Penguat Frekuensi Tinggi

Modul 4

PPT T 21212323Elektronika KomunikasiElektronika Komunikasi

PENGUAT FREKUENSI TINGGI dengan parameter S

Program Studi D3 Teknik TelekomunikasiDepartemen Teknik Elektro - Sekolah Tinggi Teknologi TelkomDepartemen Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Telkom

Bandung – 2007

Agenda:M d l tModel penguatDefinisi parameter s dan konversi dari parameter y, z, h ke parameter sDefinisi faktor-faktor penguatanKemantapan penguat RF Lingkaran/daerah kemantapan penguat pada Smith CartLingkaran/daerah kemantapan penguat pada Smith CartPerancangan Penguat dengan Gain MaksimumPerancangan Penguat dengan Operating Power Gain DitentukanPerancangan Penguat dengan Available Power Gain DitentukanPerancangan Penguat dengan Available Power Gain DitentukanPerancangan Penguat dengan VSWR DitentukanPerancangan Penguat dengan Noise Figure Ditentukan

PT2123 - Elektronika Komunikasi - Penguat Frekuensi Tinggi 2

MODEL SISTEM (LINIER)(LINIER)


Penguat frekuensi tinggi SATU TAHAP dapat dimodelkan sebagai berikut :

Tampak bahwa sistem dapat dipandang sebagai hubungan kaskadedari kutub-4, sehingga pada umumnya metoda analisis yang dapatdigunakan untuk mempelajari perilaku suatu penguat adalah denganmenggunakan parameter satu kutub empat.

Parameter Kutub 4 :1. Parameter Z, Y, H, ABCD

(frekuensi rendah) 2. Parameter S (frekuensi rendah

i ti i)


sampai tinggi)

Parameter Z ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ 112111

i

i .

ZZZZ

VV

Parameter Y ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡2

1

2221

1211

2

1

VV

. YYYY

ii

⎥⎤

⎢⎡

⎥⎤

⎢⎡

=⎥⎤

⎢⎡ 112111

.hhV i

Parameter H Parameter ABCD ⎥⎤

⎢⎡

⎥⎤

⎢⎡

=⎥⎤

⎢⎡ 21 V

.BAV

⎥⎦

⎢⎣

⎥⎦

⎢⎣

⎥⎦

⎢⎣ 222212 iZZV ⎥

⎦⎢⎣

⎥⎦

⎢⎣⎦⎣ 222212 VYYi

⎥⎦

⎢⎣

⎥⎦

⎢⎣

⎥⎦

⎢⎣ 222212 V

.hh

iParameter H Parameter ABCD ⎥

⎦⎢⎣

⎥⎦

⎢⎣

⎥⎦

⎢⎣ 21 i-

.DCi

Parameter-parameter tersebut diatas mudah diukur pada frekuensi rendah, karena pengukurannya membutuhkan BEBAN HUBUNGrendah, karena pengukurannya membutuhkan BEBAN HUBUNG SINGKAT dan/atau BEBAN TERBUKA, yang mudah diperoleh pada frekuensi RENDAH.

Pada frekuensi tinggi, parameter Z(impedansi), H(hybrid),Pada frekuensi tinggi, parameter Z(impedansi), H(hybrid),Y(admitansi) atau ABCD sangat sulit (tidak mungkin) DIUKUR,karena :

1 Penggunaan beban terbuka/tertutup (hubung singkat) dapat1. Penggunaan beban terbuka/tertutup (hubung singkat) dapat menyebabkan komponen aktif yang digunakan tidak stabil (OSILASI)

2. Pada frekuensi tinggi sulit memperoleh beban


2. Pada frekuensi tinggi sulit memperoleh beban TERBUKA/TERTUTUP dengan range bidang frekuensi yang lebar (wilayah operasi frekuensi yang lebar)

Maka digunakan Parameter S (Scattering Parameter):

Gambar ai dan bi

d tl bViia+ -Vib

Signal flow graph


datanggelombang Zoi

ia == pantulgelombangZoi

Vi ib ==

Dimana: i = 1(port 1) atau 2 (port 2)

⎤⎡⎤⎡⎤⎡ 112111 aSSb⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡2

1

2221

1211

2

1

aa

.SSSS

bb

a

b

0a1

1

2

i11 SS=

== → koefisien refleksi masukan dengan keluaran K-4 ditutup beban sesuai (match)0a2

a

b

1

2

f21 SS == → koefisien transmisi maju dengan keluaranK 4 ditutup beban sesuaia 0a1

