Bab4_filter Desain_kelompok 3.docx

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA Kelompok : 3 No

NIM

Nama

5

1641160078

Cighra Satria W

10

1641160056

Farhan A

16

1641160003

Nabilah Hanun

BAB 4

FILTER MIKROWAVE

4.1. TEORI Filter

adalah

suatu

piranti

yang

dapat

digunakan

untuk

menguatkan maupun melemahkan sinyal masukan dengan kriteria frekuensi tertentu. Kriteria frekuensi yang dimaksud adalah frekuensi potong (f cut off ). Untuk mendesain sebuah filter diperlukan 3 tahapan utama, yaitu: a. Desain filter Prototipe Adalah tahapan perencanaan filter LPF dengan wc = 1 rad/s, Ro = 1. Untuk

merancang

Butterworth

filter

maupun

Prototipe

Chebychev.

dapat Nilai

pendekatan ini dapat digambarkan dengan

digunakan konstanta

pendekatan dari

kedua

susunan Ladder sebagai

berikut:

atau

1|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

b. Transformasi Frekuensi dan Impedansi Transformasi Frekuensi diperlukan untuk mengubah nilai wc = 1 rad/s ke nilai wc yang diinginkan. Dalam langkah ini semua nilai komponen penyusun filter akan diskalakan dengan nilai wc dan Ro baru. Transformasi yang dpat digunakan adalah: LPF – LPF, LPF – HPF, LPF – BPF dan LPF – NOTCH Implementasi Langkah ini digunakan untuk mengubah nilai L dan C penyusun filter ke susunan MikroStrip. Terdapat 3 metode yang dapat digunakan dalam langkah ini, yaitu: Stepped-Impedance, Richardson, dan Kuroda 4.2. TUJUAN a. Dapat

merancang

Filter

LPF,

HPF

dan

BPF

berbasis

Mikrostrip b. Mengetahui pengaruh nilai Orde dan Teknik Pendekatan (Chebyshev dan Butterworth) terhadap nilai Insertion Loss, Ro dan Return Loss dari sebuah Filter. 4.3. ALAT DAN BAHAN a. Perangkat Lunak AWR atau QUCS

2|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

4.4 DESAIN FILTER LPF 4.4.1 LANGKAH PERCOBAAN

a. Rancanglah filter prototype Butterworth dan Chebyshev (Riple 0.1 dB) untuk

orde 3 dan orde 5 menggunakan persamaan berikut

ini: LPF Butterworth: 𝑔0 = 1 (2𝑘 − 1)𝜋 𝑔𝑘 = 2𝑠𝑖𝑛 ( ) 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑘 = 1 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑎𝑖 𝑁 2𝑁 𝑔𝑁+1 = 1 atau tabel berikut ini n

go

g1

g2

g3

g4

g5

g6

1

1

2

1

2

1

1.414

1.414

1

3

1

1

2

1

1

4

1

0.7654

1.8478

1.8478

0.7654

1

5

1

0.618

1.618

2

1.618

0.618

1

6

1

0.5176

1.414

1.9318

1.9318

1.414

0.5176

g7

1

LPF Chebyshev: 𝑔0 = 1 𝑔1 =

𝑔𝑘 =

2 𝜋 𝑠𝑖𝑛 ( ) 𝛾 2𝑁 4𝑠𝑖𝑛 [

1 𝑔𝑘−1

(2𝑘 − 1)𝜋 (2𝑘 − 3)𝜋 ] . 𝑠𝑖𝑛 [ ] 2𝑁 2𝑁 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑘 = 1 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑎𝑖 𝑁 (𝑘 − 1)𝜋 2 2 𝛾 + 𝑠𝑖𝑛 [ ] 𝑁

