BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian ini terdiri atas 4 empat tahapan. Tahapan pertama adalah studi literatur, yaitu mempelajari berbagai sumber informasi yang terkait dengan
penelitian berupa buku teks, tulisan atau jurnal publikasi dan laporan penelitian. Hal ini dilakukan di perpustakaanruang baca dan Sebagian besar sumber
informasi tersebut diperoleh melalui jaringan Internet. Tahapan kedua merupakan simulasi yaitu melakukan pemodelan dan analisis dengan menggunakan
komputer. Simulator yang digunakan adalah Simulator AWR versi 2004 dengan
spesifikasi umum dapat dilihat pada Lampiran C. Tahapan ketiga adalah
fabrikasi yaitu pencetakan antena yang dilakukan dengan menggunakan jasa perusahaan pembuat rangkaian PCB di Bandung. Hal ini dilakukan untuk
mendapatkan cetakan yang lebih presisi karena menggunakan sistem komputer. Sedangkan tahapan keempat yaitu pengukuran yang dilakukan di Laboratorium
Telekomunikasi Departemen Teknik Elektro FT USU dengan alat ukur Network Analizer. Waktu yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah 12 dua
belas bulan yaitu Oktober 2012 – September 2013.
3.2 ALAT DAN BAHAN
Peralatan dan bahan yang dibutuhkan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk tahap studi literatur, bahan yang dibutuhkan adalah buku dan jurnal referensi. Dalam hal ini, jaringan Internet sangatlah berperan untuk
Universitas Sumatera Utara
mendapatkan jurnal-jurnal publikasi yang up to date yang terkait dengan penelitian.
2. Untuk tahap simulasi : perangkat keras personal computer dengan prosesor quad-core RAM 2 GB, perangkat lunak Simulator AWR, Microsoft Office
Excel dan Microsoft Office Visio 2003. 3. Untuk tahap fabrikasi : substrate FR4 double side, substrate FR4 single side,
busa foam dan spacer plastic yang kecil dan tipis. 4. Untuk tahap pengukuran : solder, timah putih, SMA conector female dan
Network Analyzer yang memiliki 2 buah port.
3.3 PERANCANGAN
Secara garis besar, terdapat 3 tiga rancangan yang digunakan pada penelitian ini, yaitu rancangan antena mikrostrip patch segiempat konvensional
yaitu dengan pencatuan langsung berupa saluran mikrostrip, antena mikrostrip patch segiempat dengan pencatu aperture coupled dan antena mikrostrip patch
segiempat pencatuan aperture coupled dengan gap udara di antara substrat patch dan ground plane. Rancangan-rancangan tersebut digunakan untuk mengetahui
karakteristik-karakteristik yang telah dicapai dan membandingkannya.
3.3.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat Konvensional
Parameter-parameter yang diperlukan untuk rancangan antena mikrostrip dengan patch yang berbentuk segiempat konvensional ini adalah lebar dan
panjang patch serta lebar saluran pencatu. Proses yang dilakukan untuk mendapatkan rancangan antena mikrostrip dengan pencatuan saluran mikrostrip
dapat digambarkan dengan sebuah diagram alir seperti diperlihatkan pada Gambar 3.1.
Universitas Sumatera Utara
Mulai
Menentukan frekuensi kerja dan jenis substrate
Selesai Menghitung panjang dan
lebar patch Menghitung lebar saluran
pencatu W
f
Rancangan antena patch segiempat konvensional
Gambar 3.1 Diagram Alir Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Konvensional Berdasarkan diagram alir tersebut, tahapan perancangan antena patch
segiempat dengan pencatu saluran mikrostrip ini dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Menentukan jenis substrat dan frekuensi kerja
Pada rancangan ini, frekuensi yang digunakan adalah frekuensi yang umum untuk komunikasi broadband wireless yaitu 2,4 GHz. Adapun jenis
substrat yang digunakan adalah FR4 evoksi dengan konstanta dielektrik ε
r
2. Perhitungan dimensi patch sebesar 4,4 dan ketebalan 1,6 mm.
Dengan menggunakan Persamaan 2.14 hingga 2.18 dimana nilai parameter c = 3 x 10
8
mdet, f
r
= 2,4 GHz, h = 1,6 mm, dan ε
r
= 4,4 diperoleh panjang L dan lebar W patch masing-masing adalah 28,44 mm dan 38,04 mm.
