DESAIN ANTENA MIKROSTRIP INSET FED BERCELAH H DENGAN METODE DEFECTED GROUND STRUCTURE (DGS) SEBAGAI PENGUAT BLUETOOTH
Oleh: Jonifan 1 , Yenniwarti Rafsyam 2 , Zikra Aulia Sanaz 2
(1) Staf Pengajar Universitas Gunadarma Jakarta. Jl. Margonda Raya No. 100 Pondok Cina. Depok
(2) Jurusan Teknik Elektro, Program Telekomunikas PNJ Jln. Prof. Dr. G.A. Siwabessy, Kampus UI Depok 16425 Email: jonifan@staff.gunadarma.ac.id, zikrass@gmail.com.

## Abstrak
Antena  mikrostrip  merupakan  salah  satu  media  transmisi  yang  murah  dan  mudah  dalam pembuatannya.  Salah  satu  aplikasi  antena  mikrostrip  adalah  penguat  bluetooth.  Bluetooth merupakan salah satu protokol komunikasi nirkabel yang keberadaannya dikondisikan sebagai pengganti protokol kabel untuk pengoperasian pada jarak pendek. Namun karena keterbatasan wilayah  cakupan  yang  cenderung  sempit,  teknologi  ini  belum  cukup  berkembang  untuk digunakan  dalam  pengiriman  data  ke  tujuan  yang  jaraknya  cukup  jauh.  Metode  Defected Ground  Structure  (DGS)  digunakan  untuk  meningkatkan  penguatan  pada  antena.  Hasil pengukuran parameter antena didapatkan bahwa antena dapat bekerja pada frekuensi 2.4 GHz hingga 2.483 GHz dengan return loss -29.449 dB dan VSWR senilai 1.099. Dengan pola radiasi yang  dihasilkan  unidirectional  dengan  gain  sebesar  5,73  dB.  Hasil  pengujian  performansi antena  yang  didapat  adalah  antena  dapat  mengirimkan  data  lebih  cepat  dan  mencapai  jarak terjauh  90  m  pada  kondisi  LOS  dan  38m  pada  kondisi  NLOS  dibandingkan  dengan  antena bawaan pada perangkat USB Bluetooth Adapter.
Kata Kunci : Antena Mikrostrip, Bluetooth, Defected Ground Structure.

## Abstract
Antenna  microstrip  is  one  of  transmission  media  cheap  and  easy  in  making.  One  of  the application  of  antena  mikrostrip  is  bluetooth  booster.  Bluetooth  is  one  of  the  wireless communication protocols whose presence is conditioned as a substitute for cable protocols for operation at short distances. However, due to the limited coverage area that tends to be narrow, this technology has not been developed enough to be used in transmitting data to destinations that are far enough away. The Defected Ground Structure (DGS) method is used to increase the gain  on  the  antenna.  The  results  of  the  antenna  parameter  measurements  obtained  that  the antenna can work at a frequency of 2.4 GHz to 2.483 GHz with a return loss of -29.449 dB and VSWR worth 1,099. With the resulting radiation pattern unidirectional with a gain of 5.73 dB. The antenna performance test results obtained are that the antenna can transmit data faster and reach 90 m further in the LOS and 38m conditions in the NLOS state compared to the default antenna on a USB Bluetooth Adapter device.

## Keywords : Antena Mikrostrip, Bluetooth, Defected Ground Structure
1.   Pendahuluan Bluetooth merupakan salah satu protokol komunikasi nirkabel yang kehadirannya dikondisikan sebagai pengganti protokol kabel untuk operasi pada jarak  pendek  (IEEE  802.15.1). Bluetooth dapat  berkomunikasi  dengan  perangkat Bluetooth lainnya  untuk  melakukan  dengan konsumsi dayanya rendah.  Selain konsumsi
daya  yang  rendah  USB Bluetooth  adapter dapat  pula  diaplikasikan  pada  laptop, telepon  genggam  PDA,  dan  perangkat portable lainnya  dengan  mudah  dan  murah (Andika,Yustina Wahyu, 2016).
Namun  terdapat  pula  kelemahan  pada sistem  transmisi  menggunakan bluetooth yaitu  sistem  jangkauannya  dan  proses
transmisi  pendek  dengan  kecepatan  yang rendah.
Untuk  mengatasi  hal  tersebut,  maka dirancang  sebuah  antena  mikrostrip  yang dapat  bekerja  pada  frekuensi  2,4  GHz sebagai  penguat  Bluetooth.  Pemilihan antena mikrostrip karena mempertimbangkan  sifatnya  yang  mudah dalam  proses  fabrikasi,  kecil  dan  ringan. Sesuai  dengan  antena  yang  dibutuhkan sebagai  penguat  pada  USB Bluetooth Adapter . (Ruswanditya, Adhi Surya, 2017). Antena  mikrostrip  akan  diaplikasikan  pada sebuah  USB adapter maka  dari  itu  sangat diperlukan  antena  dengan  dimensi  yang kecil.  Metode Defected  Ground  Structure (DGS) dapat menjadi salah satu solusi untuk memperkecil dimensi antena. Selain metode DGS  pemilihan  substrat  antena  dengan besar konstanta dielektrik yang tinggi dapat mereduksi  dimensi  antena.  Sehinga  antena yang  dihasilkan  dapat  menjadi  lebih  kecil. (Zulkifli, Fitri Yuli. 2008).

