Wahyu Eko Prastyo

Mengenal Pemanfaatan Gelombang Mikro

Gelombang mikro adalah gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang 1 meter – 1 mm atau frekuensi 300 Mhz – 300 Ghz. Seperti telah diketahui bahwa hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang adalah: Panjang gelombang = Kecepatan merambat gelombang/ frekuensi.
Pemanfaatan gelombang elektromagnetik sangat luas dalam kehidupan sehari hari. Pemanfaatan gelombang elektromagnetik tersebut terutama untuk keperluan telekomunikasi. Berikut akan diuraikan secara khusus tentang pemanfaatan gelombang mikro:

1. Pemanasan

Kita tentu tidak asing dengan nama microwave oven yang sehari-hari kita pakai untuk memanaskan makanan. Microwave oven menggunakan gelombang mikro dalam band frekuensi ISM sekitar 2.45 GHz. Food processing hanyalah salah satu contoh saja yang sederhana. Gelombang mikro juga dimanfaatkan untuk pemanasan material dalam bidang industri. Pemanasan dengan gelombang mikro mempunyai kelebihan yaitu pemanasan lebih merata karena bukan mentransfer panas dari luar tetapi membangkitkan panas dari dalam bahan tersebut. Pemanasannya juga dapat bersifat selektif artinya tergantung dari dielektrik properties bahan. Hal ini akan menghemat energi untuk pemanasan. Misalkan dipakai untuk pemanasan bahan untuk body mobil maka chamber untuk pemanasan tidak akan panas tapi body mobil akan panas sesuai dengan yang kita inginkan. SIstem autoclave yang konvensional sangat boros energi karena chambernya ikut panas sehingga perlu proses pendinginan yang memakan energi juga. Dengan sifat selecting heating tersebut teknik pemanasan gelombang mikro juga dipakai untuk terapy kanker yang sering disebut dengan hyperthermia. Penngaturan daya dan perangcangan antena merupakan hal yang utama dari terapi ini. Fokus pemanasan pada volume sel kanker dapat dioptimasi ari perancangan antenna dan pengaturan daya serta jarak antena dengan sel kanker tersebut.

2. Telekomunikasi

Bagi yang senang memanfaatkan fasilitas hotspot tentunya tidak asing dengan WiFi yang menggunakan band frekuensi ISM. Begitu juga yang gemar menggunakan bluetooth untuk transfer file antara handphone atau handphone dnegan komputer. Operator telekomunikasi juga memanfaatkan gelombang mikro untuk komunikasi antara BTS ataupun antara BTS dengan pelanggannya. di Eropa khususnya di Jerman sudah jarang terlihat penggunaan gelombang mikro untuk komunikasi dengan metode WDM antara BTS dengan BSC. Jaringan backbone komunikasi sudah memakai jarinagn fiber optis. Untuk komunikasi ke end user pada sistem selular tetap menggunakan gelombang mikro. Untuk di indonesia pada tower2 operator telekomunikasi sangat sering kita jumpai antena directional untuk komunikasi antara BTS . Untuk komunikasi ke end user operator GSM di indonesia memakai frekuensi di sekitar 800 MHz, 900MHz dan 1800MHz.

3. Radar dan navigasi

Radar juga memakai gelombang mikro untuk mendeteksi suatu object. Sesuai dengan namanya radio detection and ranging, radar memanfaatkan pantulan gelombang dari object tersebut untuk pendeteksian. meskipun sinyal sangat lemah tetapi dapat dikuatkan kembali sehingga object bisa terdeteksi. Radar biasa dipergunakan untuk mendeteksi benda bergerak. Pantulan tersebut berasal dari polarisasi horizontal, vertical maupun circular. Waktu antar transmit dan receive itu yang dipergunakan untuk mengitung jarak objek tersebut. pada sistem radar, pengolahan sinyal memainkan peranan yang penting untuk mengurangi interferens. Radar memancarkan dan menerima sinyal pantulan secara bergantian dengan sistem switch.Begitu juga dengan sistem GPS. GPS mempunyai prinsip yang mirip dengan radar. setiap satelit secara periodis mengirimkan pesan yang isinya adalah waktu pengiriman pesan dan informasi orbit satelit. receiver GPS akan menghitung jarak receiver dengan setiap satelit yang mengirimkan pesan2 tersebut. Dengan membandingkan jarak antara beberapa satelit ini dapat ditentukan letak gps receiver tersebut.

Ternyata dalam kehidupan sehari-hari kita tidak lepas dari peran gelombang mikro. Lalu bagaimana dengan penelitian tentang bidang ini di Indonesia? Sangat disayangkan bahwa studi tentang gelombang mikro secara dasar maupun pemanfaaatannya masih sangat sedikit di Indonesia. Saya sebagai pengajar di Universitas juga merasa malu bahkan prasarana yang ada di universitas untuk melakukan penelitian di bidang ini sangat kurang.

