Desain dan Implementasi Variasi Dimensi Slot Pada Mikrostrip Double F Menggunakan Metode Finite Difference Time Domain (FDTD)

## The Design and Implementation of Slot Dimension Variation on Double F Microstrip using FDTD Method
Nurista Wahyu Kirana a,* ,  Sholeh Hadi P b ,  Erni Y b
a Teknik Elektro Universitas Brawijaya Jalan M.T. Haryono 167 Malang 6514, Indonesia
b Laboratorium Teknik Elektro Universitas Brawijaya Jalan M.T. Haryono 167 Malang 6514, Indonesia

## Abstrak
Pada penelitian ini dirancang antena mikrostrip dengan slot double F , di mana antena ini dapat digunakan untuk perangkat wireless yang bekerja pada frekuensi multiband . Antena mikrostrip double F dirancang dengan simulasi, dipabrikasi dan diukur secara riil. Finite  Difference  Time  Domain (FDTD) digunakan untuk menganalisis karakteristik distribusi arus yang tersebar pada mikrostrip. Nilai parameter terbaik dari hasil simulasi untuk return  loss adalah -31,09 dB pada frekuensi 2,4 GHz dan VSWR sebesar 1,057 sedangkan hasil pengukurannya sebesar  -32,82 dB pada frekuensi 2,4 GHz dan VSWR sebesar 1,045. Penggunaan slot pada patch antena dan pencatuan proximity yang digunakan meningkatkan bandwidth antena sebesar 48,7% dan gain yang dihasilkan sebesar 5,97 dBi.
Kata kunci : bandwidth, FDTD, return loss, VSWR, gain .

## Abstract
In  this  paper,  the  characteristics  of  microstrip  antenna  using  a  double  F  slot  are  studied.  It  can  be  used  for  a  wireless device that works on multiband frequency. Double F slot and proximity feed are used in order to obtain larger bandwidth and multiple frequency. Finite Difference Time Domain (FDTD) is used to analyze the characteristics of the current distribution on the patch by changing the variable of slot’s length. From the simulation results, return loss of double F slot antenna is  -31.09 dB at 2.4 GHz and VSWR is 1.057. Afterwards, the measurement result has -32.82 dB at 2.4 GHz and VSWR is 1.045. From the study, the usability of slot size and proximity feed give effect to increase the bandwidth until 48.7% and 5.97 dBi gain.
Keywords : bandwidth, FDTD, return loss, VSWR, gain.

## I. P ENDAHULUAN
Teknologi wireless semakin  dibutuhkan  seiring dengan  kebutuhan  manusia  untuk  komunikasi mobile yang  terus  berkembang . Dalam  upaya  mendukung proses komunikasi wireless dibutuhkan peranan antena dalam  proses  transmisinya.  Karakteristik  antena  yang dibutuhkan  untuk  komunikasi  wireless  yaitu mempunyai  ukuran  kecil, ringan,  biaya  rendah,  proses pabrikasi  yang  mudah,  dapat  diintegrasikan  dengan perangkat microwave dan conformal (dapat menyesuaikan  dengan  tempat  di  mana  antena  tersebut diletakkan) [1]. Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis  antena  dengan  karakteristik  yang  tepat  akan kebutuhan  tersebut.  Namun,  jenis  antena  ini  memiliki beberapa  kelemahan,  di  antaranya gain rendah, keterarahan  yang  kurang  baik,  efisiensi  rendah,  rugi- rugi hambatan pada saluran pencatu, eksitasi gelombang permukaan dan bandwidth rendah [2].
Kelemahan  yang  dimiliki  oleh  antena  mikrostrip dapat  diatasi  dengan  beberapa  cara  atau  metode,  di antaranya  adalah  dengan  menggunakan  teknik pencatuan  atau  dengan  menambahkan  slot  pada patch mikrostrip.  Penggunaan  slot  pada  antena  mikrostrip telah  banyak  digunakan  untuk  meningkatkan  kinerja antenna  terutama bandwidth dan gain seperti penggunaan e-slot , L-slot [3], U-slot [4], dan single slot [5]. Geometri double F merupakan pengembangan dari slot double C [6] dan mikrostrip inverted F [7]. Medan listrik dan medan magnet yang berubah terhadap waktu akan  mendasari  gelombang  elektromagnet.  Dari penelitian  tentang  antena  mikrostrip  sebelumnya  perlu dikaji lebih dalam tentang analisis distribusi arus pada patch antena.  Setelah  Yee  pada  tahun  1966 memperkenalkan  metode Finite  Difference  Time Domain (FDTD)  untuk  menganalisis  medan  listrik magnet  [8],  metode  ini  sekarang  banyak  diterapkan untuk  permasalahan  analisis  antena.  Persamaan  rotasi dari persamaan Maxwell merupakan dasar implementasi metode FDTD [9].
