Teori Gelombang Mikro

Yuli Kurnia Ningsih

Bahan Ajar

Pendahuluan

Saluran transmisi gelombang mikro

Transformasi impedansi untuk kesepadanan

(matching)

S- Parameter

Perangkat pasif gelombang mikro:

Coupler

Filter

Mixer

Aplikasi gelombang mikro

Pengukuran gelombang mikro

Buku Ajar

1.Pozar,D.M.Microwave Engineering. JohnWiley & Sons, 2nd ed., NewYork, 1998.

2. Collin, R.E. Foundation for Microwave

Engineering, 2-nd Edition, Mc Graw Hill

International Edition. 1992

3. Das Annapura, Microwave ,2nd Edition,

Enginnering,Mc Graw Hill, 2009

GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

Apa itu 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

Magnetic

field

variation

Electric field

variation

A single-frequency electromagnetic

wave exhibits a sinusoidal variation of

electric and magnetic fields in space

Source : HyperPhysics/Hyperphysics/Hyperphysics/hyperphysics.phy-

astr.gsu.edu/hbase/waves/emwavecon.html#c1

Electromagnetic waves transport

energy through empty space, stored in

the propagating electric and magnetic

fileds

Magnetic field

variation is

perpendicular

to electric

field

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 merambatsaling tegak lurus

Ciri-ciri GEM1. Tidak membutuhkan medium dalam perambatannya

2. Merambat menurut garis lurus

3. Tidak menyimpang dalam medan magnet dan medan listrik

4. Merambat ke segala arah dengan kecepatan yang sama

5. Kecepatan gelombang elektromagnetik di ruang hampa

dirumuskan oleh persamaan :

c= 3 x 108 m/s sbg cepat rambat GEM

o=4 x 10-7 Wb/(A.m) permeabilitas ruang hampa (vakum)

o =permitivitas ruang hampa (vakum) = 8,85 x 10-12

C2/(N.m2)

oo

1

c

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)

Diffraksi gelombang yang melewati suatu penghalang, misalnya celah maka gelombang itu akan dilenturkan. Semakin sempit celah, maka pola

diffraksi yang dihasilkan akan mudah diamati

Interferensi dua gelombang atau lebih saling berpadu / bersuposisi sehingga menghasilkan pola interferensi maksimum dan minimum

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

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.

Manfaat GEM

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.

E E E E

B B B B

Ilustrasi perambatan gem

Arah rambatan

Kebenaran Hipotesa Maxwell

tentang adanya gelombang

elektromagnetik pada

akhirnya dibuktikan oleh

Heinrich Hertz

Sketsa gelombang elektromagnetik

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik1. 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

fc

fhE

chE

c : cepat rambat GEM

f : frekuensi

: panjang gelombang

h : 6,6x10-34 J .s tetapan PlanckE : 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 elektronterluar atau dari termal matahari dgn suhu > 6000 K

Sinar-X : Panjang gel. 0,01 nm-10nm, transisi elektronyang lebih dalam atau partikel diperlambat

Sinar Gamma : Panjang gel < 10pm, transisi inti atom atau peluruhan radioaktif

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 RANGE FREKUENSI

L 1.0 1.5 GHz

S 1.5 3.9 GHz

C 3.9 8.0 GHz

X 8.0 12.5 GHz

Ku 12.5 18.0 GHz

K 18.0 26.5 GHz

Ka 26.5 40.0 GHz

V 40.0 80.0 GHz

N 80.0 170.0 GHz

A > 170 GHz