Stabilitas Frekuensi Resonansi dan Daya Luaran  Dielectric Resonator Oscillator berbasis Keramik TiO₂ Rutil untuk Aplikasi Sistem RADAR pada C-Band

Stability of Resonant Frequency and Output Power of a TiO2  Rutile Ceramic Based Dielectric Resonator Oscillator for C-Band Radar System Applications

TiO₂ rutil merupakan material anorganik yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi salah satunya sebagai material dielektrik. TiO₂ rutil banyak dilaporkan mengenai sifat dielektriknya, tetapi penelitian mengenai karakteristik DRO masih sulit ditemukan. Penelitian ini berhasil memfabrikasi TiO₂ rutil berdiameter 12 mm disinter pada suhu 1000 °C selama 4, 6, dan 8 jam. Tujuannya adalah menganalisis struktur, mikrostruktur, permitivitas relatif (ε_r), dan karakteristik DRO (frekuensi resonansi dan daya luaran) berdasarkan hasil karakterisasi XRD, SEM-EDX, densitas, Vector Network Analyzer, dan Spectrum Analyzer. Karakterisasi XRD menunjukkan ketiga keramik menghasilkan fasa tunggal TiO₂ rutil. Parameter kisi dan volume sel satuan menurun dari 4 jam ke 6 jam dan meningkat dari 6 jam ke 8 jam. Namun, perubahan tersebut masih berada pada nilai yang sama didukung dengan data pergeseran posisi atom. Fenomena pelebaran puncak terjadi seiring bertambahnya waktu tahan sinter dikarenakan adanya microstrain dan ukuran kristalit yang kecil. Morfologi SEM menunjukkan lebih padat dengan naiknya waktu tahan sinter. Densitas ketiga keramik memiliki nilai sama yaitu 4,2 g/cm³. Hasil EDX mengidentifikasi unsur-unsur dari bahan awal yaitu Ti dan O. Nilai ε_r ketiganya sama yaitu 20,283 pada 4-6 GHz. Karakteristik DRO menunjukkan frekuensi resonansi ketiga keramik stabil 4,1 GHz (C-band) dengan daya luaran negatif akibat ketidakcocokan impedansi material dan osilator. Dengan demikian, penelitian ini merupakan kajian awal pemanfaatan keramik TiO₂ rutil sebagai resonator DRO pada sistem radar C-band.

Kata Kunci: Keramik TiO₂ rutil; material dielektrik; DRO; frekuensi resonansi

Rutile TiO₂ is an inorganic material widely used in various applications, including as a dielectric material. Although its dielectric properties have been extensively reported, studies on its application in dielectric resonator oscillators (DRO) remain limited. In this study, rutile TiO₂ ceramics with a diameter of 12 mm were fabricated and sintered at 1000 °C for 4, 6, and 8 hours. The aim was to analyze the structure, microstructure, relative permittivity (ε_r), and DRO characteristics (resonant frequency and output power) through XRD, SEM-EDX, density measurements, Vector Network Analyzer, and spectrum analyzer. XRD results confirmed the formation of a single-phase rutile TiO₂ in all samples. The lattice parameters and unit cell volumes decreased from 4 to 6 hours of sintering and increased from 6 to 8 hours, although the changes remained within a comparable range, supported by atomic position shifts. Peak broadening occurred with longer sintering time due to microstrain and reduced crystallite size. SEM analysis showed a denser microstructure with increased sintering duration. All samples exhibited the same density of 4.2 g/cm³. EDX confirmed the presence of Ti and O elements. The relative permittivity (ε_r) was consistent across all samples at 20.283 within the 4–6 GHz frequency range. DRO testing showed stable resonant frequencies at 4.1 GHz (C-band), while negative output power was observed due to impedance mismatch between the material and oscillator. This study provides an initial investigation into the potential use of rutile TiO₂ ceramics as DRO resonators for C-band radar system applications.

Keywords: Rutile TiO₂ ceramics; dielectric material; DRO; resonance frequency