PENGUKURAN DAN PEMODELAN KONSTANTA DIELEKTRIK …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15722-2209105005... · dielektrik untuk material air hujan kembali, terutama untuk pengukuran
Post on 07-Mar-2019
288 Views
Preview:
Transcript
Fify Triana
2209105005
Pembimbing :
Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D
Ir. M. Aries Purnomo
1
PENGUKURAN DAN PEMODELAN KONSTANTA DIELEKTRIK AIR HUJAN
PADA FREKUENSI GELOMBANG MIKRO
Latar Belakang
2
KomunikasiFrekuensi
tinggi(microwave)
Air hujan
PermitivitasAbsortionScattering
Kualitaskomunikasi
Latar Belakang
3
Komunikasi pada frekuensi tinggi dipengaruhi olehcuaca seperti hujan. Air hujan ini memiliki nilaipermitivitas yang berpengaruh terhadap absorpsidan scattering.
Pengukuran nilai permitivitas dapat membantudalam desain pembuatan perangkat yang dipakaipada frekuensi tinggi.
Rumusan Masalah
4
Pengukuran nilai konstanta dielektrik permitivitasair hujan daerah tropis pada frekuensi gelombangmikro
Nilai konstanta dielektrik permitivitas air hujan
Pengolahan hasil pengukuran dan mendapatkanpemodelan permitivitas air hujan
Perbandingan konstanta dielektrik air hujan denganair murni pada teori Debye.
Batasan Masalah
5
Pengukuran konstanta dielektrik air hujan padafrekuensi gelombang mikro dimana frekuensinyadisesuaikan dengan perangkat pengukuran yang tersedia.
Metode pengukuran yang digunakan adalah metodeTransmission/Reflection.
Tujuan
6
Mendapatkan nilai konstanta dielektrikpermitivitas air hujan pada frekuensi gelombangmikro.
Mendapatkan pemodelan konstanta dielektrik air pada frekuensi gelombang mikro.
Membandingkan hasil pengukuran permitivitasdengan hasil teori Debye.
Metodologi
7
Pemilihan metode
pengukuran dengan metode
Transmission/Reflection
Pengukuran magnitude
daya transmit dan
refleksi
Kalkulasi koefesien
transmit, koefesien
refleksi dan permitivitas
skalar dan kompleks
Analisa data
Skalar Kompleks
Kesimpulan
Dasar Teori (1)
8
Gelombang mikro
> 300 MHz (3x105 Hz)Radio-frequency band names
Name Frequency Principal use
ELF 3-30 Hz
SLF 30-300 Hz Power grids
ULF 300-3000 Hz Microwave bands
VLF 3-30 kHz Submarines Old New Frequency
LF 30-300 kHz Beacons L D 1-2 GHz
MF 300-3000 kHz AM broadcast S E, F 2-4 GHz
HF 3-30 MHz Shortwave broadcast C G, H 4-8 GHz
VHF 30-300 MHz FM, TV X I, J 8-12 GHz
UHF 300-3000 MHz TV, LAN, cellular, GPS Ku J 12-18 GHz
SHF 3-30 GHz Radar, GSO satellite, data K J 18-26 GHz
EHF 30-300 GHz Radar, automotive, data Ka K 26-40 GHz
9
PermitivitasPermitivitas adalah suatu kuantitas fisik yang menggambarkan bagaimana medan listrik mempengaruhi dan dipengaruhioleh suatu medium dielektrik
ε = ε` + jε``
ε` = tetapan dielektrik
ε`` = factor loss dielektrik
• real = kemampuan bahan untuk menghamburkan/melepaskanenergi
• imajiner = kemampuan bahan untuk menyimpan energy listrik
Dasar Teori (2)
10
Koefisien Transmisi (T)
Koefisien Refleksi (Γ)
Dasar Teori (3)
11
Dasar Teori (4)
Proses Pengukuran
12
Metode Transmission/Reflection
Vector Network Analyzer Power Meter
(Reflection) (Transmission/Reflection)
Pengukuran dengan VNA (1)
13
Network Analyzer
Advantest R3770
Antena horn
Coaxial
lineDevice Under
Test
14
Pengambilan data pengukuran : Pada saat antena horn dalam keadaan kosong untuk mengukur
daya incident. Air hujan berada dalam DUT dengan ketebalan 8,4 cm. Air hujan dalam DUT dengan ketebalan 1,2 cm. Air hujan dalam DUT dengan ketebalan 3 mm.
a b
c d
Pengukuran dengan VNA (2)
15
Nilai kompleks
Nilai S-parameter (S11)
Pengukuran dengan VNA (3)
Hasil pengukuran
16
Isolator
Frekuensi
meter
Attenuator
MUT/DUT
Power meter
Power meter
Coupler
Gunn Osc Power Supply
Thermistor mount
Gunn Osc
Pengukuran dengan Power Meter (1)
Rangkaian pengukuran
17
Pengukuran dengan Power Meter
Pengukuran dengan Power Meter (2)
18
Nilai Skalar
Data pengukuran
1. Daya incident
2. Daya transmission tanpa MUT
3. Daya transmission dengan MUT
4. Daya reflection tanpa MUT
5. Daya reflection dengan MUT
Pengukuran dengan Power Meter (3)
Hasil pengukuran
Permitivitas (Kompleks)pengukuran dengan VNA
19
S-Parameter real dan imajiner
20
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
frequency (Hz)
S11 r
eal (d
B)
akrilik
waveguide 8,4 cm
waveguide 1,2 cm
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
frequency (Hz)
S11 im
ajiner
(dB
)
akrilik waveguide 8,4 cm waveguide 1,2 cm
Koefisien Refleksi
21
a.
