wave guide

1

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang Masalah

Seiring dengan perkembangan zaman, semakin bertambah teknologi yang dihasilkan. Untuk menghasilkan suatu teknologi, tentunya harus menggunakan saluran transmisi dalam teknologi tersebut karena saluran transmisi merupakan suatu hal yang penting dalam menggunakan teknologi ters ebut walaupun hanya sedikit menggunakan saluran transmisi. Saluran transmisi merupakan suatu media yang digunakan untuk mengirim energi listrik dari satu titik ke titik lain dalam suatu rangkaian listrik. Ada beberapa saluran transmisi yang digunakan secara umum pada saat ini seperti two wire line, line, kabel koaksial, balanced shielded line, mikrostrip dan bumbung gelombang ( waveguide).

1.2.

Landasan Teori

Bahwa bagian dari spektrum elektromagnetik yang jatuh antara 1000 MHz dan 100.000 MHz disebut sebagai wilayah microwave. Sebelum membahas  prinsip-prinsip dan aplikasi frekuensi gelombang mikro, arti dari istilah microwave seperti yang digunakan dalam modul ini harus ditetapkan. Di  permukaan, definisi dari microwave akan tampak sederhana karena, dalam elektronik, awalan "mikro" biasanya berarti sepersejuta bagian dari suatu unit. Mikro juga berarti kecil, yang merupakan istilah relatif, dan digunakan dalam  pengertian itu dalam modul ini. Microwave adalah adala h istilah yang diterapkan secara longgar untuk mengidentifikasi gelombang elektromagnetik di atas di frekuensi 1000 megahertz karena fisik pendek panjang gelombang frekuensi tersebut. Energi gelombang pendek menawarkan keuntungan yang berbeda dalam banyak  aplikasi.

Sebagai

contoh,

excellent

directivity

dapat

diperoleh

dengan

menggunakan antena relatif kecil dan pemancar berdaya rendah. Fitur-fitur ini sangat ideal untuk digunakan baik dalam militer dan sipil radar dan aplikasi komunikasi. Antena kecil dan komponen kecil lainnya dimungkinkan oleh frekuensi gelombang mikro aplikasi. Ini merupakan

2

 pertimbangan penting dalam perencanaan peralatan kapal dimana ruang dan berat  badan merupakan masalah utama. Penggunaan frekuensi microwave sangat  penting dalam desain kapal radar karena memungkinkan pendeteksian target yang lebih kecil. Frekuensi microwave sekarang masalah-masalah khusus dalam transmisi, generasi, dan desain sirkuit yang tidak ditemui pada frekuensi yang lebih rendah. Teori rangkaian konvensional didasarkan pada tegangan dan arus sementara teori gelombang mikro didasarkan pada medan elektromagnetik. Konsep interaksi medan elektromagnetik tidak sepenuhnya baru, karena medan elektromagnetik  yang membentuk dasar dari semua teori antena. Namun, banyak mahasiswa elektronik

menemukan

teori

medan

elektromagnetik

sangat

sulit

untuk 

memvisualisasikan dan memahami. Modul ini akan menyajikan prinsip-prinsip teori gelombang mikro yang paling sederhana mungkin, tetapi banyak konsep masih agak sulit untuk benar-benar memahami. Oleh karena itu, Anda harus menyadari bahwa modul ini akan memerlukan studi yang sangat berhati-hati bagi Anda untuk benar memahami teori microwave.

3

BAB 2 PEMBAHASAN

2.1.

Pengertian Waveguide

Waveguide adalah saluran tunggal yang berfungsi untuk menghantarkan gelombang elektromagnetik (microwave) dengan frekuensi 300 MHz  – 300 GHz. Dalam kenyataannya, waveguide merupakan media transmisi yang berfungsi memandu gelombang pada arah tertentu. Secara umum waveguide dibagi menjadi tiga yaitu, yang pertama adalah  Rectanguler Waveguide (waveguide dengan  penampang persegi) dan yang kedua adalah Circular  Waveguide (waveguide dengan penampang lingkaran), dan  Ellips Waveguide (waveguide dengan  penampang ellips) seperti di tunjukkan pada Gambar 1.1.

