Filter Gelombang Mikro (1) TTG4D3 – Rekayasa Gelombang Mikro Oleh Budi Syihabuddin – Erfansyah Ali 1
Filter Gelombang Mikro (1)TTG4D3 – Rekayasa Gelombang Mikro
Oleh
Budi Syihabuddin – Erfansyah Ali
1
Outline
• Pendahuluan
• Klasifikasi Filter
• Perancangan Filter Lumped Circuit
2
Pendahuluan
• Filter komponen (biasanya) pasif, resiprok, 2 port
• Jika port – 2 dibebani dg beban match, maka dapat dikorelasikan daya input dengan daya output :
• Jika daya transmisi didefinisikan dengan koefisien transmit :
• karena filter biasanya komponen pasif, maka :
atau
3
inout PSP2
212
21SP
PT
in
out
10 T inout PP
FILTER
PoutPin
FILTER
PoutPin
Pr
Pabs
4
routin PPP
rabsoutin PPPP
in
out
in
r
in
outr
in
in
P
P
P
P
P
PP
P
P
11
ideal
Lossless filter :
inout PP
Klasifikasi Filter (1)
• Berdasarkan Komponen Penyusun, filter analog terbagi menjadi :1. Filter LC Pasif dan RC Aktif
2. Filter SAW (Surface Acoustic Waves)
3. Filter-filter Elektromekanik
4. Filter Kristal Piezoelektrik
• Berdasarkan Bentuk Respon Frekuensi terhadap Gain :1. Filter Bessel (Maximally Flat Time Delay)
2. Filter Cauer (Eliptic)
3. Filter Butterworth (Maximally Flat)
4. Filter Chebyshev (Tsebycheff)
5
6
)(
1
)(
1
)(
1
ButterworthChebyshev
Eliptic
RIPPLE
Klasifikasi Filter (2)
• Berdasarkan Sifat Penguatannya, filter bisa diklasifikasikan menjadi:• Filter Aktif : bersifat menguatkan
• Komponen penyusun : penguat, kapasitor dan resistor
• Keuntungan : ukuran lebih kecil, ringan, lebih murah dan lebih fleksibel dalam perancangan
• Kekurangan : kebutuhan catudaya eksternal, lebih sensitif terhadap perubahan lingkungan, dan memiliki frekuensi kerja yang tidak terlalu tinggi
• Filter Pasif : bersifat tidak menguatkan• Komponen penyusun : induktor, kapasitor dan resistor
• Keuntungan : dapat digunakan untuk frekuensi tinggi
• Kekurangan : dimensi lebih besar dibandingkan filter aktif
7
Klasifikasi Filter (3)
• Berdasarkan daerah frekuensi yang dilewatkan, filter analog dibagi menjadi
1. LPF (Low Pass Filter)
2. BPF (Band Pass Filter)
3. HPF (High Pass Filter)
4. BSF / BRF (Band Stop Filter / Band Reject Filter)
5. All Pass Filter (Hanya memperhatikan respon fasa)
8
Low Pass Filter
Dengan koefisien Transmit
)(
1
c
Dengan Koefisien Pantul
)(
1
c 9
c
c
0
1
)(
c
c
1
0
)(
High Pass Filter
Dengan Koefisien Transmit
)(
1
c
Dengan Koefisien Pantul
)(
1
c10
c
c
1
0
)(
c
c
1
0
)(
Band Pass Filter
Dengan Koefisien Transmit
)(
1
0
Dengan Koefisien Pantul
)(
1
011
2/0
2/1
)(
0
0
2/1
2/0
)(
0
0
Band Stop Filter
Dengan Koefisien Transmit
)(
1
0
Dengan Koefisien Pantul
)(
1
012
2/1
2/0
)(
0
0
2/0
2/1
)(
0
0
Lumped FilterFilter Frekuensi Rendah
13
Prosedur Perancangan Lumped Filter
• Penguatan
• Frekuensi Cut-off
• Frekuensi Stop Band
• Ripple
• Jenis Filter
Spesifikasi
• Penentuan Orde Filter dg Grafik
• Penentuan Protype LPF dengan bantuan Tabel
• Jika yg dirancang adl HPF/BPF/BSF maka ubah protype LPF ke HPF/BPF/BSF
Normalisasi (Prototype) • Denormalisasi untuk
mendapatkan nilai komponen realisasi / Simulasi
Denormalisasi (Pen-skalaan)
14
Contoh (1)
• Rancanglah Filter yang bekerja untuk meloloskan frekuensi rendah dengan spesifikasi sebagai berikut :• Fcutoff = 35 MHz
• redaman 60 dB pada frekuensi 105 MHz
• Rs = 50 Ω
• RL = 500 Ω.
• Tidak ada ripple pada stop band maupun pass band.
15
16
1. Lakukan normalisasi frekuensi : f = fred/fcutoff = 105 MHz/35 MHz = 3.
2. karena filter yang akan dibuat tidak memiliki ripple, maka gunakan grafik butterworth untuk mendapatkan orde filter.
3. Hasil normalisasi frekuensi yang di dapat tadi adalah 3 dengan redaman 60 dB, maka kita dapatkan n = 7. n adalah orde filter.
4. Setelah didapatkan orde filter, maka kita dapat mengetahui nilai komponen dalam prototype filter dengan melihat tabel butterworth.
Penyelesaian
5. Rs = 50 ohm, RL = 500 maka RS/RL yang di dapat adalah 50/500 = 0,1. jadi n = 7 dan Rs/RL = 0,1
17
18
Yang harus diingat nilai komponen yang didapat adalah nilai komponen prototypenya, maka untuk mendapatkan nilai komponen sebenarnya dilakukan denormalisasi
R = Rn X RAc
L = (Ln X RAc) / (2fCo)
C = Cn / (2fCo X RAc)
DENORMALISASI
Transformasi LPF ke HPF (1)
• Transformasi dari LPF ternormalisasi ke HPF ternormalisasi menyebabkanberubahnya komponen-komponen penyusun filter yaitu :
pada HPF pasif ternormalisasi akan terjadi perubahan dari induktormenjadi kapasitor dan sebaliknya, sedangkan pada HPF aktif ternormalisasiterjadi perubahan dari resistor menjadi kapasitor dan juga sebaliknya.
• Adapun persamaan yang menunjukkan perubahan nilai komponen adalahsebagai berikut (perubahan dilakukan pada kondisi ternormalisasi) :
• HPF pasif ternormalisasi : CHPF = 1/LLPF dan LHPF = 1/CLPF
• Lakukan denormalisasi komponen seperti sebelumnya.
19
Transformasi LPF ke HPF (2)
20
SR
LR1C 2C
3C
1L 2L
SR
LR1
1
C 2
1
C3
1
C
1
1
L 2
1
L
LPF
HPF
Proses Transformasi LPF ke HPF / BPF / BSF dilakukan
pada tahap prototype!
Referensi
• RF Circuit Design 2nd Edition, Chris Bowick.
• Microwave Engineering 3rd Edition, David M. Pozar.
21
Terima Kasih
22