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Frequency (Hz)
Koef
Refleksi
real
imajiner
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Frequency (Hz)
Koef
Refleksi
real
imajiner
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Frequency (Hz)
Koef
Refleksi
real
imajiner
b.
c.
Ket :
a. MUT (d=8,4 cm)
b. MUT (d= 1,2 cm)
c. MUT (d= 3 mm)
Perbandingan permibilitas/permitivitas
22
a.
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-2
0
2
4x 10
6
frequency (Hz)
C1 (
real)
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-10
-5
0
5x 10
6
frequency (Hz)
C1 (
imajiner)
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-5
0
5
10x 10
5
frequency (Hz)
C1 (
real)
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-4
-2
0
2
4x 10
5
frequency (Hz)
C1 (
imajiner)
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-1
0
1
2x 10
7
frequency (Hz)
C1 (
real)
0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3
x 1010
-1
0
1
2x 10
7
frequency (Hz)
C1 (
imajiner)
b.
c.
Ket :
a. MUT (d=8,4 cm)
b. MUT (d= 1,2 cm)
c. MUT (d= 3 mm)
Permitivitas (Skalar)pengukuran dengan Power Meter
23
Perhitungan daya
24
a.
9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5
x 109
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Frequency (Hz)
Daya t
ransm
it (
mW
)
0 dB
1 dB
10 dB
9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5
x 109
1
1.02
1.04
1.06
1.08
1.1
1.12
1.14
1.16
1.18
Frekuensi (Hz)
Daya r
efleksi (m
W)
0 dB
1 dB
10 dB
9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5
x 109
1
2
3
4
5
6
7
Frekuensi (Hz)
Daya insid
en (
mW
)
0 dB
1 dB
10 dB
b.
c.
Ket :
a. Daya pancar
b. Daya pantul
c. Daya insiden
Koefisien Transmisi dan Refleksi
25
9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5
x 109
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Frequency (Hz)
Koefisie
n r
efleksi
0 dB
1 dB
10 dB
9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5
x 109
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
Frequency (Hz)
Koefisie
n t
ransm
isi
0 dB
1 dB
10 dB
Nilai Permitivitas
26
9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5
x 109
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Frequency (Hz)
r
0 dB
1 dB
10 dB
Kesimpulan
27
Pengukuran permitivitas menggunakan power meter dapat digunakan untuk mencari permitivitas bernilai skalar. Sedangkan pengukuran menggunakan Vector Network Analyzer dapat digunakan untuk menghitung nilai dalam bentuk kompleks.
Pengukuran dengan alat ukur VNA menggunakan 1 port mendapatkan nilairefleksi sehingga belum dapat digunakan untuk mencari nilai permitivitas.
Nilai redaman berpengaruh terhadap nilai permitivitas dimana semakin tinggi redaman maka nilai permitivitas akan semakin rendah
Pada pengukuran dengan VNA, pengaruh frekuensi terhadap nilaiperbandingan permibilitas dengan permitivitas berpengaruh pada frekuensi diatas 11 GHz.
Nilai permitivitas dari hasil pengukuran dengan power meter bernilai tinggipada saat frekuensi 9,4 GHz.
Metode perhitungan dengan menggunakan nilai koefesien refleksi dan koefisien transmisi dapat digunakan untuk perhitungan permitivitas konstanta dielektrik.
28
Terima Kasih…
29
Mika akrilik
30
Waveguide
31
DUT berisi air hujan
32
Pt = 2,5882 mW
Pr = 1,1668 mW
Pi = 4,8978 mW
maka nilai koefesien refleksi () dan koefisien transmisi () adalah:
Dari koefesien refleksi dapat dihitung nilai perbandingan permibilitas terhadap permitivitas (
/) :
Untuk nilai
:
Maka didapatkan nilai permitivitas dari perhitungan sebagai berikut:
Saran
33
Perlunya dilakukan pengukuran ulang konstantadielektrik untuk material air hujan kembali, terutama untuk pengukuran menggunakan Network Analyzer menggunakan 2 port agar perhitunganuntuk konstanta dielektrik mendapatkan nilai yang kompleks.
Perhitungan permitivitas material dielektrik dapatdilakukan dengan menggunakan pengukuran yang lebih kompleks, misalnya menggunakan metodenumerik.
34
Metodologi
35
Pengukuran
36
Nilai yang diukur yaitu nilai Scattering parameter
Network Analyzer
Advantest R3770
Antena horn
Coaxial
lineDevice Under
Test
VNA
37
Nilai koefisien pantul
38
Nilai Γ > 1????
daya yang dipantulkan lebih besar dari daya yang dikirimkan
top related