PERANCANGAN FILTER BAND PASS COMBLINE FREKUENSI 5.21 GHZ

Seminar Nasional Telekomunikasi dan Informatika (SELISIK 2016) Bandung, 28 Mei 2016

249

ISSN : 2503-2844

M. Ikbal Tawakal, Heroe Wijanto, Yuyu Wahyu

Seminar Nasional Telekomunikasi dan Informatika 2016

PERANCANGAN FILTER BAND PASS COMBLINE PADA

FREKUENSI 5.21 GHZ

Muhamad Ikbal Tawakal, Heroe Wijanto, Yuyu Wahyu

Fakultas Teknik Elektro, Pusat Penelitian Elektro dan Telekomunikasi

Telkom University, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia

Bandung

[email protected] , [email protected] , [email protected]

Abstrak

Dengan perkembangan teknologi dan informasi

yang semakin dan kebiasaan user yang sering

berpindah tempat(mobile) maka diperlukan teknologi

dengan sistem nirkabel yang dapat memenuhi

kebutuhan user tersebut. Salah satu teknologi dari

komunikasi nirkabel adalah Wi-Fi (802.11). Karena

alasan tersebut, maka perlu dibuatlah sebuah filter

yang dapat mengakomodir sistem kanal dari

802.11AC yaitu band pass filter yang memiliki lebar

pita 80 MHz. Pada perancangannya digunakan

metode filter combline. Filter ini bekerja dengan

freuensi tengah 5210 MHz. Pada filter ini digunakan

respon frekuensi chebyshev ripple 2 dB, insertion

loss 0,4 dB, Return loss kurang dari 15 dB dan

impedansi terminal 50 ohm. Hasil pengukuran

menunjukan performansi filter pada frekuensi tengah

5210 MHz dengan bandwidth 65 MHz, return loss –

30 dB lebih baik dari spesifikasi dibawah – 10 dB ,

insertion loss -4.484 dB, vswr 1.07 , dan impedansi

karakteristik sebesar 56 Ohm.

Kata kunci : Filter, Resonator, Combline, Tuning

Tuliskan 3-5 kata kunci dari artike anda

Abstract

On the faster development of information and

technology and user habits often change places then

the required technology with a wireless system that

can accommodate of mobile user needs. One of the

wireless communication technology is Wi-Fi

(802.11). For this reason, it needs to be made a filter

which can accomodate of the 802.11AC canal system

is a band pass filter that has 80 MHz bandwidth. At

this filter design is use combline filter. This filter

works at 5210 MHz as a center frecuenc. At thit filter

use chebyshev frequency response, insertion loss 0,4

dB, return loss below 15 dB and source impedance

50 ohm. The measurement result show the

performance of filter work at 5210 MHz as center

frequency with 65 MHz bandwidth. Return loss -30

dB, Insertion loss -4.848 dB, VSWR 1,07 and

charasteristic impedamce of filter 56 Ohm.

Keywords : Filter, Resonator, Combline, Tuning

I. PENDAHULUAN

Dengan perkembangan teknologi dan informasi

yang semakin dan kebiasaan user yang sering

berpindah tempat(mobile) maka diperlukan teknologi

dengan sistem nirkabel yang dapat memenuhi

kebutuhan user tersebut. Salah satu teknologi dari

komunikasi nirkabel adalah Wi-Fi (802.11). Karena

alasan tersebut, maka perlu dibuatlah sebuah filter

yang dapat mengakomodir sistem kanal dari

802.11AC Karena alasan tersebut, maka perlu

dibuatlah sebuah filter yang dapat megakomodir dari

sistem kanal dari 802.11AC yaitu band pass filter

yang memiliki lebar pita 80 MHz. Karena sistem dari

pengkanalan yang sangat berdekatan maka dalam

perancangan sebuah filter dibutuhkan filter yang

memiliki tingkat akurasi slope yang tajam agar tidak

terjadi interferensi dari kanal satu ke kanal yang

lainnya.

