BAB I PENDAHULUAN. Institut Teknologi Telkom 1

(1)

Institut Teknologi Telkom 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Akses pita lebar berbasis Nirkabel atau Broadband Wireless Access (BWA) merupakan teknologi akses yang menawarkan akses data/internet berkecepatan tinggi dan berkemampuan menyediakan layanan kapanpun dan dimanapun (anytime and anywhere) dengan menggunakan media tanpa kabel. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) merupakan salah satu dari teknologi Broadband Wireless Access yang mampu memberikan layanan data berkecepatan hingga 70 Mbps dalam radius 50 km. Dengan radius yang luas, cukup untuk menjadikan WiMAX sebagai jaringan telekomunikasi broadband menggantikan teknologi fixedline.

Secara umum terdapat beberapa alternatif frekuensi untuk teknologi WiMAX sesuai dengan peta frekuensi dunia. Dari alternatif tersebut band frekuensi 3.5 GHz menjadi frekuensi mayoritas fixed WiMAX di beberapa negara, terutama untuk negara-negara di Eropa, Canada, Timur-tengah, Australia dan sebagian Asia.

Sementara frekuensi yang mayoritas digunakan untuk Mobile WiMAX adalah 2,5 GHz.

Untuk mendukung performansi teknologi WiMAX, maka tidak akan terlepas dari sebuah device yang bernama filter. Pemfilteran frekuensi yang baik dapat menjadi salah satu faktor dalam menjaga kualitas sinyal. Pemfilteran pada sinyal biasanya dilakukan ketika sinyal diterima oleh antena, sebelum diproses oleh perangkat pengolah sinyal ataupun sebelum sinyal dpancarkan.

Yang menjadi latar belakang serta tujuan utama pembuatan proyek akhir ini adalah keinginan untuk merancang dan merealisasikan sebuah Bandpass Filter untuk jaringan WiMAX pada rentang frekuensi 2.5 – 2.6 GHz dengan metode Cascaded Trisection serta menggunakan saluran mikrostrip sebagai penyepadannya.

Diharapkan dengan metode ini hasil yang akan didapatkan adalah sebuah filter

dengan tingkat selektifitas yang sangat tinggi.

(2)

1.2 Tujuan Penelitian

Tujan pembuatan proyek akhir kali ini adalah :

1. Mempelajari dan memahami karateristik kerja BPF Cascaded Trisection berbasis mikrostrip untuk teknologi WiMAX.

2. Dapat memahami proses perancangan suatu prototype BPF dengan metode Cascaded Trisection berbasis mikrostrip.

3. Merancang dan merealisasikan suatu Bandpass filter sesuai dengan spesifikasi yang telah di tentukan.

4. Mampu melakukan analisa, pengujian dan pengukuran parameter – parameter BPF Cascaded Trisection dengan rentang frekuensi antara 2.5GHz – 2.6GHz.

1.3 Rumusan Masalah

Permasalahan yang di angkat dalam proyek akhir ini adalah :

1. Bagaimana merancang dan merealisasikan suatu Bandpass Filter menggunakan metode Cascaded Trisection pada rentang frekuensi 2.5GHz – 2.6GHz ?

2. Bagaimana merealisasikan nilai-nilai komponen yang dibutuhkan dengan menggunakan saluran mikrostrip ?

3. Bagaimana teknik pengukuran prototype Bandpass Cascaded Trisection serta analisis kerja prototype tersebut ?

1.4 Batasan Masalah

Pembahasan proyek akhir ini dibatasi oleh beberapa hal, yaitu :

1. Ruang lingkup proyek akhir ini terfokus pada perealisasian filter pada frekuensi 2.5GHz – 2.6 GHz. Tidak akan membahas lebih dalam mengenai WiMAX itu sendiri.

