Rancang Bangun Band Pass Filter Dengan Metode Hairpin Menggunakan Saluran Mikrostrip Untuk Frekuensi 2,4-2,5 GHZ

RANCANG BANGUN BAND PASS FILTER DENGAN METODE HAIRPIN MENGGUNAKAN SALURAN MIKROSTRIP UNTUK FREKUENSI

2,4-2,5 GHZ

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi

Oleh:

FRANS CHRISTIAN SITOMPUL NIM : 090402097

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

RANCANG BANGUN BAND PASS FILTER DENGAN METODE HAIRPIN MENGGUNAKAN SALURAN MIKROSTRIP UNTUK FREKUENSI

2,4-2,5 GHZ

Oleh:

FRANS CHRISTIAN SITOMPUL NIM: 090402097

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 21 bulan Mei tahun 2014 di depan penguji: 1) Rahmad Fauzi, ST. MT. : Ketua Penguji

2) Dr. Maksum Pinem, ST. MT. : Anggota Penguji Disetujui oleh:

Pembimbing Tugas Akhir

Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST. MT. NIP: 19870826 200312 1 001

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

ABSTRAK

Hairpin Filter adalah salah satu jenis filter yang cukup terkenal yang digunakan

untuk frekuensi microwave. Ini di bentuk dari resonator filter edge-couple dengan

membalik ujung resonator ke bentuk “U”. Ini akan mengurangi panjang dan

meningkatkan aspek rasio secara berarti dari mikrostrip sebagai perbandingan dengan

konfigurasi edge-couple. Dalam metode hairpin terdapat saluran yang terkopel dan ada

saluran yang tidak terkopel.[3]

Pada Tugas Akhir ini dilakukan simulasi dan rancang bangun band pass fliter

dengan metode hairpin menggunakan saluran mikrostrip untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz.

Pada simulasi didapatkan filter dapat meloloskan sinyal dengan frekuensi antara

2,403-2,533 GHz. Hasil fabrikasi menunjukkan adanya pergeseran frekuensi tengah sebesar

50 MHz dengan nilai return loss = -26,95 dB, insertion loss = -14,7 dB dan VSWR =

1,39.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa dimana atas berkat, karunia, dan rahmat-Nya lah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul :

“RANCANG BANGUN BAND PASS FILTER DENGAN METODE

HAIRPIN MENGGUNAKAN SALURAN MIKROSTRIP UNTUK FREKUENSI 2,4-2,5 GHZ”

Tugas akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain kepada :

1. Orangtua Penulis St.Ramses Sitompul MPd. dan Ratna Siahaan beserta abang, kakak dan adik Penulis Novelita Sitompul SPd., Olivia Sitompul Amd., Franklin Sitompul Amd., dan Stephany Sitompul yang telah memberi dukungan dan doa yang tiada hentinya bagi Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro

FT-USU.

4. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST. MT. selaku dosen pembimbing Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. Bapak Rahmad Fauzi, ST. MT. dan Dr. Maksum Pinem, ST. MT. selaku dosen penguji Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

6. Ibu Naemah Mubarakah, ST. MT. selaku dosen wali Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menjalani masa perkuliahan. 7. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah membekali Penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani perkuliahan.

8. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

9. Kawan Kerja Praktek di Telkomsel, Daniel Hermanto Marpaung, Nicholas Tanzil, dan Rudy Chandra.

10.Sahabat sekaligus teman-teman Penulis stambuk 2009 yang tak dapat disebutkan satu persatu terutama sendok community.

11.Teman-teman WAR, Putri Tamba, Mumbane Napitupulu, PBSK Sihombing, Hearme Sitohang, Sinamotevee Simanjuntak, Rhastaonasis Pasaribu, FelixNiko Marpaung, Madao Tampubolon, Kuchiyose Tanzil, Comelectric Nainggolan, FellixDerico dan lain-lain yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu.

tangan terbuka menerima saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan tugas akhir ini.

Akhir kata, Penulis berharap tugas akhir ini bisa bermanfaat dan menambah wawasan bagi para pembacanya.

Medan, Mei 2014

Frans Christian Sitompul

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

BAB I ... 1

PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 1

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Metodologi Penelitian ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II ... 5

DASAR TEORI ... 5

2.1 Filter ... 5

2.1.1 Daerah frekuensi ... 6

2.1.1.1 Low Pass Filter (LPF) ... 6

2.1.1.2 High Pass Filter (HPF) ... 6

2.1.1.4 Band Stop Filter (BSF) ... 8

2.1.2 Respon Filter ... 8

2.1.2.1 Respon Butterworth (MaximallyFlat) ... 9

2.1.2.2 Respon Chebyshev ... 9

2.1.2.3 Respon Elliptic ... 10

2.1.2.4 Respon Gaussian/Bessel (MaximallyFlatGroup-Delay) ... 10

2.1.3 Parameter Filter ... 11

2.1.3.1 Parameter S ... 11

2.1.3.2 Returnloss ... 12

2.1.3.3 InsertionLoss ... 13

2.1.3.4 Q Factor ... 13

2.1.3.5 VSWR ... 14

2.2 MicrostripLine ... 14

2.3 FilterHairpin ... 16

2.3.1 SlideFactor... 18

2.3.2 Saluran Input ... 19

2.3.3 Koefisien Kopling ... 19

2.4 Perancanga Filter dengan Respon Chebyshev ... 20

BAB III ... 22

PERANCANGAN DAN SIMULASI ... 22

3.2 Parameter Rancangan yang Digunakan ... 22

3.3 Perangkat yang Digunakan ... 23

3.4 FlowChart Perancangan Filter ... 24

3.5 Perancangan Filter Hairpin ... 26

3.5.1 Perancangan Dimensi Resonator Hairpin... 27

3.5.1.1 Lebar Saluran Resonator ... 27

3.5.1.2 Panjang Saluran Resonator ... 28

3.5.1.3 Perancangan Jarak Antar Resonator... 30

3.5.1.4 Simulasi dan Analisa BPF Hairpin ... 32

3.6 Tuning Perancangan FilterHairpin ... 34

3.6.1 Tuning Panjang SlideFactor ... 34

3.6.2 Tuning Panjang Saluran Resonator Hairpin ... 36

3.6.3 Tuning Jarak Resonator Hairpin ... 37

3.7 Perancangan Pencatu pada Filter ... 39

3.8 Dimensi Perancangan BPF Hairpin ... 40

3.9 Hasil Simulasi ... 41

3.10 Prosedur Pengukuran ... 43

BAB IV ... 44

HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS... 44

4.1 Umum ... 44

4.3 Hasil Pengukuran S11 (Return Loss) ... 45

4.4 Hasil Pengukuran S21 (Insertion Loss) ... 46

4.5 Analisis Hasil Pengukuran ... 46

4.6 Analisis Kesalahan Umum ... 48

BAB V ... 50

KESIMPULAN DAN SARAN ... 50

5.1 Kesimpulan ... 50

5.2 Saran ... 51

DAFTAR PUSTAKA ... 52

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram blok filter secara umum ... 5

