Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali

dijelaskan pada 1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society

mengenai teori dinamika medan elektromagnetik (bahasa Inggris: A dynamical

theory of the electromagnetic field), berdasarkan hasil kerja penelitiannya antara

1861 dan 1865.

Percobaan James Clerk Maxwell (1831 – 1879) seorang ilmuwan

berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelombang

elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3×108 m/s, oleh karena

itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang

elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di dukung oleh :

1. Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman, Heinrich Rudolph Hertz (1857 –

1894) yang membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan

gelombang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya

dapat menunjukkan gejala polarisasi.

2. Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter Zeeman (1852

– 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat

berpengaruh terhadap berkas cahaya.

3. Percobaan Stark (1874 – 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman

yang mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat

mempengaruhi berkas cahaya.

Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:

a. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.

b. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik.

Percobaan-percobaan yang teliti membawa kesimpulan :

1. Pola gelombang elektromagnetik sama dengan pola gelombang

transversal dengan vektor perubahan medan listrik tegak lurus pada

vektor perubahan medan magnet.

2. Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala

pemantulan, pembiasan, difraksi, polarisasi seperti halnya pada

cahaya.

3. Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.

Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi

dan ketajaman akal pikiran berlandaskan keyakinan akan

keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam. Hasil-hasil percobaan

yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejala

kelistrikan, antara lain sebagai berikut : 

a) Hukum Coulomb : Muatan listrik menghasilkan medan

listrik yang kuat.

b) Hukum Biot-Savart : Aliran muatan (arus) listrik

menghasilkan medan magnet disekitarnya.

c) Hukum Faraday : Perubahan medan magnet (B) dapat

menimbulkan medan listrik (E).

Didorong oleh keyakinan atas keteraturan dan kerapian hukum-hukum

alam, Maxwell berpendapat bahwa masih ada kekurangan satu aturan kelistrikan

yang masih belum terungkap secara empirik. Jika perubahan medan magnet dapat

menimbulkan perubahan medan listrik maka perubahan medan listrik pasti dapat

menimbulkan perubahan medan magnet, demikianlah keyakinan Maxwell.

Dengan pengetahuan matematika yang dimilikinya, secara cermat

Maxwell membangun teori yang dikenal sebagai teori gelombang

elektromagnetik. Baru setelah bertahun-tahun Maxwell tiada, teorinya dapat diuji

kebenarannya melalui percobaan-percobaan. Menurut perhitungan secara teoritik,

kecepatan gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada permitivitas ruang

hampa ( εo) dan permeabilitas ruang hampa (µo ).

Dengan memasukkan μo = 4π.107 Wb/A.m dan εo= 8,85 . 1012 C2/Nm2

diperoleh nilai c = 3.108 m/s, nilai yang sama dengan kecepatan cahaya. Oleh

sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalah

gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu konsep gelombang elektromagnetik

ini merupakan penyokong teori Huygens tentang cahaya sebagai gerak

gelombang.

Pada 1878 David E. Huges adalah orang pertama yang mengirimkan dan

menerima gelombang radio ketika dia menemukan bahwa keseimbangan

induksinya menyebabkan gangguan ke telepon buatannya. Dia

mendemonstrasikan penemuannya kepada Royal Society pada 1880 tapi hanya

dibilang itu cuma merupakan induksi.

Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan

Belanda, menyatakan bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa

gelombang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang

dan frekuensinya. Pada teori ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada

sebuah muka gelombang dapat dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang

baru dan arah muka gelombang ini selalu tegak lurus tehadap muka gelombang

yang bersangkutan. Pada teori Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan,

interferensi, ataupun difraksi cahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam

teori Huygens ada kesulitan dalam penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat

lurus. 

Adalah Heinrich Rudolf Hertz yang, antara 1886 dan 1888, pertama kali

membuktikan teori Maxwell melalui eksperimen, memperagakan bahwa radiasi

radio memiliki seluruh properti gelombang (sekarang disebut gelombang

Hertzian), dan menemukan bahwa persamaan elektromagnetik dapat

diformulasikan ke persamaan turunan partial disebut persamaan gelombang. 

Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz.

Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi

elektromagnetik. Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan

arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama

dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat

bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan

oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau

dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-

masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan

oleh hubungan Planck E = Hν, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta

Planck — 6.626×10−34 J•s — dan ν adalah frekuensi gelombang.

Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi Ephoton = hν.

