Wahyu Waskito 2210100055 Dosen Pembimbing : Eko …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-34941-2210100055 - Presentation.pdf · Desain dan Analisis Kerja Bandpassfilter pada Ultra Wideband

Desain dan Analisis Kerja Bandpassfilter pada Ultra Wideband berbasis Metamaterial Sel Unit Composite Right/Left Handed Transmission-Line dengan Notch

Band pada frekuensi 5.2 – 5.8 GHz

Dosen Pembimbing : Eko Setijadi S.T., M.T., Ph.D.

Prasetiyono Hari Mukti S.T., M.T., M.Sc.

Wahyu Waskito 2210100055

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

SidangTugas Akhir, 24 Juni 2014

Content :

Pendahuluan

Perancangan dan Desain Filter UWB dengan Notchband

Analisis Hasil Simulasi

Analisis Hasil Pengukuran

Kesimpulan

2

3 SidangTugas Akhir, 24 Juni 2014 3

• Kebutuhan perangkat yang memiliki fasilitas wireless dengan energi hemat, biaya murah, dan dengan dimensi yang kecil

• Kebutuhan perangkat yang dapat mentrasmisikan data dengan kecepatan tinggi


Contoh Pengaplikasian perangkat wireless : • Sharing video • Wireless Projector • Perangkat game nirkabel

• Smart tv (HDTV) • Set top box

4

SidangTugas Akhir, 24 Juni 2014 5 5

Ultra Wideband

• U.S Federal Communication Commission (FCC) yang disetujui termasuk unlicensed frequency pada rentang 3.1 – 10.6 GHz

• Diperuntukkan bagi komunikasi komersial • Kecepatan data hinggga 480 Mbps, dengan • Low EIRP level sebesar (-41.3dBm/MHz) • Komsumsi daya yang rendah yaitu hanya 100 mW

bandwidth sebesar 7.5 GHz


Desain

Rentang Frekuensi Kerja Ultra Wideband

6

SidangTugas Akhir, 24 Juni 2014 7

Perbandingan Mobility dan kecepatan data UWB dengan teknologi radio lainnya


WLAN 802.11a

8

WLAN 802.11a dengan frekuensi kerja 5 Ghz digunakan dalam Unlicensed National Information Infrastructure bands : • 5.15 – 5.25 GHz • 5.25 – 5.35 GHz • 5.725 – 5.825 GHz

8


Menghindari adanya interferensi antar kedua sistem


• IEEE 802.15.4a Pada standar tersebut menjelaskan band frekuensi dengan low band rentang 3.1 GHz- 5 Ghz dan upper band rentang 6 GHz-10.6 GHz • IEEE 802.15.3a Standar yang menjekaskan phisical Layer dengan data rate tinggi dengan rentang 110 -480 Mbps

Standar

10

Standar dan Regulasi

10


U.S Federal Communication Commission (FCC) 2002. UWB yang merupakan unlicensed frequency dengan rentang band 3.1 GHz-10. GHz, EIRP -41.3 dBn/MHz dan minimum bandwidth 500 MHz.

Regulasi

11

Standar dan Regulasi

11


• Subtrat yang digunakan dalam perancangan filter UWB ini adalah RT/duroid® 5880 high frequency Laminates buatan Rogers Corporation US.

keunggulan penggunaan RT/duroid® 5880 high frequency yaitu, konstanta dielektrik dari substrat ini adalah yang paling terendah dari semua produk yang ada, dielektrik yang rendah sangat sesuai bagi aplikasi filter atau antena dengan frekuensi tinggi atau aplikasi pada pita lebar.

12

Pemilihan Substrat

12


sebagai struktur bahan buatan yang effectively homogeneous dengan sifat yang tidak khusus dan tidak tersedia di alam. Metamaterial pada umumnya dikenal dengan left-handed (LH).

13

Metamaterial

13


Composite Righ Left Handed Transmission Line (CRLH-TL)

Unit sel CRLH merupakan gabungan dari interdgital capasitor dan shorted stub indicator

14

Mode Pendekatan dalam perancangan metamaterial yaitu pendekatan saluran transmisi. Dalam desain bandpass filter ini menggunakan mode pendekatan saluran transmisi yaitu Composite Right-Left Handed Trasmission Line (CRLH-TL).