Gambar 2.2 Kurva low passfilter ... 6

Gambar 2.3 Kurva highpassfilter ... 7

Gambar 2.4 Kurva bandpassfilter ... 7

Gambar 2.5 Kurva bandstopfilter ... 8

Gambar 2.6 Kurva respon butterworth ... 9

Gambar 2.7 Kurva respon Chebyshev ... 9

Gambar 2.8 Kurva respon Elliptic ... 10

Gambar 2.9 Kurva respon Gaussian/Bessel ... 10

Gambar 2.10 twoportterminal ... 11

Gambar 2.11 Bentuk geometri saluran mikrostrip ... 15

Gambar 2.12 Transformasi edge coupled filter menjadi hairpin filter ... 17

Gambar 2.13 Slide factor ... 18

Gambar 3.1 Flowchart perancangan filter ... 25

Gambar 3.2 Ilustrasi rancangan lebar resonator dan lebar pencatu ... 28

Gambar 3.3 Ilustrasi rancangan panjang resonator hairpin ... 29

Gambar 3.5 Hasil simulasi awal BPF hairpin ... 32

Gambar 3.6 Hasil simulasi ulang BPF hairpin ... 33

Gambar 3.8 Grafik panjang resonator terhadap frekuensi kerja ... 36

Gambar 3.9 Pengaruh jarak S1 terhadap frekuensi ... 38

Gambar 3.10 Grafik perubahan jarak S2 terhadap bandwidth ... 39

Gambar 3.11 Perancangan pencatu pada filter ... 40

Gambar 3.12 Desain akhir perancangan BPF hairpin ... 41

Gambar 3.13 Hasil simulasi akhir S Parameter ... 42

Gambar 3.14 Grafik VSWR hasil simulasi ... 43

Gambar 4.1 Filter yang telah difabrikasi ... 44

Gambar 4.2 Grafik VSWR hasil pengukuran ... 45

Gambar 4.3 Hasil pengukuran S11 ... 45

Gambar 4.4 Grafik S21 hasil pengukuran ... 46

Gambar 4.5 Perbandingan hasil simulasi dan pengukuran ... 47

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Elemen untuk chebyshev dengan ripple 0.01 dB ... 21

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat yang digunakan ... 26

Tabel 3.2 Perubahan slidefactor terhadap frekuensi filter ... 35

Tabel 3.3 Hasil simulasi pengaruh perubahan jarak ukuran resonator terhadap frekuensi ... 36

Tabel 3.4 Pengaruh jarak S1 terhadap bandwidth dan frekuensi ... 37

Tabel 3.5 Pengaruh jarak S2 terhadap frekuensi kerja ... 38

ABSTRAK

Hairpin Filter adalah salah satu jenis filter yang cukup terkenal yang digunakan

untuk frekuensi microwave. Ini di bentuk dari resonator filter edge-couple dengan

membalik ujung resonator ke bentuk “U”. Ini akan mengurangi panjang dan

meningkatkan aspek rasio secara berarti dari mikrostrip sebagai perbandingan dengan

konfigurasi edge-couple. Dalam metode hairpin terdapat saluran yang terkopel dan ada

saluran yang tidak terkopel.[3]

Pada Tugas Akhir ini dilakukan simulasi dan rancang bangun band pass fliter

dengan metode hairpin menggunakan saluran mikrostrip untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz.

Pada simulasi didapatkan filter dapat meloloskan sinyal dengan frekuensi antara

2,403-2,533 GHz. Hasil fabrikasi menunjukkan adanya pergeseran frekuensi tengah sebesar

50 MHz dengan nilai return loss = -26,95 dB, insertion loss = -14,7 dB dan VSWR =

1,39.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Wifi merupakan jaringan yang sangat vital dalam kehidupan sehari-hari dimana pada tiap gadget yang digunakan setiap hari dan hampir setiap lapisan masyarakat. Jika kita menganalisa jaringan wifi maka tak akan lepas dari peranan antena dan filter yang berperan penting dalam transfer data pada jaringan tersebut. Pada kesempatan ini akan di bahas bagaimana merancang Bandpassfilter dengan metode Hairpin menggunakan saluran mikrostrip, mengingat bahwa metode tersebut sangat penting untuk di analisa karena bentuk filter yang sederhana dan biayanya tidak membebani bila di pasang pada perangkat yang membutuhkan filter.

Hairpin filter mempunyai konsep yang didapat dengan lipatan resonator dari parallel-coupled, half-wavelength resonator filters, dan mempunyai bentuk

”U”, sehingga mempunyai struktur yang tersusun rapi. Spesifikasi dari filter yang

diinginkan adalah return loss yang kecil, insertion loss mendekati nilai 0 dB. Perancangan menggunakan lima orde elemen.

Pada skripsi ini dirancang band pass filter dengan metode hairpin pada saluran mikrostrip untuk frekuensi kerja 2,4-2,5 GHz dengan menggunakan AWR Microwave Office 2004.

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana prinsip kerja band-pass filter dengan metode hairpin

menggunakan saluran mikrostrip?

2. Bagaimana cara menentukan ukuran resonator saluran mikrostrip agar bekerja pada frekuensi yang diinginkan?

3. Apa saja paremeter-parameter yang dibutuhkan, dan berapa nilainya agar kualitas hairpin filter didapatkan?

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan dari Tugas Akhir ini ialah merancang bangun band pass filter

dengan metode hairpin pada saluran mikrostrip yang dapat bekerja pada frekuensi 2,4-2,5 Ghz dengan:

1. Memahami prinsip kerja band-pass filter dengan metode hairpin

menggunakan saluran mikrostrip.

2. Memahami cara menentukan ukuran resonator saluran mikrostrip agar bekerja pada frekuensi yang diinginkan.

3. Memahami paremeter-parameter filter yang di gunakan agar kualitas

hairpin filter didapatkan.

1.4 Batasan Masalah

Agar pembahasan Tugas Akhir ini lebih terarah, Penulis membatasi bahasan masalah sebagai berikut :

1. Membahas tentang band-pass filter dengan metode hairpin menggunakan mikrostrip.

3. Frekuensi kerja yang digunakan untuk perancangan filter adalah 2,4 GHz - 2,5 GHz.

4. Menggunakan substrat FR4 dengan konstanta dielektrik r ≤ 4,4.

5. Perangkat lunak yang digunakan sebagai simulator adalah AWR Microwave Office 2004.

1.5 Metodologi Penelitian

1. Studi literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan lain yang tekait dan jurnal-jurnal penelitian serta layanan internet.

2. Studi Rancang dan Simulasi

Berupa proses perancangan filter mulai dari pemilihan bahan dan peralatan yang digunakan serta proses simulasi pada simulator AWR Microwave Office 2004

3. Pengukuran

Berupa proses pengukuran filter yang telah di fabrikasi, yaitu dengan mengukur parameter-parameter yang di tentukan. Pengukuran parameter tersebut dilakukan dengan menggunakan perangkat keras Network Analyzer.

4. Analisis

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI

Bab ini berisikan penejelasan tentang antena bandpass filter secara umum dan penjelasan tentang band pass filter dengan metode

hairpin secara khusus, dan parameter filter yang di gunakan. BAB III : PERANCANGAN DAN SIMULASI

Bab ini berisikan tentang perancangan band pass filter dengan metode hairpin pada saluran mikrostrip dengan simulasi menggunakan software simulator yang diterapkan pada band

frekuensi 2.4-2.5 GHz.

