apa itu pandu Gelombang?

apa itu pandu gelombang?

Pandu gelombang adalah sebuah medium yang digunakan untuk memandu gelombang, seperti gelombang elektromagnetik atau gelombang suara. Pandu gelombang yang digunakan berbeda-beda disesuaikan dengan jenis gelombang yang akan dipandu. Pandu gelombang yang asli dan yang paling umum digunakan adalah pipa berongga yang terbuat dari logam yang konduktif yang digunakan untuk membawa gelombang radio berfrekuensi tinggi khususnya gelombang mikro (microwaves).

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