A. Teori dan Definisi Power Divider

Power dividers atau pembagi power (juga disebut power splitters, dan bila digunakan sebaliknya, sebagai power combiners) adalah komponen pasif yang digunakan pada teknologi gelombang radio. Komponen ini menghubungkan power sinyal RF dari suatu transmission line ke rangkaian yang lain.

Power divider/combiner merupakan komponen pasif mikrowave yang digunakan untuk membagi atau menggabung daya, karena baik port input maupun port outputnya match. 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.

Pada umumnya, power dividers menghasilkan amplitude dan pembagian phase yang sama besar. Input signal di port 1 terbagi menuju port 2 dan 3 dengan sama besar.

Kegunaan power divider adalah untuk penyearahan dua atau lebih jalur transmisi dari resiver ke lnb. alat ini biasanya digunakan untuk membagi atau mencabang salah satu polarisasi lnb. misalnya untuk satelit telkom yang hanya menggunakan polarisasi horisontal saja atau juga digunakan dalam pemasangan 5 resiver atau lebih dalam satu dish.

Alat ini terdiri dari beberapa dioda, keramik/kondensator dan beberapa lilitan kawat email. jika susah mendapatkannya, kitapun dapat membuatnya sendiri. kita dapat membuatnya dengan bentuk sederhana maupun dengan bentuk yang sesuai dengan teori. tapi jangan lupa rangkaiannya di pasang didalam box bekas switch dseq atau 22k agar hasilnya bagus.

skema divider sederhana adalah seperti berikut:

Skema divider sederhana

sedangkan divider yang lebih baik atau yang sesuai dengan produk dipasaran adalah seperti ini:

divider sesuai dengan yang dipasaran

kalau kita amati gambar yang dibawah, maka akan terlihat kalau jalur/jalannya sinyal akan lebih baik tanpa terganngu tegangan yang naik keatas. untuk lilitan kawat akan lebih baik lagi kalau kumparan dililitkan pada logam ferit.

v  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.

B. Jenis Jenis Power Divider (Pembagi Daya)

Pembagi daya terdiri dari  dua jenis, namun emiliki tujuan atau fungsi yang sama, yaitu untuk membagi daya atau energy dengan amplitude, dan phase yang sama anatara port yang satu, dengan port yang lainnya.

Jenis jenis pembagi daya tersebut antara lain adalah :

a)    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).

Keuntungan dari power divider jenis ini adalah adanya resistor yang 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. Sepertiinsertion loss dan nilai isolasi power divider/combiner akan berbeda berdasarkan frekuensi, dan nilainya akan menurun ketika frekuensi dinaikan.

Berikut merupakan karakteristik dari Power Divider Wilkinson :

v  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

b)    Resistive Power Divider

Reistive power divider adalah jenis power divider yang memiliki Resistansi pada setiap port-nya.  Cara mudah untuk membuat Resistive Power Divider adalah dengan memanfaatkan elemen resistif sederhana. Penggunaan resistor dalam divider resistif memungkinkan sistem impedansi karakteristik yang akan dipertahankan dan juga memungkinkan sinyal untuk dibagi atau digabungkan dengan nilai yang sama dan seimbang antar port.

Resistive power divider sering juga disebut sebagai Power Divider tippe Star, dimana semua resistor dihubungkan seri ke tengah star power divider, dengan nilai :

Resistor R (ohm) = karakteristik impedansi / 3

Power divider ini juga mampu memberikan matching impedansi yang akurat melalui band width frekuensi yang tersedia.

Format Star resistif power divider

Dalam contoh ini hambatan dari resistor adalah sama dengan yang ada pada impedansi karakteristik dari sistem RF.Dengan bentuk-bentuk sederhana resistif pembagi daya atau divider, port dapat digunakan sebagai input, dan port yang tersisa digunakan sebagai output. Output dari Resistive power divider adalah 6 dB lebih rendah daripada tingkat input, 3 dB kerugian tambahan yang terjadi selama pengurangan tingkat 3 dB yang akan dialami jika trafo ideal berdasarkan "hybrid" divider digunakan yang dikeluarkan tanpa kerugian disipatif.

Titik selanjutnya yang perlu diketahui tentang bentuk resistif pembagi daya / divider adalah bahwa ada 6 dB isolasi antara port. Hal ini dapat diantisipasi dari fakta bahwa hilangnya sinyal input juga 6 dB.

Dalam Resistive power divider, terdapat satu jenis pembagi tegangan, yaitu pembagi tegangan tipe N-1, yang dapat digunakan untuk menggabungkan (combiner), dan juga membagi power.