BAB IV : HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS

Bab ini berisikan tentang proses pembuatan prototype dan pengujian band pass filter dengan metode hairpin pada saluran mikrostrip. Prosedur pengujian, peralatan yang digunakan dalam pengujian, hasil pengujian serta analisa hasil pengujian.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Filter

Filter atau tapis didefinisikan sebagai rangkaian atau jaringan listrik yang dirancang untuk melewatkan atau meloloskan arus bolak-balik yang dibangkitkan pada frekuensi tertentu serta memblok atau memperlemah semua arus bolak-balik yang dibangkitkan dengan frekuensi yang lain[1]. Filter digunakan untuk mengontrol respon frekuensi suatu sistem RF/microwave dengan membiarkan pengiriman pada frekuensi dalam passband filter, dan redaman dalam stopband filter. Filter sendiri terdapat pada rangkaian pengirim ataupun penerima, yang berguna untuk menyeleksi frekuensi yang dibutuhkan pada sistem tersebut.

Dari tiap kelompok filter yang dibuat, akan diacu parameter filter yaitu frekuensi kerja, impedansi input/output, frekuensi cut-off, kecuraman, lebar pita dan

ripple. Filter secara umum dapat dijelaskan pada Gambar 2.1.

FILTER

H (s)

Input Vi(t)

Output Vo(t)

Gambar 2.1 Diagram blok filter secara umum

sinyal keluaran dan tegangan sinyal masukan. Klasifikasi filter adalah sebagai berikut:

2.1.1 Daerah frekuensi

Tujuan filter dirancang adalah untuk menyeleksi frekuensi sehingga yang dilewatkan hanya frekuensi yang dibutuhkan saja. Berdasakan daerah frekuensi kerja yang dilewatkan, filter dibagi menjadi 4 macam.

2.1.1.1 Low Pass Filter (LPF)

Low Pass Filter merupakan jenis filter yang melewatkan frekuensi di bawah frekuensi cut-off dan meredam frekuensi di atas frekuensi cut-off. Kurva low pass filter dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Kurva low passfilter[3]

2.1.1.2 High Pass Filter (HPF)

Gambar 2.3 Kurva highpassfilter[3]

2.1.1.3 Band Pass Filter (BPF)

Band Pass Filter adalah jenis filter yang hanya melewatkan sinyal pada

range frekuensi tersebut. BPF mempunyai dua frekuensi cut-off yaitu frekuensi cut-off 1 (fc1) dan frekuensi cut-off 2 (fc2). Range kedua frekuensi cut-off inilah yang

akan dilewatkan oleh filter, diluar range tersebut maka sinyal akan diredam. BPF bisa merupakan gabungan dari filter jenis LPF dan HPF. BPF memiliki satu frekuensi tengah yang merupakan frekuensi resonansinya (fo). Kurva band pass filter dapat dilihat pada Gambar 2.4.

2.1.1.4 Band Stop Filter (BSF)

Band Stop Filter adalah kebalikan dari BPF, sama-sama memiliki dua frekuensi cut-off. Akan tetapi, range kedua frekuensi cut-off pada BSF akan diredam dan di luar range frekuensi tersebut sinyal akan dilewatkan. BSF memiliki satu frekuensi tengah yang merupakan frekuensi resonansinya (fo). Kurva band stop filter dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Kurva bandstopfilter[3]

2.1.2 Respon Filter

Berdasarkan respon passband-nya, filter bisa diklasifikasikan ke dalam empat macam. Bentuk respon frekuensi tergantung dari jumlah elemen atau orde

2.1.2.1 Respon Butterworth (Maximally Flat)

Pada filter jenis ini tidak terdapat ripple pada respon passband-nya. Gambar 2.6 merupakan kurva respon butterworth.

Gambar 2.6 Kurva respon butterworth[3]

2.1.2.2 Respon Chebyshev

Respon chebyshev memiliki selektivitas yang lebih baik dibandingkan dengan respon butterworth. Namun, pada filter ini terdapat ripple yang konstan pada daerah passband-nya. Gambar 2.7 merupakan kurva respon chebyshev.

2.1.2.3 Respon Elliptic

Filter ini mempunyai ripple yang sama pada respon passband-nya maupun

stopband-nya. Gambar 2.8 merupakan kurva respon elliptic.

Gambar 2.8 Kurva respon Elliptic[3]

2.1.2.4 Respon Gaussian/Bessel (Maximally Flat Group-Delay)

Respon Gaussian tidak mempunyai ripple pada respon passband-nya. Pada respon ini, terdapat delay pada setiap orde filter yang diberikan. Gambar 2.9 merupakan kurva respon Gaussian/Bessel.

2.1.3 Parameter Filter

Dalam perancangan filter, harus ditentukan terlebih dahulu spesifikasi yang diharapkan dari filter. Hasil rancangan dari filter harus sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan paling tidak mendekati [3]. Beberapa parameter penting yang digunakan untuk mengevaluasi kinerja dari suatu filter antara lain:

2.1.3.1 Parameter S

Parameter S adalah suatu konsep yang penting dalam desain gelombang mikro karena mudah diukur dan bekerja dangan baik pada frekuensi tinggi. Walaupun suatu rangkaian bisa memiliki banyak terminal, parameter rangkaian bisa dijelaskan dengan mudah dengan hanya dua terminal saja, yaitu terminal input

dan output, seperti ditunjukkan Gambar 2.10.

Gambar 2.10 twoportterminal[5]

Rangkaian dua port (terminal) menunjukkan gelombang datang/incident

(a1, a2) dan gelombang pantul (b1, b2). Persamaan linear yang menyatakan rangkaian dua terminal adalah:

= | = = | = (2.1)

= | = = | = (2.2)

Parameter S11 dan S 22 merupakan koefisien refleksi sedangkan S12 dan S21 disebut koefisien transmisi. Parameter scattering merupakan persamaan dengan bentuk kompleks dan dapat dijabarkan dalam amplitudo maupun fasanya. S-parameter juga biasanya ditulis dalam bentuk logaritmik yaitu dinyatakan dalam Persamaan 2.3.

| | , = (2.3)

Dalam analisa filter, terdapat parameter return loss dan insertion loss,

Persamaan 2.4 dan 2.5 menyatakan kedua parameter tersebut dalam bentuk logaritmik S-parameter.

= − log| | . = , ≠ (2.4)

= log| | = , (2.5)

= +|_−| |_| (2.6)

Dimana LA menyatakan insertion loss antara port n dan port m dan LR menyatakan return loss pada port n.

2.1.3.2 Return loss

Return loss adalah kehilangan sejumlah daya yang dipantulkan kembali ke sumber diakibatkan karena gangguan transmisi atau rangkaian yang tidak matching.

dikirimkan dari sumber (PT). Nilai dari RL harus sekecil mungkin, jika dalam dB berarti harus bernilai negatif sebesar mungkin agar daya yang ditransfer maksimum.

