JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Vol.
No.
September 2024, pp.
DOI: https://doi.
org/10.
35313/jitel.
p-ISSN: 2774-7972 e-ISSN: 2775-6696 Perancangan dan realisasi BPF trisection hairpin dengan kopling silang campuran pada frekuensi tengah 9,47 GHz Nabila Zahra Salsabila1*.
Enceng Sulaeman2 Jurusan Teknik Elektro.
Politeknik Negeri Bandung Jl.
Gegerkalong Hilir.
Ds.
Ciwaruga.
Kab.
Bandung Barat.
Jawa Barat.
Indonesia tkom419@polban.
id, 2enceng.
sulaeman@polban.
ABSTRAK
Bandpass filter (BPF) merupakan alat dalam sistem telekomunikasi yang berfungsi melewatkan sinyal dengan rentang frekuensi yang dibutuhkan dan meredam atau menahan sinyal dengan rentang frekuensi di Dalam karya sebelumnya telah dilakukan realisasi bandpass filter pada frekuensi X-Band, akan tetapi dalam hasil pengukuran realisasi bandpass filter masih terdapat parameter yang belum sesuai dengan spesifikasi.
Maka dari itu, pada penelitian ini dirancang dan direalisasikan sebuah bandpass filter yang bekerja dalam frekuensi 9200-9700 MHz dengan frekuensi tengah 9470 MHz.
menggunakan metode trisection berbasis hairpin resonator dengan kopling silang campuran.
Bandpass filter pada penelitian ini telah dirancang dengan software AWR Design Environment 2009 dan direalisasikan menggunakan substrat Roger Duroid 5880 dengan spesifikasi insertion loss passband kurang dari 2 dB, return loss passband lebih dari 14 dB, dan bandwidth sebesar 500 MHz.
Telah diperoleh hasil realisasi bandpass filter dengan menggunakan casing pada frekuensi 9290-9680 MHz dengan frekuensi tengah 9485 MHz dan bandwidth 390 MHz yang belum memenuhi Insertion loss passband yang diperoleh sebesar 2,5 dB dan return loss passband yang diperoleh sebesar 7,9 dB yang mana keduanya pun belum memenuhi spesifikasi.
Bandpass filter metode trisection hairpin resonator dengan kopling silang campuran berhasil dirancang dan direalisasikan dengan menghasilkan dua buah transmission zeroes.
Kata kunci: bandpass filter, trisection, hairpin, kopling silang campuran.
X-Band
ABSTRACT
A bandpass filter is a device in the telecommunications system that designed to pass signals in the required frequency range and attenuate or reject signals outside that frequency range.
In the previous work, bandpass filters were realized at X-Band frequency.
However, the measurement results of past proposed research did not fulfill the specified parameters.
Therefore, in this research, a bandpass filter was designed and implemented to operate in the frequency range of 9200-9700 MHz with a center frequency of 9470 MHz.
The design utilized the trisection method based on hairpin resonators with mixed cross-coupling.
In this research, a bandpass filter was designed using AWR Design Environment 2009 software and implemented on a Roger Duroid 5880 substrate with specifications of passband insertion loss is less than 2 dB, passband return loss more than 14 dB, and bandwidth of 500 MHz.
The results of the proposed design with a casing achieved a frequency range of 92909680 MHz with a center frequency of 9485 MHz and a bandwidth of 390 MHz which did not fulfill the The passband insertion loss obtained was 2.
5 dB and the passband return loss obtained was 7.
dB, both of which also did not fulfill the parameters of specification.
Bandpass filter with hairpin resonator and mixed cross-coupling was successfully designed and reliazed with two transmission zeroes.
Keywords: bandpass filter, trisection, hairpin, mixed cross-coupling.
X-Band
PENDAHULUAN
Seiring berjalannya waktu, teknologi telekomunikasi berkembang dengan sangat pesat dan salah satunya adalah filter.
Filter merupakan alat yang berfungsi untuk memproses dengan meredam, meneruskan dan menyaring sinyal yang dibutuhkan dan atau tidak memproses dengan menahan, meloloskan atau membuang sinyal yang tidak dibutuhkan .
Salah satu jenis filter adalah bandpass filter (BPF) yang berfungsi melewatkan sinyal dengan rentang frekuensi yang dibutuhkan dan menahan sinyal dengan rentang frekuensi di luarnya.
