TEKNOLOGI BAHAN ELEKTRIK

BAHAN, APLIKASI SERTA KEUNGGULAN DAN

KELEMAHAN BAHAN OPTIK, PIEZOELEKTRIK DAN

MICROSTRIP

Disusun oleh:

Muslih Anggit Cahyo Hidayat

135060300111002

Kelas A

Dosen pembimbing

Ir.Endah Budi P., MT.

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2013

SERAT OPTIK

Serat optik adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau

plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dan digunakan untuk

mentransmisikan sinyal cahaya ke tempat lain.

Cahaya yang ada didalam serat optik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih

besar daripada indeks bias dari udara.

Sifat fisik

Serat optik terdiri dari 3 bagian, yaitu cladding, core , dan buffer coating.

Cladding adalah selubung dari core. Cladding mempunyai indeks bias lebih

rendah daripada core.

Bagian core akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core

kembali ke dalam core lagi. Sebagai catatan, efisiensi dari serat optik ditentukan

oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas. Semakin murni gelas, semakin sedikit

cahaya yang diserap oleh serat optik.

Buffer coating adalah plastik pelapis yang melindungi fiber dari kerusakan

Bahan Serat Optik

Serat optik terbuat hampir 100% silikon dioksida. Silikon adalah unsur non logam

berdasarkan tabel periodik, jadi kita bisa katakan bahwa penyusun utama kaca adalah

non logam.

Kebanyakan gelas mengandung logam transisi seperti besi, karena kaca biasanya

terbuat dari mineral alam seperti pasir silika.

Aplikasi serat optik

Jaringan data dan komunikasi. Serat optik dimanfaatkan untuk membangun jaringan

internet antar benua yang berkecepatan tinggi

Bidang kedokteran. Adanya jenis tertentu untuk operasi dengan laser. Serat ini

digunakan juga sebagai fiberscope yang berfungsi sebagai alat penunjuk bagian dalam

tubuh seseorang ketika sedang diadakannya operasi.

High-Definition Television (HDTV). Serat optik dapat mengubah cahaya menjadi

energi listrik maka serat optik juga mampu mentransmisikan gambar berukuran besar

yang mempengaruhi perkembangan televisi berdefinisi tinggi.

serat optik untuk jaringan fiberscope

High-Definition Television Resolusi High-Definition Television

Keuntungan Serat Optik.

Redaman sangat rendah dibandingkan dengan kabel yang terbuat dari tembaga.

Mempunyai lebar pita frekuensi (bandwith yang lebar).

Kebal terhadap gangguan gelombang elektromagnet.

Dapat menyalurkan informasi digital dengan kecepatan tinggi.

Ukuran dan berat fiber optik kecil dan ringan.

Tidak mengalirkan arus.

Sistem dapat diandalkan (20-30 tahun) dan mudah pemeliharaannya.

Kerugian Serat Optik.

Untuk pemasangan/instalasi membutuhkan biaya yang lebih besar.

Konstruksi fiber optik lemah sehingga dalam pemakaiannya diperlukan lapisan

penguat sebagai proteksi.

Karakteristik transmisi dapat berubah bila terjadi tekanan dari luar yang berlebihan.

Tidak dapat dialiri arus listrik, sehingga tidak dapat memberikan catuan pada

pemasangan repeater.

Piezoelektrik

Kata piezoelektrik berasal bahasa Latin, piezein yang berarti diperas atau ditekan dan

piezo yang bermakna didorong. Bahan piezoelektrik ditemukan pertama kali pada tahun

1880‐an oleh Jacques dan Pierre Curie. Kata piezo berarti tekanan, sehingga efek

piezoelektrik terjadi jika medan listrik tebentuk ketika material dikenai tekanan mekanik.

Efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik terbentuk ketika material dikenai tekanan

mekanik. Pada saat medan listrik melewati material, molekul yang terpolarisasi akan

menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul atau

struktur kristal materi. Penyesuaian molekul akan mengakibatkan material berubah dimensi.