Dalam  metode  FDTD,  propagasi  gelombang elektromagnetik  disimulasikan  dalam  koordinat  tiga dimensi dan wilayah analisis didiskritkan menjadi unit
* Corresponding Author . Email: nurista.w.kirana@gmail.com Received: April 26, 2015; Revised: May 11, 2015 Accepted: May 11, 2015 Published: June 30, 2015  2015 PPET - LIPI
doi : 10.14203/jet.v15.6-13
sel segiempat atau sel Yee yang berisi komponen medan listrik (medan E) dan medan magnet (medan H) secara berulang.  FDTD  banyak  diterapkan  sebagai  metode untuk analisis distribusi arus pada patch antena, karena kemudahan  untuk  analisis  permasalahan  yang didasarkan  pada  persamaan  integral  yang  sangat  sulit dipecahkan  pada  metode  yang  lainnya  [10].  Metode FDTD digunakan sebagai analisis distribusi arus antena pada patch mikrostrip seperti bentuk T- patch [11] dan H- patch . Oleh karena itu penulis akan merancang suatu antena mikrostrip  dengan  slot  berbentuk  dobel  F  pada patch persegi,  serta  menganalisis  karakteristik  antena dengan menggunakan metode FDTD.

## II. M ETODE FDTD
Dalam  menentukan  metode  FDTD  ditentukan terlebih  dahulu  wilayah  analisis  yang  membungkus sumber  gelombang,  benda  hambur.  Lalu  wilayah analisis ini dicacah menjadi banyak sel kecil. Setelah itu ditentukan  persamaan  turunan  Maxwell  untuk  kondisi free space [12] seperti pada Persamaan 1 dan 2.
𝜕𝐸 𝜕𝑡 = 1 𝜀0 ∇ 𝑥 𝐻 (1) 𝜕𝐻 𝜕𝑡 =   − 1 𝜇0 ∇ 𝑥 𝐸 (2)
di mana : E            : vektor medan listrik,
H
: vektor medan magnet,
𝜕𝐸 𝜕𝑡 : turunan parsial medan listrik terhadap waktu,
𝜕𝐻 𝜕𝑡 : turunan parsial medan magnet terhadap waktu,
μ 0 : permeabilitas ruang hampa, ε 0 : permitivitas ruang hampa.
Sebagai  dasar  persamaan  gelombang  datar  dengan medan  listrik  pada  sumbu  x  dan  medan  magnet  pada sumbu y yang merambat pada sumbu z [13]. Gambar 1 menunjukkan ilustrasi FDTD 3 dimensi (3D FDTD) di mana wilayah analisis dibagi di dalam beberapa unit sel.
Gambar 1. Unit Sel 3D FDTD yang Merepresentasikan Komponen Medan Listrik dan Medan Magnet di Dalam Sel Yee.
Langkah  pertama  untuk  merancang  antena mikrostrip dengan menggunakan FDTD adalah dengan membagi  objek  menjadi  beberapa  bagian (mesh  grid) . Sejumlah  parameter  harus  ditentukan  agar  program dapat  berjalan  dengan  baik  [14].  Ukuran grid harus cukup kecil agar medan yang dicacah dapat mendekati nilai  yang  akurat.  Apabila  satu grid tersebut  telah dipilih,  maka  step  waktu  juga  telah  secara  otomatis
ditentukan,  sehingga  menghindari  adanya  instabilitas numerik.
Dalam  metode  FDTD  juga  diperlukan  penetuan titik  bagi  ( grid  point )  yang  paling  dekat  dengan koordinat (i,j,k) yaitu E z (i,j,k), di mana susunan medan listrik  dan  magnet  terdekat  dengan  titik  bagi ditunjukkan pada Gambar 2.
Hx(i,j-½,k+½) Hx(i,j+½,k+½) Hy(i-½,j,k+½) Hy(i+½,j,k+½) Ez(i,j,k+½) Gambar 2. Penyusunan Medan Listrik dan Magnet di Dekat Titik Bagi (i,j,k+½). III. D ESAIN DAN P ABRIKASI A NTENA
Sebelum  membuat  antena,  terlebih  dahulu dilakukan  perhitungan  terhadap  dimensi  antena berdasarkan  rumus  yang  diperoleh  dari  studi  pustaka. Dari  rumus  tersebut  kemudian  diaplikasikan  ke  dalam simulasi.  Simulasi antena  menggunakan software CST Microwave studio . Geometri  antena  mikrostrip double F yang dirancang  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Slot berbentuk double F  diletakkan  di  atas patch antena. Bahan  substrat  dielektrik  yang  digunakan  adalah  FR4 dengan ԑ r sebesar 4,3 dengan ketebalan substrat 1,5 mm.
Gambar 3. Geometri Mikrostrip Double F Tampak Depan.
Teknik  pencatuan  yang  digunakan  pada  penelitian ini  adalah  pencatuan proximity yaitu  teknik  pencatuan non-kontak  yang  bekerja  dengan  kopling proximity , sehingga  saluran  pencatu  tidak  menyentuh  resonator. Teknik  pencatuan  ini  juga  mempertimbangkan penyesuaian  impedansi  dari feedline dan  saluran transmisi.