Return loss dinyatakan dalam Persamaan 2.7: = log ��

�� = log

−

+ (2.7)

2.1.3.3 Insertion Loss

Insertion loss adalah rugi-rugi daya yang dihasilkan karena penyisipan karena penyisipan perangkat antara sumber dan beban. Daya yang dikirimkan dari sumber ke beban akan direfleksikan kembali ke sumber dan ada yang ditransfer ke beban, namun daya yang di transfer ke beban ini sebagian akan hilang karena komponen pada rangkaian, hilangnya daya inilah yang disebut insertion loss.

Insertion loss ini merupakan perbandingan antara daya yang dikirim ke beban sebelum insertion loss (PT) dengan daya yang diterima beban setelah insertion loss

(PR) dalam logaritmik decibel. Nilai insertion loss harus mendekati 1 atau 0 jika dalam dB, sehingga daya yang diterima beban sesuai dengan daya yang dikirimkan ke beban. Insertion loss dinyatakan pada Persamaan 2.8:

� = log ��

��= − log | | (2.8)

2.1.3.4 Q Factor

Faktor Q adalah faktor kualitas yang merupakan rasio dari frekuensi tengah rangkaian resonansi terhadap lebar bandwidth, dinyatakan dalam Persamaan 2.9:

dimana fcadalah frekuensi tengah dan f1 dan f2 adalah frekuensi cutoff pertama dan

kedua. Faktor Q digunakan untuk mengetahui selektivitas suatu filter. Semakin tinggi nilai faktor Q maka semakin tinggi selektivitas filter tersebut, dalam arti respon frekuensinya semakin tajam atau semakin curam.

2.1.3.5 VSWR

VSWR atau voltage standing wave ratio adalah rasio perbandingan antara amplitudo tegangan maksimum terhadap amplitudo tegangan minimum gelombang berdiri. Tegangan maksimum dan tegangan minimum terjadi karena adanya superposisi antara gelombang datang dan gelombang pantul. Jika kedua gelombang ini sefasa akan terjadi tegangan maksimum dan bila berlawanan fasa akan terjadi

tegangan minimum. Harga untuk koefisien pantul adalah 0≤│Г│≤1 dan untuk

VSWR adalah 1 ≤ VSWR ≤ ~. Nilai VSWR yang baik adalah mendekati 2. VSWR

dinyatakan dalam Persamaan 2.10 dan 2.11:

=

��

Microstrip line adalah media transmisi yang digunakan dalam rangkaian RF dan microwave. Pada saat ukuran mikrostrip dikurangi sehingga dimensinya menjadi lebih kecil dibandingkan dengan panjang gelombang, maka mikrostrip dapat digunakan sebagai elemen lumped. Parameter yang penting dalam merancang

atenuasi (α), diskontinuiti reaktansi, frekuensi dispersi, eksitasi gelombang pada

permukaan, dan radiasi.

Mikrostrip adalah suatu saluran transmisi yang terdiri dari strip konduktor dan ground plane yang antara keduanya dipisahkan oleh dielektrik. Mikrostrip pada umumnya digunakan karena lebih mudah dalam pabrikasinya dan losses yang ditimbulkan relatif kecil dan jika dibandingkan pada rangkaian lumped. Bentuk geometri mikrostrip tampak seperti Gambar 2.11[2].

Gambar 2.11 Bentuk geometri saluran mikrostrip

Untuk mendapatkan W(lebar saluran resonator) dapat digunakan persamaan 2.12 sampai 2.15[2].

Untuk _{⁄ <ℎ} digunakan Persamaan 2.12 dan 2.13

=

_�−� _ℎ

<

∗ ℎ

(2.12)

Dengan

= {

��+

}

.

+

��−

��+

{ . +

.

Untuk _{⁄ >ℎ} digunakan Persamaam 2.14 dan 2.15

Impedansi karakteristik (Zc) dapat dicari dengan Persamaan 2.16 dan 2.17[3]

=

_√�

Kemudian untuk mendapatkan nilai L (panjang saluran resonator) dapat digunakan Persamaan 2.18 dan 2.19

=

�

� 8

√ (2.18)

Dengan = � (2.19)

Nilai maksimum error pada Persamaa 2.18 di atas kurang dari 1%, sehingga sangat bermanfaat untuk proses fabrikasi.

2.3 Filter Hairpin

disebut dengan hairpin resonator. Konsekuensinya, desain hairpin menggunakan persamaan dari parallel-coupled, half-wavelength resonator filters untuk merancangnya. Bagaimanapun untuk lipatan resonator, ini penting untuk mengambil perkiraan pengurangan dari panjang coupled line, yang mana mengurangi kopling antara resonator. Begitu juga, jika dua lengan hairpin resonator dihitung dengan teliti, akan berfungsi sebagai sepasang saluran terkopel[4]. Gambar 2.12 merupakan struktur dari hairpin filter.

Metode hairpin merupakan pengembangan dari metode parallel coupled

dimana saluran coupled line λ/4 dilipat sebesar δ atau ((λ/4)-b) dengan b adalah panjang saluran yang tidak terkopel.

Gambar 2.12 memperlihatkan transformasi filter hairpin dari filter edge coupled. Pada Gambar 2.12.(a), panjang saluran terkopel pada resonator edge-coupled filter adalah λ/4 (ditandai area). Kemudian pada Gambar 2.12.(b) resonator tersebut digeser sejauh b untuk memberikan panjang saluran yang tidak terkopel pada hairpin filter (slide factor area). Kemudian resonator tersebut dibengkokkan sehingga terbentuk filter seperti pada Gambar 2.12.(c).

2.3.1 Slide Factor

Slide factor merupakan saluran yang tidak terkopel pada filterhairpin. Slide factor yang terlalu panjang akan mengakibatkan redaman filter bertambah, namun apabila slide factor terlalu pendek justru akan mengakibatkan adanya kopling diantara saluran resonator yang sama[3]. Untuk itu, panjang slide factor minimal adalah 1 sampai 3 kali dari lebar resonator atau 2 sampai 2,5 kali jarak antar resonator itu sendiri. Bagian slide factor pada resonator ditunjukkan pada Gambar 2.13 dengan lebar sebesar B.

B

2.3.2 Saluran Input

Terdapat dua metode pencatuan dalam mikrostrip hairpin yaitu dengan menggunakan feed-line dan tap. Feed-lineini merupakan saluran λ/4 yang memiliki impedansi yang sama dengan saluran resonator dan dihubungkan dengan saluran

filter. Pemakaian jenis saluran input ini tergantung pada topologi filter yang yang digunakan.

Posisi pencatuan berpengaruh terhadap faktor kualitas yang dihasilkan, Persamaan 2.20 dapat digunakan untuk mendapatkan faktor kualitas yang diinginkan, kemudian dengan mengatur posisi pencatu akan didapat spesifikasi

filter yang sesuai dengan yang diinginkan.

=

_� (2.20)

Dengan:

FBW = Fractional Bandwidth= � ℎ

� � ℎ

gi = elemen chebyshev untuk orde ke-i

Komponen-komponen dalam perancangan filter hairpin yaitu: dimensi resonator, koefisien kopling, slide factor (saluran yang tidak terkopel), panjang, dan saluran pencatu.

