1. Tujuan
1) Mengukur distribusi tegangan sepanjang waveguide.
2) Mengukur panjang gelombang dalam waveguide dengan berbagai dielektrik, yaitu : a) udara, b) teflon, c) PVC, d) Plexiglass.
3) Menentukan konstanta dielektrik dari berbagai bahan dengan bantuan tabel yang diberikan.
4) Meneliti bahwa kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik tergantung pada konstanta dielektrik suatu medium rambat.
2. Alat yang digunakan
1) Gunn osilator
2) Diode detector probe
3) Saluran waveguide (250 mm) : 2 buah
4) Slotted line
5) Moveable short
6) Multimeter digital 2 buah
7) Generator fungsi dengan catu daya (LM 4500)
8) Bahan dielektrik (teflon, PVC, plexiglass)
9) Kabel BNC to banana
10) Kabel banana to banana 4 buah
3. Teori Dasar
Panjang gelombang waveguide lL, tidak hanya dipengaruhi oleh frekuensi fM, tetapi juga dipengaruhi oleh konstanta dielektrik er dalam waveguide. Oleh karena itu memungkinkan untuk mengukur konstanta dielektrik dari berbagai bahan dielektrik pada frekuensi yang ditentukan dalam waveguide (misalnya 10 GHz).
fC = adalah frekuensi kritis dari waveguide (dalam percobaan ini 6,562 GHz)
lM = panjang gelombang pada frekuensi dalam percobaan, fM (dalam ruang bebas)
Panjang gelombang waveguide dapat dihitung dari :
c : kecepatan cahaya 300 x 106 m/det
dari tabel 1 pada percobaan Karakteristik Gunn Osilator :
|
f (GHz) |
lo (mm) |
lL (mm) |
|
9,00 |
33,31 |
48,67 |
|
9,05 |
33,13 |
48,01 |
|
9,10 |
32,95 |
47,55 |
|
9,15 |
32,77 |
47,01 |
|
9,20 |
32,59 |
46,49 |
|
9,25 |
32,41 |
45,99 |
|
9,30 |
32,24 |
45,49 |
|
9,35 |
32,06 |
45,01 |
|
9,40 |
31,89 |
44,54 |
|
9,45 |
31,72 |
44,09 |
|
9,50 |
31,56 |
43,64 |
|
9,55 |
31,39 |
43,21 |
|
9,60 |
31,23 |
42,78 |
|
9,65 |
31,07 |
42,37 |
|
9,70 |
30,91 |
41,97 |
|
9,75 |
30,75 |
41,57 |
|
9,80 |
30,59 |
41,19 |
|
9,85 |
30,44 |
40,81 |
|
9,90 |
30,28 |
40,44 |
|
9,95 |
30,13 |
40,08 |
|
10,00 |
29,98 |
39,73 |
Pada tabel berikut ini pengisian konstanta dielektrik menggunakan rumus :
Tabel 2. Hubungan Konstanta Dielektrik Terhadap Perambatan Gelombang
|
lL2 (mm) |
fM(GHz) 10 |
9,9 |
9,8 |
9,7 |
9,6 |
9,5 |
9,4 |
9,3 |
|
15 |
4,43 |
4,51 |
4,61 |
4,70 |
4,80 |
4,90 |
5,01 |
5,12 |
|
16 |
3,94 |
4,02 |
4,10 |
4,29 |
4,28 |
4,37 |
4,46 |
4,56 |
|
17 |
3,54 |
3,61 |
3,69 |
3,76 |
3,84 |
3,92 |
4,01 |
4,09 |
|
18 |
3,20 |
3,27 |
3,34 |
3,41 |
3,48 |
3,55 |
3,63 |
3,71 |
|
19 |
2,92 |
2,98 |