Fenomena tersebut dikenal dengan Electrostriction

Bahan piezoelektrik

Bahan piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai

regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan, maka

material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Bahan piezoelektrik alami

diantaranya: Kuarsa (Quartz, SiO2), berlinite, turmalin dan garam rossel. Bahan piezoelektrik

buatan diantaranya: Barium titanate (BaTiO3), Lead zirconium titanate (PZT), Lead titanate

(PbTiO3) dsb.

Bahan Piezoelektrik terbentuk oleh keramik yang terpolarisasi sehingga beberapa

bagian molekul bermuatan positif dan sebagian yang lain bermuatan negative membentuk

elektroda‐elektroda yang menempel pada dua sisi yang berlawanan dan menghasilkan medan

listrik material yang dapat berubah akibat gaya mekanik. Pada saat medan listrik melewati

material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan

dipole yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi. Penyesuaian molekul akan

mengakibatkan material berubah dimensi. Fenomena ini disebut electrostriction (efek

piezoelektrik).

Fenomena efek piezoelektrik dapat digambarkan sebagai berikut:

(A) Sebelum diberi tekanan atau medan listrik.

(B) Ketika diberi medan listrik, bahan memanjang.

(C) Diberi medan listrik berlawanan, bahan memendek.

(D) Ketika diberi tekanan, induksi polarisasi dan tegangan luar terjadi.

Aplikasi

Sumber tegangan tinggi.

Bahan piezoelektrik dapat menghasilkan beda potensial hingga ribuan volt sehingga

banyak digunakan sebagai sumber tegangan tinggi. Salah satu alat yang bekerja

dengan prinsip ini antara lain:

Rokok Elektrik ringan : menekan tombol menyebabkan pegas sarat memalu untuk

memukul kristal piezoelektrik, menghasilkan tegangan yang cukup tinggi arus listrik

yang mengalir di seluruh celah percikan kecil, sehingga pemanasan dan memicu gas.

Itu sparkers portable digunakan pemanggang gas cahaya atau kompor bekerja cara

yang sama, dan berbagai jenis kompor gas sekarang memiliki built-in sistem

pengapian berbasis piezo

Transduser

Transduser adalah alat yang mengubah suatu bentuk energi kedalam bentuk energi

yang lain. Transduser ultrasonik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik,

dalam bentuk suara dan sebaliknya. Transduser akan mengeluarkan gelombang

ultrasonik dengan frekuensi di atas 20 kHz. Transduser ultrasonik 40 kHz akan

membangkitkan gelombang dengan frekuensi 40 kHz, transduser akan aktif jika diberi

sinyal dengan frekuensi dengan 40 kHz. Transduser ultrasonik terdiri atas dua macam

yaitu pengirim (transmitter) Tx dan penerima (receiver) Rx. Transduser ultrasonik

terbuat dari material piezoeletrik, yaitu terbuat dari material quartz (SiO3) atau barium

titanat (BaTiO3) yang akan menghasilkan medan listrik pada saat material berubah

bentuk atau dimensinya sebagai akibat gaya mekanik.

Beberapa transduser yang bekerja menggunakan bahan piezo elektrik antara lain:

elemen piezoelectric juga digunakan dalam deteksi dan generasi gelombang

sonar.

monitoring daya dalam aplikasi daya tinggi (misalnya perawatan medis,

sonochemistry dan industri processing).

piezoelectric microbalances digunakan sebagai sangat sensitif sensor kimia

dan biologi.

piezos kadang-kadang digunakan dalam pengukur regangan.

piezoelectric transducer yang digunakan dalam drum elektronik bantalan

untuk mendeteksi dampak dari tongkat drummer.

Pemanfaatan Bahan Piezoelektrik Pada Sistem Sonar

Kekurangan

Piezoelektrik bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran muatan

pada material piezoelektrik. Karena fenomena ini, ada suatu konstanta waktu penyimpanan

tegangan pada piezoelektrik setelah diberikan suatu gaya. Konstanta waktu ini tergantung

pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi kebocorannya. Konstanta waktunya berada

pada orde 1 detik. Karena efek ini, piezoelektrik kurang bermanfaat untuk mendeteksi

besaran static seperti berat suatu benda.