1. • Bagaimana desain dan kinerja dari filter Ultra

Wideband ?

2. • Bagaiamana kinerja notch band pada filter

Ultra Wideband?

3. • Bagaimana melakukan pengukuran filter Ultra

Wideband?


• Rentang kinerja filter Ultra Wideband pada frekuensi 3.1 – 10.6 GHz 1

• Rentang kinerja filter Notch Band pada frekuensi 5.2 – 5.8 GHz 2

• Substrate dielektrik yang dgunakan adalah RT/duroid 5880 yang memiliki ɛr =2.2 dengan ketebalan susbtrat 1.6 mm. 3

• Parameter yang diukur dalam simulasi dan alat adalah S11, S21 dan surface current. 4


• Adapun tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang teknologi Ultra Wideband (UWB) dengan bandpass filter yang memiliki frekuensi kerja 3.1 GHz sampai dengan 10.6 GHz dengan pendekatan metode CRLH-TL. Dan perancangan noth band yang bekerja pada frekuensi 5.2 GHz sampai 5.8 GHz untuk menghidari interferensi WLAN 802.11a pada frekuensi 5 GHz.

Tujuan


Diagram Alir Penelitian

Mulai

Studi literatur

Perancangan dan desain spesifikasi dan konfigurasi filter Ultrawideband

dengan notch band

Simulasi menggunakan CST Microwave Studio

Sesuai dengan parameter yang

diajukan

Konfigurasi Ulang

YA

TDK

A

Pengujian filter hasil fabrikasi

Analisis dan Penyusunan Laporan

fabrikasi

Selesai

A



Desain Filter

Perancangan filter menggunakan teknik print circuit board (PCB) double layer dan di fabrikasi pada substrat Taconic-TLY 5 dengan konstanta dielektrik relatif 2.2.


Desain Filter

21

P = 35 m

L = 16 mm

23

Parameter Sweep

Parameter sweep bertujuan yaitu untuk mendapat optimasi desain terbaik dengan mengetahui dari perubahan dimensi dari masing-masing komponen. • rectangular resonator. Perubahan terhadap nilai panjangnya

berpengaruh terhadap perubahan nilai frekuensi cut off atas. • Panjang Interdigital Capasitor. Parameter sweep terhadap

panjang finger mempengaruhi pergeseran band frekuensi dan nilai dari rejection level pada notchband.

• Panjang Ground Stub. Parameter sweep pada panjang ground stub mempengaruhi nilai rejection level pada notchband.

• Panjang Loading Stub. Parameter Sweep mempengaruhi pada notchband dan frekuensi cut off atas


Perancangan desain dimensi terbaik yang mendekati teori

24

Optimasi Rancangan Filter UWB

24

Komponen Panjang (mm)

Lebar (mm)

Banyak Luas (mm2)

Port 6.75 2 2 27 Ground Stub 5 0.25 2 2.5 Finger 9 0.25 6 13.25 Loading Stub 2.5 0.25 1 1.25

Panjang Rectangular Luar ; Dalam

3 ; 1,4 3 ; 1,4 1 1.76


Rancangan akhir filter UWB dengan notch band

25 25

Desain Optimasi filter UWB dengan notch band

Keterangan gambar : d= 0,25mm ; do=0,25mm; L1=9mm; L2=6mm; L3=2,5mm; W=2mm; Wo = 5 mm, P=3mm; Po=1.4mm

SidangTugas Akhir, 24 Juni 2014 26 26 26 26 26

Hasil Akhir Simulasi

26

Parameter S11

Rentang Bandpass Filter = 3,7765 GHz-7.9463 GHz Rentang NotchBand Filter = 4.2857 GHz-5.9786 GHz

SidangTugas Akhir, 24 Juni 2014 27 27 27 27

Rentang Bandpass Filter = 3,4259 GHz-10.45 GHz Rentang NotchBand Filter = 5.0579 GHz-5.7807 GHz Rejection Level pada Notcband = -27.923 dB, dengan Center Frequency = 5.55 GHz

27

Hasil Akhir Simulasi

27

Parameter S21

SidangTugas Akhir, 24 Juni 2014 28 28 28

• Pada filter yang dirancang di -10dB terjadi peningkatan bandwidth passband sebesar 77.5 MHz dibanding dengan filter referensi.