Bandpass filter dapat menjadi salah satu Naskah diterima tanggal 17 Juli 2023, disetujui tanggal 5 Juni 2024 *E-mail korespondensi Nabila Zahra Salsabila: Perancangan dan realisasi BPF trisectionA Vol.
4 No.
3 September 2024 komponen penting penyusun radar, elektronika medis, sistem komunikasi, sistem keamanan, dan Trisection adalah metode BPF menggunakan tiga buah resonator dengan kopling silang untuk menghasilkan transmission zeroes (TZ) pada satu sisi di luar passband .
Dalam sintesisnya untuk menghasilkan transmission zeroes diperlukan sebuah elemen yang tidak berubah terhadap frekuensi.
FIR Frequency Independent Reactance.
Jika kopling silang berupa kopling elektrik maka transmission zeroes akan muncul pada sebelah atas passband, sebaliknya jika kopling silang berupa kopling magnetik maka transmission zeroes berada pada sebelah bawah passband.
Untuk menghasilkan dua buah transmission zeroes, pada bagian atas dan bawah passband diperlukan kopling silang campuran .
Dalam karya sebelumnya telah direalisasikan band pass filter dengan metode yang berbeda-beda pada frekuensi X-Band.
Akan tetapi, terdapat parameter yang belum sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan yaitu mengalami pergeseran pada frekuensi tengah dan meningkatnya nilai insertion loss menjadi Ou 2 dB .
, .
Telah direalisasikan pula bandpass filter menggunakan metoda cross-coupled trisection dengan satu jenis kopling .
Pada penelitian ini dirancang bandpass filter dengan kopling silang campuran untuk menghasilkan dua buah TZ pada sebelah atas dan bawah passband.
Metode yang digunakan adalah modifikasi hairpin bandpass filter dengan menambahkan kopling silang campuran diantara resonator 1 dan 3 sehingga membentuk trisection bandpass filter pada pita frekuensi X-Band dengan rentang frekuensi kerja 9,2 Ae 9,7 GHz.
METODE PENELITIAN
1 Perancangan BPF Filter merupakan alat yang berfungsi untuk memproses dengan meredam, meneruskan dan menyaring sinyal yang dibutuhkan dan atau tidak memproses dengan menahan, meloloskan atau membuang sinyal yang tidak dibutuhkan .
Bandpass filter merupakan salah satu jenis filter yang berfungsi melewatkan frekuensi tertentu .
rekuensi cut-off bawah sampai frekuensi cut-off ata.
dan menahan frekuensi di luar rentang tersebut seperti yang ditunjukan pada Gambar 1.
Gambar 1.
Bandpass filter .
2 Mikrostrip Mikrostrip terbuat dari konduktor yang terdiri dari strip dan ground yang diantaranya berupa substrat dengan konstanta dielektrik .
Persamaan untuk memperoleh konstanta dielektrik efektif yang merupakan nilai konstanta dielektrik untuk resonator pada mikrostrip adalah sebagai berikut .
E Au A 1 Au A 1 E E 12d E A1 2
E W E EE
E 1A
A r
E r
EE d EE E
2 EE EE
W EE
E 2
Au eff A E
A1 2
E Au r A 1 Au r A 1 E 12d E
E 2 A 2 E1 A W E
W d C1 W d A1 JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Nabila Zahra Salsabila: Perancangan dan realisasi BPF trisection A Vol.
4 No.
3 September 2024 Selanjutnya, berikut adalah nilai dari impedansi karakteristik yang merupakan nilai impedansi dari saluran mikrostrip:
E 60 E 8d W E
E Au e E W 4d E
Z0 A E
120A Au e 0,667 ln( W d A 1,.
W d C1 W d A1 Apabila impedansi saluran dan konstanta dielektrik efektif diketahui dalam perancangan, maka penentuan lebar strip dapat menggunakan rumus berikut:
E 8e A E
W Ee2A A 2
AE E
d E 2 B A 1 A ln( 2 B A .
A Au r A 1 EE ln( B A .
A 0,39 A 0,61 e
2Au r EE
Au r e
EEA E
W d A2 W d A2 Dengan:
Z0 Au r A1 Au r A1E
0,11 E
EE 0,23 A
Au r A1E Au r EE 2Z 0 Au r Kemudian untuk memperoleh panjang resonator diperoleh dari setengah dari panjang gelombang.