Aspek penting lainnya dalam penggunaan piezoelektrik adalah adanya kenyataan

bahwa material piezoelektrik dibuat melalui proses kristalisasi kisi‐kisi (laticce) dalam

susunan tertentu. Hal tersebut dilakukan dengan memanskan kristal sampai diatas suhu Curie

sambil menerapkan tegangan pada elektrodanya. Jika kristal telah dipanaskan mendekati suhu

Curie, material tersebut dapat menjadi “ de pole “ yang dapat menghasilkan pengurangan

sensitifitas piezoelektrik. Untuk beragam material, suhu curie ini berada antara 50 – 600 ° C.

Pemanasan dibawah suhu Curie dapat membatasi penggunaan sensor ini.

Kekurangan utama sensing piezoelektrik ini adalah sensitifitasnya hanya bagus untuk

sinyal yang berubah‐ubah terhadap waktu. Sensing piezoelektrik tidak dapat beoperasi untuk

aplikasi‐aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik. Meskipun demikian,

jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu, perlu adanya pemikiran yang serius pada

penggunaan elemen sensing piezoelectric.

Kelebihan

Elemen piezoelektrik mempunyai beberapa kelebihan penting dibandingkan

mekanisme sensing yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta bahwa piranti tersebut

membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini tidak memerlukan daya dari luar

untuk operasionalnya.Untuk suatu aplikasi di mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti

piezoelektrik sangat berguna. Tambahan lagi, efek piezoelektrik memiliki hukum

penyekalaan yang menarik sehingga bermanfaat pada piranti yang kecil.

Microstrip

Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena. Antena ini terdiri dari 3 elemen

(gambar 5), yaitu: elemen peradiasi (radiator), substrat, dan elemen pentanahan (ground).

Antena mikrostrip memiliki bentuk dan ukuran yang ringkas sehingga dapat digunakan untuk

berbagai macam aplikasi yang membutuhkan spesifikasi antena yang berdimensi kecil

sehingga dapat mudah dibawa (portable) dan dapat diintegrasikan dengan rangkaian

elektronik lainnya (seperti IC, rangkaian aktif, dan rangkaian pasif). Antena ini dapat

diaplikasikan pada berbagai kegunaan seperti komunikasi satelit, militer, aplikasi bergerak

(mobile), kesehatan, dan komunikasi radar.

Bahan antena Microstrip

Antena microstrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas ground plane

yang diantaranya terdapat bahan dielektrik

Struktur Antena Microstrip

Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan

berbentuk empat persegi panjang dan lingkaran karena bisa lebih mudah dianalisis.

Kemudian untuk membuat antena microstrip diperlukan alat dan bahan seperti berikut : 1. Printed Circuit Board (PCB) dual Layer.

2. SMA Connector

3. Vector Network Analyzer E5017C

4. Antenna Trainer ED-3200

5. Soldering Tools

6. Ferrite Chloride

7. Software Ansoft HFSS v11

8. Software PCAAD 5

9. Software AutoCAD 2009

10. Sofware Matlab R2008a.

Aplikasi

Salah satu aplikasinya adalah wireless LAN. Wireless LAN adalah suatu jaringan area

lokal tanpa kabel dimana media transmisinya menggunakan frekuensi radio (RF) dan

infrared (IR), untuk memberi sebuah koneksi jaringan ke seluruh pengguna dalam area

disekitarnya. Area jangkauannya dapat berjarak dari ruangan kelas ke seluruh kampus

atau dari kantor ke kantor yang lain dan berlainan gedung. Kemudian microstrip juga

digunakan untuk antena lungs microstrip array untuk aplikasi GPS dan LTE.

Kelebihan

Ada beberapa kelebihan pada antena microstrip. Antara lain :

Sangat mudah difabrikasi.

Selaras dengan permukaan nonplanar.

Sangat murah karena hanya dengan menggunakan papan cetak sirkuit.

Fleksibel sehingga menghasilkan berbagai macam pola dan polarisasi yang

berbeda.

Strukturnya sangat kuat.

Sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan pada hampir semua jenis

permukaan

Ukurannya kecil dibandingkan dengan antena jenis lain.

Dapat di-integrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil

Kekurangan

Antenna microstrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu:

Bandwidth yang sempit,

Gain dan directivity yang kecil,

Serta efisiensi rendah