Lapisan  pertama  yaitu  lapisan  paling  atas  adalah substrat pertama dengan patch tembaga dan slot double F  di  atasnya.  Kemudian  pada  lapisan  kedua  substrat FR4  dengan feedline berbahan  tembaga  yang dihubungkan  dengan  konektor  RSMA  untuk pencatunya. Sedangkan groundplane berbahan tembaga terletak di bagian bawah substrat kedua dengan ukuran sama dengan substrat kedua yaitu 63×73,5 mm seperti pada Tabel 1.
Access Point Level Daya Jarak (m) RF Spectrum Analyzer Mikrostrip Gambar 6. Set-up Pengukuran Pola Radiasi Antena Dengan Menggunakan Spectrum Analyzer.
Return Loss VSWR Impedansi Input Mikrostrip Network Analyzer Gambar 5. Set-up Pengukuran Parameter Antena Dengan Network Analyzer. T ABEL 1 U KURAN M IKROSTRIP D OUBLE F
Dimensi Antena Keterangan Ukuran (mm) a Jarak slot dan bagian tepi bawah patch 5 b Jarak slot dan bagian tepi atas patch 1,1 c Jarak slot dan bagian tepi samping patch 8 d Jarak slot dan feedline 1,5 e Jarak antara tepi samping substrat pertama dan tepi patch 10,4 f Jarak antara tepi samping substrat pertama dan tepi substrat kedua 15 g Jarak antara tepi bawah substrat pertama dan tepi patch 10,5 h Jarak antara tepi bawah substrat pertama dan tepi substrat kedua 7,5 L p Panjang patch 27 W p Lebar patch 37,5 L f Panjang slot double F 21,7 W f Lebar slot double F 10,5 Ls 1 Panjang subsrat pertama 48 Ws 1 Lebar subsrat pertama 58,5 Ls 2 Panjang subsrat kedua 63 Ws 2 Lebar subsrat kedua 73,5 L t Panjang transmisi / feedline 27 W t Lebar transmisi / feedline 3,5
Selanjutnya, antena yang telah didesain, kemudian disimulasikan  dengan  menggunakan software CST Microwave  Studio  dan  diuji  parameter  antenanya. Proses  selanjutnya  yaitu  dilakukan  pabrikasi  dan pengukuran  secara  riil  terhadap  parameter  antena. Mikrostrip double F yang telah dipabrikasi ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Antena Mikrostrip Double F yang Telah Dipabrikasi, Pencatu Feedline Dihubungkan Dengan Konektor RSMA Jack
Female.

## IV. P ENGUJIAN A NTENA

## A. Set-Up Pengukuran
Setelah  dilakukan  proses  pabrikasi,  langkah selanjutnya  adalah  melakukan  pengujian  sistem  untuk memperoleh data berupa parameter antena. Langkah set up pengukuran parameter antena seperti pada Gambar 5. Antena  mikrostrip  dihubungkan  dengan  Agilent
Vector network analyzer N9923A dengan menggunakan kabel pigtail untuk  memperoleh  nilai return  loss , VSWR,  dan  impedansi.  Parameter  lain  yang  diukur adalah gain antena.  Dalam  penelitian  ini,  antena referensi  yang  digunakan  adalah  antena USB  Adapter Wifi  TPLink  TL-WN722N . Setelah  mengukur gain ,
langkah selanjutnya yaitu mengukur pola radiasi antena. Pengukuran ini dilakukan dengan dua macam, yaitu di bidang  medan  listrik  (bidang  E)  dan  bidang  medan magnet (bidang H). Pengukuran pola radiasi horizontal dilakukan cara memasang antena standar ( access  point TP  Link )  secara  vertikal  pada  suatu  tripod  dengan asumsi  ketinggian  antara  antena  standar  dan  antena yang akan diukur (antena mikrostrip double F ) memiliki ketinggian yang sama seperti terlihat dalam Gambar 6. Antena mikrostrip double  F juga diletakkan secara horizontal  terhadap  pencatunya,  atau  dengan  acuan sudut  awal  0°.  Kemudian  antena  mikrostrip double F diputar  secara  periodik  sejauh  10°  searah  jarum  jam. Tiap kali putaran dicatat hasil level daya  yang terukur pada  perangkat RF  spectrum  analyzer .  Proses  ini dilakukan  sampai  jarak  putaran  menempuh  360°. Sedangkan  untuk  pola  radiasi  vertikal,  sebagai  acuan digunakan  sudut  awal  90°,  dengan  variabel  yang berubah  adalah  tiap  10°  sampai  jarak  putaran menempuh 360°.