Dengan menggunakan N-1 power divider, maka dapat dibuat pembagi daya resistif yang memiliki sejumlah port. Pengurangan daya dalam jenis power divider ini jelas akan lebih besar, tetapi dalam banyak kasus, hal ini memungkinkan untuk menoleransi peningkatan kerugian. Desain yang paling sederhana didasarkan pada konfigurasi pembagi kekuatan star. Hal ini dibuat dengan hanya menghubungkan lebih banyak resistor dan port ke titik star.

Untuk sejumlah output, akan ada port N - port tambahan yang diperlukan untuk input. Pembagi daya resistif atau kekuasaan divider / combiners mudah untuk menerapkan dan menggunakan ketentuan bahwa kerugian resistif dapat ditampung. Mereka menawarkan kinerja wideband dan mereka yang murah dan mudah diimplementasikan dan faktor-faktor ini membuat mereka sangat menarik untuk banyak aplikasi.

Pada resistive power divider, kedua signal output lebih rendah 6dB daripada signal input, dan se-phase. Extra 3 dB path loss pada divider ini disebabkan oleh extra voltage drops pada resistor 16.7 ohm. Akan tetapi, return loss-nya semakin tinggi dengan semakin naiknya frekuensi.

Berikut ini merupakan karakteristik dari Power Divider atau Pembagi Daya tipe Resisitive :

      Keuntungan, dan Kekurangan Resistive Power Divider

Seperti bisa dibayangkan, bahwa resistif  power divider dan combiners memiliki sejumlah kelebihan dan kekurangan. Ini perlu dipertimbangkan ketika memutuskan apa bentuk divider / combiner untuk digunakan pada peralatan.

v  Keuntungan

• Kesederhanaan: A resistif divider / combiner sangat sederhana, yang terdiri dari hanya resistor. Mereka dapat dibuat sangat mudah dalam sirkuit membutuhkan sedikit desain dan persiapan.

• Biaya: Menjadi terbuat dari hanya resistor, biaya Combiner resistif / divider sangat rendah.

• Frekuensi respon: Asalkan resistor yang cocok dan teknik konstruksi yang digunakan, respon frekuensi dapat memperpanjang rentang frekuensi yang luas.

v  Kekurangan

• Loss: Menggunakan resistor, daya hilang melalui atas penurunan tingkat daya yang dihasilkan dari pembagian kekuasaan antara beberapa output dalam divider.

C. Perbedaan Willkinson power Divider, dan Resistive power divider

Untuk power divider tipe Willkinson, dan Resistive, memiliki perbedaan antara yang satu, dengan yang lainnya. Perbedaan atau perbandingan tersebut dapat dirangkum sebagai berikut :

Perbedaan atau perbandingan Willkinson Power Divider, dengan Resistive Power Divider

D. Cara membuat Power Divider

Untuk membuat sebuah Power divider sedarhana, maka dapat dibuat dengan menggunakan perhitungan sebagai berikut :

Pertama, hitunglah panjang gelombang, dengan menggunakan rumus : λ: dimana :F adalah frekuensi dalam Hz, C adalah cepat rambat gelombang di udara (3×10⁸)m/s, λ= panjang gelombang dalam meter,

Maka : λ =C/F
sehingga perhitungan untuk panjang gelombang (λ) di frequensi 100 MHz maka:
                                               λ= = 3Meter.
Jika power devider mempunyai impedansi input (Zin), impedansi penampang (Zc), impedansi Output (Zout) dan jumlah output (n) maka persamaan yang digunakan:

Dengan hasil perhitungan diatas, maka ilustrasi gambarnya adalah :

Jadi, apabila Power Divider yang akan dibuat adalah Power Divider antena dengan daya rendah untuk 4 antena kita menghitung untuk impedansi penampang (Zc) adalah 25. Sehingga dapat dibuat dengan menggunakan kabel coaxial 50 Ohm, yang diparalelkan seperti gambar di atas dengan panjang 1/4 λ. untuk menghitung PD pada frekuensi 100 MHz adalah λ=3 1/4 λ = 0,75 Meter

Dalam pembuatan Power Divider, sangat penting untuk melihat faktor velocity dari tiap-tiap kabel karena memiliki nilai yang berbeda. Apabila menggunakan kabel RG 8 dengan Velocity 0,8Jadi untuk panjang Power Divider menjadi:

1/4 λ = 0,75 Meter * 0,8 = 0,6 Meter atau 60 CM

Kabel RG 8