Nazmia Kurniawati¹, Budi Prasetya², Yuyu Wahyu³. ¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Ilmu Terapan, Universitas Telkom

(1)

RANCANG BANGUN BANDPASS FILTER MIKROSTRIP UNTUK UP CONVERTER S-BAND (2-4 GHZ) PADA GROUND SEGMENT INDONESIAN INTER

UNIVERSITY SATELLITE 01 (IINUSAT-01)

Nazmia Kurniawati¹, Budi Prasetya², Yuyu Wahyu³

¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Ilmu Terapan, Universitas Telkom

Abstrak

Indonesian Nano Satellite Platform Initiative for Research and Education (INSPIRE), termasuk di dalamnya IT TELKOM dan beberapa universitas lain di Indonesia, semenjak tahun 2010 telah berusaha mengembangkan sebuah nano satelit yang diberi nama Indonesian Inter University Satellite 01 atau disingkat dengan IiNUSAT-01. Pada ground segment IiNUSAT-01 terdapat up converter yang berfungsi mengubah VHF menjadi S-Band berfrekuensi tengah 2.4 GHz. Up converter tersebut terdiri atas oscillator, mixer, dan bandpass filter. Filter yang digunakan berbasis mikrostrip mengingat frekuensi kerjanya yang tinggi

Pada proyek akhir ini dibuat sebuah bandpass filter yang bekerja pada frekuensi 2.1-2.7 GHz, yang merupakan bagian dari up converter yang dipasang pada ground segment IiNUSAT-01. Filter yang direalisasikan menggunakan mikrostrip dengan substrat FR-4 yang memiliki εr sebesar 4.3 dan ketebalan 1.6mm. Metode pembuatan filter akan menggunakan square ring resonator dengan direct-connected orthogonal feed lines dan tuning stub. Perancangan dan simulasi bandpass filter akan dilakukan menggunakan software CST dan pengukuran rangkaiannya menggunakan

network analyzer dengan parameter yang diukur yakni insertion loss, bandwidth, return loss, VSWR, impedansi, dan respon fasa.

Pada pengukuran didapatkan nilai insertion loss sebesar 0.3dB. Bandwidth terukur melebar sebesar 360MHz dari spesifikasi. Hasil pengukuran return loss dan VSWR pada frekuensi

resonansi telah memenuhi spesifikasi. Namun nilai impedansi filter belum memenuhi spesifikasi.

Kata Kunci : bandpass filter, 2.1-2.7 GHz, square ring resonator.

Abstract

Since 2010, Indonesian Nano Satellite Platform Initiative for Research and Education (INSPIRE), including IT TELKOM and some universities in Indonesia, tried to build a nano satellite called Indonesian Inter University Satellite 01 or IiNUSAT-01 in short. At the ground segment of IiNUSAT-01, an up converter converts VHF into S-Band with 2.4 GHz as the center frequency. That device consists of an oscillator, a mixer, and a bandpass filter. The up converter uses a microstrip bandpass filter because it’s high frequency work operation.

In this final project, a bandpass filter is built at 2.1-2.7 GHz to work at ground segment of IiNUSAT-01. To make this filter, a FR-4 substrate with εr = 4.3 and width = 1.6mm is used. A square ring resonator with direct-connected orthogonal feed lines and tuning stub method is used. CST simulator has been used for simulation. To measure this filter parameters, such as insertion loss, bandwidth, return loss, VSWR, impedance, and phase respon, a network analyzer is used.

Insertion loss in measuring showed 0.3dB. The measured bandwidth indicated 360MHz wider than specification. For return loss and VSWR are appropriate with the specification. Otherwise, the impedance showed an inappropriate value with the specification.

Keywords : bandpass filter, 2.1-2.7 GHz, square ring resonator.

(2)

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pada tahun 2010, Institut Teknologi TELKOM beserta beberapa universitas lain di Indonesia bergabung dalam Indonesian Nano Satellite Platform

Initiative for Research and Education (INSPIRE), suatu proyek yang didukung

oleh LAPAN dan DIKTI, untuk mengembangkan suatu satelit nano yang diberi nama Indonesian Inter University Satellite 01 atau disingkat dengan IiNUSAT-01. Satelit nano yang sedang dikembangkan tersebut diharapkan dapat diaplikasikan untuk memenuhi kebutuhan media komunikasi dan pengiriman data antar universitas yang terlibat dalam kegiatan rancang bangun IiNUSAT-01, serta dapat dimanfaatkan lebih lanjut untuk bantuan komunikasi darurat saat bencana. Frekuensi yang akan digunakan sebagai link komunikasi antara ground segment dengan satelit yakni S-Band dengan frekuensi kerja 2.1-2.7 GHz dan frekuensi tengahnya 2.4 GHz.