## B. Metode Penelitian
Selain  memperoleh  hasil  pengujian  parameter antena  dari  hasil  simulasi  dan  pengukuran,  maka langkah selanjutnya yaitu analisis dengan menggunakan metode  FDTD.  Gambar  7  menunjukkan  tentang algoritma FDTD.
Analisis  gelombang  elektromagnetik  dilakukan dengan merubah variabel yang berupa dimensi slot yaitu dengan  cara  mengubah  jarak  slot  dari  tepi  atas  dan samping patch antena.  Dari  pengujian  tersebut  dapat dianalisis  perubahan  yang  terjadi  pada  distribusi  arus pada antena dengan metode FDTD.
Perubahan  dimensi  slot  pada patch antena  akan diamati  perubahan  terhadap  distribusi  arus  dan  medan listrik.  Perubahan  jarak  slot  pada patch antena  akan
Mulai
Setting nilai awal parameter T ≥ T max Output Selesai Medan Listrik Syarat Batas Serap Medan Magnet T = 0 T = T+ ΔT/2 Ya Tidak
Gambar 7. Algoritma FDTD.
diamati  perubahan  terhadap  distribusi  arus  dan  medan listrik. Perubahan jarak slot terhadap tepi bawah patch (variabel  ‘a’)  berpengaruh  pada  perilaku  medan  listrik diamati pada patch antena. Kemudian dengan cara yang sama,  diubah  jarak  ‘c’  yaitu  jarak  slot  dengan  tepi samping patch yang  berpengaruh  juga pada  lebar  slot. Dari  perubahan  variabel  tersebut,  kemudian  diamati distribusi  arus  yang  menyebar  pada patch antena mikrostrip  dengan menggunakan  FDTD.  Diagram  alur metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 8.
Mulai Mengubah variabel mikrostrip : -panjang slot -lebar slot -posisi feedline Menganalisis medan listrik dan distribusi arus pada patch mikrostrip dengan FDTD Mencapai parameter yang sesuai Selesai Ya Tidak
Gambar 8. Flowchart Metode Penelitian. V.
H ASIL D AN A NALISIS
Dari  pengujian  antena  berupa  simulasi  dan pengukuran  antena  yang  telah  dipabrikasi,  didapatkan hasil berupa parameter antena sebagai berikut:
A .  Return loss
Berdasarkan  hasil  simulasi,  tampilan return  loss dapat  dilihat  pada  Gambar  9.  Berdasarkan  hasil simulasi, nilai return loss yang diperoleh pada frekuensi 2,4 GHz adalah -31,09 dB. Frekuensi kerja dari antena mikrostrip double F dapat  diketahui  dengan  cara memasang measured  lines pada  nilai  -10  dB, dikarenakan batas return loss yang baik adalah di bawah -10 dB.
Gambar 9. Hasil Simulasi Return Loss Dengan CST Microwave Studio.
Frekuensi  kerja  yang  diketahui  dari hasil  simulasi yaitu  dari  2,361  GHz  sampai  dengan  2,443  GHz. Karena antena yang dibuat adalah antena untuk WLAN maka frekuensi kerja mencakup untuk aplikasi WLAN dengan lebar frekuensi sebesar 0,082 GHz.  Selain dapat bekerja  pada  frekuensi  WLAN,  mikrostrip double  F yang  telah  disimulasikan  ini  dapat  bekerja  pada frekuensi  3,832  GHz  dengan  rentang  frekuensi  kerja 3,779  GHz  sampai  dengan  3,901  GHz,  memiliki bandwidth sebesar  0,122  GHz.  Selain  hasil  simulasi, return loss juga diperoleh dari pengukuran antena yang telah  dipabrikasi  dengan  menggunakan  network analyzer seperti terlihat dalam Gambar 10.
Gambar 10. Hasil Pengukuran Return Loss Dengan Agilent Vector Network Analyzer N9923A.
Gambar  10  menunjukkan  bahwa return  loss yang dihasilkan  dari  antena  riil  yang  telah  dipabrikasi  pada frekuensi 2,4 GHz nilai return  loss sebesar  -32,82 dB. Antena hasil pengukuran memiliki range frekuensi kerja dari  2,36  GHz  sampai  dengan  2,48  GHz  sehingga bandwidth- nya  sebesar  0,12  GHz.  Selain  bekerja  pada frekuensi  2,4  GHz  antena mikrostrip  yang  dibuat  juga bekerja  pada  frekuensi  3,96  GHz  yang  memiliki  nilai return loss sebesar -15,50 dB.
B. Bandwidth
Bandwidth antena  adalah range frekuensi  antena dengan  beberapa  karakteristik,  sesuai  dengan  standar yang  telah  ditentukan.  Dari  penelitian  yang  telah dilakukan, bandwidth antena  dapat  diketahui  dari frekuensi kerja antena baik dari hasil simulasi maupun dari hasil pengukuran seperti terlihat pada Tabel 2.
