PENGUKURAN DAN PEMODELAN KONSTANTA DIELEKTRIK …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15722-2209105005... · dielektrik untuk material air hujan kembali, terutama untuk pengukuran

Fify Triana

2209105005

Pembimbing :

Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D

Ir. M. Aries Purnomo

1

PENGUKURAN DAN PEMODELAN KONSTANTA DIELEKTRIK AIR HUJAN

PADA FREKUENSI GELOMBANG MIKRO

Latar Belakang

2

KomunikasiFrekuensi

tinggi(microwave)

Air hujan

PermitivitasAbsortionScattering

Kualitaskomunikasi

Latar Belakang

3

Komunikasi pada frekuensi tinggi dipengaruhi olehcuaca seperti hujan. Air hujan ini memiliki nilaipermitivitas yang berpengaruh terhadap absorpsidan scattering.

Pengukuran nilai permitivitas dapat membantudalam desain pembuatan perangkat yang dipakaipada frekuensi tinggi.

Rumusan Masalah

4

Pengukuran nilai konstanta dielektrik permitivitasair hujan daerah tropis pada frekuensi gelombangmikro

Nilai konstanta dielektrik permitivitas air hujan

Pengolahan hasil pengukuran dan mendapatkanpemodelan permitivitas air hujan

Perbandingan konstanta dielektrik air hujan denganair murni pada teori Debye.

Batasan Masalah

5

Pengukuran konstanta dielektrik air hujan padafrekuensi gelombang mikro dimana frekuensinyadisesuaikan dengan perangkat pengukuran yang tersedia.

Metode pengukuran yang digunakan adalah metodeTransmission/Reflection.

Tujuan

6

Mendapatkan nilai konstanta dielektrikpermitivitas air hujan pada frekuensi gelombangmikro.

Mendapatkan pemodelan konstanta dielektrik air pada frekuensi gelombang mikro.

Membandingkan hasil pengukuran permitivitasdengan hasil teori Debye.

Metodologi

7

Pemilihan metode

pengukuran dengan metode

Transmission/Reflection

Pengukuran magnitude

daya transmit dan

refleksi

Kalkulasi koefesien

transmit, koefesien

refleksi dan permitivitas

skalar dan kompleks

Analisa data

Skalar Kompleks

Kesimpulan

Dasar Teori (1)

8

Gelombang mikro

> 300 MHz (3x105 Hz)Radio-frequency band names

Name Frequency Principal use

ELF 3-30 Hz

SLF 30-300 Hz Power grids

ULF 300-3000 Hz Microwave bands

VLF 3-30 kHz Submarines Old New Frequency

LF 30-300 kHz Beacons L D 1-2 GHz

MF 300-3000 kHz AM broadcast S E, F 2-4 GHz

HF 3-30 MHz Shortwave broadcast C G, H 4-8 GHz

VHF 30-300 MHz FM, TV X I, J 8-12 GHz

UHF 300-3000 MHz TV, LAN, cellular, GPS Ku J 12-18 GHz

SHF 3-30 GHz Radar, GSO satellite, data K J 18-26 GHz

EHF 30-300 GHz Radar, automotive, data Ka K 26-40 GHz

9

PermitivitasPermitivitas adalah suatu kuantitas fisik yang menggambarkan bagaimana medan listrik mempengaruhi dan dipengaruhioleh suatu medium dielektrik

ε = ε` + jε``

ε` = tetapan dielektrik

ε`` = factor loss dielektrik

• real = kemampuan bahan untuk menghamburkan/melepaskanenergi

• imajiner = kemampuan bahan untuk menyimpan energy listrik

Dasar Teori (2)

10

Koefisien Transmisi (T)

Koefisien Refleksi (Γ)

Dasar Teori (3)

11

Dasar Teori (4)

Proses Pengukuran

12

Metode Transmission/Reflection

Vector Network Analyzer Power Meter

(Reflection) (Transmission/Reflection)

Pengukuran dengan VNA (1)

13

Network Analyzer

Advantest R3770

Antena horn

Coaxial

lineDevice Under

Test

14

Pengambilan data pengukuran : Pada saat antena horn dalam keadaan kosong untuk mengukur

daya incident. Air hujan berada dalam DUT dengan ketebalan 8,4 cm. Air hujan dalam DUT dengan ketebalan 1,2 cm. Air hujan dalam DUT dengan ketebalan 3 mm.

a b

c d

Pengukuran dengan VNA (2)

15

Nilai kompleks

Nilai S-parameter (S11)

Pengukuran dengan VNA (3)

Hasil pengukuran

16

Isolator

Frekuensi

meter

Attenuator

MUT/DUT

Power meter

Power meter

Coupler

Gunn Osc Power Supply

Thermistor mount

Gunn Osc

Pengukuran dengan Power Meter (1)

Rangkaian pengukuran

17

Pengukuran dengan Power Meter

Pengukuran dengan Power Meter (2)

18

Nilai Skalar

Data pengukuran

1. Daya incident

2. Daya transmission tanpa MUT

3. Daya transmission dengan MUT

4. Daya reflection tanpa MUT

5. Daya reflection dengan MUT

Pengukuran dengan Power Meter (3)

Hasil pengukuran

Permitivitas (Kompleks)pengukuran dengan VNA

19

S-Parameter real dan imajiner

20

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

frequency (Hz)

S11 r

eal (d

B)

akrilik

waveguide 8,4 cm

waveguide 1,2 cm

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

frequency (Hz)

S11 im

ajiner

(dB

)

akrilik waveguide 8,4 cm waveguide 1,2 cm

Koefisien Refleksi

21

a.