3,04 |
3,10 |
3,17 |
3,24 |
3,31 |
3,38 |
|
20 |
2,68 |
2,73 |
2,79 |
2,85 |
2,91 |
2,97 |
3,03 |
3,10 |
|
21 |
2,47 |
2,52 |
2,57 |
2,62 |
2,68 |
2,74 |
2,79 |
2,85 |
|
22 |
2,29 |
2,33 |
2,38 |
2,43 |
2,48 |
2,53 |
2,59 |
2,64 |
|
23 |
2,13 |
2,17 |
2,22 |
2,26 |
2,31 |
2,36 |
2,41 |
2,46 |
|
24 |
1,99 |
2,03 |
2,07 |
2,16 |
2,16 |
2,21 |
2,25 |
2,30 |
|
25 |
1,87 |
1,91 |
1,95 |
1,99 |
2,03 |
2,07 |
2,11 |
2,16 |
|
26 |
1,76 |
1,79 |
1,83 |
1,87 |
1,91 |
1,95 |
1,99 |
2,04 |
|
27 |
1,66 |
1,70 |
1,73 |
1,77 |
1,81 |
1,84 |
1,88 |
1,92 |
|
28 |
1,58 |
1,61 |
1,64 |
1,68 |
1,71 |
1,75 |
1,78 |
1,82 |
|
29 |
1,50 |
1,53 |
1,56 |
1,59 |
1,63 |
1,66 |
1,70 |
1,73 |
|
30 |
1,43 |
1,46 |
1,49 |
1,52 |
1,55 |
1,58 |
1,62 |
1,65 |
|
31 |
1,37 |
1,39 |
1,42 |
1,45 |
1,48 |
1,51 |
1,55 |
1,58 |
|
32 |
1,31 |
1,33 |
1,36 |
1,39 |
1,42 |
1,45 |
1,48 |
1,51 |
|
33 |
1,26 |
1,28 |
1,31 |
1,33 |
1,36 |
1,39 |
1,42 |
1,45 |
|
34 |
1,21 |
1,23 |
1,26 |
1,28 |
1,31 |
1,34 |
1,37 |
1,40 |
|
35 |
1,16 |
1,19 |
1,21 |
1,24 |
1,26 |
1,29 |
1,32 |
1,35 |
|
36 |
1,12 |
1,15 |
1,17 |
1,19 |
1,22 |
1,25 |
1,27 |
1,30 |
|
37 |
1,09 |
1,11 |
1,13 |
1,16 |
1,18 |
1,20 |
1,23 |
1,26 |
|
38 |
1,05 |
1,07 |
1,09 |
1,12 |
1,14 |
1,17 |
1,19 |
1,22 |
|
39 |
1,02 |
1,04 |
1,06 |
1,09 |
1,11 |
1,13 |
1,16 |
1,18 |
|
40 |
0,99 |
1,01 |
1,03 |
1,05 |
1,08 |
1,10 |
1,12 |
1,15 |
4. Langkah percobaan
Sambungkan diode detector probe kedalam slotted line, hati-hati jangan sampai ujung probe bagian dalam menyentuh waveguide. Susunlah rangkaian seperti gambar berikut dan atur tegangan catu pada 9 volt, kemudian hubungkan dengan osilator gunn (hati-hati periksa kembali polaritas tegangan ke osilator jangan sampai terbalik).
Gambar 12. Rangkaian Percobaan Perambatan Gelombang Pada Dielektrik
1) Geserlah detector probe sepanjang slotted line sampai didapatkan harga tegangan maksimum, atur kembali kedalaman probe hingga didapatkan harga tegangan yang paling besar. Ulangi prosedur tersebut pada lokasi tegangan minimumnya.
2) Lepaskan moveable short dan letakkan teflon kedalam waveguide, kemudian susun kembali rangkaian seperti semula. Ukurlah lokasi-lokasi dimana terjadi tegangan maksimum dan minimum sepanjang waveguide, kemudian catatlah hasilnya dalam tabel pada lembar kerja 2.
3) Ulangi pengukuran seperti pada langkah 2, tetapi dengan menggunakan dielektrik PVC, catat hasilnya pada lembar kerja 3.
