MICROWAVE DEVICESMakalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika dan Teknologi Semikonduktor

Nama: Farida UsriyahNIM: 4211412047

Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUnniversitas Negeri Semarang2015

1. PENDAHULUANGelombang mikromerupakan salah satu yang termasuk dalam radiasielektromagnetik.Radiasi elektromagnetikberbentukgelombang elektromagnetik, yaitugelombangyang dalam perambatannya tidak membutuhkan medium. Radiasi elektromagnetik ini meliputi gelombang radio, gelombang mikro (microwaves), radiasi infra-red, gelombang UV, sinar X, dan sinar Y, yang mana semua radiasi tersebut memiliki persamaan, yakni sama-sama membentuk spektrum elektromagnetik yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Perbedaannya adalah pada panjang gelombangnya. Panjang gelombang ialah jarak yang ditempuh sebuah gelombang untuk membentuk satu siklus yang sempurna. Panjang gelombang terkait dengan jumlah energi yang dibawa oleh gelombang. Gelombang mikro merupakan sistem pelaksanaan hubungan komunikasi dengan pemancar radio dengan menggunakan gelombang-gelombang yang pendek (mikro). Gelombang mikro ini bergerak dalam satu arah garis lurus (one point line-of-sight) dan mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek dibandingkan dengan sistem radio komunikasi biasa.Cara kerja gelombang mikroStasiun gelombang mikro bekerja dengan bantuan dari antenna, perangkat penerima, dan peralatan lainnya yang dibutuhkan untuk transmisi data komunikasi dengan gelombang mikro. Sinyal gelombang mikro dapat melakukan transmisi data dengan kecepatan mencapai 45 Mbps, namun karena sinyal gelombang mikro ini bergerak dalam satu arah garis lurus, maka baik pemancarnya (transmitter) maupun penerimanya (receiver) harus berada dalam satu garis pandang (one point line of sight). Sehingga pemasangan pusat dari gelombang mikro ini harus diperhatikan sekali letak dan posisinya untuk menghindari kemungkinan gangguan. Maka dari itu stasiun gelombang mikro seringkali ditempatkan di puncak-puncak gedung, menara, ataupun gunung.Kegunaan MicrowavePemanfaatan gelombang elektromagnetik sangat luas dalam kehidupan sehari hari. gelombang mikro dimanfaatkan padaRADAR(Radio Detection and Ranging).RADARdigunakan untuk mencari dan menentukan jejak suatu benda dengan gelombang mikro denganfrekuensisekitar 1010Hz. pemanasanKita 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. TelekomunikasiBagi 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. Radar dan navigasiRadar 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.Pita Frekuensi Gelombang MikroFrequency gelombang micro yaitu di atas 3 GHz (3x10^9 Hz) Gelombang ini tidak dapat dilihat mata kita karena panjang gelombangnya (walaupun sangat kecil dibanding gelombang radio) jauh lebih besar dari panjanggelombang cahaya (diluarspektrumsinar tampak). Keduanya sama-sama terdapat dalam spektrum gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang cahaya berkisar antara 400-700 nm (1 nm = 10-9 m); sedangkan kisaran panjang gelombang mikro sekitar 1-30 cm (1 cm = 10-2m).Dalam perangkat telekumunikasi seperti pada radio terdapat band frekuensi. Band adalah bagian kecil dari spectrum dari radio komunikasi frekuensi, dimana saluran biasanya digunakan atau disisihkan untuk tujuan yang sama.Di atas 300 GHz, penyerapan radiasi elektromagnetik oleh atmosfer bumi begitu besar bahwa atmosfer secara efektif buram, sampai menjadi transparan lagi dalam dekat inframerah rentang jendela dan optic frekuensi.Untuk mencegah interferensi dan memungkinkan untuk efisiensi penggunaan spectrum radio, layanan serupa yang dialokasikan dalam band. Sebagai contoh penyiaran, mobile radio, atau perangkat navigasi, akan dialokasikan dalam tidak tumpang tindih rentang frekuensi.Masing-masing band memiliki dasar bandplan yang menentukan bagaimana akan digunakandan dibagi, untuk menghindari gangguan dan untuk mengatur protocol untuk kompatilitas dari pemancar dan penerima.Sebagai masalah konvensi, band dibagi pada panjang gelombang 10 meter atau frekuensi dari 3 x 10 hertz. Sebagaicontoh, 30 MHz atau 10 m membagi gelombang pendek (lebih rendah dan lebih lama) dari VHF ( lebih pendek dan lebih tinggi). Ini adalah bagian dari spectrum radio, dan yang tidak alokasi frekuensi.