## 2. Metode Penelitian
Dalam  penelitian  ini  tahap  pertama yang dilakukan adalah menentukan dimensi antena  mikrostrip inset  fed bercelah  H. Selanjutnya  membuat  pemodelan  antena pada  software  CST  Studio  Suite  2018, dengan  mensimulasikan  untuk  mengetahui kinerja  dari  antena  tersebut  sebelum difabrikasi.  Saat  melakukan  simulasi  perlu melakukan optimasi hingga antena memenuhi  spesifikasi  yang  diinginkan. Pada  penelitian  ini,  dilakukan  pengujian parameter  parameter  antena  setelah  antena selesai  difabrikasi  sebelum  diaplikasikan. Hasil  pengujian  akan  dibandingkan  dengan hasil  simulasi  pada  CST  dengan  merujuk kepada  spesifikasi  yang  dibutuhkan.  Jika hasil  pengujian  antena  sudah  sesuai  dengan yang  ada  pada software CST  maka  antena sudah  dapat  diaplikasikan  pada  USB Bluetooth Adapter.
Perancangan Antena Tahap  pertama  dalam  perancangan  antena mikrostrip inset  fed bercelah  H  adalah menentukan  spesifikasi  antena.  Adapun
spesifikasi  dari  antena  dapat  dilhat  pada Tabel 1.
Tabel 1.Spesifikasi Antena Spesifikasi Antena Keterangan Frekuensi Kerja 2,4 – 2,48 GHz Substrat Duroid RT6006 Konstanta Dielektrik Design Konstanta Dielektrik Process 6,15 6.45 Ketebalan Lapisan Dielektrik 1,27 mm Ketebalan Tembaga 0,035 mm Pola Radiasi Unidirectional Gain ≥ 4 dB Bandwidth ≤ 80 MHz Antena mikrostrip inset-fed bercelah H akan diaplikasikan  untuk Bluetooth dimana Bluetooth memiliki range frekuensi 2,4 GHz –  2,48  GHz.  Untuk  menentukan  frekuensi kerja digunakan Persamaan (1).
𝒇 𝒓 = 𝒇 𝒖 +𝒇 𝒍 𝟐 ……. (1) Untuk  menentukan  panjang  Gelombang digunakan  Persamaan  (2).  Perhitungan panjang gelombang sebagai berikut.
𝛌  = 𝒄 𝒇 𝒓 …….. (2)
Antena  mikrstrip inset  fed bercelah  H bekerja  pada  frekuensi  kerj  (fr)  2,44  dibuat menggunakan  substrat  Duroid  RT6006. Substrat  tersebut  memiliki  spesifikasi  yang tertera  pada  Tabel.  1,  Untuk  menghitung lebar patch antena menggunakan persamaan (3).
𝑾 𝒑 = c 2 x fr x √ Ԑr +1 2 (3)
Setelah  didapatkan  besarnya  lebar patch antena langkah selanjutnya yaitu menentukan  panjang patch antena.  Untung mendapatkan  besarnya  panjang patch , dilakukan  perhitungan permitivitas  relatif (Ԑ eff ) dan fringing field ( Δ L) terlebih dahulu. Untuk  menghitung permitivitas  relatif (Ԑ eff ) menggunakan persamaan (4).
𝜀 𝑒𝑓𝑓 = 𝜀𝑟+ 1 2 + 𝜀𝑟− 1 2 [1 + 12  ( ℎ 𝑤 )] − 1 2 …… (4)
Setalah itu melakukan perhitungan terhadap fringing field ( Δ L) dengan mensubstitusikan Ԑ eff kedalam Persamaan (5).
∆𝐿  = 0,412ℎ (Ɛreff+0,3)( W h +0,264) (Ɛreff−0,258)( W h +0,8) (5)
Nilai permitivitas  relatif (Ԑ eff ) dan fringing field ( Δ L)  dan  disubstitusikan  kedalam untuk mendapatkan panjang patch Persamaan (6).
𝑳 𝒑 = 𝒄 𝟐𝒇 𝒓 √𝜺 𝒓𝒆𝒇𝒇 − 𝟐∆𝑳 (6)
Pencatuan  saluran  antena  menggunakan metode  mikrostrip line dimana  pencatuan dengan  saluran  mikrostrip  di  substrat  yang sama.  Antena  akan  dihubungkan  dengan konekor SMA 50 Ω.
Bentuk Celah pada desain antenna
mikrostrip  yang  digunakan  pada  penelitian ini  adalah  model  H.  Untuk  menghitung lebar  celah  menggunakan  persamaan  (7). Nilai Ԑ eff berasal dari perhitungan konstanta dielektrik sebelumnya.
𝑬 = λg 60 (7)
Panjang celah vertikal  pada desain di hitung dengan  menggunakan persamaan (8)
C Wp ≤ 0,3
(8)
Persamaan  (9)  yang  digunakan  dalam perhitungan panjang celah horizontal.
𝐷 = 𝐶 𝑓 𝑙𝑜𝑤 √𝜀 𝑒𝑓𝑓 − 2𝑥(𝐿 𝑝 − ∆𝐿 − 𝐸) (9)
Dari  hasil  simulasi  didapatkan  hasil  yang belum  sesuai  dengan  spesifikasi,  maka dilakukan optimasi pada beberapa parameter  antenna.  Tabel  2  adalah  hasil akhir yang digunakan dalam penelitian ini.
Tabel 2. Ukuran Parameter – Parameter Antena Setelah