Salah satu universitas yang masuk kategori paling ternama di Indonesia bahkan hanya mempunyai satu buah spektrum analyzer peninggalan jepang (hasil hibah dari Jepang). Lalu bagaimana dengan alat ukur lain seperti scalar network analyzer, vector network analyzer dan piranti-piranti komponen-komponen sistem gelombang mikro. Jangan harap tersedia di universitas, melihatnyapun belum pernah.

Membandingkan dengan Jerman tentu tidak sepantasnya, hanya saja sebagai lecutan motivasi tentu tidak ada salahnya. Studi intensif tentang gelombang mikro dilakukan oleh banyak ilmuwan di Jerman. Dimulai dari studi gelombang elektromagnetik yang merupakan induk dari gelombang mikro oleh Hermann von Helmholtz yang untuk menghormatinya didedikasikan Hemlmhotz equation. Helmhotz sendiri sebenarnya tidak terlalu berkontribusi besar tetapi mahasiswa bimbingannya Heinrich Hertz yang kemudian menjadi seorang profesor di Uni-Karlsruhe melakukan eksperimen tentang keberadaan elektromagnetik membuat perkembangan studi elektromagnetik dan pemanfaatannya menjadi sangat populer. Sekarang banyak ilmuwan-ilmuwan yang menekuni bidang ini.Penelitian dan pengembangan teknologi secara sangat profesional dikelola oleh berbagai institusi. Di institut tempatku bekerja saat ini sedang dikembangkan gyrotron pembangkit gelombang mikro frekuensi dan daya tinggi. Selain itu juga ada grup yang mengembangkan penelitian di bidang aplikasi gelombang mikro untuk pemrosesan material. Itu hanya salah satu contoh pada satu insitut, padahal suatu riset center atau suatu universitas terdiri dari banyak institut. Jadi studi gelombang mikro dan pemanfaatannya dalam bidang, komunikasi, radar dan navigasi maupun pemanasan dilakukan secara intensif diberbagai institut yang tidak saling tumpang tindih. Penelitian kerjasama dilakukan antar institut untuk mengoptimalkan sumberdaya manusia dan prasarana yang masing-masing mempunyai keunggulan tersendiri.

( dari : www.google.com/pemanfaatan gelombang mikro/9 september 2009)

Comments (2)

MEMBANGKITKAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Fisikawan teori dari Skotlandia, James Clerk Maxwell mempelajari perubahan medan listrik dan medan magnet untuk menyatakan hubungan antara keduanya dalam persamaan matematis. Dari telaah teori tersebut, makwell menyimpulkan beberapa hal seperti berikut:
Medan listrik memancar dari muatan listrik.
Kutub-kutub magnet tidak ada yang terpisah.
Medan listrik dihasilkan oleh perubahan medan magnet.
Medan-medan agnet melingkar dihasilkan oleh perubahan-perubahan medan listrik dan arus-arus listrik.
Berdasarkan kerikulum tersebut, Maxwell mencoba menghitung cepat rambat gelombang elektromagnetik. Ia menemukan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik bernilai

c = √μoεo

Dengan: c adalah cepat rambat gelombang-gelombang elektromagnetik (m/s),
μo adalah permeabilitas vakum 4π x 10-7 Wb/(A.m)
εo adalah permitifitas vakum 8,85 x 10 -12 C2/(N.m2).
Apabila nilai μo dan εo kita masukkan kepersamaan (8-1), kita peroleh nilai c=2,99 * m/s. Nilai c sama dengan cepat rambat cahaya. Dengan berbekal analisis marematikanya, Makwell dengan penuh keyakinan menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

Untuk membuktikan hipotesis Makwell tersebut, Heinrich Rudolph Hertz, seorang professor di politeknik Karlsruhe, Jerman, mencoba membangkitkan dan mendeteksi gelombang elektromagnetik dengan eksperimen.

Eksperimen Hertz

Peralatan eksperimen Hertz menggunakan kumparan induksi terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan elektroda yang berjarak sangat dekat yang memungkinkan terjadinya percikan listrik. Hertz berasumsi bahwa jika hipotesis Makwell benar, berarti aka nada gelombang elektromagnetik yang merambat tiap kali terjadi percikan listrik. Untuk mendeteksi adanya gelombang ini, Hertz menggunakan loop kawat yang ujungnya diberi celah sangat sempit yang memungkinkan terjadinya percikan listrik.

Kedua elektroda yang dihubungkan dengan kumparan induksi merupakan perangkan pengirim gelombang (analogi dengan rangkaian LC). Sedangkan rangkaian tertutup (loop) ditekat elektroda bola tersebut merupakan rangkaian pendeteksinya.