DIODA TUNNELDioda p-n junction yang telah dibahas sebelumnya memiliki konsentrasi ketidakmurnian 1 banding 108. Dengan doping sebanyak ini, depletion layer yang menimbulkan potential barrier pada junction, memiliki lebar dalam ukuran mikron. Potential barrier menahan aliran arus carrier antar kedua sisi junction. Jika konsentrasi ketidakmurnian bahan dioda sangat tinggi, misalnya 1 banding 103 (sebanding dengan kerapatan 1019 cm-3), karakteristik dioda akan berubah total. Dioda semacam ini pertama kali diperkenalkan tahun 1958 oleh Esaki, yang memberikan penjelasan teoritik yang benar mengenai karakteristik volt-amper-nya. Fenomena TunnelingLebar junction barrier berbanding terbalik terhadap akar konsentrasi ketidakmurnian, sehingga lebar junction barrier pada tunnel diode akan tereduksi hingga nilainya kurang dari 100 (10-6 cm). Ketebalan ini hanya sekitar seperlimapuluh panjang gelombang cahanya tampak.Telah diketahui bahwa satu partikel harus paling tidak harus memiliki energi sebesar potential-energy barrier untuk berpindah dari satu sisi dioda ke sisi lainnya. Namun, jika barrier-nya demikian tipis (seperti pada dioda Esaki), persamaan Schrodinger mengindikasikan adanya peluang besar bagi elektron untuk menembus barrier. Perilaku mekanika-kuantum ini dinamakan tunneling (terobosan / terowongan), sehingga dioda yang dibuat dengan ketidakmurnian-tinggi dinamakan dioda tunnel. Karakteristik volt-amper dioda tunnel dapat dilihat pada gambar berikut.

Karakteristik dioda tunnel Dari gambar di atas terlihat bahwa dioda-tunnel adalah konduktor yang sempurna jika diberi bias mundur. Demikian juga untuk bias maju dengan nilai tegangan yang kecil (hingga 50 mV untuk Ge), resistansinya relatif kecil (sekitar 5 ohm). Pada arus puncak Ip yang berhubungan dengan tegangan Vp, gradien bernilai nol. Jika V sedikit lebih besar dari Vp, arus mengecil, konduktansi dinamik g = dI/dV bernilai negatif. Dioda-tunnel memperlihatkan karakteristik resistansi negatif antara arus puncak Ip dan nilai minimum IV, yang dinamakan arus lembah (valley current). Pada tegangan lembah VV dimana I = IV, konduktansi kembali bernilai 0, dan di atas titik ini, resistansi kembali dan tetap bernilai positif. Pada titik yang dinamakan peak forward voltage, VF, arus kembali mencapai nilai IP. Jika tegangan diperbesar, arus akan melewati nilai IP. Untuk arus dengan nilai antara IV dan IP, kurva memiliki tiga nilai tegangan, karena satu nilai arus dalam area ini dapat dihasilkan oleh tiga macam tegangan. Karakteristik seperti ini membuat dioda-tunnel menjadi sangat berguna pada rangkaian digital.Gambar berikut menunjukkan simbol rangkaian standar untuk dioda-tunnel

Model arus-lemah (small-signal model) dioda-tunnel yang beroperasi pada area resistansi-negatif ditunjukkan pada gambar 3.19b di atas. Resistansi negatif Rn memiliki nilai minimum pada titik perubahan arus antara IP dan IV. Induktansi serial Ls tergantung pada panjang kawat penghantar dan bentuk geometri paket dipol. Kapasitansi junction, C, tergantung pada bvias dan biasanya diukur pada titik lembah. Nilai umum untuk parameter-parameter dioda-tunnel ini pada arus puncak IP = 10 mA adalah Rn = -30 , Rs = 1 , Ls = 5 nH, dan C = 20 pF. Satu aplikasi yang menarik dari dioda tunnel adalah sebagai saklar kecepatan sangat tinggi. Karena proses terobosan (tunneling) terjadi dengan kecepatan cahaya, respon transien hanya dibatasi oleh kapasitansi shunt (kapasitansi junction dan perkabelan) dan arus pengendali puncak. Waktu switching dalam order nanodetik hingga 50 ps dapat diperoleh melalui dioda ini. Aplikasi ke dua dari dioda tunnel adalah sebagai osilator frekuensi tinggi (microwave).Dioda tunnel komersial biasanya terbuat dari germanium atau galium arsenide. Sulit untuk membuat dioda-tunnel silikon dengan rasio Ip/ IV yang tinggi. Tabel 3.1 diatas menununjukkan beberapa karakteristik penting dari dioda jenis ini. Perhatikan bahwa galium arseni de memiliki rasio Ip/ IV tertinggi dan selisih VF VP tertinggi (sekitar 1 V), dibandingkan dengan germanium (sekitar 0,45 V). Arus puncak IP ditentukan oleh konsentrasi ketidakmurnian (resistivitas) dan area junction . Untukaplikasi komputer, sering digunakan dioda dengan IP antara 1 hingga 100 mA. Titik puncak ( V P, IP ), yang berada dalam area tunneling , tidak terlalu sensitif terhadap temperatur. Namun, titik lembah (VV, IV) yang dipengaruhi oleh arus injeksi, cukup sensitif terhadap temperatur.

Kelebihan yang dimiliki oleh dioda tunnel adalah murah, noise rendah, sederhana, berkecepatan tinggi, imun terhadap lingkungan, dan berdaya rendah. Kelemahan dioda- tunnel adalah selisih tegangan-keluaran rendah dan hanya merupakan komponen-dua-terminal. Yang terakhir ini menye babkan tidak ada isolasi input-output, sehingga menimbulkan kesulitan dalam disain rangkaian.DAFTAR PUSTAKAS. M. Sze, Ed., Modern Semiconductor Device Physics, Wiley, New York, 1998.Arifin, Irwan. Elektronika 1.Jakarta. 2004Tresna, Wildan. Perancangan Laser Osilator sebagai Sumber Gelombang Mikro yangTunable dan Stabil. LIPI. Serpong. 2011Santoso, Budi. Gelombang dan Radio Frekuensi. Universitas Gunadarma. 2013