power combiner

Power divider/combiner merupakan komponen pasif mikrowave yang digunakan untuk membagi atau menggabung daya, karena baik port input maupun port outputnya match, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.1. Dengan kata lain, power divider berfungsi sebagai reciprocal passive device, yang dapat digunakan sebagai power combiner. Dalam membagi daya, sebuah input sinyal dibagi oleh power divider/combiner menjadi dua atau lebih sinyal dengan daya yang lebih kecil.

Struktur Divider/Combiner

Jumlah perangkat yang digabung untuk tipe struktur combiner/divider ini adalah biner. Ini berarti bahwa perangkat yang dipakai harus sama dengan 2N. Tipe ini disebut juga tree/corporate structure.

Wilkinson Power Combiner / Divider

Wilkinson power divider berfungsi membagi sinyal masukan menjadi beberapa sinyal keluaran dengan fasa yang sama. Prinsip utamanya adalah menyediakan isolasi tinggi antar output, dengan membatasi efek dari refleksi sinyal, karena lossless reciprocal, three-port network tidak mempunyai port-port yang secara simultan match. Wilkinson menambahkan sebuah resistor untuk mengupayakan port output match dan secara penuh mengisolasi port 2 dari port 3 pada frekuensi tengah (fc). Keuntungannya adalah resistor tidak menimbulkan resistive loss pada power divider/combiner, sehingga idealnya Wilkinson divider memiliki efisiensi 100%.

Jenis power divider ini memiliki empat bagian yang berbeda yaitu sebagai berikut:

1. Input port

2. Quarter-wave transformers

3. Isolation resistors

4. Output ports

Adapun daya yang dibagi sama besar, maka power divider dapat dikatakan power splitter.

Pada bagian ini dijelaskan bagaimana Wilkinson power divider bekerja sebagai pembagi daya. Ketika sebuah sinyal input masuk port 1, dibagi kedalam sinyal keluaran yang memiliki amplitudo dan fasa sama pada port 2 dan 3. Karena tiap ujung ada resistor isolasi antara port 2 dan 3, sehingga tidak ada arus yang mengalir sepanjangnya. Terminasi pada dua port keluaran paralel terhadap input, sehingga harus ditransformasikan menjadi 2Z0 pada masing-masing port input untuk dikombinasikan ke Z0. Transformer λ/4 digunakan dalam rangkaian ini untuk memudahkan kita dalam memahami kondisi match, tanpa quarter-wave transformer, impedansi yang menggabungkan dua keluaran pada port 1 menjadi Z0/2. Impedansi karakteristik saluran quarter-wave harus sama dengan sehingga masukan menjadi match ketika port 2 dan 3 diterminasi Z0.
Salah satu parameter dalam power divider/combiner adalah insertion loss (mendekati 0.2 dB) dan isolasi resistor (s), yang pada umumnya daya rendah antar port keluaran. Sayangnya, pada power divider/combiner, jika terjadi mismatch pada salah satu saluran port output, daya pantul akan terbagi dua dan memisah melalui resistor 100 Ω dan saluran transmisi, sebagian menuju port input dan sebagian lainnya menuju port output yang lain. Sinyal pantul yang menuju port input akan dikembalikan ke dua bagian port output. Sebuah Two-way power divider/combiner ideal, satu sinyal input akan menghasilkan dua sinyal output dengan isolasinya tidak terbatas pada tiap port atau dua sinyal input akan menghasilkan satu sinyal output, sehingga pembagian daya input terhadap output terjadi tanpa mengalami kebocoran sinyal yang tidak dikehendaki antar port. Akan tetapi kenyataannya, isolasi dibatasi oleh jenis-jenis nilai komponen, toleransi manufaktur dan faktor lainnya. Isolasi tinggi merupakan ukuran kualitas tinggi dari power divider/combiner, secara spesifik idealnya >20dB. Seperti insertion loss dan nilai isolasi power divider/combiner akan berbeda berdasarkan frekuensi, dan nilainya akan menurun ketika frekuensi dinaikkan.

Perhitungan Impedansi Rangkaian Power Combiner / Divider Wilkinson

Hal pertama yang dilakukan adalah membuat rangkaian pada gambar 2.6a. menjadi simetris.dengan kesimetrisan ini nantinya akan dibuat mode even (genap) dan odd (ganjil) yang masing-masing dapat digunakan untuk menentukan besar dari impedansi saluran transformer λ/4 dan resistor internal.

Pada mode even, besar Vg1 = Vg2 = V. Sehingga V1 = V2 yang berarti tidak ada arus yang mengalir melalui resistor r/2. Sehingga kita dapat memisah rangkaian dengan open circuit menggantikan keduanya. Dari rangkaian di bawah terlihat dapat ditentukan besar dari impedansi saluran transformer 4/λ yang digunakan dengan melihat Zin pada port 2, dimana 2Tin0ZZ=2Z. Agar penyaluran daya maksimal maka harus dibuat match yaitu Zin = Z 0 sehingga didapatkan ZT = Z02

Pada mode Odd, besar Vg1 = -Vg2. Sehingga V1 = -V2, hal ini mengakibatkan tegangan bernilai null di tengah-tengah rangkaian. Sehingga dapat diganti dengan grounding. Jika dilihat dari titik 2 agar terjadi kondisi match, maka Zin dibuat sama dengan Z0. Pada ttik 1 terlihat saluran transformer λ/4 terhubung ke ground yang berarti pula ujung saluran transformer λ/4 adalah short circuit. Maka besar impedansi di ujung lain dari saluran transformer λ/4 adalah ∞ atau dapat dianggap sebagai open circuit. Dari analisa tersebut didapat Zin = r/2 = Z0.Dari hasil terakhir tersebut didapat besar resistansi internal yang digunakan adalah : r = 2Z0