## Optimasi
No Dimensi Antena Nama Variabel Nilai Awal Nilai Optimasi 1 Lebar Saluran 100 Ω Wz 1.93 2,3 2 Lebar Saluran 70,71 Ω Wl 2.73 3,3 3 Lebar Saluran 50 Ω Wo 3,861 3,9 4 Lebar Celah E 0.858 0,51 5 Panjang Celah Vertikal C 9,759 10,03 6 Panjang Celah Horizontal D 9,967 2,3
Dari  hasil  optimasi  setelah  mengubah beberapa  parameter  antena  yang  terdapat pada  Tabel  2  didapatkan  hasil  yang  sudah
memenuhi spesifikasi antena. Untuk parameter return  loss  diperoleh  nilai sebesar  -33,834  dB  dan Bandwidth sebesar 30,2 MHz yang dapat di lihat pada Gambar 1. VSWR sebesar 1,0415 seperti diperlihatkan  pada  Gambar  2,  impedansi sebesar  45,412  Ω  diperlihatkan  pada Gambar  3,  dengan  gain  sebesar  4,579  dB yang dapat  dilihat pada  Gambar 4  dan pola radiasi berbentuk unidirectional yang diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 1. Hasil Simulasi Return Loss dan Bandwidth Setelah Optimasi
Gambar 2. Hasil Simulasi VSWR Setelah
Optimasi Gambar 3. Hasil Simulasi Impedansi Setelah Optimasi
Gambar 4. Hasil Simulasi Gain Setelah Optimasi
Gambar 5. Hasil Simulasi Pola Radiasi Setelah Optimasi Setelah  didapatkan  dimensi patch, terbaik saluran  dan  substrat  dilanjutkan  dengan menghitung  besar  DGS.  Besar  DGS didapatkan dari Persamaan (10):
Luas  Oktagonal  =  Luas patch bercelah  H inset fed
Melalui  proses  perhitungan  didapatkan dimensi DGS dengan sisi oktagonal sebesar 14,542  mm.  Setelah  dilakukan  proses simulasi,  didapatkan  besar Gain yang  tidak meningkat,  tidak  seperti  karakteristik  dari DGS  yang  dapat  meningkatkan Gain pada antena tanpa DGS. Maka proses selanjutnya dilakukan pemecahan satu oktagonal menjadi beberapa oktagonal dengan panjang masing  masing  sisinya  lebih  kecil.  Dari hasil simulasi didapatkan parameter VSWR dan gain memiliki  parameter  terbaik  ketika DGS berjumlah 5.
Untuk  nilai  VSWR  dan gain sangat bergantung  pada  jarak  antara  DGS  pada bidang groundplane antena.    Hasil  terbaik DGS  diperoleh  ketika  DGS  berjumlah    5 dengan    posisi  DGS  terlihat  pada  Tabel  3. Dan ilustrasi DGS pada bidang groundplane antena terlihat pada Gambar 6.

