PERANCANGAN DAN REALISASI RAT RACE RING HYBRID 180 BERBASIS MIKROSTRIP WILAYAH MHZ UNTUK APLIKASI WIMAX

(1)

PERANCANGAN DAN REALISASI RAT RACE RING HYBRID 180˚ BERBASIS MIKROSTRIP WILAYAH 5770 – 5830 MHZ UNTUK APLIKASI WIMAX

Pramudhyna Ayuningtyas¹, Budianto², Yuyu Wahyu³

¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Ilmu Terapan, Universitas Telkom

Abstrak

WiMAX adalah salah satu teknologi WMAN. WiMAX merupakan nama populer dari IEEE 802.16 yang juga dikenal sebagai Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, sebuah standar teknologi jaringan tanpa kabel (wireless) yang saat ini tengah dikembangkan. WiMAX dapat beroperasi pada frekuensi 2.5, 3.5, atau 5.8 GHz. Sebuah sistem WiMAX terdiri dari dua bagian yaitu antena pemancar WiMAX dan penerima WiMAX. Pada antena pemancar inilah sebuah Coupler direalisasikan pada frekuensi kerja WiMAX.

Coupler merupakan perangkat multiport bersifat pasif yang setiap portnya dapat menjadi titik masuk atau titik keluar gelombang. Oleh sebab itu, dapat disimpulkan bahwa Coupler merupakan salah alat yang efisien karena bisa dijadikan sebagai pembagi daya maupun penggabung daya. Pada Proyek Akhir ini dirancang dan direalisasikan sebuah Coupler berjenis Rat Race Ring Hybrid 180˚ berbasis mikrostrip. Coupler hybrid adalah jenis perangkat pasif yang terdiri dari empat port, yaitu port 1 digunakan sebagai port gelombang yang masuk (port input), port 2 sebagai output (direct port), port 3 adalah sebagai port isolasi (isolation port), dan port 4 digunakan untuk mengkopling (coupled port). Pada prinsipnya, karakteristik sinyal keluaran antara port 2 dan port 4 pada Coupler memiliki perbedaan fasa sebesar 180˚. Rentang frekuensi kerja yang digunakan perangkat ini adalah 5770 - 5830 MHz. Pada Proyek Akhir ini dirancang dan direalisasikan sebuah Coupler dengan prinsip sebagai pembagi daya. Dalam perancangan Coupler ini digunakan software Ansoft sebagai simulator dengan spesifikasi awal yaitu VSWR ≤ 1,5 , insertion loss ≤ 1 dB, faktor coupling ≤ - 3 dB, dan isolasi antar port ≥ 20 dB.

Kata Kunci : Coupler , Rat Race Ring Hybrid 180˚

Abstract

WiMax is the popular name of IEEE 802.16, also known as Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, a standard wireless network technology (wireless) which is currently being developed. A WiMAX system consists of two parts, namely WiMAX transmitter and receiver antennas WiMAX. The transmitter antenna is a Coupler is realized on the working frequency of WiMAX.

Coupler is a passive multiport devices that each port can be a point of entry or exit point of the wave. Therefore, it can be concluded that the Coupler is an efficient tool because it can be used as a power divider or power combiner.

In this Final Project is designed and realized a Rat Race Coupler type Rat Race Ring Hybrid 180˚-based microstrip. Coupler hybrid is a type of passive device consisting of four ports, namely port 1 is used as the incoming wave port (input port), port 2 as output ( direct port), port 3 is as port isolation (isolation port), and port 4 is used to mengkopling (coupled port). In principle, the characteristics of the output signal between the port 2 and port 4 on the Coupler has a phase difference of 180 ˚. Working frequency range used in this device is the 5770 - 5830 MHz. In this Final Project is designed and realized a Coupler to the principle as a power divider. In designing software Ansoft Coupler is used as a simulator with the original specification is ≤ 1.5 VSWR, insertion loss ≤ 1 dB, coupling factor ≤ - 3 dB, and isolation between ports of ≥ 20 dB. Keywords : Keyword : Coupler , Rat Race Ring Hybrid 180˚

(2)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

WiMAX adalah salah satu teknologi WMAN. WiMAX merupakan nama populer dari IEEE 802.16 yang juga dikenal sebagai Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, sebuah standar teknologi jaringan tanpa kabel (wireless) yang saat ini tengah dikembangkan. WiMAX dapat beroperasi pada frekuensi 2.5, 3.5, atau 5.8 GHz. Sebuah sistem WiMAX terdiri dari dua bagian yaitu antena pemancar WiMAX dan penerima WiMAX. Pada antena pemancar inilah sebuah Coupler akan direalisasikan pada frekuensi kerja WiMAX.