2.3.3 Koefisien Kopling

0 0.75 1.5 2.25 3 3.75 4.5 5.25 6

Gambar 2.14. Kopling antara dua buah resonator Hairpin [3]

Dapat dilihat pada Gambar 2.14, jarak antara dua buah resonator dilambangkan dengan d. Semakin besar d, semakin kecil pengaruh koplingnya. Persamaan 2.21 digunakan untuk mencari koefisien kopling

�,�+

=

_{√ �. �+}� (2.21)

Dengan

FBW = Fractional Bandwidth= � ℎ

� � ℎ

gi = elemen chebyshev orde ke-i

2.4 Perancangan Filter dengan Respon Chebyshev

Di dalam perancangan sebuah filter, dapat digunakan parameter lowpass filter

sebagai parameter perencanaannya, yaitu dengan menyesuaikan karakteristik filter

Persamaan 2.21, bisa didapatkan koefisien kopling dan faktor kualitas yang diinginkan, dimana variabel gi bisa didapatkan dari parameter lowpass filter sesuai dengan bentuk respon frekuensi dan orde yang diinginkan.

Untuk respon chebyshev harga elemen-elemennya bisa dilihat pada Tabel 2.1. Dengan menentukan ukuran ripple dalam parameter S21 dan jumlah ordenya, dapat dihitung karakteristik filter yang diinginkan.

Tabel 2.1 Elemen untuk chebyshev dengan ripple 0.01 dB[3]

BAB III

PERANCANGAN DAN SIMULASI

3.1 Pendahuluan

Pada tugas akhir ini akan dirancang filter mikrostrip hairpin orde 5 dengan respon chebyshev yang yang akan bekerja pada frekuensi antara 2,4 Ghz sampai dengan 2,5 Ghz.

Perancangan ini dievaluasi dan disimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office 2004. Apabila simulasi telah dilakukan maka filter dengan desain terbaik akan difabrikasi dan kemudian hasil fabrikasi akan dilakukan pengukuran menggunakan Network Analyzer.

3.2 Parameter Rancangan yang Digunakan

Ada beberapa parameter penting dalam perhitungan dan simulasi pada perancangan ini. Parameter ini akan menjadi acuan dalam perhitungan dan simulasi dimensi filter.

Adapun parameter band pass filter yang akan dirancang sesuai aplikasi wifi

yang digunakan adalah:

1. Frekuensi kerja : 2,4-2,5 GHz

2. Bandwidth : 100 MHz

6. Return loss : <-10 dB 7. Matching Impedance : 50 Ohm

8. VSWR : < 2

9. Ordo Filter : 5

10.Respon Frekuensi : Chebyshev

3.3 Perangkat yang Digunakan

Perancangan filter ini didukung oleh perangkat lunak (software) dan perangkat keras (hardware). Perangkat keras digunakan dalam fabrikasi dan pengukuran filter, sedangkan perangkat lunak digunakan untuk mengetahui simulasi dan untuk mengetahui karakteristik dan kinerja dari filter yang dirancang.

Perangkat lunak (software) yang digunakan dalam perancangan band pass filter ini:

1. AWR Microwave Office 2004

Perangkat lunak ini digunakan untuk merancang dan mensimulasikan filter

yang akan dibuat. Setelah disimulasi akan di dapat karakteristik-karakteristik filter seperti S11, S21, Return Loss, Insertion Loss.

2. TX Line 2003

Perangkat lunak ini merupakan subprogram dari AWR Microwave office 2004 yang dapat mengukur saluran pencatu yang cocok dalam perancangan.

3. Microsoft Visio 2013

Perangkat ini digunakan untuk melakukan visualisasi desain rancangan, serta flowchart perancangan.

Perangkat lunak ini digunakan untuk mengelola data dengan persamaan matematis.

Perangkat keras (hardware) yang digunakan pada perancangan band passfilter ini adalah:

1. Substrat dielektrik FR4-Epoxy sebagai bahan filter 2. Network analyzer

Alat ini digunakan untuk pengukuran port tunggal (melihat frekuensi kerja, mengukur return loss, mengukur bandwidth -10 dB, VSWR) dan port ganda (mengukur bandwidth -3 dB)

3. Kabel coaxial 50 ohm 4. SMAport 50 ohm

3.4 Flow Chart Perancangan Filter

Dalam merancang filter diperlukan tahapan-tahapan untuk membantu dalam proses perancangan.

Perancangan dimulai dengan menentukan spesifikasi BPF. Lalu pemilihan substrat FR4-Epoxy dengan ketebalan 1.6 mm. Substrat ini di pilih karena mudah di temukan dimana-mana, harganya yang tidak terlalu mahal dan mudah untuk di fabrikasi. Pada proses fabrikasi ada dimensi minimum sebesar 0,2 mm, sehingga dalam proses perancangan filter tidak boleh ada desain yang kurang dari batas ukuran minimum fabrikasi.

Microwave Office 2004. Jika belum didapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, dilakukan tuning sampai di dapat hasil yang diinginkan. Gambar 3.1 merupakan gambar diagram alir (flowchart) dari perancangan filter:

Mulai

Simulasi Dengan AWR Microwave Office 2004

Hasil Sesuai Spesifikasi

Selesai

 Atur Panjang Resonator

Hairpin

 Atur Jarak Antar Resonator

Hairpin

3.5 Perancangan Filter Hairpin

Perancangan simulasi filter hairpin dimulai dengan menentukan rincian yang akan diterapkan pada bandpass filter. Perincian yang ditentukan pada perancangan simulasi adalah menentukan pada frekuensi mana filter akan berfungsi, yaitu pada frekuensi 2.4-2.5 Ghz dengan bandwidth 100 Mhz. Orde filter yang di gunakan ada filter ordo 5.

Kemudian adalah menentukan jenis substrat yang digunakan pada perancangan dan fabrikasi. Tabel 3.1 merupakan spesifikasi substrat yang digunakan dalam perancangan dan fabrikasi filter.

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat yang digunakan Jenis Substrat FR4-Epoxy

Konstanta Dielektrik (ɛr)

DielectricLossTangent(tan )

Ketebalan Substrat (h)

LossTangent (TanD)

4,4 0,02 1,6 mm

0,02

3.5.1 Perancangan Dimensi Resonator Hairpin

Dengan menggunakan spesifikasi substrat FR4-Epoxy pada tabel 3.1, maka dapat dihitung dimensi filter (panjang dan lebar salurannya). Konstanta dielektrik dan tebal substrat digunakan dalam perhitungan lebar dan panjang saluran resonator.

3.5.1.1 Lebar Saluran Resonator

Lebar saluran resonator dapat dihitung dengan menggunaka Persamaan 2.12 dan 2.13. Berikut perhitungan lebar saluran resonator dengan nilai konstanta dielektrik 4,4 dan tebal substrat 1.65 mm, Zc bernilai 50 ohm.

= {� − } . +� −_{� + { . + � }}. ketebalan (h) = 1,6 mm, maka lebar saluran resonator adalah

= ℎ ∗ ℎ = , ∗ . = ,

SMA port 50 ohm. Gambar 3.2 adalah ilustrasi rancangan lebar resonator dan lebar pencatu.

W

Wr

Gambar 3.2 Ilustrasi rancangan lebar resonator dan lebar pencatu

3.5.1.2 Panjang Saluran Resonator

Panjang saluran resonator dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.17-2.19. Berikut perhitungan panjang resonator.