Gambar 2.1 Jenis Waveguide

4









Rectangular waveguides : digunakan untuk aplikasi gelombang mikro Circular waveguides : mempunyai capability yang lebih tinggi dari rectangular waveguides Dielectric waveguisdes : mempunyai loss yang lebih kecil daripada metallic waveguides atau pada nomor 1 dan 2 pada saat frekuensi tinggi Fiber optic : mempunyai bandwitch yang luarbiasa keuntungannya daripada metallic waveguides

Dalam waveguide diatas mempunyai dua karakteristik penting, yaitu : 1. Frekuensi cut off, yang ditentukan oleh dimensi waveguide. 2. Mode gelombang yang ditransmisikan, yang memperlihatkan ada tidaknya medan listrik atau medan magnet pada arah rambat.

Faktor-faktor dalam pemilihan waveguide sebagai saluran transmisi antara lain : 1.  Band frekuensi kerja, tergantung pada dimensi. 2. Transmisi daya, tergantung pada bahan. 3. Rugi-rugi transmisi, tergantung mode yang digunakan

Pemilihan waveguide sebagai pencatu karena pada frekuensi diatas 1 GHz,  baik kabel pair, kawat sejajar, maupun kabel koaksial sudah tidak efektif lagi sebagai media transmisi gelombang \elektromagnetik. Selain efek radiasinya yang  besar, redamannya juga semakin besar. Pada frekuensi tersebut, saluran transmisi yang layak sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik ( microwave) adalah waveguide.

Waveguide merupakan konduktor logam (biasanya terbuat dari brass atau aluminium) yang berongga didalamnya, yang pada umumnya mempunyai  penampang berbentuk persegi (rectanguler waveguide) atau lingkaran (circular  waveguide). Saluran ini digunakan sebagai pemandu gelombang dari uatu sub sistem ke sub sistem yang lain. Pada umumnya didalam waveguide  berisi udara, yang mempunyai karakteristik mendekati ruang bebas. Sehingga  pada waveguide persegi medan

5

listrik E harus ada dalam waveguide  pada saat yang bersamaan harus nol di  permukaan dinding waveguide dan tegak lurus. Sedangkan medan H juga harus sejajar di setiap permukaan dinding waveguide.

2.2.

Karakteristik Waveguide

Karakterik dari waveguide dapat dilihat pada grafik dibawah ini :

Gambar 1.2 Karakteristik umum waveguide

Gambar 2.1 dapat dilihat bahwa frekuensi kerja berada di antara fmin dan fmax, band  frekuensi kerja : ω > ωc atau λ < λc. Selain itu waveguide  juga memiliki karakteristik yang penting yaitu frekuensi cut off dan mode gelombang yang ditransmisikan.

2.3.

Waveguide Silinder

Sekarang kita akan mempertimbangkan suatu propagasi gelombang didalam suatu  pipa berongga dengan penampang lintang lingkaran atau silinder. Didalam  pemecahan tentang bentuk yang silinder ini, dapat kita ikuti cara-cara pemecahan  pada bentuk koordinat persegi (rectangular ), meskipun dalam hal ini akan kita  pilih koordinat yang lain, yaitu koordinat silinder (cylindrical ), karena akan memberikan pemecahan yang lebih sederhana, seperti gambar 1.3.

6

Gambar 1.3 Sistem koordinat silinder 

2.4.

Distribusi Medan Waveguide Lingkaran

Distribusi medan untuk mode-mode dari waveguide lingkaran ditunjukkan oleh gambar 1.4, Mode TE11 adalah mode yang paling sederhana yang mungkin dapat terjadi pada mode TE untuk waveguide silinder.

Gambar 1.4 Distribusi medan untuk TE11 mode

7

2.5.

