Name of presentation · Terjadi perambatan energi, gelombang berjalan dalam ... Grafik impedansi intrinsik untuk mode TE dan TM ... Contoh Soal. RECTANGULAR

1. WAVEGUIDE

ELEKTROMAGNETIK

TERAPAN

OUTLINE

1. Pendahuluan 2. Rectangular Waveguide 3. Circular Waveguide

PENDAHULUAN

Mode Propagasi

TE modes (Transverse Electric) have no electric field in the direction of propagation (Ez =0 and Hz ≠ 0)

TM modes (Transverse Magnetic) have no magnetic field in the direction of propagation (Ez ≠ 0 and Hz = 0)

TEM modes (Transverse Electro Magnetic) have no electric nor magnetic field in the direction of propagation (Ez =Hz = 0 )

Hybrid modes/Quasi_TEM have both electric and magnetic field components in the direction of propagation.

PENDAHULUAN

Jenis Waveguide

ellips

rectangular

sirkular

PENDAHULUAN

Karakteristik Waveguide

Waveguide tidak mendukung gelombang TEM karena konstruksinya tidak tersusun oleh 2 konduktor yang terpisah

Gelombang dalam waveguide akan berpropagasi dengan mode yang lebih tinggi yaitu mode TM (Transverse Magnetic) dan mode TE (Transverse Electric)

Cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi dan high power

PENDAHULUAN

Kelebihan Waveguide

Mode TE dan TM memiliki Bandwidth yang terbatas. Dalam kenyataanya gelombang tidak akan merambat pada mode TE dan TM pada frekuensi dibawah frekuensi cut off.

Mode TE dan TM bersifat dispersif. Artinya kecepatan phasa dari gelombang sangat tergantung dari frekuensi.

Bentuknya yang besar dan berat

Kekurangan Waveguide

Dapat menyalurkan power yang besar (orde Kilowatt)

Memiliki Loss yang sangat kecil

PENDAHULUAN

Aplikasi Waveguide

Waveguide biasanya digunakan untuk high frequency application dan high-power application, contohnya adalah high-power microwave transmitter

Meskipun tren teknologi menunjukkan kearah compact aplication yang mengakibatkan penggunaan waveguide sudah banyak diganti dengan planar teknologi (mikrostrip, stripline dsb), tetapi untuk aplikasi testing yang membutuhkan ketepatan tinggi (high precision) masih menggunakan waveguide.

PENDAHULUAN

Komponen – komponen Tambahan pada Aplikasi Waveguide

Waveguide termination

Waveguide Bend and twist

Coax to WG transition Attenuator

PENDAHULUAN

Mode Propagasi dalam Waveguide

y = b

x = a

x

y

, = 0

=

Mode Gelombang Dalam Waveguide Terdapat 2 kemungkinan konfigurasi medan dalam waveguide :

(1) Transverse Electric ( mode TE )

0,0 zz HEMedan listrik transversal terhadap sumbu bumbung gelombang

(2) Transverse Magnetic ( mode TM )

0,0 zz EHMedan magnet transversal terhadap sumbu bumbung gelombang

Mode Transverse Electromagnetic ( mode TEM ) TIDAK MUNGKIN ADA pada waveguide

z

r

r = a

PENDAHULUAN

Mode Propagasi dalam Waveguide

Mode-mode dalam waveguide seperti TEmn dan TMmn sebenarnya menggambarkan wive pattern yang terjadi pada wiveguide.

Subscript m merepresentasikan jumlah puncak sepanjang sumbu x dan Subscript n merepresentasikan jumlah puncak sepanjang sumbu y

Contoh : Mode TE10 berarti medan listrik berada pada bidang tranversal dan tidak ada komponen medan listrik pada arah propagasi gelombang, dan medan listrik berubah sepanjang sumbu x dengan 1 puncak, tetapi tidak berubah sepanjang sumbu y.

Mode mana yang akan dibangkitkan didalam waveguide tergantung dari frekuensi dan posisi pencatuan dari waveguide.