2 = K-4 ditutup beban sesuai

b2SS == → koefisien refleksi keluaran dengan masukan a 0a2

1

o22 SS=

gK-4 ditutup beban sesuai

b1SS == → koefisien transmisi balik dengan masukan


a 0a2

1

r12 SS=

== gK-4 ditutup beban sesuai

Hubungan parameter s dan parameter y


Hubungan parameter s dan parameter z


Hubungan parameter s dan parameter h


Denormalisasi parameter h, y dan z


APROXIMATE CONVERSION FORMULAS (parameter hybrid, dari Common base/collector ke common emitor)(p y , )

Common emitter

Common base Common collectoremitter collector

hie hicib

hh

1

h 1 - hfbh+1

ibob hhh−hre 1 hrc

hf (1 – hf )

rb

fb

hh+1

fbh−hfe (1 hfc)

h hfbh+1

obh


hoe hocfbh+1

FAKTOR PENGUATAN PENGUAT RF

Faktor Penguatan :Faktor Penguatan :1. Transducer Power Gain (GT)

sinyalsumberpadatersediayangDayabeban kediberikan yang Daya

PP G LT ==

sinyalsumber padatersediayangDayaPAVS

2. Operating Power Gain (GP)beban kediberikan yang DayaP G L

P ==rtransistokediberikan yangDayaP IN

3. Available Power Gain (GA)rtransistodaritersediaDayaP AVN

PT2123 - Elektronika Komunikasi - Penguat Frekuensi Tinggi 13sinyalsumber pada tersediayang DayartransistodaritersediaDaya

PP G

AVS

AVNA ==

L22

1212L221212

2121111 S - 1.S = .b.S + .S = b

.S .S ba

aaa Γ

Γ

⎪⎪⎫+=

L21121

1

L22.

L21.121112L121111

2L22

L

2221212

SSb

. S - 1.SS + .S = .b.S + .S = b

.b .S .S b aaa

aa

aa

ΓΓΓ

Γ→

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

Γ=→=

+=

Γ

L22.

L21.12.11IN

1

1IN2

S-1SSS b.b

ba

a

ΓΓ

+=Γ→=Γ⎪⎭→

2b2

2OUT

ab

0E

s ==Γ ES = 0 → a1 = ΓS.b1

212S a


b1 = S11.ΓS.b1 + S12.a2 →S11

2121

.S-1.Sb a

Γ=

b2 = S21.ΓS.b1 + S22.a2 = 2222S11

S21.12 aa .S .S - 1

.SS +ΓΓ

S11

S2112 22

2

2OUT

S-1..SS S

ab

0Es

ΓΓ

+==Γ

P = ½ |a |2 - ½ |b |2 = ½ |a |2 ( 1 - |Γ |2 )

S112 .S 1a 0Es Γ=


PIN = ½ |a1|2 - ½ |b1|2 = ½ |a1|2.( 1 - |ΓIN|2 )

RANGKAIAN MASUKAN :V1 = ES + I1.ZS

-V +

Bila :O

11

ZV a =

O

11

ZV b

+

=

OSS

Z Eb =OS

SZ-Z

=ΓOS

S Z Z

b+

OS

S

ZZ +=Γ

bs.s. bs

b

.b b 1

1IN11SS1

a

aaa=

ΓΓ+=→

⎭⎬⎫

ΓΓ+=

-1 .b

INS

11IN 1 aa ΓΓ=⎭Γ=

2INS

2IN2

S21

IN

. - 1 - 1

. b PΓΓΓ

=

Daya yang tersedia pada sumber sinyal (PAVS) = Daya masukan transistor (PIN), bila

ΓIN = ΓS*, sehingga :2

1 b ( ) ( )2IN

2S -1.-1 ΓΓ

2S

S21

INSIN

AVS

1b

P * PΓ−

=Γ=Γ=( ) ( )

2INS

INS

AVSIN

. - 11.1

.PPΓΓ

ΓΓ=

( ) ( )22 11 ΓΓ


atau PIN = PAVS . MS dimana: ( ) ( )2

INS

INS

S

. - 1-1. -1

MΓΓ

ΓΓ=

RANGKAIN KELUARAN :

VL = ETH – IL . ZOUTLV +

Bila :O

L2

Z

-V b = O

L2

ZVa =

OTH Z EbOOUT Z-Z

=ΓOOUT

TH Z Z

b+

=OOUT

OUT

ZZ +=Γ

b2 = bTH + ΓOUT.ΓL.b2 dimana ΓL . b2 = a2 →TH

2

1b b

ΓΓ=

LOUT .-1 ΓΓDaya yang diberikan ke BEBAN :

