.

.

Jumat, 26 Desember 2014

LUMPED ELEMENTS MATCHING CALCULATOR






LUMPED ELEMENTS MATCHING CALCULATOR

By : Djoko Haryono

Link dibawah ini adalah salah satu ( online ) calculator yang bisa membantu kita dalam melakukan perhitungan2 matching antenna – line , terutama bagi mereka yang selama ini sudah akrab dengan cara matching antenna berbasis “MENGHINDARI ADANYA REFLECTED POWER ( REFLECTED POWER SEKECIL MUNGKIN )” alias metode matching yang “Menyukai SWR serendah mungkin / sebisa mungkin SWR mencapai 1 : 1” dan sekarang mulai tertarik untuk mengembangkan diri pada metode “CONJUGATE MATCHING” atau “MACHING YANG MENGHASILKAN EFFISIENSI TERTINGGI ( HIGHEST TRANSFERABLE POWER )’.

Kalau metode matching yg berusaha mendapat SWR terendah biasa dan lebih cocok dilakukan oleh mereka yang bekerja dengan saluran transmisi yang memiliki rugi2 / losses besar terutama menggunakan Flexible Coaxial , maka para perancang system komunikasi radio yang sudah menguasai perancangan system Conjugate Matching ( matching yang tidak memerlukan nilai SWR rendah / system yang memiliki SWR tinggi 3 : 1 atau bahkan 5 : 1 menghasilkan pancaran terkuat bahkan memiliki keunggulan lain berupa bandwidth terlebar.

MEREKA MENDAPATKAN PENCAPAIAN ITU KARENA MEREKA LEBIH BERFOKUS DAN MENYADARI KEUNGGULAN MEMBANGUN PERANCANGAN SISTEM YANG MENGHASILKAN LOSSLESS LINE ATAU VERY LOW ATTENUATION LINE ( NON DISSIPATIVE LINE ).

Kesulitan ( kerumitan ) utama dari metode Conjugate matching adalah …. PARA PRAKTISINYA “DITUNTUT” UNTUK MENGUASAI DASAR2 PER-ANTENNA-AN ( TERUTAMA PENGETAHUAN TENTANG SALURAN TRANSMISI ) SAMPAI KE MASALAH2 NYA YANG PALING VITAL YAITU PERHITUNGAN IMPEDANSI DENGAN SEGALA KOMPLEKSITASNYA , DAN TIDAK HANYA SEKEDAR “YANG PENTING SWR NYA 1 : 1”.
TANPA BERUSAHA MENDALAMI ITU , kita akan “terpaku” dan hanya mengenal “dunia sempit” bahwa matching matching adalah 1 : 1.

Link ( URL ) dibawah ini akan saya tampilkan BERSAMAAN dengan link lainnya. Keduanya adalah “Cara menghitung yang berbeda , namun memberikan HASIL HITUNGAN ( bagian dari metode Conjugate Matching ) YANG SAMA.

Untuk menghitung ada beberapa jalan/cara , misalnya : Menggunakan SMITH CHART , atau menggunakan ONLINE CALCULATOR , atau menghitung langsung menggunakan RUMUS2 , misalnya untuk menghitung ( impedance ) inductor Zl = jw L. Capacitor Zc = 1/ jwC = - j / wC dsb.
Nah , disini kita menghitung dengan 2 cara berbeda namun memberikan hasil yang sama. Kita menghitung dengan menggunakan ONLINE CALCULATOR dan juga dengan menggunakan SMITH CHART.