Sebelumnya telah dilakukan perancangan filter

dengan menggunakan metode combline. Pada

perancangan sebelumnya menggunakan frekuensi

kerja 2.5 GHz. Hasil perancangan pada percobaan

sebelumnya memiliki nilai insertion loss -4.32 dB

dan return loss -34 dB.

Pada perancangannya digunakan metode filter

combline. Combline adalah filter yang mempunyari

struktur tersusun rapi. Filter ini bekerja pada

frekuensi tengah 5210 MHz dengan lebar pita 80

MHz. Untuk mendpatkan slope yang tajam maka


250

ISSN : 2503-2844



digunakan respon frekuensi chebyshev dengan ripple

2 dB. Perancangan filter menggunakan software CST

Studio Suite 2015. Ada 2 parameter utama untuk

mengukur kinerja filter yaitu return loss dan insertion

loss. Berdasarkan return loss bisa didapatkan nilai

dari vswr dan impedansi karakteristik sedangkan

insertion loss menghasilkan respon phasa. Hasil

perancangan diharapkan memiliki nilai return loss <

10 dB dan nilai insertion loss > 3 dB. Dengan lebar

pita 80 MHz.

II. LANDASAN TEORI

II.A. Wifi 802.11AC

IEEE 802.11ac adalah standarisasi wireless

generasi kelima yang memiliki kecepatan tiga kali

lebih tinggi dari versi sebelumnya yaitu 802.11n.

Standar 802.11ac WiFi telah disahkan dengan IEEE

pada akhir 2013. 802.11ac memiliki kemampuan

untuk menyediakan jaringan nirkabel dalam

mendukung kebutuhan pengguna di masa mendatang

terutama dengan perkembangan dan tuntutan pada

jaringan Wi-Fi dari smartphone, tablet dan laptop.

Saat ini wifi 802.11 ac menggunakan spektrum

frekuensi 5 GHz, dengan lebar bandwith maksimal

adalah 160 MHz yang terdari dari 1 kanal bandwidth

80 Mhz + 1 kanal bandwidth 80 MHz. untuk band 5

Ghz terdapat beberapa regulasi frekuensi sesuai

dengan regulasi setiap negara. (Jones & Matthaei,

1985)

II.B. Filter

Filter adalah suatu perangkat yang mampu

meloloskan sinyal-sinyal pada band frekuensi tertentu

dan meredam sinyal-sinyal diluar frekuensi

tersebut[2]. Filter dapat dibagi berdasarkan daerah

passband dan stopband nya. Passband merupakan

daerah frekuensi yang diloloskan dan daerah

frekuensi yang tidak diloloskan disebut stopband.

Batas daerah passband ditandai oleh frekuensi cut-off

(fc), yaitu titik saat dayanya turun setengahnya atau

sebesar 3 dB dari frekuensi passband. (Pozar, 2012)

II.C. Parameter S

Parameter S adalah suatu konsep yang penting

dalam desaign gelombang mikro karena mudah

diukur dan bekerja dengan baik pada frekuensi tinggi.

Parameter rangkaian bias dijelaskan dengan

menggunakan hanya dua terminal yaitu input dan

ouput. (Pozar, 2012)

Parameter S11 dan S22 merupakan koefisien

refleksi sedangkan S12 dan S21 disebut koefisien

transmisi . Parameter scattering merupakan

persamaan dengan bentuk kompleks dan dapat

dijabarkan dalam amplitude maupun fasanya. S

parameter juga ditulis dalam bentuk logaritmik.

II.D. Return loss

Return loss merupakan kehilangan sejumlah

daya yang dipantulkan kembali ke sumber yang

diakibatkan karena gangguan transmisi atau

rangkaian yang tidak matching[8]. Return loss atau

RL biasanya dinyatakan sebagai rasio dalam decibel.