) - (1 . b - b P 2L

222

1222

1222

1L a Γ== 2

2L2

TH21

L

1 - 1

. b PΓΓ

Γ=

LOUT1 ΓΓ−

Daya tersedia dari Kutub-4:PAVN = PL bila ΓL = ΓOUT* 2

2TH2

1

LOUTL

AVN

1b

P * PΓ

=Γ=Γ=PAVN PL, bila ΓL ΓOUT

OUTOUTL 1 Γ−ΓΓ

( ) ( )2

2OUT

2L

AVNL

- 1 . - 1PP

ΓΓ=

atau PL = PAVN . ML dimana

( ) ( )22


2LOUT

AVNL

. - 1 . P P

ΓΓ ( ) ( )2

LOUT

2OUT

2L

L

. - 1-1.- 1

MΓΓΓΓ

=

OPERATING POWER GAIN (GP)

)-(1bP2

L2

21 Γ

) - (1 . a )-(1. b

PP G 2

IN2

121

L22

IN

LP

ΓΓ

==

121S a211 Γ

L22

1212

r.S- 1.S b a

= →2

L22

L2212

IN

P

.S 1-1

S - 11 G

Γ−Γ

Γ=

TRANSDUCER POWER GAINTRANSDUCER POWER GAIN

.MG PP . G

PP .

PP

PP G SP

AVS

INP

AVS

IN

IN

L

AVS

LT ===== 2

L22

2L2

212INS

2S

.S 1 - 1

S 1

- 1

. - Γ−ΓΓ

ΓΓ

atau2

LOUT

2L2

212S11

2S

T

. 1 - 1

S .S1

- 1G

- ΓΓ−Γ

ΓΓ

=

AVAILABLE POWER GAIN

GPPP TAVNLAVN2

2S 1S

- 1G

Γ


MG

PP .

PP

PP G

L

T

L

AVN

AVS

L

AVS

AVNA === 2

OUT

212S11

A

1S

.S1 G

- Γ−Γ=

Contoh soal:

Transistor microwave mempunyai parameter “S” pada 10 GHz, dengan impedansi referensi (ZO) 50 Ω sbb.:

S11=0,45 <1500S11 0,45 150S12=0,01 <-100

S21=2,05 <100

S22=0,40 <-1500

Jika digunakan hambatan sumber ZS=20 Ω dan Hambatan beban sebesar ZL=30 Ω, hitunglah Operating power Gain, Available Power Gain dan Transducer Power Gain!Power Gain, dan Transducer Power Gain!

Solusi: ΓS=-0.429, ΓL=-0.250151408.0dan 150455.0 0

OUT0

IN −∠=Γ∠=Γ⇒

85.594.5

508.0da5055.0 OUTIN

=⇒=⇒

⇒

A

P

GG


49.5=⇒ TG

VSWR MASUKAN

a 1a1

VSWR IN

Γ−Γ+

=

ZZO

O

ZZaZ-Za a

+=Γ

)()a-.(1PP 2

2AVSIN

⎬⎫Γ=

)a-(1M .MP P

)a .(1PP 2S

SAVSIN

AVSIN

Γ=⎭⎬⎫

=Γ

)-(1)-(1 22S ΓΓ⎫

* - a

- 1)-(1.)-(1

- 1 a

-1) - (1 . ) - (1

M

M - 1 a

SIN

2INS

INS

2INS

2IN

2S

S

S

ΓΓ=Γ

ΓΓΓΓ

=Γ

⎪⎭

⎪⎬

⎫

ΓΓΓΓ

=

=Γ

- 1

a - 1SIN

INS

ΓΓ=Γ⎭ΓΓ


Contoh soal:

IN INAVS IN

ΓIN = 0,4 <-145°

i=

aS

S

ΓS = 0,614 <160°

Hitunglah : a. |Γa| (0.326)

b. VSWRIN (1.985)


VSWR KELUARAN

PL = P MLPL = PAVN . ML

b 1VSWR OUT

Γ+= OZ-Zb

b =Γb 1

VSWR OUT

Γ−=

OZZb b

+=Γ

)(1)(1 22ΓΓ⎫

* - - 1

)-(1.)-(1 - 1

1

) - (1 . ) - (1 M

M - 1

LOUT

2LOUT

OUTL

2

2OUT

2L

L

L

b

bb

ΓΓ=Γ

ΓΓΓΓ

=Γ

⎪⎭

⎪⎬

⎫

ΓΓΓΓ

=

=Γ


- 1

- 1L OUT

LOUT bΓΓ

=Γ⎪⎭ΓΓ

KEMANTAPAN PENGUAT RF

1 Mantap tanpa syarat (Unconditionally Stable)1. Mantap tanpa syarat (Unconditionally Stable)Suatu penguat dinyatakan MANTAP TANPA SYARAT, bila terpenuhi │ΓIN│< 1dan │ΓOUT│< 1; untuk SEMUA harga impedansi sumber dan beban PASIF(│ΓS│< 1 dan │ΓL│< 1)