INI ONLINE CALCULATORNYA.

http://cgi.www.telestrian.co.uk/…/www.telestrian.…/smiths.pl

Kalau kita klik , kita akan dihadapkan pada sebuah Network / Skema Jaringan. Kotak paling kanan adalah LOAD ( ANTENNA ). Didepan / sebelum antenna ada 3 block kotak lainnya yang bisa kita isi ( kita gambarkan sebagai ) 2 atau 3 LUMPED ELEMENTS ( Inductor atau Capacitor ). Kita bisa memilih membuat t/T atau L network ( maaf kalau font yang saya pakai kurang tepat ) untuk sesuatu tujuan , baik untuk mematchingkan langsung feed point tsb ke coax atau ke TX , ataupun untuk “mentransformasikan” impedansi antenna ke nilai impedansi lain tertentu untuk suatu tujuan.

Pada latihan ini , kita anggap saja ke 3 block lumped element yg bisa kita isikan / pilih nilainya itu sebagai sebuah unit tuner atau impedance matcher dengan nilai2 Inductor dan Capacitornya yang kita bikin tetap / fixed.

Kalau pada block yang ditengah ( rangkaian parallel ) kita temukan ada pilihan OPEN , itu artinya kita tidak memasang apapun ( baik inductor atau capacitor ) disama. Kalau ini yang kita pilih , artinya kita hanya cukup menambahkan / memasang 1 element saja secara serial.

Sedangkan kotak blok paling kiri akan menunjukkan NILAI IMPEDANSI INPUT ( PADA TUNER ATAU IMPEDANCE MATCHER TSB. ) YANG DIHASILKAN JIKA KITA MEMILIH NILAI2 INDUCTOR DAN ATAU CAPACITOR PILIHAN KITA TADI.

Mari kita coba “kesaktian” online calculator ini dalam menghitung bilangan2 komplex impedansi system antenna kita.

Kita coba memasukkan nilai2 kita ( misalnya ) sbb :
Impedansi antenna 60 – j 30 ohm ( dikotak atas isikan 60 dan kotak bawahnya – 30 ).

Blok didepannya/ disebelahnya kita pilih Capacitor. Isikan nilai 8.72 ( pF ).
Blok yang ditengah isi dengan Capacitor. Nilainya 3.53 ( pF ).

Blok yang dikirinya ( lumped element terakhir ) kita isi dengan Inductor. Nilainya 7.8 nH.
Isikan Frequencynya , misalnya 1000 ( MHz ) = 1 GHz.
Lalu klik CALCULATE.

Maka hasil hitungannya akan muncul. Di input tuner tsb. akan muncul ( menghasilkan ) impedansi yang ( kalau kita ukur pakai Antenna Analyzer nilainya akan ) sebesar Zin = 9.9 + j 19.3 ohm.

Dan pada gambar Smith Chart dibagian atas online calculator tsb. akan muncul titik2 berwarna yang menunjukkan DIMANA LETAK TITIK KORDINAT IMPEDANSI DENGAN NILAI2 TSB. PADA SMITH CHART ( titik2 itu akan mempermudah bagi kita untuk mengetahui KEARAH MANA kita harus bergerak / mem-plot jika kita melakukan perhitungan lanjutannya.

Selamat mencoba menggunakan ONLINE CALCULATOR ini. Anda sudah melakukan SEBAGIAN dari langkah mendapatkan CONJUGATE MATCHING.
LALU BAGAIMANAKAH HASILNYA JIKA KITA HITUNG DENGAN CARA LAIN ( TANPA ONLINE CALCULATOR ) ? HASILNYA AKAN RELATIF SAMA.

Silahkan klik link lainnya berikut ini.

http://empc1.ee.ncku.edu.tw/…/Rf_CH05_Impedance_matching_20…

Lalu silahkan ( buka ) scroll sampai ke halaman 17 ( dari total 25 halaman yang ada ).

Disana kita temukan cara penghitungan tanpa online calculator yang memberikan hasil hitungan input impedancenya ketemu nilainya Zin = 10 + j 20 ohm.

( Kedua hasil tsb praktis sama. Yang di online calculator lebih presisi , sedangkan yang di link lainnya hasilnya dibulatkan keatas ).


Nilai perbandingan swr yg begitu besar,klo di terapkan di transceiver hf,nanti protektor matcingnya berfungsi apa tidak?
 