Maka rumus panjang resonator diketahui:
yuIyci ya= yuIyci = yce yca 0 OoyuAyceyceyce .
Frekuensi tengah dari filter dapat diketahui dengan rumus berikut:
f0 = Oof1 y f2 3 Trisection Trisection merupakan salah satu metode dalam perancangan filter yang menggunakan orde 3.
Metode trisection disebut demikian karena menggunakan tiga resonator .
untuk mencapai respons filter yang diinginkan pada perancangan.
Dalam hal ini, orde menggambarkan jumlah resonator yang aktif dalam perancangan filter.
Resonator-resonator ini ditempatkan secara berurutan dalam jalur transmisi.
Orde 3 merupakan orde yang cukup rendah dan menghasilkan dimensi filter yang cukup kecil.
Metode trisection menggunakan kopling silang untuk menghasilkan transmission zeroes (TZ) pada satu sisi di luar passband .
Apabila kopling silang berupa kopling elektrik maka transmission zeroes akan muncul pada sebelah atas passband, sebaliknya jika kopling silang berupa kopling magnetik maka transmission zeroes berada pada sebelah bawah passband.
Maka dari itu, untuk menghasilkan dua buah transmission zeroes di atas dan di bawah passband dibutuhkan kopling silang campuran .
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Nabila Zahra Salsabila: Perancangan dan realisasi BPF trisectionA Vol.
4 No.
3 September 2024 4 Kopling Silang Campuran Salah satu metode perancangan resonator dalam filter adalah kopling silang.
Kopling silang terjadi ketika sebuah resonator didekatkan dengan resonator lain yang tidak berurutan seperti pada Gambar 2.
Metode ini dapat mempertajam hasil respons frekuensi dari sebuah filter.
Kopling silang menghasilkan respons yang selektif dengan respons frekuensi filter jenis quasielliptic yang memiliki transmission zero .
Cross Coupling M13
M12
M23
Direct Coupling Direct Coupling Gambar 2.
Trisection dengan kopling silang .
Kopling campuran merupakan superposisi dari kopling magnetik dan elektrik seperti.
Gambar 3 menunjukkan bahwa kopling campuran terjadi ketika sisi diantara tengah dan ujung resonator yuI yuI dengan ujung terbuka didekatkan dengan sisi diantara tengah dan ujung resonator 2 dengan ujung terbuka lainnya, dimana akan terbentuk medan listrik dan medan magnet.
Trisection dengan kopling silang campuran ditunjukkan seperti pada Gambar 4.
Gambar 3.
Kopling campuran .
Gambar 4.
Trisection dengan kopling silang campuran 5 Spesifikasi Perancangan Spesifikasi bandpass filter trisection berbasis hairpin dengan kopling silang campuran yang diharapkan terlampir pada Tabel 1 sebagai berikut:
Tabel 1.
Spesifikasi filter Parameter Frekuensi Kerja Frekuensi Tengah Bandwidth 14 dB Insertion Loss passband Return Loss Passband Spesifikasi 9200 Ae 9700 MHz 9470 MHz 500 MHz O 2 dB Ou 14 dB Material substrat yang digunakan adalah Rogers Duroid 5880 dengan spesifikasi terlampir pada Tabel 2 sebagai berikut:
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Nabila Zahra Salsabila: Perancangan dan realisasi BPF trisection A Vol.
4 No.
3 September 2024 Tabel 2.
Spesifikasi material Parameter Konstanta Dielektrik .
Dielectric Loss Tangen .
Ketebalan Substrat Spesifikasi 0,0004 Ae 0,0009 1,575 mm HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah dilakukan simulasi dan optimasi didapatkan hasil akhir dari respons frekuensi yakni seperti pada Gambar 5 berikut:
Gambar 5.
Simulasi bandpass filter Gambar 6.
Respons frekuensi simulasi bandpass filter Dari Gambar 6 dapat terlihat adanya dua buah transmission zeroes pada sisi atas dan bawah passband dengan respons frekuensi quasielliptic yang mana sudah sesuai dengan yang diinginkan.
Dari hasil simulasi dan optimasi bandpass filter didapatkan hasil maksimal pada respons frekuensi yakni dengan frekuensi kerja dari 9234 Ae 9714 MHz dengan bandwidth 480 MHz.
Setelah melakukan proses simulasi dan memiliki hasil yang mendekati spesifikasi, dilanjutkan dengan melakukan Proses realisasi dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu pencetakan PCB, pemasangan konektor, dan pembuatan casing.