T ABEL 2 B ANDWIDTH A NTENA M IKROSTRIP D OUBLE F Hasil Frekuensi Resonansi (GHz) Bandwidth (GHz) Simulasi 2,36 – 2,44 0,082 3,77 – 3,90 0,122 Pengukuran 2,36 – 2,48 0,12 Terlihat pada Tabel 2 bahwa bandwidth pada hasil simulasi  untuk  frekuensi  2,4  GHz  adalah  0,082  GHz sedangkan hasil pengukuran yaitu 0,12 GHz.
C. VSWR
Salah  satu  parameter  penting  lainnya  dalam pengukuran antena adalah voltage  standing  wave  ratio (VSWR).  VSWR  adalah  pengukuran  dasar  dari impedansi matching antara transmitter dan antena. Hasil simulasi untuk tampilan VSWR adalah seperti Gambar 11.
Gambar 11. Hasil Simulasi VSWR Dengan CST Microwave Studio.
VSWR  yang  diperoleh  dari  hasil  simulasi  adalah 1,057.  Hal  ini  membuktikan  antena  mikrostrip  yang telah dibuat memenuhi syarat karakteristik antena yang baik  karena  nilai  VSWR  <  2.  Nilai  VSWR  yang diperoleh  cukup  baik  karena  mendekati  1,  di  mana apabila  nilai  VSWR  =  1  maka  tidak  ada  gelombang yang  terpantul  dalam  saluran  transmisi  artinya kondisinya adalah match . Untuk pengujian VSWR yang diujikan dengan network analyzer diperoleh hasil seperti pada Gambar 12.
Gambar 12. Hasil Pengukuran VSWR Dengan Agilent Vector Network Analyzer N9923A.
Berdasarkan  hasil  pengukuran,  hasil  VSWR  yang didapatkan  pada  frekuensi  2,4  GHz  adalah  1,045. Sedangkan  frekuensi  3,96  GHz  memiliki  VSWR sebesar  1,478.  Hasil  VSWR  antara  hasil  simulasi  dan pengukuran  memiliki  selisih  yang  tidak  terlalu  jauh. VSWR  hasil  pengukuran  juga  memiliki  nilai  <  2  dan mendekati 1 artinya antena yang dibuat telah memenuhi syarat  antena  yang  baik  karena  hampir  tidak  ada gelombang  pantul  dengan nilai  koefisien  refleksi  yang sangat kecil.
D. Gain dan Pola Radiasi
Pada  pengukuran gain antena  digunakan  metode pembandingan  ( Gain-comparison  Method )  atau gain transfer  mode .  Prinsip  pengukuran  ini  adalah  dengan menggunakan  antena  referensi  yang  sudah  diketahui nilai gain- nya.  Prosedur  ini  memerlukan  dua  kali pengukuran  yaitu  terhadap  antena  yang  diukur  dan terhadap  antena  referensi.  Antena  referensi  yang digunakan  adalah  antena  USB adapter  wifi TL- WN722N. Berdasarkan hasil pengukuran, diperoleh nilai gain sebesar  5,97  dBi  sedangkan gain dari  hasil  simulasi dapat diperoleh dari grafik polar yang dapat dilihat dari magnitude  mainlobe yang  dihasilkan  oleh  pola  radiasi antena mikrostrip double F seperti pada Gambar 13.
Gambar 13. Pola Radiasi Antena Mikrostrip Double F .
Gambar 13 menunjukkan gain yang diperoleh dari hasil  simulasi  sebesar  6,85  dBi  sedangkan  nilai Half Power  Beam  Width (HPBW)  yang  diperoleh  adalah 93,5°. HPBW adalah lebar sudut yang memisahkan dua titik  setengah  daya  pada  pancaran  utama  dari  pola radiasi.  Titik  penurunan  setengah  daya  terletak  pada  3 dB. Nilai side  lobe  level ( lobe kecil yang ada di dekat main lobe ) pada pola radiasi antena adalah -13,7 dB.
E. Impedansi Antena
Parameter antena lainnya yang dapat diukur adalah impedansi antena. Dengan menggunakan vector network analyzer ,  didapatkan  nilai  impedansi  antena  pada frekuensi  2,4  GHz  adalah  sebesar  47,8-j2,1  ohm  yang artinya  antena  mendekati  kondisi  yang match /sesuai dengan  saluran  transmisinya  (impedansi  saluran transmisi sebesar 50 ohm).
Selain  pengujian  parameter  antena,  dari  desain antena yang telah dibuat dianalisis dari segi pengubahan variabel  dalam  hal  ini  adalah  panjang  dan  lebar  slot dengan  mengubah  jarak  slot  dengan  tepi patch antena (dimensi  panjang  dan  lebar patch antena  tetap).  Nilai yang  diubah  adalah  ‘a’  yaitu  jarak  antara  slot  dengan tepi  bawah antena  yang  berpengaruh terhadap  dimensi panjang  slot  antena,  serta  ‘c’  yaitu  jarak  antara  slot dengan tepi samping patch antena dengan nilai ‘b’ yaitu jarak slot dengan tepi atas antena.
