz .
Penelitian yang dilakukan oleh Naufal Rizki Rinditayoga menggunakan metode square openloop resonator pada filter microstrip dapat memperlebar bandwidth filter yang berkerja pada frekuensi 7,1 - 7,7 GHz .
Penelitian yang dilakukan oleh Saffrine Kingsly yaitu filter yang diusulkan sepenuhnya beradaptasi dalam kisaran frekuensi 2 - 3 GHz dimana bandwidth dan frekuensi operasi filter dapat dikontrol sepenuhnya .
Penelitian yang dilakukan oleh A.
Venkata Varunbabu Mannam dengan desain compact microwave filter di bawah 3 GHz tetap merupakan area penelitian aktif karena permintaan yang besar dari industri komunikasi nirkabel dalam band ini dan ukuran fisik yang relative besar dari resonator konvensional .
Penelitian yang dilakukan oleh Vahid Salimian Rizi menyajikan kerangka open loop resonator berdasarkan triple passband filter .
Penelitian yang dilakukan oleh Wiwid Andriani ini dilakukan penapisan .
terhadap sinyal suara asli gitar yang telah tercampur derau .
menggunakan metode band pass filter .
Penelitian yang dilakukan oleh Triprijooetomo ini bekerja pada frekuensi 1,78 GHz sampai dengan 3,38 GHz dengan nilai return loss minimal sebesari -42,2 dB serta nilai insertion loss lebih besar dari 3 dB.
Dipergunakan untuk perangkat komunikasi nirkabel pita lebar .
Penelitian yang dilakukan oleh Izzan Radhi Mafazi diperoleh realisasi dari filter MLR dan DGS dengan menggunakan duroid 4003C dan permitivitas dielektrick 3,55 didapat frekuensi tengah dari filter berada pada frekuensi 5,76 GHz dengan bandwidth sebesar 94 MHz berada pada rentang frekuensi 5,71 GHz - 5,80 GHz .
Tujuan melakukan penelitian ini adalah mengamati karakteristik multiarms pada resonator open loop terhadap kinerja bandpass filter untuk frekuensi EHF yang digunakan di bagian pemancar Radio Astronomy merealisasikan filter ke bentuk hardware berdasarkan hasil pengamatan dari simulasi.
II.
METODOLOGI
Parameter S A Return Loss (S.
Nilai return loss yang ideal adalah -10 dB pada bandwidth yang diinginkan.
Nilai -10 dB menjelaskan bahwa nilai daya yang dikirim maksimum dan daya yang direfleksikan Berikut adalah perhitungan return loss (S.
yang ditunjukkan pada persamaan .
ycOOe ycs Oeycs ycu ya e = ycOycu = ycs ya ycsycC A Insertion Loss (S.
Insertion Loss adalah kehilangan daya karena penyisipan perangkat antara sumber dan beban.
Filter yang memiliki nilai kerugian penyisipan mendekati nol dikatakan bahwa filter tersebut selamat bekerja.
Berikut adalah perhitungan insertion loss (S.
yang ditunjukkan pada persamaan .
yaya = 10 yaycuyci ycEyaycI .
ccyaA) .
Titik referensi -3 dB dapat diartikan bahwa setengah dari kekuatan itu filter yang diterima dapat dikirim dengan baik .
Perancangan Dalam pengerjaan penelitian ini meliputi memperhatikan beberapa keluaran yang Diagram blok perancangan filter penelitian ini dapat dilihat di Gambar 1.
Dari Gambar 1 adalah tahapan pengamatan karakteristik dari multiarms pada resonator open loop , dimana diawal dilakukan pengamatan pengaruh dari jarak antar lengan untuk 1 lengan dengan mengubah jarak dari 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm dan 5 mm.
Kemudian dilakukan pengamatan pengaruh dari jarak antar lengan untuk 2 lengan dengan mengubah jarak dari 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm dan 5 mm.
Setelah itu dilakukan pengamatan pengaruh dari jarak antar lengan untuk 3 lengan dengan mengubah jarak dari 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm dan 5 mm.
