Keramik Untuk Aplikasi Alat Gelombang Mikro

Nararia Askarningsih / 0806455830 / Material Teknik

KERAMIK UNTUK APLIKASI ALAT GELOMBANG MIKRO(Ceramics for Microwave Devices) Microwave adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berkisar antara 1 mm 1m, atau setara dengan frekuensi 300 MHz 300 GHz. [1] Yang termasuk dalam microwave adalah UHF (Ultra High Frequency) dan EHF (Extremely High Frequency). Seiring dengan berkembangnya penggunaan komunikasi berbasis microwave, produksi material dielektrik memiliki peningkatan pertumbuhan yang sangat signifikan dalam manufaktur keramik elektronik. Dalam kegunaannya sebagai keramik dielektrik untuk alat berbasis microwave, keramik ini harus memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan stabilitas temperatur tinggi yang baik.[2] Selain itu dalam area material keramik, keramik ferroelektrik berperan penting dalam aplikasinya di basis microwave, hal tersebut diakibatkan karena sifatnya yang unik, yaitu memiliki permitivitas dielektrik dan konstanta piezoelektrik yang tinggi, serta sering digunakan dalam divais microwave untuk sistem komunikasi nirkabel. Material ini memiliki penyimpanan highdensity dan pembacaan informasi yang cukup cepat. Selain itu dari segi ekonomisnya, material piezoelektrik ini memiliki ongkos produksi dan konsumsi energi yang rendah.[3]

I.

Kegunaan Keramik dalam Aplikasi Divais Microwave Secara umum, kegunaan keramik magnetic dalam aplikasinya pada

divais microwave adalah sebagai isolator dan circulator.

I.1.

Isolator Isolator adalah divais dua port yang mentransmisikan microwave

atau frekuensi radio secara satu arah. Isolator biasa digunakan sebagai pelindung untuk input dari kondisi outputnya. Misalnya, untuk mencegah sumber microwave dari gelombang yang tidak sesuai (mismatched). [4]


Aliran energy pada isolator

Untuk mencapai kondisi yang tidak berbalik ini, isolator harus dibuat dari material yang nonreciprocal. Pada frekuensi microwave material yang digunakan adalah material ferrit (Fe2O3) yang dibiaskan oleh medan magnet statis. Ferrit berada di posisi sedemikian sehingga sinyal microwave yang muncul akibat medan magnet dapat ditahan dengan posisi aksis yang sejajar dengan arah medan bias statis. Perilaku ferrit disini tergantung dari rotasi medan magnet terhadap biasnya, sehingga putaran ini mampu menahan sinyal microwave karena putarannya mengarah sebaliknya. Ferrit ini selain mampu membelokkan juga mampu menyerap sinyal yang ada. [4]

Gambar isolator microwave

Pada isolator, batang magnet ferrit diletakkan dengan posisi sebagai berikut

Peletakkan

batang

ferrit

yang

sejajar

dan

saling

berhadapan

menghasilkan medan magnet yang melingkar sehingga dapat mencegah


adanya gelombang mikro atau gelombang radio yang lewat, seperti gambar dibawah ini.

Gambar skematis bagaimana medan magnet yang dihasilkan oleh ferrit dapat menahan datangnya gelombang mikro

I.2. Circulator Merupakan divais tiga sampai empat port yang pasif dan nonreciprocal dimana apabila ada microwave atau frekuensi radio yang masuk dari port manapun akan ditransmisikan ke port

selanjutnya. Fungsi circulators ini dimanfaatkan pada aplikasi radar. Circulator pada radar

digunakan untuk menelaah rute pada sinyal yang masuk dan keluar diantara antenna, transmitter dan receiver. Simpelnya, fungsi ini seperti saklar yang menghubungkan antara antenna dengan transmitter dan receiver. Circulator ini dibuat dari material ferrit yang dimagnetisasi. Magnet permanen menghasilkan fluks magnetic melalui waveguide. [5]


Aliran energy pada circulator (a) 3 port (b) 4 port

Peletakkan batang ferrit hanya di satu sisi karena circulator hanyalah meneruskan gelombang mikro atau gelombang radio yang lewat, sehingga peletakan batang ferrit mencegah gelombang tersebut keluar dari jalurnya.

Gambar peletakkan batang ferrit pada circulator

II.