Dominan Mode Waveguide Silinder

Dapat kita lihat dari gambar 2.4, bahwa dominan mode untuk  waveguide silinder adalah mode TE11, yang seringkali digunakan dalam praktek. Distribusi medan dari dominan mode ini dapat dilihat pada gambar 2.5. Perlu dicatat bahwa mode ini pada dasarnya sama dengan mode TE10 dari waveguide persegi. Apabila kita lihat kembali distribusi medan TE10 pada waveguide persegi, maka distribusi medan TE11 pada waveguide silinder ini memepunyai banyak kesamaan. Distribusi medan TE11 pada waveguide silinder dapat dibayangkan sebagai distribusi medan TE10 pada waveguide persegi yang secara berangsur mengalami  pembelokkan dalam rangka menyesuaikan bentuk waveguide yang silinder ini. Sehingga, suatu bentuk  waveguide  persegi yang berubah bentuk dari bentuk  aslinya tanpa mengalami suatu perubahan pada salah satu frekuensi cut-off -nya atau konfigurasi medannya. Ini berarti bahwa dalam hal pembuatan bend  atau twist tidak memerlukan pemberian toleransi yang besar selama hal ini tidak terjadi secara berangsur-angsur. Hasil-hasil untuk mode TMmn dapat dibuat persamaan sebagai berikut :

8

2.6.



RECTANGULAR WAVEGUIDES Dimension axb . Dimensi a untuk menentukan range frekuensi yang dominant,orde yang paling rendah,dan mode perambatannya . Jika semakin tinggi orde maka semakin tinggi attenuasi dan akan menyulitkan untuk mengextract . Dimensi b mempengaruhi attenuasi juga . Semakin kecil b maka atteunasi semakin kecil . Jadi ideal nya b = a/2

9









2.7.



Waveguide menyuplai TE dan TM modes . Pada TE mode , medan listrik  merambat tegak lurus pada arah perambatan gelombang . Pada TM mode, medan magnet merambat tegak lurus pada arah perambatan gelombang Mode order mengacu pada configurasi dari subskrib TE dan TM mode M subskript mengacu pada gelombang arah x atau angka pertama dan n subskript mengacu pada gelombang pada arah y M dan n digunakan untuk menentukan frekuensi cutoff 

Wave Propagation

Kita akan mencapai pengertian dari sebuah perambatan gelombang pada waveguide dengan menganggap gelombang sebagai superposisi dari sepasang gelombang TEM

10







Pada gambar A memperlihatkan gelombang TEM merambat pada arah z,sedangkan pada gambar b memperlihatkan gelombang . Gelombang merambat pada arah z dengan kecepatan u , garis yang tebal sebagai medan maximum(E+) dan garis bisa sebagai medan minimum (E-)

Untuk melihat sepasang gelombang TEM kita memisalkan dalm u+ dan uKita tahu bahwa pada konduktor sempurna E=0 maka kita mengganti dengan garis horizontal medan nol dengan dinding konduksi yang sempurna sehingga u+ dan u- direfleksikan pada dinding sebagai  perambatannya

11

Waveguide Impedance

2.8.





Merupakan rasio dari transverse electric field (TE) dengan transverse magnetic field (TM) untuk sebuah mode perambatan pada frekuensi tertentu. Atau disebut juga transverse wave impedance . Untuk mode TE tertentu , waveguide impedance dinyatakan dengan  persamaan:

Dimana ��u adalah impedansi intrinsik media  perambatan. Di udara, ��u = ��o= 120 ����.



Untuk mode TE tertentu:

12

BAB 3 PENUTUP

3.1. Kesimpulan dan Saran



Waveguide memungkinkan untuk menyuplai perambatan gelombang dibawah frekuensi tertentu atau yang dinamai frekuensi cutoff 



Waveguides adalah cara yang paling efisien untuk mentransfer energi elektromagnetik. Dasarnya koaksial WAVEGUIDES baris tanpa pusat konduktor. Mereka dibangun dari bahan konduktif dan bisa persegi  panjang, lingkaran, atau elips dalam bentuk 



Berikut jenis waveguides secara umum 1.Rectangular waveguides 2.Circular waveguides 3.Dielectric slab waveguides 4.Fiber optic waveguides

13

DAFTAR PUSTAKA

1. http://home.cvc.org/microwaves 2. http://www.colorado.edu/physics/2000/microwaves/mwintro.html 3. http://en.wikipedia.org/wiki/waveguide 4. http://home.howstuffworks.com/microwave.htm 5. http://www.scribd.com/document_downloads/direct/53577633