4) Ulangi langkah 2, dengan menggunakan dielektrik plexiglass dan catat pada lembar kerja 4.
Lembar kerja 1.
Pertanyaan :
1) Bagaimana reaksi multimeter bila kedalaman probe di ubah pada lokasi dimana terjadi tegangan maksimum ?
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
2) Bagaimana reaksi multimeter bila kedalaman probe di ubah pada lokasi dimana terjadi tegangan minimum ?
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
Peringatan !
Catatan dalam melakukan pengaturan kedalaman probe ini, mintalah petunjuk instruktur saudara. Hindari dari kecerobohan yang dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan !
Lembar kerja 2.
Untuk langkah 2 (dielektrik teflon). Putih Susu
Untuk dapat menentukan lokasi-lokasi tegangan minimum dan maksimum dengan tepat, maka pembacaan harus dilakukan pada tepi kiri dari penggeser probe dalam millimeter, kemudian hasilnya masukkan kedalam tabel berikut ini.
l (mm)
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Lembar kerja 3.
Untuk langkah 3 (dielektrik PVC). Hijau
Untuk dapat menentukan lokasi-lokasi tegangan minimum dan maksimum dengan tepat, maka pembacaan harus dilakukan pada tepi kiri dari penggeser probe dalam millimeter, kemudian hasilnya masukkan kedalam tabel berikut ini.
l (mm)
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Nilai-nilai tegangan maksimum dan minimum terjadi
setiap ½ l. Untuk dapat menentukan dengan tepat frekuensi
yang digunakan dalam percobaan dengan cara mengukur jarak setiap tiga minimum
yang terbaca sebagai panjang gelombang dalam waveguide yang berisi udara (lL1).
Untuk menentukan frekuensi yang sebenarnya
berdasarkan tabel teori, dengan nilai :
lL1 = …………..
; fM = ……………
Sekarang ukur jarak 3 minimum berurutan dalam
waveguide yang berisi dielektrik, dengan panjang gelombang :
lL2 = ………….
Tentukan konstanta dielektrik bahan dengan
menggunakan nilai-nilai fM dan lL2.
er = ………….
Lembar kerja 4.
Untuk langkah 4 (dielektrik plexiglass). Bening Putih
Untuk dapat menentukan lokasi-lokasi tegangan minimum dan maksimum dengan tepat, maka pembacaan harus dilakukan pada tepi kiri dari penggeser probe dalam millimeter, kemudian hasilnya masukkan kedalam tabel berikut ini.
l (mm)
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Min. ……………
Mak. ……………
Nilai-nilai tegangan maksimum dan minimum terjadi
setiap ½ l. Untuk dapat menentukan dengan tepat frekuensi
yang digunakan dalam percobaan dengan cara mengukur jarak setiap tiga minimum
yang terbaca sebagai panjang gelombang dalam waveguide yang berisi udara (lL1).
Untuk menentukan frekuensi yang sebenarnya
berdasarkan tabel teori, dengan nilai :
lL1 = …………..
; fM = ……………
Sekarang ukur jarak 3 minimum berurutan dalam
waveguide yang berisi dielektrik, dengan panjang gelombang :
lL2 = ………….
Tentukan konstanta dielektrik bahan dengan
menggunakan nilai-nilai fM dan lL2.
er = ………….
Lembar kerja 5.
Data untuk semua hasil pengukuran
|
Dielektrik |
lL1 |
lL2 |
er |
|
Teflon |
|
|
|
|
PVC |
|
|
|
|
Plexiglass |
|
|
|
Jelaskan mengapa panjang gelombang dalam waveguide yang diisi tiap-tiap dielektrik tersebut lebih pendek dibandingkan, bila waveguide diisi dengan dielektrik udara dan apa pengaruhnya terhadap kecepatan perambatan gelombang dalam waveguide. Gunakan rumus untuk penjelasan di atas ?