2. Spesifikasi dari filter yang dibuat adalah sebagai berikut : Frekuensi kerja : 2.5 – 2.6 GHz

Frekuensi tengah : 2,55 GHz

Bandwidth : 100 MHz

Insertion loss pada pass band : < 5 dB Return loss pada pass band : > 13 dB Impedansi Terminal : 50 Ω

VSWR : < 1.5

Group Delay : Linear pada frekuensi kerja

(3)

1.5 Metode Penelitian

Proyek akhir ini menggunakan metode sebagai berikut : a. Studi literatur

Mempelajari teori – teori yang dibutuhkan dalam pengerjaan proyek akhir ini melalui berbagai berbagai referensi baik buku-buku maupun jurnal – jurnal yang terkait dan juga melakukan penelitian tentang filter yang akan dibuat.

b. Perancangan dan Realisasi

Setelah studi literatur dilakukan, kemudian dilanjutkan dengan proses perancangan dan perealisasian berdasarkan teori – teori yang ada dalam desain filter.

c. Pengukuran

Setelah perancangan dan realisasi dilakukan, langkah selanjutnya yang dilakukan adalah pengukuran parameter-parameter yang menentukan kualitas suatu filter yang telah dirancang dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Pengukuran parameter-parameter tersebut menggunakan alat Network Analyzer.

d. Analisis

Dari hasil pengukuran yang diperoleh, maka dianalisis spesifikasi pada saat perancangan. Hal ini diperlukan untuk mendapat gambaran kuantitatif performansi filter sehingga dapat diambil kesimpulan secara kuantitatif.

e. Pembuatan laporan

Tahap akhir dari pelaksanaan proyek ini adalah pembuatan Laporan Sidang Proyek Akhir.

1.6 Sistematika Penulisan

Secara keseluruhan, proyek akhir ini akan dibagi kedalam lima bab pembahasan, dan ditambah dengan lampiran yang diperlukan. Penjelasan dari masing-masing bab pembahasan adalah sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan

Dalam BAB I dibahas mengenai latar belakang masalah, tujuan, perumusan masalah, pembatasan masalah, metode pelaksanaan proyek dan sistematika penulisan yang memuat laporan proyek akhir.

BAB II : Landasan Teori

Dalam BAB II dibahas mengenai beberapa landasan teori yang berkaitan

dengan penyusunan proyek akhir.

(4)

BAB III : Perancangan dan Realisasi Filter

Dalam BAB III diuraikan bagaimana proses perencanaan dan realisaasi filter yang meliputi perhitungan desain filter secara lengkap, pemilihan perangkat yang akan dibutuhkan dan konfigurasi filter serta optimalisasi filter.

BAB IV : Pengukuran dan Analisis

Dalam BAB IV dibahas tentang pengukuran terhadap filter yang telah direalisasikan dengan melakukan pengukuran berdasarkan parameter yang ditetapkan dan kemudian dianalisis apakah performansi filter sudah memenuhi spesifikasi.

BAB V : Penutup

Dalam BAB V berisi kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan

serta saran yang diajukan untuk perbaikan dan pengembangan lebih

lanjut

.

(5)

BAB II DASAR TEORI

2.1 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) hadir sebagai solusi keterbatasan akses pada Wi-Fi. Teknologi yang menggunakan OFDM ini mampu memberikan layanan data berkecepatan hingga 70 Mbps dalam radius 50 km sehingga mampu meningkatkan kapasitas data broadband bagi jaringan seluler. Di karenakan pengembangan pasar dan munculnya berbagai macam kebutuhan akan data dengan kapasitas yang tinggi, maka akan mendorong standar transisi dari WiMAX tersebut.

Gambar 2.1 Evolusi WiMAX

Beberapa pendekatan teknologi yang menunjukkan evolusi BWA adalah : a. Teknologi berbasis sistem komunikasi bergerak seluluer

 GSM → GPRS → EDGE → WCDMA → HSDPA → HSUPA,…

 CDMA → CDMA 2000-1x → EVDO → EVDV → Rev.A,…

b. Teknologi berbasis sistem komunikasi data

 WiFi : 802.11a,b,c…n

 WiMAX : 802.16a,b,c…e

c. Teknologi pita lebar berbasis non-terrestrial

 VSAT, DVB RCS, HAPS, dsb

Menurut standar BWA (Broadband Wireless Access), WiMAX menetapkan 2

band frekuensi utama pada certification profile untuk fixed WiMAX (band 3.5 GHz

dan 5.8 GHz), sementara pada profile release-1 ditetapkan 4 band frekuensi utama

untuk mobile WiMAX (2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3GHz dan 3.5GHz). DITJEN POSTEL

(6)

mengatur daerah frekuensi WiMAX adalah 2.3 – 2.4 GHz, namun pada proyek akhir ini frekuensi yang akan dipakai adalah frekuensi dengan range antara 2.5 – 2.6 GHz (mobile WiMAX).