�ℯ = � + +� − _√

+ ℎ

= . + + , − _√

+ _, = ,

= � = � ∗ , ∗_∗ = , −

= �

Dikarenakan filter dengan resonator hairpin menggunakan saluran dengan panjang setengah panjang gelombang maka Ø = 180o_{. Kemudian dapat dicari} panjang saluran untuk masing frekuensi kerja.

=

�

√ , ∗ , = , = .

Nilai panjang total resonator hairpin yaitu 33,55 mm yaitu yang dapat di lihat pada gambar di bawah dimana L = L1+L2+Sf

L1

L2

Sf

Gambar 3.3 Ilustrasi rancangan panjang resonator hairpin

Ilustrasi rancangan saluran resonator dapat dilihat pada gambar 3.2. Dari ilustrasi tersebut, dapat dilihat saluran resonator dibelokkan sehingga panjangnya dibagi menjadi tiga bagian (L1 dan L2) disertai dengan saluran yang menghubungkan keduanya atau disebut juga dengan slide factor (Sf).

5 mm. Pengaruh perubahan slide factor adalah bergesernya frekuensi kerja dari

filter dan perubahan insertion loss. Semakin panjang slide factor maka frekuensi kerja dari filter akan semakin kecil dengan insertionloss semakin baik (mendekati 0), sedangkan semakin pendek slide factor maka frekuensi akan semakin tinggi dengan insertionloss semakin kecil.

3.5.1.3 Perancangan Jarak Antar Resonator

Filterhairpin ini dirancang dengan menggunakan respon chebyshev berorde 5. Perancangan filter dimulai dengan menentukan nilai prototype filter lowpass

berdasarkan tabel chebyshev dengan ripple 0.01 dB. Nilai koefisien kopling yang didapat digunakan untuk mencari jarak antara resonator hairpin. Untuk orde 5 dan

ripple 0,01 dB, respon frekuesni tersebut memiliki parameter seperti yang terdapat pada Tabel 2.1 sebagai berikut:

g1 = 0,7653 g2 = 1,3049

g3 = 1,5773 g4 = 1,3049

g5 = 0,7563 g6 = 1

Berdasarkan nilai parameter di atas, koefisien kopling antar resonator dapat ditentukan dengan perhitungan pada Persamaan 2.21:

= �

√ ∗ +

= ,

√ , ∗ , = , =

= ,

√ , ∗ , = , =

= ,

√ , = ,

Untuk mengetahui jarak resonator yang sesuai dengan perhitungan koefisien kopling, dilakukan simulasi dengan menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office 2004. Simulasi dilakukan dengan mengamati grafik S21. Pada perancangan ini menggunakan hairpin ordo lima, jadi ada S1 untuk jarak resonator

hairpin 1 dan 2, serta resonator hairpin 4 dan 5, lalu ada S2 untuk jarak resonator

hairpin 2 dan 3, serta resonator hairpin 3 dan 4. Penempatannya terlihat seperti Gambar 3.4.

S1

S2

S2

S1

Gambar 3.4 Ilustrasi rancangan jarak antar resonator hairpin

nilai K dari grafik S21. Besarnya koefisien kopling didapatkan dengan menggunakan persamaan. Hasil tersebut dicocokkan dengan nilai K yang diinginkan.

Nilai K didapat dari perhitungan adalah 0,0408 untuk K12 dan 0,0286 untuk K34. Lalu nilai perhitungan dengan melihat parameter S21 dilakukan untuk mendapat nilai seperti rumus.

3.5.1.4 Simulasi dan Analisa BPF Hairpin

Setelah dilakukan perhitungan untuk parameter-parameter filter hairpin, maka akan dibuat filter hairpin berdasarkan data perhitungan yang telah di buat.

Filter hairpin ini dibuat berdasakan perhitungan panjang, lebar, dan jarak antar resonator. Panjang L1 seperti Gambar 3.3 adalah 14,5 mm, lebar saluran resonator adalah 3 mm, lebar saluran pencatu adalah 3 mm jarak S1 adalah 1 mm dan jarak S2 adalah 1 mm. Hasil simulasi dari filter terlihat seperti gambar di bawah ini.

Hasil perancangan berdasarkan perhitungan terlihat pada Gambar 3.5 didapatkan frekuensi tengah filter 2,18 GHz dan bandwidth -3 dB 2,299 GHz – 2,072 GHz =0,227 GHz (227 MHz). Hasil simulasi tidak sesuai dengan spesifikasi filter, yaitu bandwidth 100 MHz dan frekuensi tengah 2,45 GHz. Untuk frekuensi tengah dapat di geser dengan menambah atau mengurangi panjang saluran resonator hairpin dan untuk bandwidthfilter optimasi yang bisa dilakukan adalah dengan merubah jarak antar resonator, semakin jauh jarak antar resonator maka semakin kecil koefisien kopling dan semakin kecil bandwidth dari filter.

Kemudian dilakukan simulasi ulang BPF hairpin dengan jarak S1 = 1,15 mm dan S2 = 1,15 mm, L= 13 mm. Hasil simulasi terlihat pada gambar di bawah ini untuk mengetahui kinerja filter setelah dilakukan perubahan parameternya

Pada Gambar 3.6 terlihat perubahan frekuensi kerja BPF menjadi 2,455 GHz dan bandwidth 255 Mhz setelah dikurangi panjang resonator hairpin dan dirubah jarak antar resonatornya. Untuk frekuensi kerja sudah mendekati spesifikasi filter, tetapi untuk bandwidth masih terlalu besar jika dibandingkan spesifikasi filter sebesar 100 MHz. Oleh karena itu masih dibutuhkan optimasi lebih lanjut agar mendapatkan filter sesuai spesifikasi.

3.6 Tuning Perancangan Filter Hairpin

Pada tuning perancangan ini akan diambil data dari beberapa simulasi yang dilakukan pada perangkat lunak. Pada proses tuning akan di tunjukkan seberapa besar perubahan karakteristik filter pada tiap-tiap parameter yang dioptimasi sehingga didapatkan spesifikasi filter yang diinginkan.

3.6.1 Tuning Panjang Slide Factor

Pada teori sebelumnya diketahui bahwa perubahan panjang slide factor

Tabel 3.2 Perubahan slidefactor terhadap frekuensi filter

Dari hasil simulasi, terlihat pengaruh perubahan panjang slide factor

terhadap frekuensi kerja dari filter. Semakin panjang slide factor maka frekuensi kerja akan semakin kecil. Gambar 3.7 menunjukkan bahwa panjang slide factor

yang paling mendekati frekuensi kerja 2,45 GHz adalah 4 mm.

Gambar 3.7 Grafik panjang slidefactor terhadap frekuensi kerja

3.6.2 Tuning Panjang Saluran Resonator Hairpin

Perancangan BPF dilanjutkan dengan menggeser frekuensi tengah dari filter

dengan merubah panjang resonator hairpin. Panjang resonator hairpin sesuai perhitungan adalah 33,55 mm.