Tetap berfungsi , tapi meski dilepas juga tidak apa2.

Sekali lagi , yg perlu diingat untuk kita bisa membedakan antara ....... apakah SWR tinggi yang ada pada antenna/line kita itu akan MEMBAHAYAKAN TRANSCEIVER KITA ATAUKAH TIDAK , itu adalah SEPENUHNYA TERGANTUNG DARI "SISTEM APA YANG KITA GUNAKAN".

Kalau kita menggunakan sistem antenna & saluran transmisi YANG LOSSY ( losses / attenuationnya besar ) -dan ini yang paling akrab/paling banyak dipraktekkan orang karena mereka sangat banyak yg menggunakan FLEXIBLE COAX , .... maka ..... TENTU SAJA SWR TINGGI MEMBAHAYAKAN FINAL TX / TRANSCEIVER ANDA.

Tapi bagi sebagian ( hanya sedikit ) experimenter yang sudah banyak bereksperiment & mempelajari saluran transmisi yang LOSSLESS ( very low losses/ attenuation ) semacam LADDER LINE ATAU RIGID COAXIAL , ya SWR tinggi itu akan bisa jadi sahabatnya TX/Transceiver kita.

Sistem yg pertama ( menyetel SWR serendah mungkin ) itu relatif lebih mudah , tapi untuk bisa mempraktekkan sistem kedua ( Conjugate Matching ) itu membutuhkan pengetahuan basic yg lebih rumit. Harus menguasai berbagai masalah COMPLEX IMPEDANCE ( Resistive / Reactive / Inductive / Capacitive / Admittance / Susceptance dsb ) karena semuanya dihitung secara detil.

Jadi yang pertama itu cocoknya bagi kita yang sehari2 berkutat dengan LOSSY LINE alias sistem yg lossesnya besar ( praktis "semua" jenis flexible coax ) , sedangkan sistem kedua yg rumit hitungannya namun mampu memberikan effisiensi tertinggi / pancaran terkuat , cocoknya hanya bagi mereka yang banyak berkutat dengan LOSSLESS LINE yang umumnya didesign sendiri.
 
Ada baiknya juga diketahui bahwa hampir semua sistem komunikasi radio di satelit , radar , station penelitian ruang angkasa , telemetry , peluru kendali , beacon , sistem kendali jarak jauh , sistem antennanya dirancang secara CONJUGATE , artinya dirancang lebih dengan "menghitung secara detil berbagai parameter complex impedancenya". Praktis sangat jarang ada sistem2 tsb yang SWR nya 1: 1. Banyak yang SWR nya tinggi ( tapi effisiensinya optimal karena dampak2 lossless line memang sangat significant berbeda dengan dampak lossy line ).

Sebetulnya CONJUGATE MATCHING itu paling sip ( memang ) kalau diterapkannya pada sistem2 komunikasi radio yang "Single Frequency" atau bisa juga sistem "beberapa frequency tapi switched dan masing2 conjugate".

PROBLEM UTAMA pada amatir radio ( yang membedakan dengan berbagai jenis radio lainnya yg saya tulis diatas ) adalah "amatir hampir selalu bekerja sekaligus pada ( beralih alih pindah ) banyak band dan frekuensi. Itu perancangan conjugate matchingnya minta ampun rumitnya.

TAPI TOH TETAP SAJA PENGETAHUANNYA PERLU DIPELAJARI / DIKUASAI TEMAN2 ..... sebab tanpa mengenal pengetahuan conjugate matching , akibatnya ya sudah sering kita lihat , misalnya .... seorang amatir yang sedang meancang sistem komunikasi single freq pun ( seperti Repeater , station broadcast , beacon , telemetry dsb. ) ya dia umumnya hanya akan tetap "fokus" menggunakan metode "SWR serendah mungkin" kalau dia tidak menguasai dasar2 conjugate matching.