Hertz adalah ahli fisika terkenal dari Jerman setelah Maxwell, pada

zamannya. Hertz menunjukkan keberadaan gelombang radio pada akhir tahun

1880-an. Dia menggunakan alat yang disebut kumparan induksi untuk

menghasilkan tegangan tingi. Salah satu transmitter pertama ciptaannya terdiri

atas dua kumparan kecil dengan celah bunga api. Arus yang berbolak-balik cepat

dalam bunga api di ujung-ujung kumparan menghasilkan gelombang radio. Untuk

mendeteksi gelombang tersebut, Hertz menggunakan receiver yang terdiri atas

dua batang dengan celah bunga api sebagai antena penerima. Bunga api

melompati celah dimana gelombang tersebut diambil.

Hertz menunjukkan bahwa sinyal-sinyal tersebut bersifat gelombang

elektromagnetik. Hertz menjadi orang terkenal setelah melakukan percobaan

tersebut. Untuk menghormatinya, nama Hertz dipakai untuk satuan frekuensi.

Kemajuan teknologi berdampak pula terhadap siaran radio. Dulu kita

hanya dapat menikmati siaran radio dengan gelombang AM (amplitude

modulation). Namun, kini pendengar pun dimanjakan oleh kemunculan

gelombang radio FM (frequency modulation) yang bersuara lebih jernih. Orang

yang berjasa menemukan gelombang FM adalah Edwin Howard Armstrong yang

dikenal sebagai “Bapak penemu radio FM”.

Amstrong dilahirkan pada tanggal 18 Desember 1890 di New York City,

Amerika Serikat (AS). Kepintaran dan keuletannya sudah tampak sejak kecil.

Bahkan, ketika usianya baru menginjak 14 tahun, ia telah bercita-cita ingin

menjadi seorang penemu. Ketika menginjak remaja, dia mulai mencoba menjadi

tukang servis alat-alat rumah tangga tanpa kabel (nirkabel), dan ketika duduk di

bangku SMA, dia telah mulai mengadakan uji coba dengan membuat tiang antena

di depan rumahnya untuk mempelajari teknologi nirkabel yang kala itu sering

mengalami gangguan. Dia dengan cepat dapat memahami permasalahan pada alat

komunikasi tersebut. Ia juga dapat menemukan kelemahan sinyal pada penerima

akhir transmisi komunikasi. Padahal, tidak ada cara lain untuk memperkuat tenaga

pada pengiriman akhir.

Untuk mengembangkan pengetahuannya pada masalah gelombang

komunikasi, setelah tamat SMA, Amstrong masuk ke Universitas Columbia

jurusan teknik. Di universitas itulah ia melanjutkan penelitiannya di bidang

nirkabel. Pada tahun ketiga di Universitas Columbia, Armstrong memperkenalkan

temuannya, berupa penguat gelombang radio pertama (radio amplifier). Radio

sendiri sebenarnya sudah ditemukan terlebih dahulu oleh Lee De Forest yang

menggunakan Tabung Audion yang diberi nama tabung Lee De Forest. Namun,

gelombang yang dipancarkannya masih terlalu lemah.

Armstrong mempelajari cara kerja tabung Lee DeForest dan kemudian

mendesain ulang dengan mengambil gelombang elektromagnetik yang datang dari

sebuah transmisi radio dan dengan cepat memberi sinyal balik melalui tabung.

Hanya sesaat, kekuatan sinyal akan meningkat sebanyak 20.000 kali per detik.

Fenomena ini oleh Armstrong disebut dengan “regenerasi radio”, yang merupakan

penemuan penting dan perlu saat radio pertama kali ada.

Dengan pengembangan ini, para teknisi radio tidak memerlukan 20 ton

generator lagi agar stasiun radio mereka mengudara. Desain sirkuit tunggal

temuan Armstrong menjadi kunci kelangsungan gelombang transmiter yang

menjadi inti operasional radio. Dan dia lulus sarjana teknik tahun 1913. Atas

temuannya tersebut, Armstrong mematenkan ciptaannya dan memberi lisensinya

pada Marconi Corporation tahun 1914.

Enam tahun kemudian, Westinghouse membeli hak paten Armstrong atas

penerima superheterodyne, dan memulai kiprahnya menjadi stasiun radio pertama

bernama KDKA di Pittsburgh. Mulailah radio menjadi sangat populer pada saat

itu, mulai dari hiburan sampai berita penting, tidak ada yang tidak memakai jasa

radio. Setelah itu, bermunculan terus gelombang radio lainnya. RCA (The Radio

Corporation of America) segera membeli seluruh hak paten radio begitu juga

radio lain ikut membelinya.