Pada bagian pengirim di ground segment terdapat up converter yang berfungsi untuk menaikkan frekuensi sinyal informasi dari IF ke RF. Pada up

converter tersebut terdapat BPF yang berfungsi membatasi frekuensi keluaran up converter. BPF merupakan salah satu bagian yang sangat penting mengingat

keluaran dari mixer dapat berupa sinyal info yang telah ditumpangkan pada sinyal

carrier atau hanya sinyal carrier keluaran oscillator. Selain itu, frekuensi yang

akan digunakan untuk komunikasi antara ground segment dengan spacecraft IiNUSAT-01 menggunakan frekuensi tengah 2.4 GHz. Oleh karena itu, BPF memegang peranan penting demi terjalinnya komunikasi antara ground segment dengan spacecraft.

Pada frekuensi radio, penggunaan lumped element untuk membuat filter tidaklah cocok disebabkan ketidakstabilan induktor dan kapasitor saat bekerja pada frekuensi tersebut. Pembuatan filter menggunakan saluran mikrostrip merupakan pilihan terbaik untuk mendapatkan respon filter yang stabil pada saat bekerja pada frekuensi radio. Pada saluran mikrostrip, fungsi lumped element digantikan oleh saluran transmisi. Tegangan dan arus yang mengalir pada saluran

Tugas Akhir - 2012

(3)

BAB 1 PENDAHULUAN

Rancang Bangun Bandpass Filter Mikrostrip untuk Up Converter S-Band (2-4 GHz) pada

Ground Segment Indonesian Inter University Satellite 01 (IiNUSAT-01) 2

transmisi tersebut memberikan respon magnitud dan fasa yang bervariasi sehingga dapat menghasilkan respon frekuensi yang sama dengan respon filter. Selain itu, filter berbasis mikrostrip dapat direalisasikan menggunakan teknologi PCB dan cocok untuk produksi masal dikarenakan ukurannya yang lumayan kecil dan biaya fabrikasi yang murah.

BPF dengan insertion loss yang rendah dan bandwidth yang lebar menjadi fokus utama pada proyek akhir ini. Untuk dapat merealisasikan BPF dengan karakteristik tersebut digunakan metode pembuatan BPF yang berasal dari struktur BSF yang kemudian ditambahkan satu buah tuning stub untuk menghasilkan bandwidth yang lebar. Untuk menghasilkan respon BSF digunakan metode ring resonator dengan direct-connected orthogonal feed lines. Dengan tidak adanya coupling gap antara saluran catu, resonator, dan tuning stub, menyebabkan tidak terjadinya mismatch antar struktur dan loss radiasi sehingga dapat dihasilkan insertion loss yang rendah.

1.2 Tujuan

Beberapa tujuan pembuatan proyek akhir ini, adalah

a. Dapat merancang BPF mikrostrip untuk rentang frekuensi 2.1-2.7 GHz. b. Dapat membuat BPF mikrostrip untuk rentang frekuensi 2.1-2.7 GHz.

c. Dapat melakukan pengujian terhadap BPF yang telah dibuat sehingga dapat diketahui apakah filter yang dibuat sesuai dengan spesifikasi awal atau tidak.

1.3 Perumusan Masalah

Masalah-masalah dalam proyek akhir ini dirumuskan sebagai berikut: a. Bagaimana perancangan spesifikasi BPF untuk rentang frekuensi 2.1–2.7

GHz,

b. Bagaimana pembuatan BPF mikrostrip sehingga dapat bekerja sesuai frekuensi kerjanya,

c. Bagaimanakah hasil pengujian BPF mikrostrip yang telah dibuat.

(4)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.4 Batasan Masalah

Pembahasan pada proyek akhir ini akan dibatasi pada masalah-masalah berikut ini:

a. Spesifikasi yang ditentukan : Frekuensi kerja : 2.1–2.7 GHz Frekuensi tengah : 2.4 GHz Bandwidth : 600 MHz VSWR : = 1.5 Insertion loss : < 2 dB Return loss : = 14 dB Impedansi : 50 ?

b. Tidak membahas up converter, ground segment dan satelit nano secara keseluruhan

1.5 Metodologi Penyelesaian Masalah

Metodologi penyelesaian masalah yang digunakan pada proyek akhir ini adalah sebagai berikut :

a. Studi Pustaka dan Literatur

Mempelajari materi yang berkaitan dengan perancangan BPF berbasis mikrostrip baik dari buku-buku referensi, artikel, atau jurnal penelitian. b. Perancangan spesifikasi dan desain

Menentukan spesifikasi dan desain yang tepat sehingga dapat dihasilkan BPF yang dapat meloloskan frekuensi 2.1-2.7 GHz.

c. Proses simulasi

Simulasi dilakukan menggunakan software CST. d. Proses pabrikasi.

