Impedansi Matching

7/30/2019 Impedansi Matching

1/18

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJ AR-UMB Iradth, ST. MBA. SALURAN TRANSMISI 1

MODUL IIMATA KULIAH : SALURAN TRANSMISIDOSEN : IRADATH ST.MBA

Impedance matching

Penyesuai impedansi adalah hal yang penting dalam rentang frekuensi gelombang

mikro. Suatu saluran transmisi yang diberi beban yang sama dengan impedansi

karakteristik mempunyai standing wave ratio (SWR) sama dengan satu, dan

mentransmisikan sejumlah daya tanpa adanya pantulan. Juga efisiensi transmisi

menjadi optimum jika tidak ada daya yang dipantulkan.

Matching dalam saluran transmisi mempunyai pengertian yang berbeda dengan

dalam teori rangkaian. Dalam teori rangkaian, transfer daya maksimum

membutuhkan impedansi beban sama dengan konjugasi kompleks sumber.

Matching seperti ini disebut dengan matching konjugasi. Dalam saluran transmisi,

matching mempunyai pengertian memberikan beban yang sama dengan impedansi

karakteristik saluran.

1. Conjugate Matching

Digunakan umumnya di bagian sumber. Matching ini memaksimalkan daya yang

dikirim ke beban, tapi tidak meminimalkan pantulan ( kecuali Zs real)

2. Load Matching

Umumnya digunakan di bagian beban. Matching ini meminimalkan pantulan tapi

tidak memaksimalkan daya yang dikirim, kecuali jika Z0real

Gambar berikut menunjukkan sistem saluran transmisi yang matched.


2/18


Matching dengan elemen seri dan paralel

Perancangan rangkaian penyesuai impedansi selain menggunakan pendekatan

matematis dapat juga menggunakan pendekatan grafis dengan Smith Chart. Pada

Smith Chart akan diplot titik-titik impedansi atau admitansi. Titik-titik admitansi dan

impedansi yang diplot dapat merupakan harga normalisasi pada suatu harga

tertentu. Titik admitansi dapat dapat diperoleh dari titik impedansi dengan

mencerminkannya pada titik tengah, begitu juga sebaliknya. Penambahan komponen

reaktansi seri atau paralel dapat dilakukan dengan aturan sebagai berikut:

1. Penambahan L seri atau C seri menggerakkan titik impedansi di sepanjang

lingkaran resistansi konstan. L seri menambah induktansi sedangkan

penambahan C seri mengurangi kapasitansi.

2. Penambahan L atau C paralel menggerakkan impedansi di sepanjang lingkaran

konduktansi konstan. Penambahan C paralel menaikkan kapasitansi

sedangkan L paralel mengurangi induktansi.


3/18


Penggunaan Smith Chart dalam Saluran Transmisi

Smith chart bisa digunakan untuk menghitung impedansi akibat penambahan elemen

seri atau paralel terhadap beban.

Secara matematis, adalah mudah untuk menghitung efek dari penambahan satuelemen seri. Tapi akan menjadi cukup rumit jika beberapa elemen ditambahkansecara seri dan paralel. Dengan menggunakan smith chart, perubahan impedansibisa dihitung dengan mudah.Perubahan dalam impedansi akibat penambahan elemen R,L ,atau C pada beban :

Penambahan elemen bisa dilihat sebagai suatu pergerakan dalam smith chart Induktor seri : reaktansi positif, bergerak searah jarum jam dalam lingkaran

resistansi konstan Kapasitor seri : reaktansi negatif, bergerak BAJJ dalam lingkaran resistansii

konstan


4/18


Induktor paralel : suseptansi negatif, bergerak berlawanan arah jarum jamdalam lingkaran konduktansi konstan.

Kapasitor paralel : suseptansi positif, bergerak searah jarum jam dalamlingkaran konduktansi konstan

Secara umum, reaktansi/suseptansi positif bergerak searah jarum jam.