Lalu setelah itu pada pengamatan 3 lengan kemudian diubah jarak antar konektor yang sebelum jarak nya adalah 5 mm kemudian diubah menjadi 1 mm, 0,5 mm dan 0,25 mm untuk melihat hasil yang paling baik untuk jarak antar konektornya.
Setelah mendapatkan jarak antar konektor yang paling baik maka dilakukan lagi pengamatan TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
mengubah jarak antar lengan yang menggunakan 3 lengan dimana di ubah dari jarak 1 mm, 0,5 mm dan 0,25 mm.
Tahap akhir adalah melihat pengaruh perubahan jarak antar lengan kemudian diamati juga pengaruh jarak diantara masingmasing lengan yaitu 1 mm, 0,5 mm dan 0,25 mm.
Gambar 1.
Diagram Blok Tahapan Perancangan Filter Dimensi Resonator Pada perancanaan awal terdapat persamaan dalam saluran transmisi yang meliputi:
Lebar saluran transmisi (W) Untuk dapat menentukan lebar dari saluran transmisi mikrostrip, dapat digunakan persamaan .
8yce ya Ea
yce 2ya Oe2
yuA 1
yuA Oe1
0,11
yc yc ya = 60ycu [ yc2 ]0.
5 yuAyc 1 .
,23 yuA ] yca = 1
)3 ]
yuI yciycaycy 2 yci yc yc4 ( )2 52 ] yaycu [ 4 yc 0.
( Oo yc,yceyceyce .
Permitivitas bahan dielektrik efektif .
uAycyceyceyce ) Untuk mencari nilai permitivitas bahan dielektrik efektif dari bahan substrat, dapat digunakan persamaan .
yuAyc 1 yuA Oe1 yc2 .
yc )Oeyca.
yca yuIyci = yce ycyceycycuycuycaycuycycn.
yuA .
Panjang resonator .
Untuk menentukan Panjang resonator .
pada persamaan .
yuAyc = 4,3 yuAyc,yceyceyce = .
Panjang gelombang .
uIyci ) Untuk menentukan yuIyci dalam saluran transmisi microstrip digunakan persamaan .
yca= yc Berdasarkan hasil perhitungan matematis dari dimensi untuk lebih jelasnya masing-masing ukuran bisa dilihat di Gambar 2 berikut.
Gambar 2.
terlihat menampilkan desain patch filter bagian atas, dengan ukuran antar lengannya 1 mm, panjang masing-masing antar lengan 5 mm, lebar masing-masing patch 6 mm, panjang patch 11 mm.
Sedangkan pada bagian antar konektor 15 mm.
Gambar 3 menunjukan desain konektor SMA (Sub Miniature version A) 50 Ohm pada tampak samping filter yang menunjukan ukuran 2,35 mm untuk diameter TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
jaket, 2mm untuk diameter dielektrik, dan 0,635 mm untuk diameter konduktor dalam.
Perlangkapan Yang Digunakan Pada Penelitian Gambar 4 menujukan desain tampak samping bawah pada bagian filter yang menunjukan panjang konektor dalam dengan ukuran 4 mm, bagian konektor yang masuk ke feeder adalah 2 mm dan yang menujukan panjang jaket dan dielektrik adalah 2 mm.
Kemudian untuk ketebalan substrat 1,6 mm.
Software yang digunakan dalam perancangan filter, terdiri dari software HFSS (Honeywell Fire Software Suit.
untuk melakukan simulasi.
sedangkan hardware yang digunakan dalam pembuatan filter, terdiri dari substrat FR4-epoxy dengan tebal bahan 1,6 mm dan konektor SMA 2 buah dengan impedansi karakteristik 50 Ohm.
1 mm i.
1 mm HASIL DAN PEMBAHASAN 5 mm 5 mm 6 mm 6 mm Hasil Simulasi Respon Band Pass Filter Menggunakan Single Arm 1 mm 1 mm 11 mm Hasil pengamatan dari mengubah jarak antar lengan untuk 1 lengan bahwa hampir tidak terjadi perubahan frekuensi .
anya berubah sekitar 0,1 GH.
adapun nilai Return Loss (S.
yang terendah yaitu di jarak 2 mm dan Insertion Loss (S.
yang tertinggi yaitu di jarak 1 mm bisa dilihat di Gambar 6.
Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa nilai S11 dan S21 pada m1 = -8,5 dB dan m2 = -5,3 dB di frekuensi 32,3 GHz.
Sedangkan di Gambar 8 dapat dilihat bahwa ploting magnitude pada resonator itu kondisi yang paling baik adalah berada di sekitar konektor input yaitu 2,60462e 001 v/m.
Gambar 2.
Tampilan Atas Pada Filter 2,35 mm 2 mm Hasil Simulasi Respon Band Pass Filter Menggunakan Double Arms 0,635 mm Gambar 3.
Tampilan Samping Pada Filter 2 mm 4 mm 2 mm 1,6 mm Gambar 4.
Tampilan Samping Bawah Pada Filter 3 mm 10 mm 19 mm Gambar 5.
Tampilan Ground Plane Pada Filter Hasil pengamatan dari mengubah jarak antar lengan untuk 2 lengan bahwa hampir tidak terjadi perubahan frekuensi .
anya berubah sekitar 0,1 GH.
adapun nilai Return Loss (S.
yang terendah yaitu di jarak 2 mm dan Insertion Loss (S.
yang tertinggi yaitu di jarak 4 mm bisa dilihat di Gambar 9.
Dari Gambar 10 dapat dilihat bahwa nilai S11 dan S21 pada m1 = -8,3 dB dan m2 = -5,3 dB di frekuensi 36,7 GHz.
Sedangkan di Gambar 11 dapat dilihat bahwa ploting magnitude pada resonator itu kondisi yang paling baik adalah berada di sekitar konektor input yaitu 1,2510e 001 /m.
TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Gambar 6.
Hasil Simulasi Resonator Pada 1 mm (Single Ar.
Gambar 7.
Frekuensi Resonator Pada Grafik Parameter S11 dan S21 di 1 mm (Single Ar.
Gambar 8.
Tampilan Magnitude Pada Bentuk Filter di 1 mm (Single Ar.
TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Gambar 9.
Hasil Simulasi Resonator Pada 4 mm (Double Arm.
Gambar 10.
Frekuensi Resonator Pada Grafik Parameter S11 dan S21 di 4 mm (Double Arm.
Gambar 11.
Tampilan Magnitude Pada Bentuk Filter di 4 mm (Double Arm.
TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Hasil Simulasi Respon Band Pass Filter Menggunakan Multi Arms Hasil pengamatan dari mengubah jarak antar lengan untuk 3 lengan bahwa hampir tidak terjadi perubahan frekuensi .
anya berubah sekitar 0,2 GH.
adapun nilai Return Loss (S.
yang terendah yaitu di jarak 5 mm dan Insertion Loss (S.
yang tertinggi yaitu di 4 mm bisa dilihat di Gambar 12 Dari Gambar 13 dapat dilihat bahwa nilai S11 dan S21 pada m1 = -14,8 dB dan m2 = -8 dB di frekuensi 42,5 GHz.
Sedangkan di Gambar 14 dapat dilihat bahwa ploting magnitude pada resonator itu kondisi yang paling baik adalah berada di sekitar konektor input yaitu 1,3122e 001 /m.
Gambar 12.
Hasil Simulasi Resonator Pada 4 mm (Multi Arm.
Gambar 13.
Frekuensi Resonator Pada Grafik Parameter S11 dan S21 di 4 mm (Multi Arm.
TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Gambar 14.
Tampilan Magnitude Pada Bentuk Filter di 4 mm (Multi Arm.
Hasil Simulasi Respon Band Pass Filter Pada Pengaruh Perubahan Jarak Antar Konektor Multi Arms Resonator Open Loop Berdasarkan hasil pengamatan perubahan konektor ternyata makin dekat maka respon filter nya makin baik hal ini ditunjukkan dengan meningkatnya nilai Insertion Loss (S.
, dimana nilai S21 terbaik ada di jarak 2 mm yaitu sebesar 2,8 dB bisa dilihat di Gambar 15.
Dari Gambar 16 dapat dilihat bahwa nilai S11 dan S21 pada m1 = -13,8 dB dan m2 = -2,8 dB di frekuensi 30,8 GHz.