Pada tahap ini direalisasikan BPF hasil perancangan yang telah dibuat. e. Pengukuran.

Pada tahap ini BPF yang telah dibuat diukur menggunakan network analyzer. Adapun parameter yang diukur meliputi : bandwidth, insertion loss, return

loss, VSWR, group delay, dan impedansi.

(5)

BAB 1 PENDAHULUAN

f. Analisa

Hasil pengukuran dianalisis apakah performansi filter yang dibuat telah sesuai dengan spesifikasi pada saat perancangan atau tidak. Hal ini diperlukan untuk mendapatkan gambaran kuantitatif terhadap perfomansi filter sehingga dapat diambil kesimpulan secara kualitatif.

1.6 Sistematika Penulisan

BAB 1 : PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang pembuatan proyek akhir, tujuan, perumusan dan batasan masalah, metodologi penyelesaian masalah, serta sistematika penulisan.

BAB 2 : DASAR TEORI

Bab ini menjelaskan mengenai landasan teori yang berkaitan dengan pembuatan proyek akhir.

BAB 3 : PERANCANGAN

Bab ini berisi alur perancangan filter, dimulai dari penentuan spesifikasi, penentuan metode pembuatan, perancangan dimensi filter, simulasi, dan realisasi.

BAB 4 : PENGUKURAN DAN ANALISA

Bab ini berisi pengukuran parameter-parameter BPF yang dibuat beserta analisisnya untuk mengetahui kualitas performansi filter yang dibuat.

BAB 5 : PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan dari hasil penelitian, disamping itu diberikan juga saran -saran yang berupa tindak lanjut yang bisa dilaksanakan untuk penelitian selanjutnya.

(6)

52

BAB 5

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari keseluruhan proses pembuatan filter dimulai dari perancangan, simulasi, fabrikasi, dan pengukuran, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Metode ring resonator dengan direct-connected orthogonal feed lines dan tuning stub menghasilkan insertion loss yang rendah dan bandwidth yang lebar.

2. Bandwidth filter mengalami pelebaran dari spesifikasi 600 Mhz menjadi 800 MHz pada simulasi dan 960 MHz pada pengukuran.

3. Insertion loss pada passband filter yang didapat telah memenuhi

spesifikasi yakni 1 dB pada simulasi dan 0.3 dB pada pengukuran.

4. Return loss pada frekuensi resonansi telah memenuhi spesifikasi yakni

38.77 di port 1 dB dan 27.01 dB di port 2 pada simulasi dan 30.293 dB di

port 1 dan 32.016 dB di port 2 pada pengukuran.

5. VSWR pada frekuensi resonansi filter telah memenuhi spesifikasi yakni 1.02 di port 1 dan 1.09 di port 2 pada simulasi dan 1.06 di port 1 dan 1.052 di port 2 pada pengukuran.

6. Impedansi filter hasil simulasi maupun pengukuran masih belum memenuhi spesifikasi yang ditentukan.

5.2 Saran

Saran yang diajukan untuk pembuatan filter ini adalah :

1. Pada proses penentuan metode filter sebaiknya diketahui terlebih dahulu berapa batas bandwidth filter dari meode yang digunakan. Sehingga dalam simulasi maupun realisasi, bandwidth spesifikasi filter dapat tercapai. 2. Jika dalam pencetakan menggunakan jasa perusahaan pencetakan PCB,

cari tahu terlebih dahulu sampai mana keakuratan pencetakannya agar tidak terjadi pergeseran ukuran.

3. Gunakan substrat yang berkualitas bagus agar hasil realisasi juga optimal.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(7)

52

DAFTAR PUSTAKA

[1] Pozar, D. M. (2001). Microwave and RF Design of Wireless Systems. New York: John Wiley & sons, Inc.

[2] Bowick, C. (1997). RF Circuit Design. Burlington: Newnes. [3] http://www.microwaves101.com/encyclopedia/microstrip.cfm. “Microstrip”, diakses pada 8 Oktober 2011

[4] Konpang, J. (2010). A Dual-Mode Wide-Band Bandpass Filter Using the Microstrip Loop Resonator with Tuning Stubs. In V. Zhurbenko, Passive

Microwave Components and Antennas (p. 342). Vukovar, Croatia: In-teh.

[5]Chang, Kai and Lung-Hwa Shieh. (2004). Microwave Ring Circuits and

Related Structure. New Jersey: John Wiley & sons, Inc.

[6] Pozar, D. M. (1998). Microwave Engineering, 2nd ed. New York: John

Wiley & sons, Inc.