Rasio ini adalah bentuk logaritmik dari perbandingsn

daya yang dipantulkan (PR) dengan daya yang

dikirimkan dari sumber (PT).Nilai RL harus sekecil

mungkin,jika dalam dB harus bernilai negatif sebesar

mungkin agar daya yang ditransfer secara

maksimum. Return loss dinyatakan sebagai berikut

(Pozar, 2012)

II.E. Insertion loss

Insertion loss (IL) adalah rugi-rugi daya yang

dihasilkan karena penyisipan perangkat antara

sumber dan beban. Daya yang dikirimkan dari

sumber ke beban ada yang direfleksikan kembali ke

sumber dan ada yang ditransfer ke beban,namun daya

yang ditransfer kebeban ini sebagian akan hilang

karena komponen pada rangkaian,hilangnya daya ini

yang disebut insertion loss[3]. Insertion loss

merupakan rasio perbandingan antara daya yang

dikirim ke beban sebelum insertion loss (PT) dengan

daya yang diterima beban setelah insertion loss (PR)

dalam logaritmik decibel. Nilai insertion loss harus

mendekati 1 atau 0 dalam dB,sehingga daya yang

diterima beban sesuai dengan daya yang dikirim ke

beban[3].


251

ISSN : 2503-2844



II.F. Filter Combline [4]

Gambar 2.1 Susunan Combline band pass filter

Filter bandpass combline dalam bentuk slabline

atau batang silinder. Resonator filter ini terdiri atas

elemen-elemen saluran transmisi (transmission line)

mode TEM yang dihubung singkat pada salah satu

ujungnya dan dipasang kapasitor terbungkah diantara

ujung lainnya dengan gound. Saluran transmisi 1 s/d

n sepanjang yang dihubungkan dengan kapasitor. s/d

merupakan resonator, sementara itu saluran transmisi

0 dan n+1 bukan merupakan resonator tetapi bagian

sederhana dari bagian impedance-transformin pada

bagian filter. Kopling antara resonator tercapai

melalui fringing field atau medan limpahan antara

resonator. Apabila kapasitor ada, panjang resonator

akan kurang dari pada saat resonasi ( adalah panjang

gelombang pada frekuensi tengah) dan kopling antar

resonator yang dominan adalah medan magnet.

Tetapi apabila tidak ada, panjang resonator akan

menjadi pada saat resonansi dan susunan yang tidak

memiliki pass-band. (Jones & Matthaei, 1985)

Sifat dari filter Combline ini adalah redaman

melalui filter ini tidak terbatas untuk resonator ¼

panjang gelombang. Karena pada hal tersebut

redaman diatas pass-band utama sangat tinggi dan

bergantung pada apakah panjang resonator terletak

pada pusat pass-band, sedangkan laju cutt-off pada

sisi atas pass-band dapat dibuat sangat curam. Untuk

panjang resonator yang mendekati yang terletak pada

pusat pass-band, laju cutt-off diatas pass-band akan

lebih curam.

III. ANALISIS DAN PERANCANGAN

Dalam perancangan Band-Pass Filter Combline

diimplementasikan untuk wi-fi 802.11AC dengan

frekuensi kerja 5,21 GHz. Untuk didapatkan hasil

filter yang baik maka dibutuhkan filter yang memiliki

tingkat akurasi slope yang tajam untuk mengurangi

derau yang bisa mengganggu kinerja filter.

Berdasarkan filter yang dirancang pada tugas akhir

ini menggunakan metodecombline dengan

menggunakan kuningan sebagai teknik

pembuatannya. Filter ini menggunakan jenis active

filter dan respon frekuensi chebyshev. Perancangan

berdasarkan pada persamaan – persamaan

perancangan dari G.L. Matthaei dan kurva dari B.F.