## Tabel 3. Faktor Analisa Posisi DGS
Jarak Antar Sel DGS (mm) Parameter yang Diamati Ra Rb Return Loss (dB) Frekuensi Kerja (GHz) Gain (dB) 15 18 21 24 15 18 21 24 -9.62 -18.54 -24.73 -38,9 2.301 2.392 2.48 2.502 4,65 4,832 4,892 5.45
Dari  hasil  simulasi  antena  mikrostrip inset fed bercelah  H  dengan  metode  DGS didapatkan  hasil  yang  sudah  memenuhi spesifikasi.  Dengan  nilai return  loss sebesar, Bandwidth sebesar, VSWR sebesar, impedansi sebesar dan pola radiasi berbentuk unidirectional .
Setelah  didapatkan  parameter  antena  yang sesuai dengan spesifikasi dilanjutkan dengan  proses  realisasi  antena  mikrostrip inset  fed bercelah  H  dengan  metode  DGS. Realisasi Antena terlihat pada Gambar 6.
Gambar 6. DGS pada bidang groundplane antena

## 3. Hasil dan Pembahasan

## A. Perbandingan Hasil Pengujian dan Simulasi Parameter Antena
Setelah  dilakukan  proses  realisasi  antena dilanjutkan dengan proses pengujian antena. Pengujian antena terbagi menjadi pengujian antena  paremeter  dekat  dan  jauh.  Pada pengujian  parameter  dekat  yang  diuji  yaitu VSWR, return  loss, dan  impedansi  antena. Pada  pengujian  parameter  jauh  yang  diuji yaitu  pola  radiasi  antena.  Hasil  Pengujian parameter medan dekat  antena dapat  dilihat pada Gambar 7 dan Gambar 8.
Gambar 7. Hasil Pengujian Return Loss dan Bandwidth
Gambar 8. Hasil Pengujian VSWR Hasil  Pengujian  parameter  medan  dekat antena  untuk return  loss sebesar  -29,449 dB, bandwidth sebesar  36  MHz  yang disajikan  pada  Gambar  7,  VSWR  sebesar 1,0999, disajikan pada Gambar 8, sedangkan    impedansi  sebesar  48,29  Ω, yang    Nilai  tersebut  telah  memenuhi spesifikasi antena yaitu memiliki return loss ≤  10dB,  VSWR≤  2,  dan  Impedansi mendekati 50 Ω.
Setelah didapatkan hasil pengujian parameter  antena  medan  dekat  dilanjutkan dengan  pengujian  medan  jauh  yaitu  pola radiasi  antena.  Pola  radiasi  disebut  juga pernyataan
secar grafis
yang menggambarkan  sifat  radiasi  dari  antena (Ammai,  Liska.2015).  Hasil  pengujian dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Hasil Pengujian Pola Radiasi Antena
Hasil  pengujian  antena  medan  jauh  antena didapatkan  pola  radiasi  antena  berbentuk unidirectional dengan HPBW sebesar 100 o . Untuk gain yang  didapatkan  sebesar  5, Hasil  tersebut  telah  memenuhi  spesifikasi dari  antena  yaitu  memiliki  pola  radiasi unidirectional dan gain ≥ 4dB.

## B. Hasil  Pengujian  Antena  Sebagai Penguat Bluetooth
Setelah  melakukan  pengujian  terhadap parameter  antena  dan  telah  memenuhi spesifikasi maka dilanjutkan dengan pengujian  fungsi  antena  sebagai  penguat
Bluetooth . Pengujian dilakukan dengan cara mentransimisikan  4  jenis  data  yaitu  video, gambar, musik, dan dokumen.Ukuran terbesar  yaitu  video  1  dengan  format  data MP4  sebesar  6,797  Kb.  Sementara,  data terkecil  yaitu  Dokumen  1  dengan  format .xls dan besar data  113 Kb.
Pengujian  dilakukan  dalam  kondisi LOS  dan  NLOS.  Pengujian  menggunakan tiga  antena  yaitu  antena default, antena mikrostrip patch  circular  rectangular dan antena  mikrostrip inset  fed bercelah  H. Adapun  diagram  blok  sistem  terlihat  pada Gambar 10.
Antena Mikrostrip Patch Circular Rectangular Antena Mikrostrip Rectangular Inset Fed Bercelah H Transmitter Receiver
Gambar 10. Diagram Blok Sistem Transmisi data dengan USB Bluetooth