2. Mantap bersyarat (Conditionally Stable, Potentially Unstable)Suatu penguat dinyatakan MANTAP BERSYARAT, bila terpenuhi │ΓIN│< 1

dan │ΓOUT│< 1; untuk SEJUMLAH harga impedansi sumber dan beban PASIFOSILASI terjadi pada penguat, jika pada terminal masukan atau keluarannya, terdapat

RESISTANSI NEGATIF, yaitu bila │ΓIN│> 1 atau │ΓOUT│> 1.Sebagai contoh, jika impedansi masukan : ZIN = - RIN + jXIN (-RIN = resistansi negatif)

1 X)R -Z(X ) Z (R

ZjX R- Z- jX R-

21

2IN

2INO

2IN

2OIN

OININ

OINININ >

+++

=++

+=Γ

)(j

)j()(E I S

=ZSZL

ZoutZin


)Xj(X)R-(R SININS ++

LOUTINS

EsZL

Pada satu frekuensi tertentu bisa terjadi : ∞=⎭⎬⎫

=+=

I 0 X X0 R - R

SIN

INS

Berdasarkan kepada koefisien refleksi, penguat yang MANTAP TANPA SYARATakan terpenuhi bila :

1. │ΓS│< 1 1 S1

..SS S S2112 22OUT <

ΓΓ

+=Γ3. .│ │

2. │ΓL│< 1 1 S-1

..SS S L22

L211211IN <

ΓΓ

+=Γ

.S - 1 S11 Γ

4. ..S 1 L22 Γ

Pada penguat MANTAP BERSYARAT, harga│ΓS│dan│ΓL│yang memberikan kemantapan dapat ditentukan dengan menggunakan PROSEDUR GRAFIS pada SMITH CHART.

Γ Γ Γ ΓTempat kedudukan ΓS dan ΓL yang menghasilkan │ΓOUT│=1 dan │ΓIN│=1 ditentukan dulu :

1..SSS L211211IN =

Γ+=Γ 1

.S-1S

L22

11IN

Γ+Γ

21121122 SSSSdimana.SS**).S - (S=Δ=

ΔΓ


211222112222

2222

L .SS-.SS dimana - S - S

- =ΔΔ

=Δ

Γ

Persamaan diatas merupakan persamaan lingkaran beban

⎪⎧

→ jarijari.SSR 2112

(tempat kedudukan ΓL untuk│ΓIN│=1):

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

→Δ

Δ=

→Δ

=

lingkaranpusat titik -S

**).S - (S C

jari-jari - S

R

2222

1122L

2222

L

⎪⎩ Δ -S22

Lingkaran KemantapanBeban

CL LRBagaimana menentukan daerah ΓL yang

Z 1 IN =Γ

CLMANTAP ?

Z=

Smith ChartJika

11INOL

LOL S0 Z- ZZZ =Γ⇒==Γ→=


11IN

OL

LOL S 0 Z Z

Z Z Γ⇒+

Γ→

Jadi bila│S11│< 1, maka│ΓIN│< 1, untuk ΓL = 0 (ZL=ZO)

d h d titik t S ith Ch t d l h d h t→ daerah yang mengandung titik pusat Smith Chart adalah daerah mantap

1Γ CL LR1 S 11 <

1IN =Γ CL

∞1IN >Γ

1 IN <Γ


Jadi jika│S11│> 1, maka│ΓIN│> 1 untuk ΓL = 0 (ZL=ZO)

→ daerah yang mengandung titik pusat Smith Chart adalah daerah tidak mantap

1 S11 >

→ daerah yang mengandung titik pusat Smith Chart adalah daerah tidak mantap

1 IN =Γ CL

RLRLC

1 IN <Γ


Figure 11-5 (p. 544)Microwave Engineering, 3rd Edition, by David M PozarL d (O t t) t bilit i l f diti ll t bl d iLoad (Output) stability circles for a conditionally stable device.(a) |S11| < 1. (b) |S11| > 1.