Nicholson yang merupakan penggabungan atau

pengembangan kurva E.G Cristal

Setelah melalui tahap perancangan dan optimasi

filter selanjutnya dilakukan pengukuran dari alat

sebagai uji kelayakan dari bandpass filter yang

dirancang untuk wi-fi 802.11AC tersebut. Sistem

pengukurannya menggunakan alat network analyzer

(NA). Data hasil pengukuran kemudian dibandingkan

dengan spesifikasi awal perancangan. Pengukuran ini

meliputi pengukuran Respon Frekuensi dan Respon

Fasa

III.A. Spesifikasi Filter

Pada 802.11ac digunakan frekuensi tengah 5210

MHz yang merupakan frekuensi tengah dari salah

satu kanal dalam 802.11AC. Penentuan lebar

bandwidth yang digunakan disesuaikan dengan

standarisasi dari IEEE untuk teknologi wi-fi

802.11ac. IEEE mengeluarkan standarisasi untuk wi-

fi 802.11ac sendiri memiliki rentang bandwidth dari

20 MHz,30 MHz, 80 Mhz, dan 160 MHz. Untuk

bandwidth 160 MHz terdiri dari 80 MHz+80MHz.

Pada tugas akhir ini digunakan bandwidth 80 MHz

karena pada bandwidth 20 MHz dan 40 MHz identik

dengan wi-fi 802.11n dan bandwidth 80MHz sendiri

merupakan salah satu kelebihan dari 802.11ac.

Impedansi yang dihasilkan pada perancangan

filter dipengaruhi oleh nilai perimitivitas relatif bahan

dan lebar slabline dalam menghantarkan gelombang.

Nilai impedansi karakteristik sebesar 50 Ohm

didesain pada konektor yang dipasang sebagai

penghubung antara filter dan modul lain. Semakin

kecil perbedaan nilai antara impedansi resonator dan

impedansi karakteristik, maka nilai daya yang

ditransfer semakin optimal. Nilai impedansi

karakteristik dari kuningan adalah 76 ohmDengan

impedansi karakteristik sebesar 50ohm maka didapat

besar nilai koefisien pantul dan return loss pada

perancangan filter

𝛤 = |𝑍0−𝑍𝐴

𝑍0+𝑍𝐴| = |

76−50

76+50| = 0,2063

𝑅𝐿 = 20 log 𝛤 = 20 log 0.2063 = −13,71 dB


252

ISSN : 2503-2844



Berdasarkan hasil perhitungan, maka didapat

spesifikasi yang diharapkan pada perancangan

sebagai berikut

Spesifikasi Nilai

Frekuensi tengah 5210 MHz

Bandwidth -3dB ≤ 80 MHz (5,17 GHz – 5.25 GHz)

Bandwidth -50 dB 240 MHz (5,09 GHz – 5,33 GHz)

Insertion loss pada pass band ≤0,83dB

Return loss pada pass band ≤10 dB

Insertion loss pada stop band 50 dB

Z terminal 50 Ohm

Respon frekuensi Chebyshev Ripple 2 dB

VSWR ≤ 2

Impedansi Terminal 50 Ohm

Tabel 3. 1 Spesifikasi filter

III.B. Dimensi Filter

Gambar 3.1 Dimensi Combline

Berdasarkan persamaan yang diberikan oleh

G.L Matthaei untuk perancangan filter bandpass

Combline untuk narrow bandwidth. Didapatkan nilai

geometri filter seperti gambar 3.1 diatas. Selanjutnya

akan dilakukan simulasi dan optimasi

III.C. Simulasi dan Optimasi Filter

Gambar 3.2 Hasil simulasi

Berdasarkan grafik 3.2 terlihat bahwa frekuensi

tengah filter berada di frekuensi 4680 MHz serta nilai

maksimum dari insertion loss adalah -3,44 dB .

Sedangkan grafik return loss menunjukan nilai

minimumnya berada pada frekuensi 4680 MHz

dengan nilai return loss -4.49 dB. Dengan nilai

return loss yang lebih dari -10 dB maka filter ini

belum memenuhi spesifikasi return loss kurang dari -

10 dB. Berdasarkan grafik terlihat nilai dari insertion

loss maupun return loss keduanya tidak sesuai

dengan spesifikasi sehingga perlu dilakukan optimasi

sehingga diharapkan filter dapat sesuai dengan

spesifikasi awal. Setelah proses optimasi terdapat

beberapa perubahan nilai dari parameter – parameter

geometri filter yang ada.