Jenis Keramik yang Digunakan Jenis jenis keramik magnetik yang sering digunakan untuk divais

microwave adalah yttrium iron garnet (YIG), Zirconium Tin Titanat (ZST), dan Ferrit (Fe2O3). Yttrium Iron Garnet (YIG) adalah salah satu jenis dari garnet yang disintesa, dengan komposisi kimia Y3Fe2(FeO4)3 atau Y3Fe5O12. Material ini merupakan material ferrimagnetik dengan temperatur curie 550 K. YIG memiliki konstanta Verdet yang tinggi yang dapat dikaitkan dengan efek Faraday. Konstanta Verdet adalah konstanta optik yang menjelaskan kekuatan dari efek Faraday ke material. [8] YIG juga memiliki nilai Q yang


besar pada frekuensi microwave. Nilai Q menggambarkan faktor kualitas yang menggambarkan bagaimana sebuah material bertindak dibawah pengaruh getaran frekuensi gelombang.[7] Karena memiliki efek Faraday yang baik inilah YIG mampu merotasikan bidang polarisasi dari cahaya, sehingga sering digunakan sebagai isolator. Selain itu, nilai Q yang dimiliki oleh YIG membuat aplikasi microwave dari material ini berfungsi baik untuk alat alat seperti magnetic resonance filters, tuned oscillators, tuned band-reject dan band-pass filters.[6] Larutan padat Zirconium Tin Titanate atau ZST adalah jenis dari material keramik yang sering digunakan dalam aplikasi microwave sebagai frequency discriminator, low phase-noise dielectric resonator oscillators, dan filters. Pada saat kondisi di microwave, ZST memberikan konstanta dielektrik yang tinggi dan stabilitas yang sangat baik pada temperatur tinggi. Namun material ini masih dalam pengembangan dan perbaikan dalam aplikasinya untuk divais berbasis microwave.[2] Yang paling sering digunakan untuk aplikasi divais microwave adalah Ferrit. Ferrit (Fe2O3) memiliki struktur spinnel dan sering disebut ferrospinels, karena struktur kristalnya hampir mirip dengan mineral spinel (MgO.Al2O3). struktur ini sangat kompleks dan terdapat dua spaces, yaitu tetrahedral (A) dan octahedral (B). Keduanya berada dalam satu struktur kristal.[9]

Gambar kiri tetrahedral kanan octahedral


Gambar struktur kristal ferrit

Interaksi dominan menentukan susunan nonmagnetik dari interaksi A-B. Hasilnya, spin moment dari semua ion Fe3+ pada oktahedral berjajar secara parallel satu sama lain, tapi berlawanan arah dengan spin moment dari ion Fe3+ pada posisi tetrahedral. Sehingga momen magnetik dari semua ion Fe3+ ini menjadi nol atau saling mengalahkan. Momen magnetik pada material ini didapat dari kontribusi divalent ion yang tersusun saling sejajar satu sama lain. Karena itulah total magnetisasi dari material ferrit dapat ditentukan dari konsentrasi ion divalennya.[9]


Referensi 1. Pozar, David M. 1993. Microwave Engineering Addison-Wesley Publishing Company 2. Nedelcu, Liviu. 2007. Magnesium doped (Zr0.8, Sn0.2)TiO4 ceramics for microwave devices. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials Vol. 9, No. 6. Romania 3. F. Aldinger, J.F. Baumard. 2006. Advance Ceramic Materials : Basic Research Viewpoint. Julich, Germany 4. http://www.enotes.com/topic/Isolator_%28microwave%29 5. Phillips Semiconductors. Circulators and Isolators ; unique passive devices 6. Lambert M Surhone, Miriam T Timpledon, Susan F Marseken. 2010. Yttrium Iron Garnet. VDM Verlag Dr. Mueller AG & Co. Kg. 7. James H. Harlow. 2004. Electric power transformer engineering. CRC Press. 8. Dutta, Niloy.K. 2003. WDM technologies: passive optical

components. Academic Press 9. Varna, M Chaitanya. Magnetic properties of Materials. Department of Engineering Physics. GTAM University

Keramik Untuk Aplikasi Alat Gelombang Mikro

Documents

Transcript of Keramik Untuk Aplikasi Alat Gelombang Mikro