Artinya , pengetahuannya tetap perlu kita pelajari

Ini juga copyan dari FB lain :

Sugeng Aminto :  Pak Djoko ,,apakah bisa di ambil contoh yang mudah..misalnya impedance antena 130 ohm freq di 7.1 MHz,??,maklum saya masih awan terhadap sistem matching cara ini,,Tnx 73

Djoko Haryono : Detilnya dari Impedansi antenna yang anda maksud 130 ohm itu bagaimana ?

( Resistive berapa ohm dan reactive berapa ohm , serta reactivenya kearah mana .... inductive atau capacitive ? sebab pada sistem conjugate matching semua kondisi complex dihitung , tapi kalau dalam sistem yg paling banyak digunakan yg mengacu pada "SWR meter serendah mungkin" kondisi complex impedance diabaikan atau tidak dihitung detil

Yang dibawah ini copyan dari akun FB lain :

Djoko Haryono :  Rekan Sugeng Aminto,  APA BEDANYA ANTARA SISTEM MATCHING YG PALING POPULER ( = SWR SERENDAH MUNGKIN ) DENGAN SISTEM CONJUGATE MATCHING MATCHING YG. RUMIT TAPI MENAWARKAN EFISIENSI TERTINGGI .

CONJUGATE MATCHING : Pada conjugate matching , soal antenna yg anda berikan harus jelas dulu ( tidak hanya freq. kerjanya tapi juga detil dari impedansi complexnya nya harus jelas ). Barulah nanti anda bisa menghitung perancangan matchingnya. Memang hitungannya lebih detil dan rumit , misalnya menggunakan Tabel Smith / Smith Chart.

MATCHING CARA POPULER ( SWR SERENDAH MUNGKIN ).
Selain metode Conjugate , matching juga seing dilakukan dengan cara yang paling "gampangan"/praktis yaitu stel sana stel sini ( potong atau pendekpanjangkan panjangnya radiator antenna lalu stel2 atau geser sana geser sini stelan yg ada dsb ).

Kalau anda akan melakukan matching "cara populer ini" dan data yang anda miliki ( sesuai tulisan anda ) hanyalah "antenna anda impedancenya 130 ohm" yang akan anda match kan ke output TX yang 50 ohm , serta "frekuensi kerja anda 7.1 MHz" .

Maka cara matching versi "gampangannya" ya mudah sekali ( namanya saja sudah "bukan cara detil/cermat" ). Anda bisa lakukan ini :

Zo = ( akar dari ) Zl x Zt
dimana Zo = impedansi dari "matching impedance transformer" dlm. ohm
Zl = Impedansi Load ( = antenna ) dalam ohm.
Zt = Impedansi transmitter dalam ohm.

Dalam kasus anda Zo = ( akar dari ) 130 ohm x 50 ohm
Zo = ( akar dari ) 6500 ohm
= 80.5 ohm

Maka pakailah kabel coax 75 ohm ( ini nilai yg mendekati 80.5 ohm ). Agar coax itu berfungsi sebagai quarter wave transformer ( trafo impedansi 1/4 lambda ) maka buatlah panjangnya dari ujung connector sampai ujung connector 1/4 lambdanya frekuensi 7.1 MHz ( JANGAN LUPA VLOCIT FACTOR DARI COAX YANG ANDA PAKAI HARUS IKUT DIHITUNG ).

Saya belum menghitungnya , silahkan dihitung sendiri. Panjangnya kemungkinan kurang dari 10 meter.

Maka SWR anda nantinya nilainya akan ada disekitar 80.5 : 75 = 1,07 : 1 ( atau dibulatkan , anggap saja 1.1 : 1 ).

Nggak perlu hitungan rumit2. Ini berbeda dengan Conjugate matching , semua parameter complex yg ada di antenna dan saluran transmisi perlu dihitung



Salam ,
Djoko H.

91DA002 Andi Web Blog

Propagasi hari ini