Gambar 2.2 Arsitektur mobile WiMAX

2.2 Filter Microwave

Filter merupakan perangkat yang dirancang dengan kemampuan untuk melewatkan sinyal band frekuensi tertentu dan meredam sinyal diluar band frekuensi tersebut. Filter pada blok diagram telekomunikasi terletak pada up-converter, yang juga merupakan bagian penting dari up-converter itu sendiri.

Gambar 2.3 Blok Diagram Telekomunikasi

(7)

Jenis filter dapat dibagi berdasarkan letak passband dan stopband filter.

Passband merupakan daerah frekuensi yang dilewatkan oleh filter, sedangkan stopband merupakan daerah yang diredam oleh filter. Daerah passband dibatasi oleh frekuensi cut off, yaitu titik dimana daya turun setengah kali dari daya passband atau sebesar 3 dB. Selain berdasarkan letak passband dan stopband, filter juga dapat dibagi berdasarkan karateristik respon frekuensinya.

2.2.1 Jenis filter berdasarkan letak passband dan stopband

Berdasarkan letak passband dan stopband, filter dibagi menjadi 4 jenis, yaitu:

 Low pass filter, yaitu filter yang letak passband-nya pada frekuensi rendah.

Gambar 2.4 Respon LPF

 High pass filter, yaitu filter yang letak passband-nya pada frekuensi tinggi.

Gambar 2.5 Respon HPF

 Bandpass filter, yaitu filter yang letak passband-nya berada diantara frekuensi cut off.

Gambar 2.6 Respon BPF

Gain

-3 dB

-x dB

frekuensi f

co

f

SB

0 dB

Gain

-3 dB -x dB

frekuensi f

_co

f

_SB

0 dB

Gain

-3 dB -x dB

frekuensi f

co1

f

co2

0 dB

f

SB1

f

SB2

(8)

 Band stop filter, yaitu filter yang letak stopband-nya berada diantara frekuensi cut off.

Gambar 2.7 Respon BSF

2.2.2 Jenis filter berdasarkan karateristik respon filter

Berdasarkan karateristik respon filter, filter dibagi kedalam 4 jenis, yaitu :

 Butterworth (maximally flat) merupakan filter yang memaksimalkan respon pada daerah passband, sehingga berbentuk lurus tanpa adanya ripple.

LPF Butterworth menghasilkan kerataan passband yang maksimal. Karenanya, sebuah low-pass Butterworth sering digunakan sebagai filter anti-aliasing pada aplikasi data konverter dimana dibutuhkan level sinyal yang tepat pada seluruh passband.

Gambar 2.8 Respon Filter Butterworth

 Chebysev merupakan filter yang memungkinkan adanya ripple pada daerah passband. Filter Chebyshev menghasilkan gain rolloff yang lebih tinggi di atas Fc. Untuk orde filter yang diberikan, semakin tinggi ripple passband, semakin

f

_SB2

Gain

-3 dB

-x dB

frekuensi f

co1

f

co2

0 dB

f

SB1

(9)

tinggi pula rolloff filter. Dengan meningkatnya orde filter, pengaruh dari magnitud ripple pada rolloff filter berkurang. Setiap ripple dihitung tiap detik untuk satu tingkat orde filter. Filter dengan jumlah orde genap menghasilkan ripple di atas 0 dB, sementara filter dengan orde ganjil menghasilkan ripple di bawah 0 dB.

Gambar 2.9 Respon Filter Chebyshev

 Bessel (maximally flat time delay) merupakan filter yang memiliki cut off yang tidak terlalu tajam, biasanya digunakan untuk memfilter sinyal pada sistem yang lebih memperhatikan fasa sinyal dibandingkan respon amplitudo, seperti pada pemrosesan sinyal pulsa dan sinyal gambar. Filter Bessel mempunyai respon fase yang linear melalui rentang frekuensi yang lebar, yang menghasilkan grup delay yang konstan di dalam rentang frekuensi tersebut.

