Teori Gelombang Mikro
Yuli Kurnia Ningsih
Bahan Ajar
Pendahuluan Saluran transmisi gelombang mikro Transformasi impedansi untuk kesepadanan (matching) Perangkat pasif gelombang mikro:
Coupler Filter Mixer
Aplikasi gelombang mikro Implementasi gelombang mikro pada sistem komunikasi (Microwave link design) Pengukuran gelombang mikro
Buku Ajar 1.Pozar,D.M.Microwave
Engineering. Wiley & Sons, 2nd ed., NewYork, 1998.
John
2. Collin, R.E. Foundation for Microwave Engineering, 2-nd Edition, Mc Graw Hill International Edition. 1992 3. Das Annapura, Microwave Enginnering,Mc Graw Hill, 2009
,2nd
Edition,
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Definisi gelombang Gelombang adalah getaran yang merambat Apakah dalam perambatannya perlu medium/zat perantara ? Tidak harus ! Berdasarkan ada/tidak adanya medium : 1. Gelombang Mekanik perlu medium 2. Gelombang Elektromagnetik
ELECTROMAGNETIC WAVES Electromagnetic waves transport energy through empty space, stored in the propagating electric and magnetic fileds
Magnetic field variation is perpendicular to electric field
Electric field variation
Magnetic field variation
A single-frequency electromagnetic wave exhibits a sinusoidal variation of electric and magnetic fields in space Source : HyperPhysics/Hyperphysics/Hyperphysics/hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/waves/emwavecon.html#c1
Apakah Gelombang Elektromagnetik ??
Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium
PENGERTIAN GEM
Gelombang elektromagnetik (GEM) adalah gelombang yang terjadi akibat interaksi/perpaduan antara medan magnet dan medan listrik Medan magnet dan medan listrik merambat saling tegak lurus
Ciri-ciri GEM 1. 2. 3. 4. 5.
Tidak membutuhkan medium dalam perambatannya Merambat menurut garis lurus Tidak menyimpang dalam medan magnet dan medan listrik Merambat ke segala arah dengan kecepatan yang sama Kecepatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa dirumuskan oleh persamaan :
c c= 3 x
108
1
o o
m/s sbg cepat rambat GEM µo=4π x 10-7 Wb/(A.m) permeabilitas ruang hampa (vakum) εo =permitivitas ruang hampa (vakum) = 8,85 x 10-12 C2/(N.m2)
6. Merupakan gelombang transversal, karena simpangannya tegak lurus arah rambatannya 7. Mengalami pemantulan (refleksi) 8. Mengalami pembiasan (refraksi) 9. Mengalami perpaduan (interferensi) 10. Mengalami lenturan (difraksi) 11. Mengalami pengkutuban (polarisasi) Interferensi dua gelombang atau lebih saling berpadu / bersuposisi sehingga menghasilkan pola interferensi maksimum dan minimum
Diffraksi gelombang yang melewati suatu penghalang, misalnya celah maka gelombang itu akan dilenturkan. Semakin sempit celah, maka pola diffraksi yang dihasilkan akan mudah diamati
Polarisasi cahaya alami (misalnya dari matahari) dimana arah getarannya ke segala arah, setelah melewati filter polarisasi (palaroid) maka arah getarnya menjadi ke satu arah/bidang/kutub saja
Manfaat GEM
1.
gelombang radio karena mempunyai panjang gelombang yang cukup panjang maka dapat dimanfaatkan untuk membawa isyarat bunyi dan gambar melalui jarak jauh
2.
gelombang televisi karena tidak dapat dipantulkan oleh lapisan atmosfer bumi maka diperlukan sebuah stasiun penghubung (relay) untuk menangkap siaran televisi yang dikirim dari jarak jauh.
3.
gelombang mikro digunakan untuk radar (Radio detection and ranging)
4.
sinar inframerah karena tidak banyak dihamburkan oleh partikel-partikel udara maka dengan menggunakan pelat film yang peka terhadap gelombang inframerah, pesawat udara yang terbang tinggi ataupun satelit dapat membuat foto / potret-potret permukaan bumi dengan gelombang inframerah.