Untuk penyederhanaan dan penyesuaian grid pada simulator, ukuran panjang dan lebar patch dibulatkan menjadi 28 mm dan 38 mm.
Universitas Sumatera Utara
3. Perhitungan lebar saluran pencatu Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan merupakan saluran
transmisi mikrostrip yang memiliki nilai impedansi karakteristik sebesar 50 Ω.
Dengan menggunakan Persamaan 2.36 diperoleh lebar saluran pencatu untuk impedansi tersebut adalah 3,058816 mm yang dibulatkan menjadi 3 mm. Dengan
pembulatan tersebut nilai impedansi dari saluran pencatu menjadi 50,59 Ohm. Kelebihan 0,59
Ω ini masih dapat ditolerir. Berdasarkan perhitungan-perhitungan tersebut maka diperoleh sebuah
rancangan antena mikrostrip patch segiempat dengan pencatuan langsung berupa saluran mikrostrip seperti diperlihatkan pada Gambar 3.2.
Patch
28 mm
38 mm Saluran
mikrostrip W
l
= 3 mm
a. Tampilan Atas
1,6 mm FR4
Patch Saluran
mikrostrip
b. Tampilan Samping FR4
Gambar 3.2 Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Konvensional
Universitas Sumatera Utara
3.3.2 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Pencatuan Aperture
Coupled
Parameter-parameter yang diperlukan untuk rancangan antena mikrostrip dengan patch yang berbentuk segiempat dengan pencatuan aperture coupled
adalah lebar dan panjang patch, lebar dan panjang slot aperture, serta lebar saluran pencatu. Proses yang dilakukan untuk mendapatkan rancangan antena
mikrostrip dengan pencatuan aperture coupled dapat digambarkan dengan sebuah diagram alir seperti diperlihatkan pada Gambar 3.3.
Mulai
Menentukan frekuensi kerja dan jenis substrate
Selesai Menghitung panjang dan
lebar patch
Menghitung lebar saluran pencatu W
f
Rancangan antena patch segiempat konvensional
Menghitung panjang dan lebar slot aperture
Gambar 3.3 Diagram Alir Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Pencatuan Aperture Coupled
Universitas Sumatera Utara
Tahapan perancangan antena patch segiempat dengan pencatuan aperture coupled ini dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Menentukan jenis substrat dan frekuensi kerja. Penentuan ini sama seperti pada rancangan antena mikrostrip patch segiempat konvensional, yaitu jenis
substrat yang digunakan adalah FR4 evoksi dengan konstanta dielektrik ε
r
2. Perhitungan dimensi patch sama seperti pada rancangan antena mikrostrip patch segiempat konvensional, yaitu diperoleh panjang L dan lebar W
patch masing-masing adalah 28 mm dan 38 mm. sebesar 4,4 dan ketebalan 1,6 mm serta frekuensi kerja 2,4 GHz.
3. Perhitungan lebar saluran pencatu, sama juga seperti pada rancangan antena mikrostrip patch segiempat konvensional dimana lebar saluran pencatu hasil
pembulatan yang digunakan adalah 3 mm. 4. Perhitungan dimensi slot aperture. Slot aperture yang digunakan adalah
berbentuk persegi panjang yang diletakkan tepat di tengah bawah dari patch. Dimensinya diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2.24 dan 2.25
dimana λ
= 0,125 meter yang merupakan panjang gelombang frekuensi kerja yang diinginkan dari antena yaitu sebesar 2,4 GHz. Sehingga panjang slot
L
a
adalah 0,2 x 0,125 x 1000 = 25 mm dan lebar slot W
a
Berdasarkan perhitungan-perhitungan tersebut maka diperoleh sebuah rancangan antena mikrostrip patch segiempat pencatuan aperture coupled seperti
diperlihatkan pada Gambar 3.4. adalah 0,1 x 25 =
2,5 mm dibulatkan menjadi 3 mm untuk menyesuaikan grid pada simulator.