5/18



6/18



7/18



8/18


soal: Beban dengan reaktansi seri

Suatu bagian dari saluran 50 Ohm diterminasi dengan beban ternormalisasi 1 + j1

Ohm dan impedansi pada input adalah 1-j1 Ohm. Tentukan elemen seri untuk

menyesuaikan kedua port dengan menggunakan smiht chart.


9/18


MODUL III

Soal :Admitansi beban dengan elemen paralelSuatu bagian dari saluran 50 ohm mempunyai admitansi input dan beban berikut :

YL= 0,5 + j2,0

yin

= 0,5 j2,0

Tentukan elemen paralel L untuk menyesuaikan kedua terminal. Gunakan smithchart.Solusi:

Penyesuai Impedansi dengan L Network


10/18


Penyesuai impedansi dengan elemen lumped bisa didisain dengan menggunakan

smith chart. Rangkaian ini terdiri dari dua elmen reaktif dalam konfigurasi L (satu

paralel dan satu seri dengan beban).

Dalam penyesuaian impedansi, terdapat beberapa pilihan yang bisa digunakan,

pemilihan dilakukan dengan pertimbangan :

Memiliki nilai komponen yang mudah direalisasi

Efek terhadap pem-bias-an. Induktor adalah DC short, kapasitor adalah DC

block, yang mempengaruhi bias DC pada piranti aktif.

Pengaruh terhadap stabilitas piranti aktif.

Penyesuai impedansi bisa didisain dengan dua cara :

1. Menggunakan persamaan matematis

2. Menggunakan smith chart

Pengunaan Smith Chart

Secara umum, penggunaan smith chart dalam penyesuaian impedansi bisa

dikelompokkan dalam dua kondisi :

1. Matching suatu beban kompleks ZLmenuju impedansi sistem Z

o, misal. matching

beban Z = 10 +j100L menuju saluran treansmisi 50

2. Membuat impedansi kompleks ZLdari Z

o, contoh. Transformasi sumber 50

(dengan reflection coefficient = 0) menuju impedance 10 +j100. Penyesuaian tipe

ini biasanyan diperlukan dalam disain penguat Perlu diingat bahwa dalam

menggunakan smith chart, semua impedansi/admitansi dinormalisasi terhadap

impedansi karakteristik saluran tramsisi. Kedua tipe di atas melibatkan pergerakan

dalam smith chart yang mulai dari impedansi yang dimiliki menuju impedasi yang

diinginkan. Masing-masing mungkin memiliki solusi lebih dari satu.


11/18


Soal : matching beban pada saluran 50 ohm

Suatu piranti gelombang mikro mempunyai impedansi output :

Zout

= 15 + j 15 Ohm. Disain rangkaian penyesuai impedansi untuk mentransform

impedansi output menuju saluran transmisi 50 ohm. Gunakan smith chart.

Solusi :

Soal : Matching impedansi pada beban 50 ohmSuatu penguat gelombang mikro mempunyai parameter impedansiberikut ini :Z

out= 100 j100 z

out= 2 j2

Yout

= 0,005 +j0,005 yout

= 0,25 +j0,25

Desain suatu rangkaian penyesuai impedansi untuk menyesuaikan

admitansi penguat pada beban 50 Ohm. Gunakan Smith chart.Solusi :


12/18


Stub Matching

Penyesuaian impedansi bisa dilakukan dengan menyisipkan suatu admitansi imajiner

paralel dalam saluran transmisi. Admitansi ini bisa diperoleh dari potongan suatu

saluran transmisi. Teknik penyesuai impedansi seperti ini disebut dengan stub

matching. Ujung dari stub bisa terbuka atau tertutup, tergantung dari admitansi

imajiner yang diinginkan. Dua atau tiga stub juga bisa disisipkan pada lokasi tertentu

untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.