1) Pengaruh jarak ‘a’ terhadap return loss dan VSWR
Setelah  didapatkan  hasil  parameter  antena  dari simulasi  maupun  pengukuran,  langkah  selanjutnya
untuk  analisis  adalah  dengan  mengubah  nilai  variabel antena dalam hal ini adalah jarak ‘a’ yaitu jarak antara slot  dengan  tepi  bawah  antena  yang  berpengaruh terhadap  dimensi  panjang  slot  antena  sedangkan  nilai ‘b’  dan  ‘c’  tetap.  Nilai  b  diset  sebesar  1,3  mm  dan  c sebesar 8 mm. Nilai a diubah dari 2 mm sampai dengan 6  mm  dengan  step  0,5  mm  sehingga  diperoleh  nilai perubahan return loss seperti dalam Gambar 14.
Gambar 14. Pengaruh Jarak a Terhadap Return Loss.
Berdasarkan Gambar 14 di atas dapat dilihat bahwa pengubahan nilai a sebesar 2 mm sampai dengan 6 mm dengan step 0,5 mm sangat berpengaruh terhadap nilai return  loss  yang  dihasilkan.  Nilai return  loss terbaik terletak pada a = 3,5 mm yang mempunyai nilai return loss sebesar  -23,8 dB. Sedangkan pada frekuensi yang lebih  tinggi,  perubahan  jarak  slot  terhadap patch berpengaruh terhadap pergeseran frekuensi namun tidak terlalu  signifikan.  Selain return  loss , nilai  pengubahan variabel a juga berpengaruh pada VSWR antena seperti terlihat dalam Gambar 15.
Gambar 15. Pengaruh Jarak a Terhadap VSWR.
Dari  hasil  VSWR  yang  diperoleh,  menunjukkan bahwa perubahan jarak a terhadap VSWR antena adalah semakin  besar  nilai  a  maka  VSWR  nya  juga  akan semakin  kecil  karena  nilai return  loss nya  juga  akan semakin  besar.  Jadi  kondisi  paling  ideal  dari  antena pada frekuensi 2,4 GHz adalah ketika nilai a = 3,5 mm dengan VSWR 1,137.
2) Pengaruh jarak ‘c’ terhadap return loss dan VSWR Selain mengubah nilai a, variabel lain yang diubah adalah dengan mengubah nilai ‘c’ yaitu jarak antara slot dengan  tepi  samping patch antena  mikrostrip.  Nilai  c diubah  dengan  menetapkan nilai  a  dan  b.  Berdasarkan hasil  pengujian,  perubahan  variabel  c  memberi pengaruh  pada return  loss namun  tidak  berpengaruh terhadap  frekuensi  resonansi.  Nilai return  loss terbaik yaitu  -29,17  dB  pada  nilai  c  =  9  mm  seperti  terlihat dalam Gambar 16, sedangkan pengaruh jarak c terhadap
perubahan  VSWR  antena  dapat  dilihat  dalam  Gambar 17.
Gambar 16. Pengaruh Jarak c Terhadap Return Loss.
Gambar 17. Pengaruh Jarak c Terhadap VSWR.
Dari hasil VSWR yang diperoleh pada Gambar 17, terlihat  bahwa  VSWR  terbaik  adalah  pada  c  =  9  mm yaitu  sebesar  1,072.  Hal  tersebut  membuktikan  bahwa jarak  slot  terhadap  tepi patch antena  tidak  menggeser frekuensi  resonansi  secara  signifikan  namun  hanya mengubah nilai return loss dan VSWR pada antena.
3) Pengaruh perubahan jarak a dan c terhadap distribusi arus antena
Setelah  melakukan  analisis  terhadap  parameter antena,  langkah  selanjutnya  adalah  menganalisis perilaku distribusi arus yang ada pada antena mikrostrip, dari  perubahan  nilai  a  diperoleh  distribusi  arus  yang bervariasi.  Dalam  hal  ini  digunakan software Matlab untuk  simulasi  FDTD  yang  menggambarkan penyebaran  arus  pada patch antena.  Waktu  iterasi maksimal  yang  digunakan  adalah  1 nanosecond (ns) atau  1000 picosecond (ps).  Perubahan nilai a  terhadap distribusi arus antena dapat dilihat pada Gambar 18.
