Waveguides dan Transmission Lines

Dua metode penting dalam proses penyebaran gelombang elektromagnetik di sekitar sirkuit yaitu Waveguides  dan Transmission Lines. Pada tingkat tinggi, perbedaan utama antara kedua metode ini adalah jumlah konduktor yang terlibat dan jenis mode elektromagnetik yang dapat berkerja. Bagaimana jenis mode elektromagnetik dapat bekerja dan bagaimana mode tersebut didukung atau tidak oleh Waveguides  dan Transmission Lines.

Sebuah Transmission Lines pada dasarnya adalah dua atau lebih konduktor yang dipisahkan oleh media isolasi. Media isolasi dapat berupa bahan papan sirkuit, seperti dalam kasus jalur mikrostrip. Dalam kasus kabel coax, media isolasi adalah bahan plastik yang memisahkan konduktor tengah dari pelindung luar.

Mode EM pada penampang kabel coax

Mode operasi normal pada Transmission Lines adalah TEM (Transverse Electromagnetic) dimana baik medan listrik maupun medan magnet tidak searah dengan arah rambat. Tetapi hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa semua frekuensi sinyal dapat melewati saluran transmisi.

Waveguide adalah bentuk khusus dari saluran transmisi. Waveguide logam biasanya satu konduktor tertutup diisi dengan media isolasi, biasanya udara. Lebih khusus lagi, Waveguide biasanya adalah tabung logam berongga dengan penampang seragam untuk mentransmisikan gelombang elektromagnetik melalui pantulan berturut-turut dari dinding bagian dalam tabung. Jadi saluran transmisi seperti coax memiliki konduktor pusat. Pemandu gelombang tidak. Dinding tabung menyediakan induktansi terdistribusi. Ruang kosong di antara dinding menyediakan kapasitansi terdistribusi.

Waveguides menangani transmisi mode TE (Transverse Electric) atau TM (Transverse Magnetic) namun tidak dapat mendukung mode TEM. Dalam mode TE tidak ada medan listrik dalam arah propagasi. Transmisi mode TE kadang-kadang disebut mode H karena hanya ada medan magnet di sepanjang arah propagasi. Pada mode TM medan magnet melintang terhadap arah rambat sedangkan medan listrik normal terhadap arah rambat.

Bidang E dan H untuk mode TE (atas) dan TM (bawah) bergerak dalam pandu gelombang persegi panjang.

Transmission Lines dapat melewatkan sinyal dari semua frekuensi. Waveguides hanya dapat melewatkan frekuensi di atas frekuensi cut off mode TE atau TM yang merupakan frekuensi terendah yang dapat dilewatkan pada Waveguides. Frekuensi terendah, pada gilirannya, berhubungan dengan setengah panjang gelombang terpanjang yang sesuai dengan dimensi terbesar waveguides. Mekanisme yang tepat untuk frekuensi cut-off dari waveguides bervariasi tergantung pada bentuknya.

Sinyal dapat berkembang di sepanjang waveguides melalui sejumlah mode. Tetapi mode yang dominan adalah yang memiliki frekuensi cut-off terendah. Untuk waveguides  persegi panjang menggunakan mode TE10. Persamaan untuk frekuensi cutoff fc dalam waveguides persegi panjang adalah

fc = c/2a 

di mana :

c = kecepatan cahaya dalam pandu gelombang, m/s

a = dimensi internal terbesar dari pandu gelombang, m.

Persamaan untuk pandu gelombang melingkar adalah 

fc = (1.8412×c)/(2πa) 

di mana :

a = jari-jari internal pandu gelombang, m.