Pandu gelombang memiliki bentuk geometri yang
berbeda-beda yang dapat menahan energy dalam satu dimensi seperti pandu
gelombang yang berbentuk lempeng (slab waveguide) atau dalam dua dimensi
seperti dalam fiber atau channel waveguide. Selain itu, pandu gelombang yang
berbeda digunakan untuk memandu gelombang dengan frekuensi yang berbeda-beda;
contohnya fiber optic digunakan untuk memandu cahaya (frekuensi tinggi) dan
tidak memandu gelombang micro yang memiliki frekuensi yang lebih rendah dibandingkan
dengan cahaya tampak. Sebuah aturan yang harus diingat adalah lebar dari pandu
gelombang harus memiliki orde yang sama dengan besar dari panjang gelombang
yang akan dipandu.
Terdapat beberapa struktur dialam yang
bertindak sebagai pandu gelombang; contohnya sebuah lapisan di lautan yang
dapat memandu suara paus dalam jarak yang sangat jauh.
Gelombang-gelombang dalam ruang terbuka
dipropagasikan ke semua arah, seperti gelombang speris (bola). Dengan cara ini,
mereka akan kehilangan energinya sebanding dengan kuadrat jaraknya; oleh karena
itu pada jarak R dari sumber besar energinya adalah energy
sumber dibagi dengan R2. Pandu gelombang menahan
gelombang untuk dipropagasikan dalam satu dimensi, sehingga dalam kondisi ideal
gelombang tidak akan kehilangan energinya selama dipropagasikan.
Gelombang-gelombang dalam pandu gelombang
tertahan karena total refleksi dari dinding gelombang, sehingga propagasi dalam
pandu gelombang kira-kira dapat digambarkan seperti “zigzag” diantara
dinding-dinding pandu gelombang. Deskripsi ini tepat untuk gelombang
elektromagnetik dalam tabung berongga yang berbentuk persegi atau lingkaran.
Struktur pertama yang digunakan untuk memandu
gelombang diajukan oleh J.J. Thomson pada tahun 1893, dan telah diuji secara
eksperimen oleh O.J.Lodge pada tahun 1894. Analisis matematika dari gelombang
elektromagentik dalam logam silinder pertama kali dilakukan oleh Lord Rayleigh
pada tahun 1897. Untuk gelombang suara, Lord Rayleigh mempublikasikan analisis
matematikanya secara lengkap untuk mode propagasi dalam pekerjaan seminalnya
“The Theory of Sound”.
Penelitian mengenai pandu gelombang
dielektrik seperti fiber optic dimulai pada tahun 1920-an oleh beberapa
peneliti seperti Rayleigh, Sommerfeld, dan Debye. Fiber optic mulai mendapat
perhatian khusus pada tahun 1960-an karena kegunaannya dalam industry
telekomunikasi.
Penggunaan dari pandu gelombang untuk mentransmisikan
sinyal telah diketahui bahkan sebelum istilah tersebut diciptakan. Fenomena
dari gelombang suara yang dipandukan melalui kawat tegang (taut wire) telah
diketahui sejak lama, serta suara yang dipandukan melalui pipa berongga seperti
“cave” atau “medical stethoscope”. Penggunaan lain dari pandu gelombang adalah
mentransmisikan energy diantara komponen-komponen dari sebuah system seperti
peralatan radio, radar, tau optic. Pandu gelombang merupakan prinsip dasar dari
“guided wave testing (GWT)” yaitu salah satu dari banyak metode dari
“non-destructive evaluation”.
Contoh khusus:
· Fiber optic
mentransmisikan cahaya dan sinyal untuk jarak yang sangat jauh dan dengan laju
sinyal yang tinggi.
· Dalam sebuah oven
microwave, sebuah pandu gelombang mengarahkan energy dari magnetron dimana
gelombang-gelombang dibentuk dalam cooking chamber.
· Dalam sebuah radar, pandu
gelombang mengarahkan gelombang ke antenna, dimana dibutuhkan impedansi yang
sesuai agar transmisi energinya efisien.
· Sebuah pandu gelombang
yang disebut “stripline” dapat dibuat dalam sebuah “printed circuit board”, dan
digunkan untuk mentransmisikan sinyal gelombang mikro dalam sebuah papan. Pandu
gelombang jenis ini sangat mudah untuk di fabrikasi dan memiliki dimensi yang
kecil yang muat dengan “printed circuit board”.
· Pandu gelombang digunakan
dalam instrument ilmiah untuk mengukur sifat-sifat optic, akustik, dan elastic
dari sebuah material dan objek. Pandu gelombang dapat dihubungkan dengan sampel
dengan meletakkannya pada sampel seperti dalam “Medical Ultrasonography”.
Gelombang elektromagnetik yang dipropagasikan
sepanjang sumbu pandu gelombang dapat dijelaskan melalui persamaan gelombang
yang diturunkan dari persamaan Maxwell, dan dimana panjang gelombangnya
bergantung terhadap struktur dari pandu gelombang, dan material yang berada di
dalamnya (udara, plastic, vakum, dll), dan juga frekuensi dari
gelombangnya.Distribusi spasial dari medan listrik dan medan magent yang
bergantung waktu di dalam pandu gelombang bergantung terhadap kondisi pada
syarat batas yang ditetapkan oleh bentuk dan material dari pandu gelombang.
Kita anggap pandu gelombang terbuat dari bahan logam konduktor yang baik
sehingga dapat kita anggap sebagai konduktor yang sempurna. Hampir semua pandu
gelombang memiliki tembaga pada bagian dalamnya, ettapi bebebrapa diantaranya
bahkan dilapisi dengan perak atau emas pada bagian dalam (konduktor yang sangat
baik dan tahan terhadap korosi). Sekarang, kondisi pada syarat batasnya adalah
sebgai berikut:
· Gelombang elektromagentik
tidak melewati konduktor, melainkan direfleksikan
· Setiap medan listrik yang
menyentuh konduktor harus berada dalam posisi tegak lurus terhadap sumbu pansu
gelombang.
· Setiap medan magentik
yang berada dalam konduktor harus berada dalam posisi sejajar terhadap sumbu
pandu gelombang.
Kondisi syarat batas ini menghilangkan solusi
persamaan gelombang yang tak terbatas, salah satu yang tersisa merupakan solusi
yang paling mungkin untuk persamaan gelombang dalam pandu gelombang. Analisis
dari solusi yang tersisa pada gelombang elektromagnetik sangat matematis.
Mode propagasi dalam sebuah pandu gelombang
merupakan salah satu solusi dari persamaan gelombang, atau dengan kata lain
bentuk dari gelombangnya. Karena “constraint” dari kondisi batas, maka
frekuensi dan bentuk dari fungsi gelombang yang dapat di propagasikan dalam
pandu gelombang menjadi terbatas. Frekuensi terendah dalam mode tertentu yang
dapat di propagasikan disebut “cutoff frequency” dari mode tersebut. Mode
dengan “cutoff frequency” terendah merupakan mode dasar daripandu gelombang,
dan “cutoff frequency-nya” adalah “cutoff frequency” pandu gelombang.
DAFTAR PUSTAKA
- http://frillarenty.blogspot.com/2010/11/waveguide.html ( Di Akses Rabu, 15 Maret 2015, jam 21:27 )
Tidak ada komentar:
Posting Komentar