Berdasarkan  hasil  yang  telah  didapatkan  pada Gambar  18  dapat  dianalisis  bahwa  perubahan  jarak  a berpengaruh  terhadap  distribusi  arus  antena.  Semakin besar  nilai  a  maka  distribusi  arus  pada  pusat patch berkurang  intensitasnya.  Ketika  nilai  a  =  2  mm,  arus pada  pusat  antena  sebesar  0,8  Ampere/meter  (A/m) sedangkan  pada  saat  jarak  a  diubah  menjadi  3  mm, amplitudo  arusnya  menjadi  0,6  A/m  ,  dan  saat  nilai  a diubah  menjadi  4  mm  maka  arus  maksimal  di  pusat antena  menjadi  0,5  A/m  sedangkan  saat  a  =  5  mm arusnya menjadi 0,4 A/m. Namun, dengan waktu yang sama yaitu 299 ps maka semakin besar nilai a maka arus akan semakin menyebar ke tepi patch , hal ini dibuktikan dengan bertambahnya intensitas arus di tepi patch tetapi berkurang pada pusat patch antena. Nilai c diubah dari 8 mm  sampai  dengan  11  mm  dan  dijalankan  dengan waktu  iterasi  1000  ps.  Hasil  distribusi  arus  yang
(a) (b) (c) (d)
Gambar 19. Pengaruh Jarak c Terhadap Distribusi Arus Antena
pada Timestep 299 ps, (a) Jarak 8 mm, (b) Jarak 9 mm, (c) Jarak 10 mm, (d) Jarak 11 mm.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 18. Pengaruh Jarak a Terhadap Distribusi Arus Antena pada Timestep 299 ps, (a) Jarak 2 mm, (b) Jarak 3 mm, (c) Jarak 4 mm,
(d) Jarak 5 mm.
menyebar pada patch antena dengan perubahan nilai c dapat dilihat dalam Gambar 19.
Berdasarkan hasil yang telah diperoleh, perubahan nilai  c  mengakibatkan  pengaruh  terhadap  penyebaran arus antena. Semakin besar nilai c maka mengakibatkan dimensi lebar slot menjadi semakin sempit. Hal tersebut berpengaruh  pada  distribusi  arus  yang  menyebar  pada patch antena.  Arus  pada  pusat  antena  semakin berkurang  seiring  dengan  bertambahnya  nilai  c.  Pada saat c = 8 mm dan c = 9 mm arus yang ada pada patch sebesar 0,6 A/m sedangkan pada c= 10 mm dan c = 11 mm arus berkurang menjadi 0,5 A/m.
K ESIMPULAN
Dalam  penelitian  ini, telah dilakukan  perancangan dan pembuatan antena mikrostrip dengan slot double F menggunakan  metode Finite  Difference  Time  Domain
(FDTD).  Pengujian  parameter  antena  telah  dilakukan melalui  prosedur  pengukuran  dan  analisisnya berdasarkan perubahan variabel yaitu jarak slot terhadap tepi patch antena  yang  berpengaruh  terhadap  dimensi antena.  Distribusi  arus  yang  menyebar  pada patch antena  juga  telah  dianalisis  dengan  menggunakan metode FDTD berdasarkan perubahan variabel tersebut. Berdasarkan  semua  hasil  dan  pembahasan  yang  telah dijelaskan  pada  bagian  sebelumnya,  maka  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Pada mikrostrip dengan pencatuan proximity tanpa slot, diperoleh nilai return loss sebesar -18,741 dB dan bandwidth sebesar  0,077  GHz  pada  frekuensi 2,4  GHz  sedangkan  dengan  menggunakan  slot double F nilai return  loss yang  diperoleh  pada frekuensi 2,4 GHz adalah -31,09 dB dan memiliki badwidth  0,082  GHz,  artinya  penggunaan  slot double  F pada patch mikrostrip  dan  pencatuan proximity menghasilkan  peningkatan bandwidth sebesar  5,1%  serta  dapat  meningkatkan  nilai returnloss dan  menurunkan  VSWR  secara signifikan.
2. Antena hasil pengukuran menghasilkan nilai return loss  sebesar  -32,82  dB  pada  frekuensi  tengah  2,4 GHz serta bandwidth antena adalah 0,12 GHz yang artinya  meningkat  sebesar  48,7%  dari  hasil simulasi.
3. VSWR  yang  diperoleh  dari  hasil  simulasi  adalah 1,057  dan  pengukuran  adalah  1,045.  Hal  ini membuktikan  antena  mikrostrip  yang  telah  dibuat memenuhi  syarat  karakteristik  antena  yang  baik karena nilai VSWR < 2.  dan mendekati 1 sehingga mendekati  kondisi match terhadap  saluran transmisinya . 4. Gain yang  dihasilkan  dari  hasil  pengujian  cukup besar yaitu 5,97 dBi atau 7,7 kali penguatan dengan pola radiasi omnidirectional , sedangkan pada hasil simulasi  direktivitas  pada main  lobe terbesar memiliki gain sebesar 6,85 dBi.