Saat kumparan induksi diberi tegangan, kumparan akan memberikan muatan positif pada salah satu elektroda dan dan muatan negatif pada elektroda yang lain. Saat beda potensial antar kedua elektroda mencapai nilai tertentu, di celah antara kedua elektroda akan terjadi percikan api. Udara diantar elektroda terionisasi sehingga mudah menghantarkan muatan listrik. Terjadinya pelepasan atau lucutan muatan (discharge) akan membangkitkan getaran.

Besar induktansi kumparan dan kapasitasnya kapasitor cukup kecil. Untuk rangkaian LC pada peralatan Hertz, frekuensi getaran yang dihasilkan sangat tinggi mendekati 100 MHz. Dengan percobaannya ini Hertz telah mendemonstrasikan bahwa getaran arus induksi dalam loop kawat penerima dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh loop pengirim.

Dalam percobaannya, Hertz juga berhasil mengukur cepat rambat gelombang elektromagnetik yang sesuai dengan nilai yang diperoleh oleh Makwell. Dengan demikian, hasil percobaan Hertz mendukung sepenuhynya hipotesis Makwell tentang gelombang elektromagnetik.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Radio

Gelombang radio mengirimkan suara music atau percakapan gambar, dan data tanpa terlihat mata manusia dalam jarak yang mungkin mencapai jutaan kilometer. Hal ini terjadi tiap hari dalam berbagai cara. Meskipun tak terlihat dan tak terdeteksi oleh manusia, gelopmbang radio benar-benar telah mengubah cara hidup masyarakat. Jika kita berbicara tentang teknologi wireless (nirkabel), semuanya menggunakan gelombang radio untuk media komunikasi. Gelombang radio dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer diatmonfer bumi sehingga memungkinkannya ditransmisikan dalam jarak jauh.

Beberapa penggunaan gelombang radio yang lain, misalnya telepon nirkabel (cordless phone), jaringan nirkabel, mainan dengan radio kontrol, telopon seluler, GPS (Gelombang Positioning Syistem), dan walkie talkie.
Dalam system pentiaran radio (radio broadcasting), gelombang radio digunakan untuk membawa sinyal suara (audio) dari stasiun pemancar radio ke pesawat penerima radio. System penelaan (tuning) pada pesawat radio di rumah-rumah penduduk akanmenyeleksi gelombang radio dari pemancar radio berdasarkan frekuensinya. Setelah gelombang radio dengan frekuensi tertentu dipilih, system rangkaian elektronik pada pesawat penerima radio akan mengambil sinyal audio yang dibawa oleh gelombang radio tersebut akan mengirimkannya ke sisem output sebagai suara pada speaker pesawat penerima radio tersebut.

Distasiun permancar radio, gelombang radio dihasilkan oleh muatan-miatan listrik yang dipercepat melalui kayat penghantar. Muatan listrik dibangkitkan oleh isolator. Sebelum dipancarkan melalui antena pemancar, gelombang radio terlebih dulu dimodulasikan (dipaketkan) dengan sinyal audio. Gelombang radio yang membawa sinyal audio ini yang akan ditransmisikan melalui antenna pemancar. Dalam hal ini gelombang radio berfunfsi sebagai gelombang pembawa (carrier wave) yang membawa sinyal audio.
Ada dua cara modulasi gelombang radio yaitu modulasi amplitude (amplitude modulation =AM) dan modulasi frekuensi (frequency modulation =FM). Dengan system AM, gelombang audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan amplitudo. Sedangkan dalam FM, siya audio dibawa oleh gelombang radio sebagai perubahan frekuensi. Perhatikan ilustrasi pada gambar 8.7
Penggunaan pemancar AM memiliki keuntungan yaitu dapat menjangkau seluruh tempat dimuka bumi karana gelombangnya dapat dipantulkan kembali kepermukaan bumi oleh laisan ionosfir , cukup baik sebagai pembawa informasi /berita. Sedangkan kerugianya adalah sinyalnya udah terganggu oleh dejala listrik dilapisan iomosfir. (misalnya ada petir dan hujan). Gangguan listrik tersebut menimbulkan drau pada suara yang diterima. Gelombang radio AM memiliki jangkauwan frekuensi sekitar 104 hingga 109 Hz
Penggunaan pemancar FM juga memiliki keuntungan, yaitu dapat digunakan untuk komunikasi antarsatelit karana gelombangnya mampu menembus lapisan ionosfir , suaranya jernih cocok ntuk meyiarkan music. Sedangkan kelemahanya adalah sulitnya menjangkau tempat yang jauh, kelemahan ini diatsi dengan penggunaan stasiun relai (penghubung).

