Perpustakaan Digital ITB

Gelombang elektromagnetik merupakan dasar bagi berbagai aplikasi dalam sistem komunikasi, radar, penginderaan jauh, karakterisasi material, teknologi gelombang mikro, hingga teknologi terahertz. Interaksi gelombang EM dengan suatu material ditentukan oleh parameter konstitutif, yaitu permitivitas, permeabilitas, dan konduktivitas, yang memengaruhi karakteristik propagasi, refleksi, transmisi, dan absorpsi gelombang. Informasi mengenai parameter konstitutif sangat penting dalam pengembangan material maju, metamaterial, material penyerap gelombang EM, serta perangkat Electromagnetic Compatibility (EMC)/Electromagnetic Interference (EMI). Berbagai metode ekstraksi parameter material telah dikembangkan, salah satunya adalah metode Nicolson–Ross–Weir (NRW). Meskipun banyak digunakan, metode tersebut masih memiliki beberapa keterbatasan, antara lain sensitivitas terhadap noise, ambiguitas fasa, serta penurunan akurasi ketika diterapkan pada material multilapis dalam konfigurasi open space. Perkembangan teknik pemodelan tiga dimensi (3D) memberikan peluang untuk mengembangkan pendekatan yang mengintegrasikan formulasi analitis dan simulasi numerik sehingga proses ekstraksi parameter konstitutif dapat dilakukan secara lebih akurat dan stabil. Penelitian ini mengusulkan metode ekstraksi parameter konstitutif material berbasis hamburan gelombang EM pada konfigurasi open space melalui integrasi pendekatan teoretis dan pemodelan 3D. Formulasi matematis dikembangkan berdasarkan persamaan Maxwell, kondisi batas antarmuka, impedansi intrinsik, serta konstanta propagasi untuk memperoleh hubungan antara parameter konstitutif material dengan koefisien refleksi, koefisien transmisi, dan perubahan fasa gelombang EM. Magnitudo dan fasa koefisien refleksi serta koefisien transmisi digunakan untuk menentukan konstanta fasa yang selanjutnya digunakan dalam proses ekstraksi permitivitas relatif dan permeabilitas relatif material. Penelitian difokuskan pada material homogen, isotropik, dan tanpa rugi-rugi dengan konduktivitas yang diasumsikan bernilai nol. Validasi metode dilakukan melalui perbandingan hasil analitis dan pemodelan 3D pada rentang frekuensi 1 GHz sampai 8 GHz, dengan variasi permitivitas relatif dan permeabilitas relatif masing-masing sebesar 1, 4, 9, dan 16. Formulasi teoretis yang dikembangkan mampu merepresentasikan karakteristik hamburan gelombang EM pada konfigurasi open space dengan tingkat kesesuaian yang sangat baik terhadap hasil pemodelan 3D. Perbandingan magnitudo dan fasa koefisien refleksi serta koefisien transmisi memperlihatkan kecocokan yang konsisten pada seluruh variasi permitivitas, permeabilitas, dan rentang frekuensi yang dianalisis. Peningkatan nilai permitivitas relatif maupun permeabilitas relatif menghasilkan perubahan yang signifikan terhadap magnitudo dan fasa koefisien refleksi serta koefisien transmisi, sesuai dengan teori propagasi gelombang EM. Hasil ekstraksi parameter konstitutif menunjukkan bahwa nilai permitivitas relatif dan permeabilitas relatif yang diperoleh dari metode yang diusulkan memiliki tingkat akurasi yang tinggi dan mampu mengikuti nilai teoretis pada seluruh variasi parameter material. Analisis kesalahan memperlihatkan bahwa deviasi antara hasil analitis dan hasil pemodelan 3D berada pada tingkat yang rendah, sehingga menunjukkan stabilitas formulasi yang dikembangkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kesalahan rata-rata antara hasil analitis dan pemodelan 3D untuk koefisien refleksi dan koefisien transmisi kurang dari 1% pada seluruh variasi parameter material yang dianalisis. Hasil ekstraksi menunjukkan bahwa kesalahan permitivitas relatif berada hingga sekitar 0,65%, sedangkan kesalahan permeabilitas relatif mencapai sekitar 1,7% pada kondisi dengan penyimpangan terbesar. Kesalahan ekstraksi relatif stabil pada rentang 1 GHz sampai 5 GHz dan mulai meningkat secara bertahap pada frekuensi di atas sekitar 6 GHz, terutama pada parameter material dengan nilai relatif yang lebih rendah. Hasil tersebut menunjukkan bahwa metode yang diusulkan mampu mengekstraksi permitivitas relatif dan permeabilitas relatif dengan penyimpangan yang kecil terhadap nilai teoretis pada rentang frekuensi yang diteliti. Dengan demikian, metode yang dikembangkan dapat digunakan sebagai alternatif ekstraksi parameter konstitutif material berbasis hamburan gelombang EM pada konfigurasi open space dan memberikan landasan bagi pengembangan karakterisasi material yang lebih kompleks, seperti material lossy, anisotropik, komposit, metamaterial, dan multilapis, serta validasi eksperimental menggunakan Vector Network Analyzer (VNA).