Pencetakan dilakukan pada substrat PCB Rogers Duroid 5880 dengan hasil seperti pada Gambar 7.
Gambar 7.
Hasil pencetakan PCB bandpass filter Proses pembuatan casing dilakukan setelah proses pencetakan PCB selesai.
Bahan yang digunakan dalam pembuatan casing adalah alumunium dural.
Pembuatan casing bertujuan agar udara luar tidak mempengaruhi respons frekuensi dan sesuai dengan simulasi pada AWR Design Environment 2009 dimana layer udara yang berada di atas PCB diatur sebesar 2 cm.
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Nabila Zahra Salsabila: Perancangan dan realisasi BPF trisectionA Vol.
4 No.
3 September 2024 Gambar 8.
Casing BPF bagian luar dan dalam Gambar 8 merupakan hasil PCB setelah menggunakan casing.
Setelah dilakukan pencetakan hingga pemasangan casing, bandpass filter diukur menggunakan network analyzer dan menghasilkan respons frekuensi sebagai berikut:
390 MHz Fcl = 9680 MHz RL = 9 dB Fcl = 9290 MHz RL = 5,5 dB F TZ = 9710MHz IL = 12 dB Fmax RL = 9450 MHz RL = 7.
9 dB Fc = 9485 MHz IL = 2.
5 dB F TZ = 8700 MHz IL = 13 dB Insertion Loss dengan Casing Return Loss dengan Casing MHz Gambar 9.
Respons frekuensi realisasi bandpass filter Pada respons frekuensi Gambar 9 dapat terlihat adanya dua buah transmission zeroes dengan respons frekuensi quasielliptic pada sisi atas dan bawah passband yang mana sudah sesuai dengan yang diinginkan.
Dari hasil realisasi bandpass filter didapatkan nilai frekuensi kerja dari 9290 Ae 9680 MHz dengan bandwidth 390 MHz.
Selanjutnya, data pada Tabel 3 di bawah ini merupakan hasil pengukuran parameter pada simulasi dan realisasi:
Tabel 3.
Data Parameter Hasil Simulasi dan Realisasi Parameter Frekuensi cut-off bawah Frekuensi cut-off atas Bandwidth 14 dB Frekuensi tengah Return loss maksimum passband Insertion loss passband Spesifikasi 9200 MHz 9700 MHz 500 MHz 9470 MHz Ou 14 dB O 2 dB Simulasi 9234 MHz 9714 MHz 480 MHz 9471 MHz 16,88 dB 0,08 dB Realisasi 9290 MHz .
,5 dB) 9680 MHz .
,5 dB) 390 MHz .
,5 dB) 9485 MHz .
,5 dB) 7,9 dB 2,5 dB Dari data yang telah diambil dapat dianalisis bahwa hasil simulasi memiliki beberapa perbedaan dengan spesifikasi.
Frekuensi cut-off atas dan bawah yang diperoleh pada simulasi adalah sebesar 9234 MHz dan 9714 MHz yang mana keduanya belum memenuhi spesifikasi parameter karena masing-masing bergeser sebesar 34 MHz dan 14 MHz.
Frekuensi tengah passband insertion loss pada simulasi diperoleh sebesar 9471 MHz yang mana frekuensi bergeser sebesar 1 MHz.
Bandwidth yang diperoleh menyempit 20 MHz dari spesifikasi dengan hasil pada simulasi sebesar 480 MHz.
Nilai return loss maksimum passband yang diperoleh sebesar 16,88 dB dan telah memenuhi spesifikasi yaitu Ou14 dB.
Nilai insertion loss passband yang diperoleh telah memenuhi spesifikasi yaitu O 2 dB sebesar 0,08 dB.
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Vol.
4 No.
3 September 2024 Nabila Zahra Salsabila: Perancangan dan realisasi BPF trisection A Selanjutnya dilakukan pengukuran realisasi dengan menggunakan network analyzer dan dihasilkan nilai-nilai pada setiap parameter seperti yaitu frekuensi cut-off 5.
5 dB dengan frekuensi cutoff bawah yang diperoleh sebesar 9290 MHz dan frekuensi cut off atas sebesar 9680 MHz.
Hasil tersebut belum sesuai dengan spesifikasi parameter yang diinginkan karena frekuensi cut-off bawah bergeser sebesar 90 MHz dan frekuensi cut-off atas bergeser sebesar 20 MHz.