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Frequency (Hz)

Koef

Refleksi

real

imajiner

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Frequency (Hz)

Koef

Refleksi

real

imajiner

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Frequency (Hz)

Koef

Refleksi

real

imajiner

b.

c.

Ket :

a. MUT (d=8,4 cm)

b. MUT (d= 1,2 cm)

c. MUT (d= 3 mm)

Perbandingan permibilitas/permitivitas

22

a.

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-2

0

2

4x 10

6

frequency (Hz)

C1 (

real)

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-10

-5

0

5x 10

6

frequency (Hz)

C1 (

imajiner)

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-5

0

5

10x 10

5

frequency (Hz)

C1 (

real)

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-4

-2

0

2

4x 10

5

frequency (Hz)

C1 (

imajiner)

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-1

0

1

2x 10

7

frequency (Hz)

C1 (

real)

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

x 1010

-1

0

1

2x 10

7

frequency (Hz)

C1 (

imajiner)

b.

c.

Ket :

a. MUT (d=8,4 cm)

b. MUT (d= 1,2 cm)

c. MUT (d= 3 mm)

Permitivitas (Skalar)pengukuran dengan Power Meter

23

Perhitungan daya

24

a.

9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5

x 109

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Frequency (Hz)

Daya t

ransm

it (

mW

)

0 dB

1 dB

10 dB

9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5

x 109

1

1.02

1.04

1.06

1.08

1.1

1.12

1.14

1.16

1.18

Frekuensi (Hz)

Daya r

efleksi (m

W)

0 dB

1 dB

10 dB

9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5

x 109

1

2

3

4

5

6

7

Frekuensi (Hz)

Daya insid

en (

mW

)

0 dB

1 dB

10 dB

b.

c.

Ket :

a. Daya pancar

b. Daya pantul

c. Daya insiden

Koefisien Transmisi dan Refleksi

25

9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5

x 109

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Frequency (Hz)

Koefisie

n r

efleksi

0 dB

1 dB

10 dB

9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5

x 109

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

Frequency (Hz)

Koefisie

n t

ransm

isi

0 dB

1 dB

10 dB

Nilai Permitivitas

26

9.3 9.32 9.34 9.36 9.38 9.4 9.42 9.44 9.46 9.48 9.5

x 109

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Frequency (Hz)

r

0 dB

1 dB

10 dB

Kesimpulan

27

Pengukuran permitivitas menggunakan power meter dapat digunakan untuk mencari permitivitas bernilai skalar. Sedangkan pengukuran menggunakan Vector Network Analyzer dapat digunakan untuk menghitung nilai dalam bentuk kompleks.

Pengukuran dengan alat ukur VNA menggunakan 1 port mendapatkan nilairefleksi sehingga belum dapat digunakan untuk mencari nilai permitivitas.

Nilai redaman berpengaruh terhadap nilai permitivitas dimana semakin tinggi redaman maka nilai permitivitas akan semakin rendah

Pada pengukuran dengan VNA, pengaruh frekuensi terhadap nilaiperbandingan permibilitas dengan permitivitas berpengaruh pada frekuensi diatas 11 GHz.

Nilai permitivitas dari hasil pengukuran dengan power meter bernilai tinggipada saat frekuensi 9,4 GHz.

Metode perhitungan dengan menggunakan nilai koefesien refleksi dan koefisien transmisi dapat digunakan untuk perhitungan permitivitas konstanta dielektrik.

28

Terima Kasih…

29

Mika akrilik

30

Waveguide

31

DUT berisi air hujan

32

Pt = 2,5882 mW

Pr = 1,1668 mW

Pi = 4,8978 mW

maka nilai koefesien refleksi () dan koefisien transmisi () adalah:

Dari koefesien refleksi dapat dihitung nilai perbandingan permibilitas terhadap permitivitas (

/) :

Untuk nilai

:

Maka didapatkan nilai permitivitas dari perhitungan sebagai berikut:

Saran

33

Perlunya dilakukan pengukuran ulang konstantadielektrik untuk material air hujan kembali, terutama untuk pengukuran menggunakan Network Analyzer menggunakan 2 port agar perhitunganuntuk konstanta dielektrik mendapatkan nilai yang kompleks.

Perhitungan permitivitas material dielektrik dapatdilakukan dengan menggunakan pengukuran yang lebih kompleks, misalnya menggunakan metodenumerik.

34

Metodologi

35

Pengukuran

36

Nilai yang diukur yaitu nilai Scattering parameter

Network Analyzer

Advantest R3770

Antena horn

Coaxial

lineDevice Under

Test

VNA

37

Nilai koefisien pantul

38

Nilai Γ > 1????

daya yang dipantulkan lebih besar dari daya yang dikirimkan