RECTANGULAR WAVEGUIDE

RWG MODE TMmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

z

2tcos

b

yncos

a

xmsinCE

mn

z

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

Atau

0

sinsin

z

zj

oz

H

eyb

nx

a

mEE

,3,2,1, nm


RWG MODE TMmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

z

2tsin

b

ynsin

a

xmcosC

a

m

hE

mn

2

mnx

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

Atau

zj

z

mn

xsmney

b

nx

a

mE

b

n

a

m

a

mj

E

sincos022

,3,2,1, nm


RWG MODE TMmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

z

2tsin

b

yncos

a

xmsinC

b

n

hE

mn

2

mny

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

Atau

zj

z

mn

ysmney

b

nx

a

mE

b

n

a

m

b

nj

E

cossin022

,3,2,1, nm


RWG MODE TMmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

z

2tsin

b

yncos

a

xmsinC

b

n

hH

mn

2x

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

Atau

zj

zxsmney

b

nx

a

mE

b

n

a

m

b

nj

H

cossin022

,3,2,1, nm


RWG MODE TMmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

z

2tsin

b

ynsin

a

xmcosC

a

m

hH

mn

2y

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

Atau

zj

zysmney

b

nx

a

mE

b

n

a

m

a

mj

H

sincos022

,3,2,1, nm


RWG MODE TEmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

0

coscos

z

zj

oz

E

eyb

nx

a

mHH

Atau

zj

zmneNycosMxcosCH

,3,2,1, nm


RWG MODE TEmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

zj

22xmneNysinMxcosC

NM

NjE

Atau

zj

zxsmney

b

nx

a

mH

b

n

a

m

b

nj

E

sincos022

,3,2,1, nm


RWG MODE TEmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

zj

22ymneNycosMxsinC

NM

MjE

Atau

zj

zysmney

b

nx

a

mH

b

n

a

m

a

mj

E

cossin022

,3,2,1, nm


RWG MODE TEmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

zj

22

mnx

mneNycosMxsinCNM

MjH

Atau

zj

z

mn

xsmney

b

nx

a

mH

b

n

a

m

b

mj

H

cossin022

,3,2,1, nm


RWG MODE TEmn

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by

C real , dan

h2 = M2 + N2

a

mM

b

nN

Persamaan medan

zj

22

mny

mneNysinMxcosCNM

NjH

Atau

zj

z

mn

ysmney

b

nx

a

mH

b

n

a

m

b

nj

H

sincos022

,3,2,1, nm

RECTANGULAR

WAVEGUIDE

Mode Perambatan GEM pada Rectangular Waveguide


μεωb

nπ

a

mπγ 2

22

Konstanta Propagasi

22

2

b

n

a

m

• Terjadi perambatan energi untuk,

22

2

mnb

n

a

mjj

• Tidak terjadi perambatan energi untuk,

22

2

b

n

a

m

2

22

mnb

n

a

m

Frequency Cuttoff

22

mn,COb

n

a

m

2

1f

mn,COops ff Terjadi perambatan energi, gelombang berjalan dalam waveguide

mn,COops ff Tidak terjadi perambatan energi, “mode evanescent”

ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by


ax

x

y

c

z

0,,

0x

0y by Kecepatan Phasa

Konstanta Phasa

2

op

mn,CO

mnf

f1

2

op

mn,CO

mn

f

f1

vv

2

op

mn,CO

mn,gf

f1vv

2

op

mn,CO

mn

f

f1

Panjang Gelombang

Group Velocity

2

op

mn,CO

imn,TMf

f1ZZ

2

op

mn,CO

imn,TE

f

f1

ZZ

Grafik impedansi intrinsik untuk mode TE dan TM

Impedansi Karakteristik

iZ

2

op

mn,c

mnf

f1F

“ Faktor mode “


Mode Terendah / Mode Dominan / Fundamental Mode

• Mode gelombang yang memiliki frekuensi cutoff paling rendah disebut sebagai mode dominan (mode terendah). Gelombang mode dominan memiliki daya/energi paling dominan diantara mode-mode lainnya

• Pada umumnya, waveguide direncanakan untuk bekerja pada mode terendah dan mode lainnya yang lebih tinggi dihindarkan karena memiliki Loss yang lebih besar dan field pattern bisa berubah.

• Untuk bumbung gelombang rektangular, mode terendah adalah mode TE10 atau TE01 tergantung dari dimensi bumbung gelombang. Hal ini karena mode-mode tersebut kemungkinan memiliki frekuensi cutoff terendah.