Pada Proyek Akhir ini dirancang dan direalisasikan sebuah Coupler berjenis Rat Race Ring Hybrid 180˚ berbasis mikrostrip. Coupler hybrid adalah jenis perangkat pasif yang terdiri dari empat port, yaitu port 1 digunakan sebagai port gelombang yang masuk (port input), port 2 sebagai output (direct port), port 3 adalah sebagai port isolasi (isolation port), dan port 4 digunakan untuk mengkopling (coupled port). Pada prinsipnya, karakteristik sinyal keluaran antara port 2 dan port 4 pada Coupler memiliki perbedaan fasa sebesar 180˚. Frekuensi kerja yang digunakan perangkat ini adalah pada 5800 MHz. Pada Proyek Akhir ini dirancang dan direalisasikan sebuah Coupler dengan prinsip sebagai pembagi daya.

Frekuensi kerja sebesar 5800 MHz merupakan frekuensi tinggi, sehingga perealisasiannya sesuai menggunakan distributed element, salah satu contohnya dengan berbasis mikrostrip. Apalagi dibandingkan dengan lumped element, distributed element

memiliki beberapa kelebihan yaitu lebih mudah perealisasiannya dan lebih stabil dibandingkan dengan lumped element yang membutuhkan komponen elektronika. Selain itu, jika digunakan distributed element akan memperkecil pendimensian rancangan (miniaturisasi).

1.2. Tujuan Penelitian

1. Mampu merancang bangun sebuah Coupler berjenis Rat Race Ring Hybrid 180˚ dengan frekuensi kerja pada 5800 MHz.

(3)

BAB I PENDAHULUAN

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM 2

2. Mampu merealisasian Coupler berbasis mikrostrip sebagai aplikasi WiMAX. 3. Mengetahui teknik pengukuran untuk menghitung parameter-parameter yang

terdapat pada Coupler.

1.3. Rumusan Masalah

1. Bagaimana merancang bangun sebuah Coupler berjenis Rat Race Ring Hybrid 180˚ dengan frekuensi kerja pada 5800 MHz?

2. Bagaimana perealisasian Coupler berbasis mikrostrip sebagai aplikasi WiMAX? 3. Bagaimana teknik pengukuran untuk menghitung parameter-parameter yang

terdapat pada Coupler?

1.4. Batasan Masalah

1. Substrat yang digunakan adalah jenis R/T Duroid 5880 dari Rogers. 2. Spesifikasi perancangan dengan batasan-batasan :

 Range frekuensi : 5770 - 5830 MHz

 Frekuensi tengah : 5800 MHz

 VSWR : ≤ 1,5

 Insertion Loss : ≤ 1 dB

 Factor Coupling : ≤ - 3 dB

 Isolasi antar port : ≥ 20 dB

 Jenis coupler : Rat Race Ring Hybrid 180˚  Impedansi terminal (Zo) : 50 Ω unbalanced

3. Jenis rangkaian yang digunakan adalah rangkaian distributed element, yaitu dengan berbasis mikrostrip.

4. Prototipe Coupler yang dihasilkan tidak diaplikasikan secara langsung dalam sistem komunikasi WiMAX.

1.5. Metodologi Penelitian

Metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dalam Proyek Akhir ini adalah:

a. Studi Literatur dan Eksperimen

Pengumpulan dan pemahaman literatur melalui berbagai macam referensi yang terkait permasalahan, baik berupa buku, artikel maupun jurnal ilmiah. Hal ini meliputi

(4)

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM 3 pencarian referensi yang berkaitan dengan teori-teori, rumus-rumus yang akan dipakai, bentuk rangkaian, dan lain-lain.

b. Metode Observasi

Penulis melakukan pengamatan secara langsung terhadap Proyek Akhir sebelumnya sebagai bahan pertimbangan dalam perancangan Proyek Akhir yang sedang dikerjakan. c. Perancangan dan Proses Simulasi

Merupakan perancangan sebuah Coupler berjenis Rat Race Ring Hybrid 180˚ dengan menggunakan rumus secara teori dan disimuluasikan ke dalam software Ansoft HFSS 10.

d. Pabrikasi

Proses pabrikasi dilakukan dengan proses yang dikenal fotoetching dengan ukuran yang telah diperoleh dari hasil perhitungan.

e. Realisasi dan Pengukuran

Setelah dilakukan perancangan sebuah Coupler berjenis Rat Race Ring Hybrid 180˚, maka dilakukan realisasi dan diukur paremeter dari karakteristik Rat Race Ring Hybrid 180˚ tersebut.

1.6. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika yang digunakan dalam penyusunan Proyek Akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Dalam BAB I dibahas mengenai mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, maksud dan tujuan, metodologi pemecahan masalah serta sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Dalam BAB II dibahas mengenai landasan teori yang berkaitan dengan penyusunan Proyek Akhir.

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI

Dalam BAB III diuraikan tentang proses perencanaan dan realisaasi Coupler yang meliputi simulasi, desain lengkap, pemilihan perangkat, dan konfigurasi akhir Coupler.