1

𝑔𝑁+1

𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑁 𝑔𝑎𝑛𝑗𝑖𝑙 𝛽 = { 𝑐𝑜𝑡ℎ2 ( ) 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑁 𝑔𝑒𝑛𝑎𝑝 4

dengan 3|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

𝐿𝐴𝑟 𝛽 = 𝑙𝑛 [coth ( )] 17.37 𝛽 𝛾 = sinh ( ) 2𝑁 atau n

go

g1

g2

g3

g4

g5

g6

g7

1

1

0.3052

1

2

1

0.8431

0.622

1.3554

3

1

1.0316

1.1474

1.0316

1

4

1

1.1088

1.3062

1.7704

0.8181

1.3554

5

1

1.1468

1.3712

1.9750

1.3712

1.1468

1

6

1

1.168

1.404

2.056

1.5171

1.9029

1.8618

1.355

b. Tentukanlah nilai ZL = 20 Ohm untuk menggantikan komponen Kapasitor

Paralel dan ZH = 75 Ohm

untuk menggantikan

komponen Induktor Seri dengan Ro = 50 untuk Impedansi dari Filter c. Hitung nilai electric length (βl) dari masing-masing komponen berdasarkan nilai ZL dan ZH sebagaimana persamaan berikut: 𝛽𝑙 =

𝑅𝑜. 𝐿𝑘 𝑍𝐻

𝐼𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑜𝑟

𝛽𝑙 =

𝐶𝑘 . 𝑍𝐿 𝑅𝑜

𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑜𝑟

d. Dengan bantuan TxLine tentukan W dan L untuk setiap segmen uStrip berdasarkan nilai βl dan Ro = 50 (bahan Mikrostrip adalah FR4 dan Frekuensi Cut Off 800 MHz) e. Simulasikan

desain

diatas

kemudian

tariklah

kesimpulan

pengaruh N (orde filter) dan Metode Pendekatan (Butterworth dan Chebyshev) terhadap nilai S(2,1) ( Gain Filter )

4|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

4.4.2 DATA PERCOBAAN

LPF Butterworth Orde

gk

Tipe

ZL

Komponen

atau

βl

W

L

(um)

(um)

12236

ZH

3

5

g0

1

g1

1

Kapasitor

20

0,4

11174

g2

2

Induktor

75

1,3

1390,5 43696

g3

1

Induktor

20

0,4

11174

12236

g4

1

g0

1

g1

0,618

Kapasitor

20

0,2472

11174

7561,7

g2

1,618

Induktor

75

1,078667 1390,5

36257

g3

2

Kapasitor

20

11174

24472

g4

1,618

Induktor

75

1,078667 1390,5

36257

g4

0,618

Kapasitor

20

0,2472

11174

7561,7

g6

1

0,8

LPF Chebyshev Ord

gk

e

Tipe

ZL

Kompone

ZH

βl

W

L

n

3

g0

1

g1

1,0316

Kapasitor

20

0,41264

11174

12622

g2

1,1474

Induktor

75

0,764933

1390,5

25711

g3

1,0316

Kapasitor

20

0,41264

11174

12622

g4

1

5|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

5

g0

1

g1

1,1468

Kapasitor

20

0,45872

g2

1,3712

Induktor

75

0,914133 1390,5 30726

g3

1,9750

Kapasitor

20

g4

1,3712

Induktor

75

0,914133 1390,5 30726

g5

1,1468

Kapasitor

20

0,54848

g6

1

0,79

11174 11174 11174

14032 24166 16778

4.4.3 ANALISA DATA

Gambar 1. Grafik S11 Butterworth orde 3

6|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

gambar2. Butterworth s21

gambar 3 Butterworth S11 7|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

gambar 4 Butterworth S21

gambar 5 Chebyshev S21 8|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

Gambar 5 Chebyshev orde 3 S11

Gambar chebyshev orde5 S11 9|Halaman

Praktikum Teknik Gelombang Mikro POLINEMA

Gambar Chebyshev orde 5 S21

4.4.4 KESIMPULAN

10 | H a l a m a n