Gambar 3.3 Hasil Setelah Optimasi

Perancangan filter ini menggunakan metoda

combline menghasilkan kinerja filter yang cukup

baik dengan frekuensi tengah berada di 5210 MHz

return loss pada simulasi sebesar -40 dB. Untuk

insertion loss tidak sesuai dengan spesifikasi yaitu

sebesar -1,16 dB. Berikut merupakan penjelasan

pengaruh geometri filter combline terhadap kinerja

dari filter.


253

ISSN : 2503-2844



Gambar 3. 4 VSWR setelah optimasi

Gambar 3. 5 Impedansi setelah optimasi

Berdasarkan grafik 3.4 dan 3.5 terlihat

bahwa nilai vswr di frekuensi 5210 adalah 1,21 dan

1,26 keduanya sudah memenuhi spesifikasi awal

yaitu vswr kurang dari 2. Dan nilai impedamsi

sebesar 48,59 ohm sudah memenuhi kategori

matching karena terdapat toleransi sebesar 2 ohm.

Gambar 3. 6 Phasa S - Parameter

Berdasarkan grafik 3.6 terlihat bahwa pada

daerah pass band fasanya linier dan terjadi perubahan

phasa di daerah stop band. Sesuai dengan kebutuhan

filter yang haruslah linier di sisi pass band agar data

yang dilewatkan tetap utuh.

IV. KESIMPULAN DAN SARAN

Proses perancangan dan realisasi band pass

filter combline menggunakan box cavity sesuai

dengan persamaan G.L Matthaei dan E.G Crystal.

Band pass filter combline memiliki frekuensi tengah

5210 Mhz dan frekuensi tersebut yang dibutuhkan

oleh kanal dari wifi 802.11AC. Nilai dari insertion

loss sebesar -1.16 dB lebih besar dari spesifikasi dan

nilai dari return loss sebesar -40 dB. Bandwidth dari

band pass filter ini sebesar 64 MHz. Impedansi

karakteristik yg dihasilkan sebesar 48.59 Ohm.

Secara keseluruhan filter ini sudah sesuai dengan

kebutuhan filter combline.

REFERENSI

Pozar, David M. 2012. Microwave Engineering.

Fourth Edition. John Wiley & Son, Inc.

United States.

Kinayman ,Noyan and M.I Aksun. “Modern

Microwave Circuits”. Artech House Inc.

2005.

E. M. T. Jones, G. Matthaei, L Young,” Microwave

Filters, Impedance-Matching Networks, And

Coupling Structures”, United States, 1985.

Jerry, Pierre. Jacques Beneat. “Advance Design

Techniques and Realization of Microwave

and RF Filters”. A. John Wiley &Sons.

Chang, Kai. Lung-hwa hsieh. “Microwave Ring

Circuits and Related Structure”. A John

Wiley & Sons. Inc. Second edition

Supriyanto, Toto. “Perancangan Bandpass Filter

Untuk Cpe M-Wimax Menggunakan Filter

Aktif Mikrostrip Hairpin”. Desember 2010

Manggala , Purwa. “Perancangan Filter Square Loop

Resonator Frekuensi 2350 MHz Untuk

Aplikasi Satelit Nano ”. Juni 2015

Wahyu, Yuyu, Perancangan dan Realisasi Filter

BandPass Combline Untuk Penerima

GPS,ITB, Bandung.2000.

Collin, R.E, Foundation for Microwave Engineering,

Mc. GrawHill. New York, 1992.

Cristal, E.G, Coupled Circular Cylindrical Rods

between Parallel Ground plane, Trans. Ins.

Elect. Electronics Engrs, MTT-12 Jully,

1964.

PERANCANGAN FILTER BAND PASS COMBLINE FREKUENSI 5.21 GHZ

Technology

Transcript of PERANCANGAN FILTER BAND PASS COMBLINE FREKUENSI 5.21 GHZ