(5)

BAB I PENDAHULUAN

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS HASIL PENGUKURAN

Dalam Dalam BAB IV dibahas tentang pengukuran terhadap Coupler yang telah dibuat dengan melakukan serangkaian pengukuran berdasarkan parameter dan dianalisis untuk mendapatkan gambaran kuantitatif terhadap performansi Coupler serta perbandingan hasil pengukuran dan hasil simulasi.

BAB V PENUTUP

Dalam BAB V berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan saran yang diajukan untuk penelitian selanjutnya.

(6)

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari keseluruhan proses perancangan, perealisasian dan pengukuran Coupler

berjenis Rat Race Ring Hybrid 180° berbasis mikrostrip , dapat disimpulkan dalam beberapa hal:

1. Rentang frekuensi yang ditentukan pada spesifikasi awal yaitu antara 5770 – 5830 MHz dan pada perealisasiannya diperoleh 5770 – 5830 MHz, sehingga telah memenuhi spesifikasi.

2. Bandwidth yang dihasilkan pada proses pengukuran sudah sesuai dengan spesifikasi awal yang membutuhkan bandwidth sebesar 60 MHz pada rentang frekuensi 5770 - 5830 MHz untuk VSWR ≤1,5.

3. Impedansi yang diperoleh sebesar ≤ 75 Ω mendekati kondisi matching sebesar 50 Ω. Sehingga Coupler cukup layak digunakan pada frekuensi keja 5800 MHz.

4. Nilai VSWR pada spesifikasi awal sebesar ≤ 1,5 telah terpenuhi pada hasil realisasi yaitu dengan nilai yang diperoleh sebesar 1,102 untuk nilai minimum VSWR dan nilai maksimumnya sebesar 1,288.

5. Return loss antar port sesuai dengan spesifikasi yaitu sebesar ≥ 14 dB. Hasil perealisasian yang diperoleh adalah nilai minimun sebesar -16.925 dB dan nilai maksimumnya sebesar -26.246 dB, sehingga spesifikasi awal telah terpenuhi pada hasil realisasi.

6. Insertion loss antara port 1 dan port 2 telah memenuhi spesifikasi awal telah ditentukan yaitu sebesar ≤ 1 dB dengan hasil perealisasiannya yaitu 𝑆₁₂ =0.390 dan 𝑆₂₁ =0.422. 7. Factor coupling yang baik adalah memiliki nilai ≤ -3 dB sesuai dengan spesifikasi

awal. Sedangkan hasil perealisasiannya antara port 1 dan port 3 memenuhi spesifikasi yaitu memiliki nilai 𝑆12 =-4.818 dan 𝑆21 =-4.948.

8. Isolasi antar port sesuai dengan spesifikasi yaitu sebesar ≥ 20 dB. Hal itu menunjukkan bahwa daya yang mengalir pada port 4 sudah seminimal mungkin, di bawah ini merupakan hasil perealisasian yang didapat :

 Port 1 dan Port 4 : 𝑆₁₂ =20.906 dan 𝑆₂₁ =20.193  Port 2 dan Port 4 : 𝑆₁₂ =22.388 dan 𝑆₂₁ =23.131

Sehingga telah memenuhi spesifikasi awal yang telah ditentukan.

(7)

BAB V PENUTUP

6. Perbedaan fasa antar port keluaran yaitu port 2 dan 4 terpisahkan oleh 2₄, sehingga perbedaan fasanya 180o. Namun, pada hasil pengukuran diperoleh nilai sebesar 𝑆₁₂ =175.43 dan 𝑆₂₁ =176.83, sehingga kurang sesuai karena terdapat sedikit pergeseran fasa. Hal itu mungkin disebabkan olah adanya kondisi yang tidak matching.

5.2 Saran

Untuk pengembangan selanjutnya penulis memberikan saran, antara lain :

1. Realisasi Rat Race Ring Hybrid 180° sebaiknya dilakukan dengan ketelitian tinggi dari proses perhitungan sampai dengan realisasi. Dalam perhitungan, pembulatan angka sebaiknya jangan dilakukan pada awal perhitungan karena pergeseran pada mikrostrip untuk beberapa millimeter akan sangat berpengaruh.

2. Perlu dilakukan proses etching yang sempurna, agar tidak terjadi pergeseran dimensi

Coupler.

3. Pemasangan dan penyolderan konektor harus setipis dan serapi mungkin agar tidak memberikan miss match pada saluran.

4. Pada proses pengukuran sebaiknya posisi Rat Race Ring Hybrid 180° harus benar – benar stabil agar tidak mempengaruhi hasil pengukuran.

5. Perlu dicoba perancangan Rat Race Ring Hybrid 180° dengan membandingkan dua metode berbeda, dengan spesifikasi yang sama.

(8)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bahl, Inder. Lumped Elements for RF and Microwave Circuits. Artech

House, London. 2003

[2] Pozar, David M. Microwave Engineering. 2nd Ed, JWS, Singapore. 2003

[3] James,J.R. dan Hall,P.S.,1989, Introduction to Microstrip Antenna ,

Handbook of Microstrip Antennas, Peter Pelegrinus Ltd., London.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)