1 .S - 1..SS S

S11

S2112 22OUT =

ΓΓ

+=Γ 211222112211

2112

2211

2211S .SS - .SS :dimana

- S.SS

- S**).S - (S - =Δ

Δ=

ΔΔ

Γ

Persamaan diatas merupakan persamaan lingkaran sumber (tempat kedudukan ΓS

untuk│ΓOUT│=1): ⎪

⎪⎪⎨

⎧

Δ

→Δ

=

**)S(S

jari-jari - S

.SS R 2211

2112S

untuk│ΓOUT│=1):

⎪⎪⎩

→Δ

Δ= lingkaranpusat titik

- S**).S-(S C 22

11

2211S

1 OUT =Γ1 S 22 <

CS

RSC

SR

1 OUT >Γ

1OUT <Γ


1OUT <Γ

1 OUT =Γ1 S 22 >CS

SCSR

1OUT <Γ 1OUT <Γ

1Γ 1OUT >Γ


Kondisi mantap ”TANPA SYARAT” untuk semua sumber atau bebandapat ditulis dengan :

1 Suntuk 1 - C 11LL <>R

1 S 11 < CL

LCLR

LL C R>


1Suntuk1-C 22SS <>R 1 Suntuk 1 C 22SS <>R

1 S 22 <

C

SR

SCCS


FAKTOR KEMANTAPAN K

211222112112

2222

211

.SS - .SS dimana 1 .SS 2

S - S - 1 K =Δ>

Δ+=

21122

11 .SS S - 1 > 21122

22 .SS S - 1 >k di i k d l t k l h KEMANTAPAN TANPA SYARATkondisi cukup dan perlu untuk memperoleh KEMANTAPAN TANPA SYARAT :

1 K > 21122

11 .SS S - 1 >1 S11 <21S22 < 21122

22 .SS S-1 >

1<Δatau cukup dengan :

1Kdan

1 <Δ

PT2123 - Elektronika Komunikasi - Penguat Frekuensi Tinggi 331 K >

KONDISI TIDAK MANTAP KONDISI MANTAP TANPA SYARAT :KONDISI TIDAK MANTAP → KONDISI MANTAP TANPA SYARAT :1. dengan pembebanan resistif

2. dengan umpan balik


Latihan soal:

1. Suatu transistor jenis GaAs MESFET dengan parameter s, diukur pada Vds = 5 V dan Ids = 40 mA, f = 9 GHz, referensi 50 ohm:

S 0 65 < 1540S11=0,65 <-1540

S12=0,02 <400

S21=2,04 <1850

S22=0,55 <-300

Γs = 0,38 <250

Tentukan:Tentukan:1. factor Delta ∆ (0,332 < 1710)2. Faktor stabilitas K (4,72)

Γ 03. Koefisien refleksi keluaran Γout (0,56 < -40,70)4. GA (Available Power Gain) (6,94dB)


Ref: Microwave Circuit Analysis & Amplifier Design, by Samuel Y.Liao, Exp. 3-4-2.

Latihan soal: (lanjutan)2. Parameter S untuk HP HFET-102 GaAs FET pada frekuensi 2 GHz, dicatu

dengan tegangan biasing Vgs = 0 dengan Z0=50 Ω sebagai berikut:S11=0.894 <-60.60

11S12=0,020 <62.40

S21=3.122 <123.60

S22=0,781 <-27.60

Tentukan kestabilan transistor tersebut dengan menghitung K dan Δ, kemudianplot-kan daerah kestabilannya !

Solusi: Δ = 0 696 < -830 K = 0 607 ⇒ potentially unstableSolusi: Δ 0.696 < -83 K 0,607 ⇒ potentially unstableCL = 1.363<470 RL = 0.50CS = 1.132<680 RS = 0.199

Ref: Microwave Engineering, 2nd Edition, by David M Pozar, Exp 11.2


Plot lingkaran kestabilan sumber dan beban


PERANCANGAN UNTUK GAIN MAKSIMUM (CONJUGATE MATCHING)

syarat transistor→ syarat transistor mantap tanpa syarat

Jika dipilih : maksimum )(Gr transducedayapenguatan diperoleh *

* T

LOUT

SIN

⎭⎬⎫

Γ=ΓΓ=Γ

L22

L211211S

.S - 1..SS S *ΓΓ

+=ΓS11

S2112 22L

.S - 1..SS S *ΓΓ

+=Γ

2222 C4BB ±

1

21

211

SMC 2

C4-BB

±=Γ⇒

2

22

22LM

C 2C4-BB

±

=Γ⇒

dimana : 222 SS1B Δ 222 SS1B Δdimana : 22111 -S -S1B Δ+=

*S. - S C 22111 Δ=

11222 -S -S1B Δ+=

*S. - S C 11 222 Δ=

21 Γ S


atau 2

LM22

LM2212

SMMAXT,

.S 1

-1 S

- 1 1G

Γ−

Γ

Γ= )1 - K -(K

SS

G 2

12

21MAXT, =

Latihan soal:

Rancanglah suatu penguat dengan gain maximum pada frekuensi 4 GHz menggunakan single-stub matching! Transistor GaAs FET mempunyai parameter S dengan Z =50 Ω sebagai berikut:mempunyai parameter S dengan Z0=50 Ω sebagai berikut:

S11=0.72 <-1160

S12=0,03 <570

S 2 60 <760S21=2.60 <760

S22=0,73 <-540

Ref: Microwave Engineering, 2nd Edition, by David M Pozar, Exp 11.3

Solusi: Δ = 0.488 < -1620 K = 1,195 ⇒ unconditionally stableΓSM = 0.872 < 1230 ΓLM = 0.876 < 610

GT,max = 16.7 dB

Perhatikan rangkaian penyesuai impedansi sbb:


Circuit design and frequency response for the transistor amplifier of Example 11.3. (a) Smith chart for the design of the input matching network.