Pergeseran frekuensi cut-off menyebabkan bandwidth yang dihasilkan mengalami penyempitan sebesar 110 MHz sehingga nilai bandwidth menjadi sebesar 390 MHz.
Dalam pengukuran ini didapat return loss dan insertion loss yang belum sesuai dengan spesifikasi awal yaitu masing-masing sebesar 7.
9 dB dan 2.
5 dB, dimana spesifikasi yang diinginkan untuk return loss adalah Ou14 dB dan insertion loss O 2 dB.
Frekuensi tengah yang diperoleh sebesar 9485 MHz yang mana bergeser 15 MHz dan belum memenuhi spesifikasi awal.
Berdasarkan Tabel 3 di atas dapat terlihat nilai insertion loss simulasi berbeda dengan realisasi.
Hal tersebut disebabkan dalam realisasi terdapat tangen loss yang dimiliki substrat PCB Rogers Duroid 5880 sebesar 0,0004-0,0009 dan memiliki redaman konduktor, sedangkan pada saat simulasi nilai tangen loss diatur pada nilai nol yang berarti tidak ada loss pada substrat PCB.
Selanjutnya, semakin kecil saluran resonator maka akan semakin besar redaman konduktor dimana lebar saluran resonator pada perancangan ini sebesar 0,5 mm.
Selanjutnya didapatkan hasil pengukuran yang berbeda untuk return loss pada simulasi dan Hal ini disebabkan oleh mismatch impedance pada port input atau output dengan saluran transmisi sehingga gelombang akan dipantulkan kembali dan nilai return loss menjadi kurang baik.
Mismatch impedance dapat disebabkan oleh konektor SMA yang kurang baik.
Nilai return loss juga mempengaruhi nilai insertion loss.
Hal ini disebabkan ketika gelombang masuk pada port input dan tidak ada yang dipantulkan, maka gelombang tersebut masuk secara maksimal ke dalam filter dan akan dikeluarkan oleh port output, sehingga insertion loss yang terjadi hanya disebabkan oleh substrat PCB.
Faktor lainnya yang dapat mempengaruhi nilai insertion loss dan return loss tidak sesuai spesifikasi adalah terjadinya pengikisan tembaga pada PCB ketika mengganti konektor dan terjadi Kemudian, mismatch impedance juga menyebabkan parameter bandwidth tidak dapat diukur pada spesifikasi return loss yang diinginkan yaitu 14 dB karena return loss yang diperoleh bernilai kurang dari 14 dB, maka bandwidth diukur pada frekuensi cut-off 3 dB dan diperoleh nilai bandwidth yang mengalami penyempitan.
Dari respons frekuensi antara simulasi dan realisasi terlihat bahwa respons frekuensi pada realisasi lebih kasar dan memiliki banyak ripple dibanding dengan simulasi.
Mismatch impedance menyebabkan beberapa pantulan gelombang elektromagnetik, yang menghasilkan ripple.
Hal tersebut dapat disebabkan oleh konektor, bahan PCB, dan kabel .
KESIMPULAN
Berdasarkan proses perancangan, perhitungan, simulasi, dan realisasi bandpass filter menggunakan casing diperoleh frekuensi 9290-9680 MHz dengan frekuensi tengah 9485 MHz dan bandwidth 390 MHz.
Insertion loss passband yang diperoleh sebesar 2,5 dB dan return loss passband yang diperoleh sebesar 7,9 dB yang mana keduanya belum memenuhi spesifikasi.
Dapat disimpulkan bahwa bandpass filter dengan metode trisection hairpin resonator dengan kopling silang campuran berhasil direalisasikan dan menghasilkan dua buah transmission zeroes.
Adanya kopling silang campuran menghasilkan respons frekuensi quasielliptic dengan transmission zeroes di atas dan dibawah passband.
Penggunaan orde rendah dari metode trisection hairpin dapat menghasilkan filter yang selektif dan tajam.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan banyak terimakasih untuk pihak-pihak yang terlibat dalam penelitian ini, khususnya kepada Direktur Politeknik Negeri Bandung.
Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung dan Dosen Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Bandung sehingga penelitian dapat dijalankan serta terlaksana sebagaimana mestinya.
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Nabila Zahra Salsabila: Perancangan dan realisasi BPF trisectionA Vol.
4 No.
3 September 2024
REFERENSI