Penyesuai impedansi dengan stub

Stub Matching Seri

Jika suatu impedansi di plot dalam smith chart, kemudian digerakkan dalam

lingkaran koefisien pantul konstan ( radius konstan) ke arah sumber, maka pada

suatu lokasi akan memotong lingkaran r = 1. Transformasi ini menyatakan

pergerakan disepanjang saluran transmisi dari beban menuju sumber. Satu putaran

penuh dalam smith chart menyatakan pergerakan sejauh . Pada perpotongan

tersebut, impedansi ternormalisasi r + jx berubah menjadi 1 + jx. Setidaknya, dalam


13/18


putaran tersebut, bagian real dari impedansi sama dengan impedansi karakteristik

Z0 ( perhatikan perbedaan jx dengan jx). Jika di titik ini saluran dipotong dan

disisipkan suatu reaktansi murni jx, maka impedansi total dilihat pada perpotongan

ini (dari arah sumber) adalah penjumlahan 1 + jx jx = 1. Dengan demikian saluran

transmisi menjadi matched (sesuai).

Contoh :

Suatu antena dipole bekerja pada frekuensi 120 MHz mempunyai impedansi 44,8 j

107 . Buatkan rangkaian penyesuai impedansi dengan stub seri pada saluran

transmisi 75 .

Solusi :

1. Normalisasi beban pada Z0= 75

Z0= 0,597 j 1,43 ( titik A)

2. Putar beban searah generator sampai memotong lingkaran r = 1. (B)

3. Tarik garis dari pusat smith chart (0,0) ke masing-masing titik A dan B.

4. Hitung jarak stub ke beban yang dibutuhkan ( dalam panjang gelombang) dari

B ke A.

Jarak stub dari beban antena adalah 0,346

5. cari nilai reaktansi (ternormalisasi) pada titik B.

jB = j 1,86.


14/18


Panjang stub yang diperlukan harus mampu menghilangkan reaktansi ini. Sisi

luar smith chart adalah lingkaran dengan r = 0 (rektansi murni). Bagian kiri

adalah short dan bagian kanan open circuit.

6. Tentukan titik j1,86 yang diperlukan. Cari panjang stub yang dibutuhkan.

Untuk short circuit stub diperlukan panjang 0,328 .

Untuk open circuit stub diperlukan panjang 0,078 .


15/18


7. Hitung jarak dan panjang stub untuk open circuit : Jika kecepatan

gelombang dalam saluran koaksial adalah 2/3 c (20 cm/ns) maka panjang

gelombang adalah 1,67 m.


16/18


Stub Matching Paralel Matching juga bisa dilakukan dengan suatu elemen paralel

(shunt). Karena melibatkan rangkaian paralel, adalah lebih mudah kalau perhitungan

dilakukan dalam admitansi.

Elemen disisipkan pada jarak ds dimana bagian real dari admitansi sama dengan

admitansi karakteristik Y0.

Y = Y0+ j

Matching diperoleh dengan menggunakan elemen dengan suseptansi - j, sehingga :

Y1= Y - j = Y

0

Elemen paralel bisa digantikan dengan suatu potongan saluran transmisi (stub)

dengan panjang tertentu. Untuk memperoleh suseptansi murni,

elemen stub bisa berupa saluran transmisi dengan ujung terbuka (open

circuit) atau tertutup (shor circuit).

Dalam disain penyesuai impedansi dengan stub paralel, perlu dicari dua hal yaitu :- lokasi stub dihitung dari beban (ds)- panjang stub (Ls)

YA

= Ystub

+ Yd= Y

0+ 1/Z

0


17/18


DimanaY

stubadalah admitansi input stub

Ydadalah admitansi saluran pada lokasi stub sebelum stub dipasang.

Admitansi pada persimpangan adalah :

YA

= Ystub

+ Yd= Y

0

Jika stub menggunakan saluran dengan karakteristik berbeda, maka untuk

mendapatkan suseptansi yang diberikan oleh stub, perlu sedikit perhitungan sbb :

YA

= Ystub

+ Yd

Dalam nilai ternormalisasi :

yA

Y0= y

dY

0+ y

stubY

Os

ys= (y

A-y

d)(Y

0/Y

Os)

Tergantung dari panjang saluran transmisi, ada beberapa lokasi yang bisa

dipergunakan untuk menyisipkan stub. Smith chart bisa membantu dalam

menentukan panjang dan lokasi stub.


18/18

Impedansi Matching

Documents

Transcript of Impedansi Matching