(b) RF circuit. (c) Frequency response.


PERANCANGAN PENGUAT DENGAN GP DITENTUKAN:Lingkaran Gp (Operating Power Gain) Konstan

a. KASUS KEMANTAPAN TANPA SYARAT

P .2

212L22

2L2

212IN

P g S .S 1

- 1 S

- 1 1G =

Γ−

Γ

Γ=

dimana: [ ]

.CRe 2 - ) - S.( S - 1

- 1 g

2L22

222

L2

11

2L

PΓΔΓ+

Γ=

21122211

11222

.SS - .SS .S - S C *

=ΔΔ=

( ){ } [ ] ( )211P2LP

2222P

2L S - 1g - 1 .C.Re2.g - - S.g 1 - =ΓΔ+Γ

)S-1(g-1**CgCg2

11L2L22 ΓΓ→) - S(g 1

)S-1(g-1

) - S(g 1*.*.Cg -

) - S(g 1..Cg - 22

22P

11P22

22P

L2P22

22P

L2P2L

Δ+=

Δ+

Γ

Δ+

ΓΓ

*.CgC 2Ptitik pusat lingkaran : ) - S(g 1

gC 2222P

PP

Δ+=

{ }SSSS2K1 21

22

PT2123 - Elektronika Komunikasi - Penguat Frekuensi Tinggi 42jari-jari lingkaran :

{ }) - S .(g 1

g..SS .g.SS2K.-1 R

2222P

22P2112P2112

PΔ+

+=

GP maksimum terjadi pada RP = 0; artinya :gP,MAX . |S12.S21|² – 2K.|S12.S21|.gP,MAX + 1 = 0

( ) 221

MAXP,2

2112 S

G 1 - K -K

.SS1 g

MAXP,==

sehingga ( )1 - K -K SS

G 2

12

21

MAXP, =

Prosedur menggunakan lingkaran GP konstan :1) Untuk GP yang ditentukan, hitung titik pusat dan jari-jari lingkaran GP konstan2) Pilih Γ dii i k (di li k t b t)2) Pilih ΓL yang diinginkan (di lingkaran tersebut)3) Dengan ΓL tersebut, daya keluaran maksimum diperoleh dengan

melakukan conjugate match pada masukan, yaitu ΓS = ΓIN*

ΓS ini akan memberikan GT = GPΓS ini akan memberikan GT = GP

o22

o12

o21

o11

95,7- 0,572 S 16,3 0,057 S Hz)6(f 28,5 2,058 S171,3- 0,641 S Transistor :Contoh ∠=∠==

∠=∠=

G


Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GP = 9 dBRef: Gonzalez,Gonzalez, GuillermoGuillermo;; MicrowavesMicrowaves TransistorTransistor AmplifierAmplifier:: AnalysisAnalysis && DesignDesign;; PrenticePrentice Hall,Hall, 19841984

Solusi

0,3014=Δ K = 1,504 → mantap tanpa syarat0,3014 Δ ,50 p p y

1,875 4,2357,94

SG g 4,235 (2,058) S 221

PP

2221 ===⇒==

o2 103,9- 0,3911 C ∠= ,,

RP = 0,431→ gambar tempat kedudukan ΓL yang memberikan GP = 9 dB

oP 103,90,508C ∠=

47 50 36pilihKita oL ∠=Γ

o9,103A)(titik

47,50,36pilih Kita L ∠=Γ

L22

L211211INS

*

S - 1..SS S * ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

ΓΓ

+=Γ=Γ


oS 175,510,629 ∠=Γ

b. KASUS MANTAP BERSYARAT

Dengan transistor mantap bersyarat, prosedur perancangan untuk GPt t t d l h b i b ik ttertentu adalah sebagai berikut:1) Untuk GP yang diinginkan, gambar lingkaran GP konstan dan lingkaran

kemantapan beban. Pilih ΓL yang berada pada daerah mantap dan tidakterlalu dekat dengan lingkaran kemantapan beban.terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan beban.

2) Hitung ΓIN dan tentukan apakah conjugate match pada masukan mungkin.