• Pada filter yang dirancang di -3dB terjadi peningkatan bandwidth passbandsebesar 842.3 MHz dibanding dengan filter referensi.

28 28

Perbandingan S-Paramater simulasi hasil referensi dengan hasil perancangan

No. Parameter Filter Referensi Filter Hasil Perancangan

1. Band-I S11 3.3551 GHz- 4.8643 GHz

3.7765 GHz-4.2867 GHz

2. Band-I S21 3.1227 GHz – 5.2267 GHz

3.4259 GHz-5.0579 GHz

3. Band-II S11 7.4619 GHz – 8.3531 GHz

5.9786 GHz-7,9463 GHz

4. Band-II S21 6.6359 GHz- 9.9909 GHz

5.7807 GHz-10,45 GHz

29

Analisis Surface Current pada filter hasil perancangan

Terjadi kondisi miss-match impedance antara interdigital dengan port. Sehingga lebih banyak daya yang dipantulkan kembali dengan daya yang diteruskan. Terlihat di situ ada bagian yang memiliki nilai besaran gelombang sangat tinggi.

a

b


30

SidangTugas Akhir, 24 Juni 2014 31 31 31 31 31

Filter Fabrikasi


Komponen Panjang (mm)

Lebar (mm)

Banyak Luas

Port 6.75 2 2 27 Ground Stub 5 0.25 2 2.5 Finger 9 0.25 6 13.25 Loading Stub 5 0.25 1 1.25 Panjang Rectangular Luar ; Dalam

3 ; 1,4 3 ; 1,4 1 7.04

Luas Total (mm2) 51.04

32 32 32 32 32

Perhitungan dimensi filter fabrikasi


Pada filter yang difabrikasi frekuensi cut off highpass filter pada -10 dB adalah

4.2046 GHz, dan frekuensi cut off lowpass filter pada -10 dB adalah 9.424 GHz.

33

Grafik Parameter S11 Hasil Simulasi dengan Hasil Fabrikasi

33

Parameter S11


Rejection level notchband pada filter yang difabrikasi sebesar -32.8084 dB dan center frequency pada 5.508 GHz.

34

Grafik Parameter S21 Hasil Simulasi dengan Hasil Fabrikasi

34

Parameter S21

Pada filter yang dirancang frekuensi cut off highpass filter pada -3 dB adalah 3.4259 GHz, terjadi pergeseran sebesar +0.3259 GHz dari spesifikasi teori (3.1 GHz), frekuensi cut off lowpass filter pada -3 dB adalah 10.45 GHz terjadi pergeseran sebesar -0.15 GHz dari spesifikasi teori (10.6 GHz)

Rentang notchband filter yang dirancang pada -3dB adalah 5.0579- 5.7807 GHz. Rejection level sebesar -27.9239 dB dan center frequency pada 5.55 GHz.

Pada filter yang difabrikasi frekuensi cut off highpass filter pada -10 dB adalah 4.2046 GHz, dan frekuensi cut off lowpass filter pada -10 dB adalah 9.424 GHz.

Rejection level notchband pada filter yang difabrikasi sebesar -32.8084 dB dan center frequency pada 5.508 GHz.

Pada filter yang dirancang didapat miniaturisasi dimensi filter sebesar 23.72% dibanding dengan filter referensi.

Sifat metematerial dibangkitkan dari komponen interdigital capacitor dan stub.

Kesimpulan


TERIMA KASIH

37

Wahyu Waskito 2210100055 Dosen Pembimbing : Eko …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-34941-2210100055 - Presentation.pdf · Desain dan Analisis Kerja Bandpassfilter pada Ultra Wideband

Documents