Hybrid Coupler

Hybrid coupler memiliki beberapa desain, ada yang menggunakan waveguides, dan adapula yang menggunakan mikrostrip/stripline. Jenis hybrid coupler yang menggunakan waveguides antara lain Bethe-Hole Coupler, Two-Hole Couplers, dan Schwinger Reversed-Phase Coupler. Sedangkan jenis hybrid coupler yang menggunakan microstrip/stripline adalah Coupled-Line Directional Couplers, Lange Directional Coupler, Hybrid Ring, dan Branch-Line Hybrid Coupler. Berikut penjelasan hybrid coupler yang menggunakan microstrip/stripline.


a. Coupled-Line Directional Couplers


Ketika terdapat dua saluran transmisi yang unshielded yang berdekatan, daya dapat dikopel diantara saluran tersebut, karena adanya interaksi medan elektromagnetik. Saluran yang dihubungkan itu disebut sebagai coupled transmission lines, dan biasanya terdiri dari tiga konduktor yang berdekatan. Berikut gambar desain Coupled-Line Directional Couplers .



Coupled-LineDirectional Couplers Sebagai contoh penggunaan coupled-line directional coupler untuk pengukuran daya datang dan daya pantul, adalah 20 dB, artinya bila pada port 1 kita hubungkan sebuah sumber 0 dBm (1 mW) daya ini akan dikopel ke port 3 sebesar – 20 dB (10–2 kali), yaitu – 20 dBm. Gambar 2.1 memperlihatkan setup directional coupler untuk mengukur daya datang dan daya pantul. Generator dengan impedansi Z0 dipasang pada port 1 bedan yang tidak diketahui, Z, pada port 2, sedangkan port 3 dan port 4 diterminasi dengan beban yang sesuai dengan impedansi kopler, Z0, agar daya yang datang pada port-port ini seluruhnya diserap. Bila daya masukan dari generator pada port 1 adalah P 1% akan dikopel ke port 3 dan 99% menjadi daya yang datang ke beban, P = 99%P.Bila Z ≠ Z, sebagian daya yang datang ini akan dipantulkan sebesar P0 yang 1% nya dikopel ke port 4 dan dikembalikan ke sumber sebesar 99%..



b. Lange Directional Coupler


Secara umum, kopling pada coupled line coupler mengalami ketidaktepatan untuk memenuhi nilai faktor kopling 3 dB atau 6 dB. Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan menambahkan kopling diantara sisi coupled line dengan menggunakan beberapa lines parallel, sehingga fringing fields pada kedua sisi dapat memberikan kontribusi untuk kopling. Hal ini dapat diimplementasikan pada directional coupler jenis Lange Directional Coupler, seperti terlihat pada gambar 2.2








Kopler ini dapat dengan mudah mendapatkan nilai 3 dB coupling ratio, dengan bandwidth yang lebar. Selain itu, beda fasa antara kedua output (output dan coupled) adalah 90° sehingga disebut juga tipe quadrature coupler. Namun ada beberapa kekurangan dari kopler ini, antara lain jalur (lines) sangat sempit sehingga seperti terlihat menyatu (berhimpitan), dan kopler ini sulit dalam hal fabrikasi yang menggunakan kawat untuk menghubungkan antar lines.


c. Hybrid Ring


Hybrid Ring atau disebut juga rat-race merupakan jenis directional coupler dengan beda fasa 180° antara kedua port output. Sinyal masuk pada port 1, kemudian dibagi ke port 2 dan 3 sebagai keluaran dan port 4 sebagai port isolasi. Jika input diposisikan pada port 4, maka sinyal akan dibagi sama besar pada port 2 dan 3 dengan beda fasa 180°, dan port 1 menjadi port isolasi.



pada hybrid ring ini dibatasi oleh frekuensi yang tergantung oleh panjangnya lingkaran. Peningkatan bandwidth didapatkan dengan tambahan pada beberapa bagian circuit atau lingkaran yang simetri. 2.1.4 Branch-Line Hybrid Coupler Branch-Line Hybrid Coupler disebut juga Quadratue Hybrids dengan beda fasa 90° pada port output dan coupled. Hybrid tipe ini sangat mudah direalisasikan dengan menggunakan mikrostrip atau stripline dengan tujuan mendapatkan nilai kopling 3 dB. Branch-Line Hybrid Coupler dapat dilihat pada gambar dibawah.Kopler hibrid adalah jenis passive device yang terdiri dari empat port, yaitu port 1 digunakan sebagai port gelombang yang masuk (port input), port 2 sebagai output, port 3 adalah port untuk mengkopling (coupled port), dan port 4 digunakan sebagai isolation port.






Prinsip kerja kopler Branch-Line Hibrid, yaitu output [S21] dan kopling [S31] memiliki nilai -3dB, masing-masing nilai ini di dapat dengan mengatur panjang impedansi tiap saluran yang berbeda-beda. Beda fasa 90o tergantung dari panjang λ/4, pada saat [S21] panjangnya λ/4 dan saat di [S31] panjangnya 2λ/4 jadi selisih antara [S21] dan [S31] adalah λ/4 yaitu sama dengan 90o. Untuk isolasi pada rangkaian di atas memiliki beda fasa 180o yaitu saat [S41] panjangnya λ/4 dan saat dari port 1,menuju port2, dan menuju port3 dan terakhir ke port4 memiliki panjang 3λ/4 jadi memiliki selisih 2λ/4 atau 180o sehingga saling menghilangkanjadi idealnya isolasi adalah 0, cara mendapatkan isolasi yang ideal dengan pengaturan panjang impedansi dan λ/4 karena tiap saluran memiliki panjang yang berbeda-beda