Untuk itu gambar lingkaran kemantapan sumber dan periksa apakah ΓS = ΓIN*terletak pada daerah mantap.

3) Jika ΓS = ΓIN* tidak terletak pada daerah mantap atau terletak pada daerah

mantap namun terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan sumber, pilih ΓL yanglain dan ulangi langkah 1) dan 2)

Γ ΓCatt: nilai ΓS dan ΓL sebaiknya tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan,karena ketidakmantapan (OSILASI) dapat terjadi oleh variasi nilai komponen yang

digunakan sehingga ΓL dan ΓS masuk ke daerah tidak mantap.

o22

o12

o21

o11

100- 0,8 S 30 0,08 S GHz) 6(f 70 2,5 S180- 0,5 S Transistor :Contoh

∠=∠==

∠=∠=


Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GP = 10 dBRef: Gonzalez,Gonzalez, GuillermoGuillermo;; MicrowavesMicrowaves TransistorTransistor AmplifierAmplifier:: AnalysisAnalysis && DesignDesign;; PrenticePrentice Hall,Hall, 19841984

062,12 0,223 ∠=Δ K = 0,4 → transistor mantap bersyarat

⎧ ∠ 97 20 572C o

⎨⎧ ∠=⎩⎨⎧

=∠=

=97,2 1,18 C

0,473 R97,20,572C

10dB G oL

P

P

P

⎩⎨

= 0,34 R

L

Solusi :

o2,97


Oleh karena |S11| < 1, daerah MANTAP berada diluar lingkaran| | gkemantapan BEBANPilih titk A → o

L 97,2 0,1 ∠=Γ → oINS 179,32 0,52 * ∠=Γ=Γ

Lingkaran kemantapan sumber : oS 1711,67C ∠= RS = 1,0Lingkaran kemantapan sumber : S 1711,67C ∠ RS 1,0

ΓS diatas harus diperiksa apakah berada di daerah MANTAP

Daerah mantap berada di luar lingkaran kemantapan sumber → ΓS berada di

d h k Γ d di kdaerah mantap, maka ΓS dapat digunakan


PERANCANGAN PENGUAT DENGAN GA DITENTUKAN:Lingkaran Ga (Available Power Gain) Konstan

a) KASUS MANTAP TANPA SYARATa) KASUS MANTAP TANPA SYARAT

A .2

212S11

2S2

212OUT

A g S .S 1

- 1 S

- 1 1G =

Γ−

Γ

Γ=

1G2Γ

[ ]

.CRe 2 - ) - S.( S - 1

-1

SG g

1S22

112

S2

22

S

221

AA

ΓΔΓ+

Γ== *.S - S C 22111 Δ=

Dengan cara yang sama seperti lingkaran GP konstan, diperoleh :Lingkaran GA konstan :

titik pusat lingkaran : )-S(g1

*.Cg C 2211A

1AAΔ+

=) S(g1 11A Δ+

jari-jari lingkaran : { })-S(g1

g..SS g.SS2K - 1 R 22

11

21

2

A

22112A2112

A

Δ++

=)S(g 1 11A Δ+

Semua ΓS pada lingkaran, memberikan suatu GA yang diinginkan. Untuk GA tertentu,

daya keluaran maksimum diperoleh dengan ΓL = ΓOUT*

Γ


→ ΓL ini memberikan GT = GA

b) KASUS MANTAP BERSYARAT

1. Untuk GA yang diinginkan, gambar lingkaran GA konstan danlingkaran kemantapan sumber. Pilih ΓS yang berada di daerahmantap dan tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapanmantap dan tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapansumber.

2. Hitung ΓOUT dan periksa apakah conjugate match mungkin, untuk itugambar lingkaran kemantapan beban dan periksa apakah ΓL = ΓOUT*g g p p p L OUTberada di daerah mantap.

3. Jika ΓL = ΓOUT* tidak berada pada daerah mantap atau terlalu dekatdengan lingkaran kemantapan beban, pilih ΓS (atau GA) yang lain danulangi langkah 1) dan 2).

Catt: nilai ΓS dan ΓL sebaiknya tidak terlalu dekat dengan lingkaran kemantapan,karena ketidakmantapan (OSILASI) dapat terjadi oleh variasi nilai komponen yang

digunakan sehingga ΓL dan ΓS masuk ke daerah tidak mantap.


Latihan soal:

o22

o12

o21

o11

100- 0,8 S 30 0,08 S GHz) 6(f 70 2,5 S180- 0,5 S Transistor :Contoh

∠=∠==

∠=∠=

Rancanglah sebuah penguat RF yang mempunyai GA = 10 dB!Rancang pula IMC-in dan IMC-out dengan menggunakan stub paralel-open circuit!


