Power Divider dan Coupler (1) fileT-Junction Coupler Diinginkan matched dan lossless utk 3 port...

26
Power Divider dan Coupler (1) TTG4D3 – Rekayasa Gelombang Mikro Oleh Budi Syihabuddin – Erfansyah Ali 1

Transcript of Power Divider dan Coupler (1) fileT-Junction Coupler Diinginkan matched dan lossless utk 3 port...

Power Divider dan Coupler(1)

TTG4D3 – Rekayasa Gelombang Mikro

Oleh

Budi Syihabuddin – Erfansyah Ali

1

Outline

2

• 3 Port Power Divider• Resitive Power Divider

• Lossless Power Divider

• T-Junction Power Divider

• Wilkinson Power Divider

• Circulator

Pendahuluan

3

COUPLER POWER DIVIDER

1 Watt 0,7 Watt

0,2 Watt0,1 Watt

1 Watt

0,5 Watt

0,5 Watt

• Bagaimana cara membagi daya dengan komponen gelombang mikro?

4 Port 3 Port

Sifat Divider dan Coupler

• Rangkaian 3-Port (T-Juntions)• Secara ideal, coupler 3 port harus matched, lossless dan resiprok.

1. Lossless :

2. Matched :

S11 = S22 = S33 = 0; tidak ada pantulan pada port input.

2. Resiprok :Matrix Parameter S, simetris.

4

1*

1

ki

N

k

kiSS 0*

1

kj

N

k

kiSS Utk i ≠ j

3-Port Coupler (1)

Matrix Parameter S

Diasumsikan : Device adalah komponen pasif dan terbuat dari isotropic material.

Syarat 3-Port Coupler : Matched, Resiprok dan Lossless.

• Matched S11 = S22 = S33 = 0

• Resiprok S21 = S12; S31 = S13; S23 = S32

5

333231

232221

131211

SSS

SSS

SSS

S

0

0

0

3231

3221

3121

SS

SS

SS

S

3-Port Coupler (2)

• Matrix S matched dan Resiprok

• Jika diharapkan 3-Port Coupler bersifat lossless, maka :

• Sulit mencari solusi dari 9 variable dengan 6 persamaan!!

6

0

0

0

3231

3221

3121

SS

SS

SS

S

1

1

1

2

32

2

31

2

32

2

21

2

31

2

21

SS

SS

SS

0

0

0

31

*

21

32

*

21

32

*

31

SS

SS

SS

Kesimpulan (1)

7

• Komponen 3-Port Coupler yang bersifat Matched, Resiprok danLossless sulit untuk direalisasikan.

Port 1

Port 2

Port 3

Z0

Z0

Z0

Contoh (1)

8

Cek apakah rangkaiantersebut bersifatMatched? Lossless? Resiprok?

31

32

32

32

31

32

32

32

31

S

Contoh (2)

9

Port 1

Port 2

Port 3

Z0

Z0

Z0

RR

R

Cek apakah rangkaiantersebut bersifatMatched? Lossless? Resiprok?

05

35

35

305

35

35

30

S

Kesimpulan (2)

• Dengan menggunakan 3-Port, dapat dibuat 3-Port Coupler yang bersifat lossless dan resiprok atau 3-port Coupler yang matched danresiprok bahkan mathed dan lossless tapi tidak resiprok.

• Dari beberapa percobaan sebelumnya, dengan menggunakan 3-Port, tidak dapat dibuat 3-Port Coupler yang bersifat matched, lossless danresiprok.

10

T-Junction Coupler

Diinginkan matched dan lossless utk 3 port coupler tapi sulit utk 3 port, bahkan mustahil.

1. Lossless Divider lossless, reciprok, tapi gak match.

2. Resitive Divider lossy tapi resiprok dan match

3. Circulator matched dan (ideally) lossy, gak resiprok

4. Wilkinson Divider mirip resitif power divider, matched dan resiprok, tapi lossy. Tapi lossy ini tidak muncul ketika membagi daya, jadi seolah2 daya bisa dibagi tanpa redaman (loss).

11

Resitive Divider (1)

Port 1

Port 2

Port 3

Z0

Z0

Z0

RR

R

12

Port 1

Z0

Z0

Z0

RR

R

25,1

2

)(||)(

0

0

000

ZR

ZRR

ZRZRRZ

Port – 1 akan matched jika :

3

0ZR

Resitive Divider (2)

Port 1

Port 2

Port 3

Z0

Z0

Z0

RR

R

13

Bagaimana dengan daya tiap port? Dari daya yang masuk

pada Port – 1, total daya yang keluar Port – 2 dan Port – 3

hanya ½ daya input port – 1. ¼ pada Port – 2 dan ¼ pada

Port – 3. sisanya terserap oleh divider

02

12

12

102

12

12

10

S

Lossy

Matched

Resiprok

Lossless Power Divider (1)

14

Port 1

Port 2

Port 3

Z01

Z02

Z03

1P

2P

3P

Port 1 Z01

Z02

Z03

Note :Rangkaian tidak simetrik, coba cek S22 dan S33, apakah bernilai nol??