Gambar 2.10 Respon Filter Bessel

(10)

 Eliptic merupakan filter yang daerah passband dan stopband-nya berubah sangat signifikan. Filter ini memungkinkan adanya ripple pada passband dan stopband. Filter eliptik (juga disebut sebagai filter Cauer) adalah sebuah filter elektronik dengan ripple yang diratakan pada passband dan stopband nya.

Jumlah dari ripple di setiap band dapat diatur secara tersendiri, dan tidak ada filter lain dengan orde yang sama yang mempunyai transisi gain yang lebih cepat antara pass band dan stop band, dengan nilai ripple yang telah diberikan (apakah ripple diratakan atau tidak). Nilai dari faktor ripple menentukan ripple pass band, sedangkan gabungan antara faktor ripple dan faktor selektifitas menentukan ripple stop band.

Gambar 2.11 Respon Filter Eliptic

Pada kesimpulannya, Butterworth filter memberikan optimasi pada daerah

pass-band, Chebyshev memberikan optimasi pada roll-off, sedangkan Bessel

memberikan optimasi terhadap step response. Untuk digunakan dalam rentang

frekuensi tinggi (microwave), dibutuhkan Low-Pass filter dengan performa yang

tinggi. Untuk itu pada proyek akhir ini digunakan filter tipe Bessel karena tidak

terlalu sensitif dengan ripple dari magnitudenya. Karateristik dari filter Bessel adalah

mempunyai respon fase yang linear melalui rentang frekuensi yang lebar, yang

menghasilkan grup delay yang konstan di dalam rentang frekuensi tersebut. Bessel

juga menghasilkan sifat transmisi gelombang kotak. Bagaimanapun, gain passband

pada Bessel tidak serata seperti Butterworth, dan transisi dari passband ke stopband

tidak setajam pada filter Chebyshev. Maka dari itu, riple pada filter Bessel tidak

diperhitungkan, karena yang perlu diperhatikan dalam filter Bessel adalah

menghasilkan grup delay yang konstan di dalam rentang frekuensi tersebut.

(11)

2.3 Parameter S (Scattering Parameter) Jaringan 2-Port

Parameter-S digunakan untuk memperoleh karakteristik dari suatu jaringan dua port yang beroperasi pada frekuensi tinggi. Yang diukur adalah parameter S (scattering) yang menggunakan konsep magnitud dan phase dari gelombang berjalan (gelombang maju dan gelombang pantul). Parameter-S adalah suatu konsep yang penting dalam disain gelombang mikro karena mudah diukur dan bekerja dengan baik pada frekuensi tinggi.

Gambar 2.12 Scattering Parameter dalam jaringan 2-port

Rangkaian dua terminal menunjukan gelombang datang (a

1

,a

2

) dan gelombang pantul (b

1

,b

2

). Variable independent a

1

dan a

2

adalah tegangan datang ternormalisasi, dapat didefenisikan sebagai berikut :

 𝑎

₁

=

gelombang tegangan datang pada port −1

𝑍₀

=

^𝑉^𝑖1

𝑍₀

 𝑎

₂

=

gelombang tegangan datang pada port −2

𝑍₀

=

^𝑉^𝑖2

𝑍₀

 𝑏

₁

=

gelombang tegangan pantul pada port −1

𝑍₀

=

^𝑉^𝑟1

𝑍₀

 𝑏

₂

=

gelombang tegangan pantul pada port −2

𝑍0

=

^𝑉^𝑟2

𝑍0

Persamaan linear yang menyatakan rangkaian dua terminal, menjadi :

 b

1

= S

11

a

1

+ S

12

a

2

 b

2

= S

21

a

1

+ S

22

a

2

Masing-masing persamaan memberi hubungan antara gelombang datang dan gelombang pantul dan masing-masing pada terminal 1 dan 2. Jika port 2 diterminasi dengan beban yang sama dengan impedansi sistem (Z

₀

), maka berdasarkan teori transfer daya maksimum, b

2

akan total diserap dan akan membuat a

2

sama dengan nol. Oleh karena itu :

S

₂₂

Jaringan

2 Port S

11

a

1

a

2

b

₁

b

₂

1 2

S

12

S

₂₁

(2.1)

(2.2)