PERANCANGAN PENGUAT DENGAN VSWR DITENTUKAN:

VSWRIN konstan

. - 1

* - a a - 1a 1

VSWRSIN

SININ ΓΓ

ΓΓ=Γ→

ΓΓ+

=

PT2123 - Elektronika Komunikasi - Penguat Frekuensi Tinggi 51konstan VSWRlingkaran diturunkandapat IN→

Lingkaran VSWRIN konstan :

titik pusat lingkaran :

2IN )a-(1* ΓΓ

jari-jari lingkaran :

2IN )-(1a ΓΓ

2IN

IN

a. 1

)a (1 . Cvi

ΓΓ−

ΓΓ=

2IN

IN

a. 1)-(1.a

RviΓΓ−ΓΓ

=

Pada kasus mantap tanpa syarat dan beberapa kasus mantap bersyarat,

ΓS dapat dipilih =ΓIN* ; untuk memperoleh VSWRIN = 1.

⎧ Γ= *Cvi IN

Bila VSWRIN = 1 → ⎩⎨⎧

=Γ

=Γ 0 Rvi

Cvi 0a

IN

Jadi ΓS = ΓIN* memberikan 0 a =Γ → VSWRIN = 1


VSWRout konstan

DENGAN CARA YANG SAMA :

*-1 LOUTb ΓΓΓ+

. - 1

- 11

VSWRLOUT

LOUTOUT b

b

b

ΓΓΓΓ

=Γ→ΓΓ+

=

Lingkaran VSWROUT konstan :

titik pusat lingkaran : jari-jari lingkaran :p g

2OUT

2OUT

. 1

) - (1 .* Cvo

b

b

ΓΓ−

ΓΓ=

j j g

2OUT

2OUT

.1) - (1 .

Rvob

b

ΓΓ−ΓΓ

=


PERANCANGAN PENGUAT DENGAN NOISE FIGURE DITENTUKAN:

Lingkaran Noise figure/Faktor Derau Konstan:

2S opt - n 4

FFr ΓΓ

+ ( ) 22S

MINopt 1. - 1

F FΓ+Γ

+=

dimana:FMIN = faktor derau minimum komponen aktifrn = equivalent normalized noise resistance (= RN/ZO)Γopt = koefisien refleksi sumber yang dapat menghasilkan faktor


opt y g gderau minimum

Ambil satu harga F = Fi2MIN

2S

2S

opt 1.n 4

F - Fi - 1

opt - r Γ+=

Γ

ΓΓ

=⇒=Γ+= Ni konstan opt 1.n 4

F - Fi Ni 2MIN

r - 1

opt - 2

S

2S

Γ

ΓΓ

(ΓS - Γopt).(ΓS* - Γopt) = Ni – Ni |ΓS|²|ΓS|².(1 + Ni) – 2Re[ΓS.Γopt*] + |Γopt|² = Ni

[ ] Niopt22

2 Γ[ ]Ni 1

NiNi 1

opt*opt.Re

Ni 12 - S

2S

+=

+Γ

+ΓΓ+

Γ

→ merupakan persamaan lingkaran di bidang ΓS dan dapat ditulis menjadi :

( )222 opt1NiNit Γ+Γ ( )( )2

SNi 1

opt-1NiNi

Ni 1opt -

+

Γ+=

+Γ

Γ

untuk Ni tertentu, diperoleh lingkaran faktor derau Fi konstan.

Lingkaran faktor derau:

titik pusat lingkaran :

optC Γjari-jari lingkaran :

( )1 2

PT2123 - Elektronika Komunikasi - Penguat Frekuensi Tinggi 55Ni 1p C Fi

+= ( ) opt-1NiNi

1 Ni1R 22

Fi Γ++

=

Contoh Soal :

Suatu transistor dengan parameter S sebagai berikut :g p g

o21

oo12

MINo

11

3 5Rn261 681S 166 0,475 opt 23 0,049 S

2,5dB F 169 0,552 S

Ω=∠=

∠=Γ∠=

=∠=

o22

21

67- 0,839 S3.5Rn 26 1,681 S

∠=

Ω=∠=

Tentukan lingkaran faktor derau Fi = 2,8dB konstanSolusi :Solusi :

2MIN opt 1.n 4

F - Fi Ni r Γ+=

0,07 3,5 Rn n r === ,50ZO

Fi = 2,8dB = 1,905FMIN = 2,5 dB = 1,778→ Ni = 0 1378

o166∞=Z0 Z =

→ Ni = 0,1378o

Fi 166 0,417 Ni 1

opt C ∠=+Γ

=

RFi = 0 312


RFi 0,312

Penguat Frekuensi Tinggi

Documents

Transcript of Penguat Frekuensi Tinggi