Tabel 3.3 Hasil simulasi pengaruh perubahan jarak ukuran resonator terhadap frekuensi resonator seperti yang terdapat pada Gambar 3.8

Gambar 3.8 Grafik panjang resonator terhadap frekuensi kerja

Dari hasil simulasi, terlihat pengaruh perubahan panjang resonator terhadap frekuensi kerja dari filter. Semakin panjang resonator maka frekuensi kerja dari

filter akan semakin kecil. Panjang resonator yang paling mendekati frekuensi kerja 2,45 GHz adalah 30 mm.

3.6.3 Tuning Jarak Resonator Hairpin

Setelah dilakukan optimasi pada panjang saluran resonator, tahap selanjutnya optimasi pada jarak antara saluran resonator hairpin. Seperti pada perubahan panjang resonator, optimasi dilakukan dalam beberapa tahap perubahan dan dilihat dari grafik perubahannya. Panjang S2 ditetapkan sebesar 2 mm, agar mendapatkan koefisien kopling yang kuat. Di bawah ini merupakan tabel perubahan jarak S1 terhadap bandwidth dan frekuensi kerja.

Tabel 3.4 Pengaruh jarak S1 terhadap bandwidth dan frekuensi

Jarak antar resonator S1 Bandwidth (MHz) Frekuensi (GHz)

0,9

semakin kecil, sedangkan respon frekuensi semakin besar. Dari proses optimasi ditentukan nilai S1 sebesar 1,15 mm agar frekuensi tengah lebih mendekati 2,45 Ghz.

Gambar 3.9 Pengaruh jarak S1 terhadap frekuensi

Selanjutnya dilakukan optimasi dengan mengubah nilai dari S2 dengan nilai S1 tetap yaitu 1,15 mm.

Tabel 3.5 Pengaruh jarak S2 terhadap frekuensi kerja

Jarak antar resonator S2 Bandwidth (MHz) Frekuensi (GHz)

Dari grafik terlihat hasil simulasi antara jarak antar resonator terhadap frekuensi filter. Pada jarak S2 bertambah maka bandwidth dan respon frekuensi semakin kecil. Dari proses optimasi didapatkan nilai S2 paling baik adalah sebesar 1,85 mm dengan frekuensi kerja 2,45 GHz dan bandwidth 130 Mhz.

Gambar 3.10 Grafik perubahan jarak S2 terhadap bandwidth

Dari hasil optimasi didapatkan nilai S1 adalah 1,15 mm dan S2 adalah 1,85 mm. Pada jarak tersebut didapatkan parameter parameter filter yang bisa mendekati target yaitu bandwidth 130 Mhz dan frekuensi 2,45 GHz.

3.7 Perancangan Pencatu pada Filter

Pada saat pengukuran pencatu pada filter akan dihubungkan dengan konektor SMA 50 ohm. Dengan demikian dalam perancangan pencatu filter

Gambar 3.11 Perancangan pencatu pada filter

Saluran pencatu yang digunakan berupa tap. Tap rancang sebesar 16,7 mm dan lebar 3 mm. Nilai tersebut dapat dihitung menggunakan subprogram TXLine pada AWR Microwave Office 2004 dan memasukkan parameter-parameter yang dibutuhkan, maka secara otomatis akan megetahui nilai lebar impedansi 50 ohm. Cuplikan subprogram terdapat pada Gambar 3.10.

3.8 Dimensi Perancangan BPF Hairpin

Wr

Gambar 3.12 Desain akhir perancangan BPF hairpin

Tabel 3.6 Ukuran BPF hairpin

L1(mm) L2(mm) L3(mm) L4(mm) W(mm) Wr(mm) S1(mm) S2(mm) b(mm)

5 5 13 16,7 3 3 1,15 1,85 4

Parameter-parameter yang mempengaruhi frekuensi kerja dari filter adalah panjang saluran resonator hairpin, panjang slide factor hairpin, dan jarak antar resonator hairpin. Parameter yang berpengaruh pada bandwidth adalah jarak antar resonator hairpin.

3.9 Hasil Simulasi

Setelah dilakukan tuning pada desain BPF ini maka dilakukan optimasi dari desain awal. Setelah hasil tuning pada panjang resonator, jarak antar resonator, panjang slidefactor, maka didapatkan respon frekuensi S11 dan S21 seperti terlihat pada Gambar 3.12

Pada Gambar 3.12 menunjukkan grafik scattering S11, pada grafik tersebut terlihat pada frekuensi kerja filter 2,45 GHz dengan returnloss sebesar -18,34dB ,

Pada gambar 3.12 menunjukkan grafik scattering S21, pada grafik tersebut terlihat bandwidth -3 dB sebesar 130 MHz . Frekuensi cutoff pada -3 dB terletak pada frekuensi 2,405 GHz pada highpassfilter-nya dan frekuensi 2,533 GHz pada

lowpassfilter-nya. Hasil simulasi menunjukkan insertionloss pada 2,45 GHz yaitu sebesar 0.647 dB.

Gambar 3.13 Hasil simulasi akhir S Parameter

Gambar 3.13 menunjukkan nilai VSWR dari bandpass filter. Syarat sebuah

Gambar 3.14 Grafik VSWR hasil simulasi

3.10 Prosedur Pengukuran

Pengukuran dilakukan pada filter menggunakan Network Analyzer Anritsu MS2034B dua port. Parameter-parameter filter yang dapat diukur dalam pengukuran ini meliputi pengukuran returnloss (S11) dan insertionloss (S21).

Prosedur pengukuran pada NetworkAnalyzer (NA) adalah sebagai berikut:

1. Pasang probe 50 ohm pada input NA pada port 1 dan port 2, lalu atur frekuensi pada frekuensi 2-3 GHz, lalu pilih pada NA Setelah kalibrasi selesai, hubungkan filter yang akan diukur pada probe konektor input 50 ohm yang terpasang di NA.

BAB IV

HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS

4.1 Umum

Perancangan BPF hairpin disimulasikan dengan menggunakan AWR Microwave Office 2004, kemudian dilakukan fabrikasi dan pengukuran pada BPF, pengukuran menggunakan Network Analyzer Anritsu MS2034B. Dimensi filter

hasil fabrikasi sebesar 90 mm x 25 mm. Hasil fabrikasi filter ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Filter yang telah difabrikasi

4.2 Hasil Pengukuran VSWR

Hasil pengukuran dari BPF menunjukkan bahwa bandpass filter

menunjukkan hasil yang mendekati dengan hasil simulasi dan memenuhi syarat

bahwa nilai VSWR itu baik yaitu ≤2. Pada pengukuran VSWR menggunakan

tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.3 yang ditandai dengan MK1 TR1, MK5 TR1, dan MK2 TR1.

Gambar 4.2 Grafik VSWR hasil pengukuran

4.3 Hasil Pengukuran S11 (Return Loss)

Hasil pengukuran dari BPF menunjukkan bahwa bandpass filter

menunjukkan hasil yang agak berbeda dengan hasil simulasi, frekuensi tengah bergeser sebesar 50 MHz. Pada grafik terlihat returnloss sebesar -26,95 dB pada frekuensi 2,5 GHz. Hasil pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.3.