0302

0302

1

0302

01

11

ZZ

ZZ

ZZZ

Supaya ideal, s11 = 0, dan port 2 dan port 3 dibebani dengan beban match. Impedansi input pada port-1 harus sama dengan Z01 akan benar jika :

Lossless Power Divider (1)

Port 1

Port 2

Port 3

Z01

Z02

Z03

15

1P

2P

3P

Lossless, karena tidak ada komponen bersifat resitif.

321 PPP

Daya yg datang (dan

diserap) jika S11 = 0Daya yang diserap pada port

2 dan port 3 jika dibebani

dengan beban matched

Kecuali Z02 dan Z03 bernilai sama, daya yang

mengalir ke port 2 dan port 3 tidak akan sama.

Sehingga diperoleh ratio pembagi (divission

ratio) α :

02

03

3

2

Z

Z

P

P

Jika diinginkan S11 = 0 dengan ratio pembagi

(divission ratio) α tertentu, maka :

1

11

0103

0102

ZZ

ZZ

Contoh : T-Junction Power Divider

16

• A lossless T-Junction power divider has a source impedance of 50 ohm. Find theoutput characteristic impedances so the input power is divided in a 2:1 ratio. Compute the reflection coefficients Z0

Z1

Z2

jB

+

-

Yin

Contoh : T-Junction Power Divider

17

Z0

Z1

Z2

jB

+

-

Yin

50150||75inZ

Jika tegangan pada

sambungan adalah V0 ,

daya input divider tersebut

adalah :

0

2

0

2

1

Z

VPin

inPZ

VP

3

1

2

1

1

2

01

1503 01 ZZ

inPZ

VP

3

2

2

1

2

2

02

752

3 02

ZZ

Koefisien pantul port 2 thd port 1

dan port 3 thd port 1??

Contoh : T-Junction Power Divider

18

Port 1

Port 2

Port 3

Z01

Z02

Z03

1P

2P

3P

Q : bukankah diinginkan impedansi karakteristik tiap port

sama? Z01 = Z02 = Z03 = Z0 ??A : Betooll!!, secara praktis bisa disisipkan penyepadan, seperti

¼ λ pada port 2 dan port 3.

Port 1

Port 2

Port 3

Z0

Z0

Z0

2P

3P

1P4

4

020ZZ

030ZZ

Contoh : T-Junction Power Divider

19

Port 1

Port 2

Port 3

Z0

Z0

Z0

2P

3P

1P4

4

Tapi ingat, penyepadanan ini

akan membuat divider bekerja

hanya di satu frekuensi.

3332

2322

2

2

220

SSj

SSj

jj

S

S22 , S23 , S32 , S22 , tergantung dari

ratio pembagi (divission ratio) α

020ZZ

030ZZ

Contoh : T-Junction Power Divider

20

Port 1

Port 2

Port 3

Z0

Z0

Z0

2P

3P

1P4

4

Jika diinginkan divider 3dB (i.e α = 1)

20Z

010302 2ZZZ

20Z

21

21

2

21

21

2

220

j

j

jj

S

Circulator

21

2P

3P

1P

2P

3P

1P

Jika dicatu port 2, akan keluar di port 1.

bagaimana jika dicatu port 1? Apakah keluar di

port 2? Bagaimana jika dicatu port 3?

010

001

100

S

Matched

Lossless

Tidak Resiprok

Circulator

22

Tx

Rx

Wilkinson Power Divider

23

Most popular power divider

Very similiar to a lossless 3dB divider, but has one additional component.

even/odd analysis to analyze its performance.

002

002

220

j

j

jj

S

Mendekati power divider 3dB ideal

12

31

2

21

2

11 SSS

2

11

2

212

PPSP

2

11

2

313

PPSP

03223 SS

03322 SS

Z0

Z0

Z0

Model Saluran

Wilkinson Power Divider

Z0

Z0

Z0

Model Microstrip

24

Bagaimana cara menbuat Wilkinson Power Divider?

Dengan menyisipkan resistor sebesar

2Z0 antara port 2 dan port 3

Port 2 dan port 3

menjadi matchedPort 2 dan port 3 menjadi

terisolir (isolated) satu

sama lain

λ/4 membuat wilkinson

power divider menjadi

narrow band (pita sempit)

Referensi

• Microwave Engineering 3rd Edition, David M. Pozar

25

Terima Kasih

26