Universitas Sumatera Utara
a. Tampilan atas 38 mm
28 mm
W
f
= 3 mm L
a
= 25 mm Patch
W
a
= 3 mm FR4
b. Tampilan samping FR4
FR4 Patch
1,6 mm 1,6 mm
Gambar 3.4 Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Pencatuan
Aperture Coupled
3.3.3 Antena Mikrostrip Patch Segiempat Pencatuan Aperture Coupled
dengan Gap Udara di Antara Substrat patch dan Ground plane
Parameter-parameter yang diperlukan untuk rancangan antena mikrostrip dengan patch segiempat pencatuan aperture coupled dengan gap udara adalah
sama seperti pada pencatuan aperture coupled yaitu lebar dan panjang patch, lebar dan panjang slot aperture, serta lebar saluran pencatu. Perbedaannya adalah
pada rancangan ini terdapat gap udara di antara substrat patch dan ground plane seperti diperlihatkan pada Gambar 3.5.
Universitas Sumatera Utara
a. Tampilan atas
38 mm
28 mm
W
f
= 3 mm
L
a
= 25 mm
Patch
W
a
= 3 mm FR4
b. Tampilan samping FR4
FR4 Patch
1,6 mm
1,6 mm Udara
Gambar 3.5 Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Pencatuan Aperture
Coupled dengan Gap Udara
3.4 PELAKSANAAN PENELITIAN
Kegiatan penelitian ini merupakan sebuah studi analisis tentang antena mikrostrip patch segiempat pencatuan aperture coupled dengan penambahan gap
udara di antara substrat atas dan bawah. Pencatuan aperture coupled dikenal sebagai salah satu teknik untuk memperlebar bandwidth. Dengan penambahan
gap udara akan diperoleh peningkatan bandwidth yang lebih lebar. Analisis yang dilakukan terhadap rancangan berupa simulasi, fabrikasi dan pengukuran, serta
pembuatan model metematis dengan pendekatan model saluran transmisi. Pada perancangan awal, ukuran fisik antena ditentukan berdasarkan
persamaan teoritis. Rancangan teoritis tersebut selanjutnya disimulasikan dengan
Universitas Sumatera Utara
menggunakan simulator AWR. Pada simulasi ini dilakukan beberapa iterasi untuk mendapatkan rancangan yang optimal dari antena mikrostrip. Rancangan yang
optimal adalah rancangan yang memberikan nilai VSWR ≤ 2 dengan nilai VSWR
minimum tepat berada pada frekuensi resonansi yang diinginkan yaitu 2,4 GHz serta memiliki nilai parameter bandwidth dan gain yang terbaik. Rancangan
antena yang memberikan hasil yang optimal selanjutnya difabrikasi. Untuk mendapatkan hasil yang lebih presisi, fabrikasi dilakukan secara komputerisasi
pada sebuah perusahaan pencetakan papan PCB di Bandung. Setelah difabrikasi, antena yang telah dihasilkan diukur menggunakan Vector Network Analyzer
VNA merk Anritsu MS 2034B yang memiliki 2 buah port di Laboratorium Telekomunikasi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara Medan. Paramater antena yang akan diukur pada laboratorium tersebut adalah return loss, VSWR, pola radiasi, dan gain. keempat parameter
antena yang akan diukur ini dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu pengukuran port tunggal untuk mengukur VSWR dan return loss, pengukuran
port ganda untuk mengukur pola radiasi dan gain. Pengukuran port tunggal merupakan pengukuran parameter sebuah antena
tanpa melibatkan antena lain sebagai pemancar atau penerima. Konfigurasi pengukuran port tunggal terlihat pada Gambar 3.6.
Port 2 Antena dipasang
pada port 1 Network Analyzer
Gambar 3.6 Konfigurasi pengukuran port tunggal
Pada pengukuran port ganda digunakan dua buah port yaitu port-1 dan port-2 dari Network Analyzer. Pengukuran ini membutuhkan sebuah antena lain
Universitas Sumatera Utara
selain dari antena yang ingin diukur dan harus memiliki frekuensi kerja yang sama. Antena yang ingin diukur dihubungkan dengan port 2 dan antena lain
tersebut dihubungkan dengan port 1. Konfigurasi pengukuran port ganda diperlihatkan pada Gambar 3.7.
port-1 port-2
Tx Rx
R
Gambar 3.7 Konfigurasi pengukuran port ganda
3.5 VARIABEL YANG DIAMATI
Kategori