4.4 Hasil Pengukuran S21 (Insertion Loss)

Hasil pengukuran bandpassfilter menunjukkan hasil yang berbeda dengan yang diharapkan. Pada grafik menunjukkan bahwa hasil pengukuran S21 insertion loss berada pada -14,7 dB pada frekuensi 2,5 GHz sedangkan pada simulasi

insertionloss bernilai -0.647 pada frekuensi 2,45 Ghz. Grafik pengukuran dapat di lihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik S21 hasil pengukuran

4.5 Analisis Hasil Pengukuran

Gambar 4.5 Perbandingan hasil simulasi dan pengukuran

Hasil pengukuran di atas memang sering terjadi, bisa diakibatkan kesalahan fabrikasi yang telah dilakukan, losses kabel koaksial pada networkanalyzer, rugi-rugi konektor, dan perbedaan parameter-parameter dari bahan FR4 yang digunakan dengan parameter yang tertera pada simulasi. Gambar 4.6 menunjukkan perbandingan antara parameter S21 simulasi dengan pengukuran.

Gambar 4.6 Perbandingan S21 hasil simulasi dengan pengukuran

Berdasarkan hasil pengukuran, terlihat masih banyak terjadi ketidaksesuaian antara hasil pengukuran dengan hasil simulasi. Hal ini dapat disebabkan oleh faktor ruang pada saat pengukuran, proses fabrikasi, maupun pada saat menyolder filter dengan konektor. Perhitungan persen error yang dilakukan pada pergeseran frekuensi tengah dari 2,45 GHz menjadi 2,5 GHz.

% � ℎ =| . − . |_. × % = %

% =|− . − − ._{− .} |× % = . %

% � � = |− . − − ._{− .} |× % = . %

Perhitungan %error frekuensi tengah tidak terlalu menjadi masalah, hanya saja nilai insertion loss sangat berbeda jauh antara simulasi dengan perancangan. Jika diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari hal ini masih sangat rendah kualitasnya. Jika kita melihat grafik pada Gambar 4.5 dan Gambar 4.6, bentuk grafik sudah menunjukkan respon bahwa filter yang dirancang sudah dapat mengikuti bentuk grafik pada simulasi, hanya saja pada perancangan, insertionloss

masih terlalu jauh dari yang diharapkan.

4.6 Analisis Kesalahan Umum

1. Kesalahan dalam proses fabrikasi pada bagian desain filter yang di rancang menggunakan substrat FR4 dengan nilai ɛr = 4,4 namun pada kenyataannya nilai tersebut memiliki toleransi konstanta dielektrik sebesar ± 0.2

2. Suhu dan kelembaban udara, interferensi dengan jaringan wifi di kampus, interferensi jaringan seluler serta semua kondisi pada saat pengukuran yang tidak diperhitungkan pada proses simulasi.

3. Adanya rugi-rugi pada kabel koaksial yang digunakan pada pengukuran,

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada penelitian ini dirancang bandpassfilter menggunakan metode hairpin

ordo lima. Berdasarkan hasil simulasi dan analisis yang sudah dilakukan dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Bandwidth filter -3 dB dari puncak grafik pada simulasi menunjukkan berada pada frekuensi 2,405 GHz - 2,533 GHz, yaitu dengan bandwidth 133 MHz.

2. VSWR BPF didapatkan kurang dari 2 yaitu 1,284 pada hasil simulasi dan sebesar 1,395 pada hasil hasil pengukuran, keduanya berada pada frekuensi 2,45 GHz.

3. Insertion loss BPF untuk aplikasi wifi yang didapatkan pada simulasi kurang dari -0,1 dB, yaitu -0.647 dB.

4. Returnloss BPF untuk aplikasi wifi yang didapatkan pada simulasi yaitu -18,34 dB.

5. Insertion loss BPF hasil pengukuran berada pada -14,7 dB pada frekuensi 2,5 GHz, Return loss hasil pengukuran menunjukkan nilai -26,95 pada frekuensi 2,5 GHz.

6. Hasil pengukuran BPF hairpin hasil fabrikasi menunjukkan ketidaksesuaian dibandingkan dengan hasil simulasi dengan menggunakan perangkat lunak

5.2 Saran

Saran yang dapat Penulis sampaikan setelah mengerjakan Tugas Akhir ini antara lain :

1. Pada penelitian Selanjutnya, analisa pengukuran dapat dilakukan dengan metode yang lain seperti metode edge coupled, parallel coupled, dan sebagainya.

2. Untuk mendapatkan hasil yang lebih spesifik, dapat dilakukan penambahan metode yang lain untuk melanjutkan penelitian seperti menambahkan metode openstubandsquaregroove.

3. Penelitian juga dapat dilakukan dengan menganalisa frekuensi yang berbeda sesuai dengan aplikasi frekuensi tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Clayton, George dan Steve Winder,”Operational Amplifiers”, Penerbit Erlangga, Jakarta, 2005

[2] Alaydrus, Mudrik,”Saluran Transmisi Telekomunikasi”, Graha Ilmu,Yogyakarta, 2009

[3] Fauzi, Yusuf,”Rancang Bangun Band Pass Filter untuk Aplikasi Radar X-Band Menggunakan Resonator Mikrostrip Hairpin dengan Menggunakan Open Stub dan Square Groove”, Perpustakaan Universitas Indonesia, Jakarta, 2012

[4]Hutomo, Bambang,”Antena Propagasi”, Pusat Pengambangan Bahan Ajar Umb, kk.mercubuana.ac.id/files/14056-3-641142272167.doc, diakses pada 17 Juli 2013. 1.24

MWO AWR 2004 USER’S GUIDE (Perancangan Filter) 1. Instal perangkat lunak MWO AWR 2004 terlebih dahulu.

2. Buka program AWR dari menu Start–AllPrograms–AWR 2004.

3. Menentukan EM structures diperlihatkan Gambar 1 di bawah ini, dengan cara klik kanan opsi EMSturctures.

Gambar 1

Gambar 2

5. Kemudian doubleclick enclosure sesuai EMstructure yang tadi dibuat, akan muncul window berikut. Selanjutnya di sini ditentukan berapa nilai enclosure,

dielectriclayers dan Boundaries, Ditunjukkan pada Gambar 3,4, dan 5.

Gambar 3

Gambar 5

6. Setelah semua substrate information dimasukkan ke dalam enclosure

kemudian klik OK, maka akan muncul window seperti berikut ini, yaitu EM Structure sesuai spesifikasi.

Gambar 6

7. Selanjutnya mulai mendesain filter pada EMStructure dangan menggunakan

Gambar 7

8. Gambarlah semua desain yang telah direncanakan, seperti contoh Gambar 8 di bawah ini.

Gambar 8

Gambar 9

10.Selanjutnya adalah pengaturan pada projectoption, yang paling utama di sini adalah Pengaturan Range frekuensi yang akan di analyze nantinya, seperti Gambar 10 di bawah ini.

Gambar 10

11.Selanjutnya adalah membuat grafik yang akan ditampilkan, sebelumnya harus ditentukan parameter-parameter yang akan ditentukan pada grafik. Dengan cara klik kanan opsi Graph, kemudian pilih newgraph, akan muncul window

Gambar 11

12.Kemudian masukkan parameter grafik yang akan di tampilkan, contohnya seperti Gambar 12 di bawah ini.

Gambar 12

Gambar 13

14.Setelah analizing selesai double klik pada grafik yang di buat tadi, maka akan muncul grafik seperti Gambar 14 di bawah ini.