• Jika a > b , mode terendah adalah TE10 , sedangkan

jika a < b , mode terendah adalah TE01

• Untuk mode TM, mode terendah adalah TM11

22

mn,COb

n

a

m

2

1f

a

b



• Setiap waveguide standard dari industri biasanya hanya cocok untuk frekuensi tertentu saja dan bisa dilihat di tabel disamping

Suatu RWG memiliki dimensi a = 7,62 cm dan b = 4 cm, terbuat dari

bahan konduktor yang diasumsikan sempurna, rongganya vakum,

beroperasi pada mode TE10 pada frekuensi operasi 30 % lebih tinggi

dari frekuensi cutoff-nya. Hitung :

a) Frekuensi cutoff

b) Frekuensi operasi

c) Impedansi intrinsik


Contoh Soal


Tinjauan Daya

Rapat daya (vektor Poynting) rata-rata

*

21 Re ssav HEP

Sedangkan daya total rata-rata yang menembus bidang z konstan (kearah z)

z

2

y

2

xmn

z

mn

2

y

2

x*

av aHH2

Za

Z

EE

2

1HERe

2

1P

mn

2

y

2

xb

0y

a

0x

b

0y

a

0x

zzavavZ

EE

2

1adxdyaPW


Rugi-rugi Daya pada RWG

Rugi-Rugi daya pada RWG disebabkan oleh ketidaksempurnaan dielektrik

rongga dan ketidaksempurnaan konduktor dinding. Dielektrik tak-sempurna menyebabkan pada

mode propagasi dengan :

Konduktor tak-sempurna menyebabkan sebagian medan yang mestinya

maksimal dipropagasikan, tetapi diabsorbsi sebagian oleh dinding-dinding konduktor sebagai daya disipasi.

j1 mnmnmn j

dan,0mn :sehingga,0mn

tanj1

b

nπ

a

mπγ 2

22

c


Pencatuan Waveguide

• waveguide selalu dicatu pada titik dimana terjadi medan maksimumnya.

• Lihat persamaan medan listriknya, cari titik maksimumnya dan waveguide dicatu pada titik maksimum tersebut !

• Pencatuan bisa dilakukan dengan kabel koaxial dengan ujung dikupas dimasukkan ke dalam waveguide.

• Contoh untuk TE10 :

Terdapat satu komponen medan untuk medan listrik E, yaitu komponen ke arah sumbu y :

z

2tsin

a

xsinC

ae

a

xsinC

ajE

10

zj

y10

Untuk t = 0, maka harga medan listrik maksimum terjadi pada :

2

ax

4z 10, y = sembarang, dan

4,0,

2

a 10


Pencatuan Waveguide

x

y

z

2

a

4

10

Percatuan untuk TE10

CIRCULAR WAVEGUIDE

Pendahuluan

Asumsi: Misalkan Circular Waveguide (CWG) dengan sistem koordinat silinder dengan arah seperti gambar di samping:

z

r

= a

Dinding CWG: Konduktor sempurna (C = )

Pengisi CWG: Dielektrik sempurna (s = 0 ; = 0, , )

Dimensi CWG: Jari-jari = a.

gelombang merambat ke arah z-positif.


• Mode Dominan pada CWG adalah TE11 dan TM01

TE11 TE21 TE01 TE31 TE41TE12

TM01 TM11 TM21 TM02

11cTEc ff

CIRCULAR WAVEGUIDE

CIRCULAR WAVEGUIDE

Konstanta Propagasi

Frekuensi Cutoff

2

2

nlnl,TM

a

p

2

2

nlnl,TE

a

'p

TM

nlc

a2

pf

TE

nlc

a2

'pf

2

nl2

nl,TMa

p

2

nl2

nl,TEa

'p

Konstanta Phasa

CIRCULAR WAVEGUIDE

Panjang Gelombang

Kecepatan Fasa dan Kecepatan Group

Impedansi Intrinsik

nlnl

phF

vv

nl

nl

g Fvd

dv

2

op

cnl

f

f1F

“ Faktor mode “

nl

nlF

2

op

cinl,TM

f

f1ZZ

2

op

c

inl,TE

f

f1

ZZ

CIRCULAR WAVEGUIDE

Fungsi Bessel orde 0,1,2, …( pnl )

Fungsi Bessel orde ke-0

Akar pertama fungsi Bessel orde ke-0 = p01

Untuk mode TM Untuk mode TM

Untuk mode TE

CIRCULAR WAVEGUIDE

Suatu waveguide sirkular terbuat dari konduktor sempurna dengan radius 1,5 cm,

diisi dengan dielektrik (r = 4, dan r = 1). Jika frekuensi operasinya 20% lebih

rendah dari frekuensi cut-off mode diatas mode dominan, maka:

a. frekuensi operasi = ......................GHz

b. panjang gelombang = ..........................

c. kecepatan grup = .........................., kecepatan fasa = ..........................

Contoh Soal

ANY QUESTION???

Documents

Name of presentation · Terjadi perambatan energi, gelombang berjalan dalam ... Grafik impedansi intrinsik untuk mode TE dan TM ... Contoh Soal. RECTANGULAR