Manfaat GEM
5.
cahaya tampak membantu penglihatan mata manusia
6.
sinar ultraviolet memungkinkan manusia untuk mendeteksi unsur-unsur dalam suatu bahan dengan tehnik spektroskopi.
7.
sinar X dapat dipakai dalam bidang kedokteran untuk mendeteksi keadaan organ-organ dalam tubuh misalnya menentukan tulang tubuh yang patah.
8.
sinar gamma karena memiliki daya tembus yang besar dapat digunakan untuk menembus pelat besi, dimanfaatkan dalam bidang kedokteran untuk membunuh sel kanker, sterilasasi alat-alat kedokteran, dalam industri sinar gamma dimanfaatkan untuk mendeteksi retakan pada pipa baja.
BAGAIMANA “GEM” TERJADI ???? Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell “ James Clark Maxwell ” dengan mengacu pada 3 fakta relasi antara listrik dan magnet yang sudah ditemukan :
a. percobaan Oersted yang berhasil membuktikan : arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya (jarum kompas menyimpang bila di dekatkan pada kawat yang dialiri arus listrik) b. percobaan Faraday yang berhasil mebuktikan batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet c. percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kuparan tersebut
Didasarkan pada penemuan Faraday “Perubahan Fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik” dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru : “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet” Hipotesa ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet.
Bila Hipotesa Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik akan mengakibatkan medan magnet yang juga berubah serta sebaliknya dan keadaan ini akan terus berulang. Medan magnet atau medan listrik yang muncul akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak (merambat) menjauhi tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan magnet inilah yang disebut sebagai gelombang elektromagnetik. Arah rambatan E
E
B
E
E
B
Ilustrasi perambatan gem
B
B
Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “ Heinrich Hertz”
Sketsa gelombang elektromagnetik
Sifat-sifat gelombang elektromagnetik 1. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium 2. merupakan gelombang transversal
3. tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik 4. dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi)
5. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus
SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Spektrum GEM
c f Eh f c Eh
c : cepat rambat GEM f : frekuensi λ : panjang gelombang h : 6,6x10-34 J .s tetapan Planck E : energi
Spektrum Elektromagnetik Gel. Radio : Panjang gel. lebih besar dari 1 m Gel. Mikro : Panjang gel. antara 1 mm sampai 1 m Gel. Inframerah : Panjang gel. 700 nm sampai 1000 nm (Radiasi termal) suhu 3 K – 3000 K atom/mol berubah energi dalam (vibrasi dan rotasinya) Cahaya tampak : Panjang gel. 400 nm – 700 nm, atom transisi dari energi tinggi ke rendah. Gel. UV : Panjang gel. 1 nm-400 nm, transisi elektron terluar atau dari termal matahari dgn suhu > 6000 K Sinar-X : Panjang gel. 0,01 nm-10nm, transisi elektron yang lebih dalam atau partikel diperlambat Sinar Gamma : Panjang gel < 10pm, transisi inti atom atau peluruhan radioaktif
GELOMBANG RADIO
GELOMBANG MIKRO
INFRA MERAH
CAHAYA TAMPAK
ULTRAVIOLET
SINAR - X
SINAR - GAMMA
pembagian band untuk komunikasi gelombang mikro yang digunakan dalam komunikasi satelit dan komunikasi teresterial. Pembagian band ini merupakan rekomendasi dari CCITT (Consultative Committee for
International Telephone & Telegraph BAND NAME L S C X Ku K Ka V N A
RANGE FREKUENSI 1.0 – 1.5 GHz 1.5 – 3.9 GHz 3.9 – 8.0 GHz 8.0 – 12.5 GHz 12.5 – 18.0 GHz 18.0 – 26.5 GHz 26.5 – 40.0 GHz 40.0 – 80.0 GHz 80.0 – 170.0 GHz > 170 GHz