Gelombang Mikro

Gelombang mikro merupakan gelombang radio dengan prekuensi palingtinggi sekitar 3 GHz. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat RADAR
(radio detection and ranging). Radar digunakan untuk mendeteksi adanya objek tertentu. Pesawar RADAR ini banyak digunakan membantu keamaan pendaratan pesawat terbang Komersial maupun untuk kepentingan militel.
Pesawat RADAR mempunyai antenna yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombang. Antenna ini terus berputar sambil memancarkan gelombang mikro. Gelombang mikro yangmengenai objek akan dipantulkan kembali dan ditangkap system antenna RADAR. Sistem RADAR biasanya dilengkapi dengan layar untuk menunjukkan lokaso objek yang terdeteksi secara visual
(gambar 8.8b) jika selang waktu antara pengiriman pulsa kesasaran / target dan diterimanya pulsa pantulan adalah ∆t arak sasaran kepusat RADAR adala maka :
s= (c x ∆t)/2

Sinar Intra Merah

Sinar intramerah ditemukan oleh William Herschel pada tahun 1800. Sinar ini memiliki jangkauan frekuensi antara 1011 Hz hingga 1014 Hz. Getaran electron-elektron dalam atom dapat memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi khas dalam daerah inframerah. Salah satu penggunaan popular dari radiasi inframerah pada saat ini adalah remote control untuk peralatan elektronik seperti TV, AC, dan VCD. Unit remote control berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui radiasi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED)

Sinar intramerah juga digunakan pada kamera untuk menangkap gambar dalam lingkungan yang gelap. Peralatan tersebut bisa digunakan untuk kepentingan militer. Dewasa ini kamera inframerah juga digunakan dalam pembuatan film ataupun program intertainment di televisi. Leser inframerah juga digunakan dalam system barcode, baik dibidang perdagangan maupun database kesehatan.

Cahaya Tampak

Cahaya tampak merupakan bentuk radiasi elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak bervariasi tergantung pada warnanya, mulai dari panjang gelombang kira-kira 440 nm (cahaya ungu) hingga 700 nm (cahaya merah). Cahaya tampak digunakan dalam system komunikasi menggunakan serat optic sebagai pembawa sinyal komunikasi yang dipandu leser.

Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet merupakan elekromagnetik dengan rentang frekuensi antara 1015 Hz hingga1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombang 10-8sampai 10-7 Sinar ultraviolet dapat dihasilkan oleh atom dan molekul dalm nyala listrik.

Sinar matahari juga merupakan sumber sinar ultraviolet y6ang merangsang badan kita menghasilkan vitamin D yang kita perlukan untuk kesehatan tulang. Akan tetapi , jika anda terlalu dering terkena paparan sinar ultraviolet, kulit anda akan hitam terbakar dan bisa juga terkena kanker kulit.

Sinar ulotraviolet memiliki energi kimia yang dapat memandarkan bahan kimia seperti barium-platina-sianida. Karakteristik ini dimanfaatkan untuk berbagai hal, seperti misalnya didunian perbankan. Saat anda mengambil uang di bank, teller bank akan menyinari buku tabungan anda untuk memastikan kesamaan tangan anda di slip penarikan dengan tanda tangan di buku tabungan anda.Sinar ultraviolet juga dapat digunakan untuk memeriksa keaslian uang kertas.

Sinar- X

Sinar-x berada di rentang frekuensi antar 10-16 Hz hingga 1020Hz atau daerah panjang gelombang antara 10-15 cm hingga10-16 cm. karena gelombangnya pendek, sinar-x dihasilkan oleh electron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit atom. Di samping itu\, sinar-x juga dapat dihasilkan saat elektron berkecepataan tinggi menumbuk logam.

Sinar-x ini benyak digunakan dalam bidang ke dokteran untuk memotret kedudukan tulang atau organ dalam tubuh manusia . menkipun besar menfaatya, penggunaan sinar-x harus memperhatikan prosedur keadaan pasien. Karana daya tembusnya cukup besar, jaringan tubuh manusia dapat rusak terkena paparan sinar-x terlalu lama. Oleh karana itu, pemancaran sinar-x pada pasien diusahakan sesingkat mungkin.

Sinar Gamma

Sinar gamma di temukan pertama kali oleh Ernest Rutherford sinar gamma memiliki rentang frekuensi antara 1020 Hz hingga 1025 Hz atau gelombang antara antara 10-15 cm hingga 10-10 cm. Di antara anggota spektrunm elektromagnetik, sinar gamma dihasilkan oleh atom-atom yang tidak setabil yaitu pada proses reaksi inti. Tingkat rediaksinya dipantau oleh tabung Geiger-Miller sebagai detektor sinar gamma.

Di bidang kedokteran, sinar gamma digunakan untuk membunuh sel kanker, tumor, dan menangani gangguan pada tubuh manusia. Sinar gamma juga dapat digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran atau deteksi retekan pada pipa baja.

Comment (0)