5. Dengan  waktu  iterasi  yang  sama  maka  semakin besar nilai variabel a (jarak antara slot dengan tepi bawah patch semakin  lebar)  maka  arus  akan semakin menyebar ke tepi patch , hal ini dibuktikan dengan  bertambahnya  intensitas  arus  di  tepi patch tetapi  berkurang  pada  pusat patch antena  yaitu dengan 0,8 A/m saat jarak a = 2 mm dan 0,4 A/m pada jarak a=5 mm. Berdasarkan hasil yang telah diperoleh, perubahan nilai  c  mengakibatkan  pengaruh  terhadap  penyebaran arus antena. Semakin besar nilai c maka mengakibatkan dimensi  lebar  slot  menjadi  semakin  sempit  dan  arus pada  pusat  antena  semakin  berkurang  seiring  dengan bertambahnya  nilai  c,  hal  itu  terbukti  pada  saat  c  =  8 mm dan c = 9 mm arus yang ada pada patch sebesar 0,6 A/m sedangkan pada c = 10 mm dan c = 11 mm arus berkurang menjadi 0,5 A/m.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Ucapan terima  kasih kami  sampaikan  kepada Tim Laboratorium  Teknik  Elektro  Universitas  Brawijaya dan  Laboratorium  Politeknik  Kota  Malang atas penggunaan peralatan laboratorium.

## D AFTAR P USTAKA
[1] T.  Archevapanich,  J.  Nakasuwan,  N.  Songthanapitak,  N. Anantrasirichai, and T. Wakabayashi “E-shaped slot antenna for WLAN  applications”, PIERS  Online, vol.  3,  no.  7,  pp.  1119- 1123, 2007.
[2] S.  Kumar,  A.  K.  Saurabh,  and  N.  S.  Beniwal,  “Dual  band  H shaped rectangular microstrip patch antena for WLAN/WiMAX/bluetooth  applications”, International  Journal of Advanced Research in Electrical Electronics and Instrumentation  Engineering ,  vol.  3,  iss.  3,  pp.  8220-8227, March 2014.
[3] A.  Haidery,  R.  Tawde,  and  T.  Shaikh,  “L-slot  rectangular microstrip  patch antena  for WiMAX and WLAN applications”, International  Journal  of  Emerging  Technology  and  Advanced Engineering , vol. 3, iss. 10, pp. 471-474, Oct 2013.
[4] M. Ravi and A. Janardhana “Design & performance analysis of double U-slot  microstrip  antena  for  WiMAX  application”, International  Journal of  Advanced  Research  in  Electronics and Communication Engineering (IJARECE), v ol. 3, iss. 8, pp. 790- 795, August 2014.
[5] R.  S.  Rathore,  S.  Baudha,  and  Shrikant  Pandey,  “A  2.4    GHz microstrip patch antena  with  a  single  slot  for  WLAN application”, International  Journal  of  Advanced  Research  in Computer Engineering & Technology, vol. 1, iss. 4, pp. 139-141, June 2012.
[6] B.  Thili,  “Design  of  double  c-slot  microstrip  patch  antena  for WiMax  application”,  in Proceedings  of 2010  IEEE  Antennas and  Propagation  Society  International  Symposium  (APSURSI), July 2010, pp. 1-4.
[7] D.  K.  Karmokar  and  K.  M.  Morshed,  “Analysis  of  inverted  F and  loaded  inverted  F  antenna  for  2,4  GHz  ISM  band application”, Journal of Electrical Engineering The Institution of Engineers  Bangladesh ,  vol.  EE  36,  no.  II,  pp.  4-9,  December 2009,
[8] D.  Sugumar,  S.  Sydney,  D.  Athina,  and  T.  J.  Selvahephzibah, “Bandwidth  enhancement  of  coaxial  feed  U  slotted  microstrip antenna  modeled  with  FDTD  algorithm“,  in Proceedings  of IEEE  International  Conference  on  Computational  Intelligence and Computing Research , 2010.
[9] J. T. S Sumantyo, K. Ito, E. T. Rahardjo, dan K. Saito, Metoda Beda  Hingga  Kawasan  Waktu ,  Bandung,  Indonesia:  Penerbit ITB, 2004.
[10] A. N. Mahmud, S. S Obayya, A. A. Mitkees, and H. A. Elmikati, “FDTD  analysis  of  a  rectangular patch antena  on  a  general uniaxial  anisotropic  dielectric  substrate”.  in Proceedings  of Eighteen  National  Radio  Science  Conference ,  Mar  2001,  pp. 131-141 (vol.1).
[11] D.  M.  Sullivan, Electromagnetic  Simulation  Using  The  FDTD Method , New York, USA: John Wiley & Sons Inc., 2000.
[12] N. Suherman, “Analisis dan pabrikasi mikrostrip horn dilengkapi reflektor  parabola  dengan  metode  FDTD”,  Thesis,  Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia, 2008.
[13] A.  Hajiaboli,  M.  Popović,  and  F.  H.  Kashani,  “Analysis  of coaxial-fed  electromagnetically  coupled  patch  antenna  using FDTD”,  in Proceedings  of  IEEE  2005  Antennas  and Propagation  Society  International  Symposium ,  July  2005,  pp. 138-141 (vol. 1A).
[14] C.  A.  Balanis, Antena  Theory:  Analysis  Design ,  3rd  ed.,  New Jersey, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2005.