Di Gambar 17 dapat dilihat bahwa ploting magnitude pada resonator itu kondisi yang paling baik adalah berada di sekitar konektor input yaitu 1,2937e 001 v/m.
Gambar 15.
Hasil Simulasi Resonator Pada 2 mm Gambar 16.
Frekuensi Resonator Pada Grafik Parameter S11 dan S21 di 2 mm TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Gambar 17.
Tampilan Magnitude Pada Bentuk Filter di 2 mm Hasil Simulasi Respon Band Pass Filter Pada Pengaruh Perubahan Jarak Antar Lengan Multi Arms Resonator Open Loop Dengan Jarak Antar Konektor 2 mm Hasil pengamatan dari mengubah jarak antar lengan untuk 3 lengan dengan jarak antar konektor 2 mm bahwa tidak terjadi perubahan frekuensi maka nilai Return Loss (S.
dan Insertion Loss (S.
berada di frekuensi yang sama bisa dilihat di Gambar 18 dan Gambar 21.
Sedangkan di Gambar 19 dapat dilihat bahwa nilai S11 dan S21 pada m1 = -13.
8 dB dan m2 = 2.
8 dB di frekuensi 30.
8 GHz.
Di Gambar 20 dilihat bahwa ploting magnitude pada resonator itu kondisi yang paling baik adalah berada di sekitar konektor input yaitu 1,3022e 001 v/m.
Dari Gambar 22 dapat dilihat bahwa nilai S11 dan S21 pada m1 = -13,7 dB dan m2 = -2,9 dB di frekuensi 30,8 GHz.
Di Gambar 23 dapat dilihat bahwa ploting magnitude pada resonator itu kondisi yang paling baik adalah berada di sekitar konektor input yaitu 1,2885e 001 v/m.
Gambar 18.
Hasil Simulasi Resonator Pada 0,5 mm Gambar 19.
Frekuensi Resonator Pada Grafik Parameter S11 dan S21 di 0,5 mm TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Gambar 20.
Tampilan Magnitude Pada Bentuk Filter di 0,5 mm Gambar 21.
Hasil Simulasi Resonator Pada 0,25 mm Gambar 22.
Frekuensi Resonator Pada Grafik Parameter S11 dan S21 di 0,25 mm Gambar 23.
Tampilan Magnitude Pada Bentuk Filter di 0,25 mm TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Hasil Simulasi Respon Band Pass Filter Pada Pengaruh Perubahan Jarak Antar Diantara Masing-masing Perubahan Multi Arms Resonator Open Loop Dengan Jarak Antar Konektor 2 mm.
Hasil pengamatan dari mengubah jarak diantara masing-masing pasangan lengan untuk 3 lengan bahwa hampir tidak terjadi perubahan frekuensi .
anya berubah sekitar 0,1 GH.
adapun nilai Return Loss (S.
yang terendah yaitu di jarak 25 mm dan Insertion Loss (S.
yang tertinggi yaitu di 0,5 mm bisa dilihat di Gambar 24.
Dari Gambar 25 dapat dilihat bahwa nilai S11 dan S21 pada m1 = -14 dB dan m2 = -2,9 dB di frekuensi 30,9 GHz.
Di Gambar 26 dapat dilihat bahwa ploting magnitude pada resonator itu kondisi yang paling baik adalah berada di sekitar konektor input yaitu 1,3046e 001 v/m.
Gambar 24.
Hasil Simulasi Resonator Pada 0,5 mm Gambar 25.
Frekuensi Resonator Pada Grafik Parameter S11 dan S21 di 0,5 mm TELEKONTRAN.
VOL.
NO.
OKTOBER 2020
Gambar 26.
Tampilan Magnitude Pada Bentuk Filter di 0,5 mm Hasil Fabrikasi Filter Hasil fabrikasi filter open loop resonator menggunakan multi arms namun belum dapat diukur dikarenakan frekuensi nya yang terlampau tinggi dan alat ukur tidak dapat mengukur frekuensi tersebut bisa dilihat di Gambar 27 bekerja di frekuensi lebih besar dari 30 GHz.
Penelitian ini juga bisa dikembangkan dengan menambah jumlah elemen open loop dan melihat seperti apa respon filter ketika menambah elemen open loop nya.
Daftar Pustaka