## Adapter
Dari  beberapa  pengujian  aplikasi  yang dilakukan,  berikut  akan  disajikan  hasil pengujian kecepatan transmisi data
menggunakan  dengan  dua    jarak  yang berbeda  pada  kondisi  LOS  dan  NLOS, dengan  menggunakan  antena  default  dan antena  mikrostrip patch  circular  rectagular dengan  metoda  DGS  sebagai  transmitter sedangkan  antena  mikrostrip inset  fed bercelah  H  dengan  metode  DGS  sebagai receiver.  Hasil  pengujian  yang  diperoleh dapat dilihat pada Gambar 11 dan 12.
Gambar 11. Perbandingan Kecepatan Transmisi  Data  antara  antena  default dengan  antena  mikrostrip  pada  Keadaan LOS
Pada  Gambar  11  terlihat  bahwa  pada  saat melakukan transmisi data dengan menggunakan  antena  default,  diperoleh jarak  maksimum  antara  pemancar  dan penerima  masih  bisa  mentrasmisikan  data sejauh 50 m. sedangkan dengan menggunakan  antena    mikrostrip  inset  fed bercelah  H  dengan  metode  DGS  sebagai receiver  masih  bisa  melakukan  pengiriman data  dengan  baik,  meskipun    jarak  antara pemancar  dan    penerima  memiliki  jarak sejauh 90 m.
Gambar 12. Perbandingan Kecepatan Transmisi  Data  antara  antena  default dengan  antena  mokrostrip  pada  Keadaan
NLOS
Pada  Gambar  12  pengujian  yang  dilakukan untuk kondisi NLOS, dimana jarak maksimum  yang  masih  bisa  melakukan transmisi  data  pada  saat  menggunakan antena  default  baik  sebagai  pemancar  dan penerima  adalah  sejauh  10  m,  dengan  hasil dengan  kecepatan  transmisi  data  terbesar yaitu  9,25  Kbps  dan  kecepatan  transmisi data terkecil yaitu sebesar 3,28 Kbps. Sedangkan  dengan  menggunakan  antena mikrostrip  pentransmisian  data  masih  bisa dilakukan  dengan  jarak  antara  antena pemancar dan penerima inset fed bercelah H adalah  dengan  jarak  yang  lebih  jauh  yaitu 38  m,  dimana  didapatkan  hasil  kecepatan transmisi  data  terkecil  yaitu  sebesar  26,18 Kbps  sementara  kecepatan  transmisi  data terbesar yaitu 16,05 Kbps.
Dari  pengujian  aplikasi  yang  dilakukan, dengan    menggunakan  mikrostrip  patch circular    dan  antena  inset  fed  bercelah  H, diperoleh  hasil  yang  lebih  baik  daripada menggunakan antena default USB
Bluetoooh  Adapter.  Hal  ini  dikarenakan antena  mikrostrip  membuat  sensibility  dari USB  Bluetooth  Adapter  menjadi  lebih  baik dari  pada  antena  default  sehingga  transmisi data  mejadi  lebih  cepat  dengan  jarak  yang lebih  jauh,  dengan  kata  lain  antena mikrostrip  inset  fed  bercelah  H  mampu bekerja sebagai penguat bluetooth pada saat difungsikan sebagai penerima.

## 5. Kesimpulan
Setelah  melakukan  proses  simulasi, pembuatan,  pengukuran  dan  pengujian maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Antena mikrostrip   inset fed bercelah H dengan  metode  DGS  memiliki  return loss sebesar -29.449 dB, VSWR sebesar 1.099,  gain  sebesar  5,73  dB,  dan  pola radiasi  unidirectional  serta  impedansi sebesar  48,281  Ω.  Hasil  tersebut  telah sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan.
2. Antena  mikrostrip  inset  fed  bercelah  H dengan  metode  DGS  bisa  digunakan sebagai  penguat  USB  bluetooth  adapter sehingga  mampu  bekerja  lebih  baik untuk pentransmisian data.

## DAFTAR PUSTAKA
Ammai,  Liska.2015.” Miniaturisasi  Antena Mikrostrip  Menggunakan  Defected Ground  Structure  Pada  Frekuensi Fixed  WIMAX  3.65  GHz  “ .  [23 Februari 2018]
Andika,Yustina Wahyu.2016.” Perancangan Dan  Realisasi  Antena  Transceiver Untuk  Komunikasi  Bluetooth” .  [20 Februari 2018]
Ruswandithiya,  Adhi  Surya  “ Antena Mikrostrip Array 2 Patch Rektangular Bercelah-H  Untuk  Mimo  8×8  Pada Akses Radio 5G 15 Ghz ”. [25 Februari 2018]
Zulkifli,  Fitri  Yuli.,  Djoko  Hartanto.  2008.
“ Pengembangan  Antenna  Microstrip Susun Dua elemen dengan Penerapan Defected  Ground Structure  berbentuk Trapesium”. Universitas Indonesia.
Jakarta.[20 Februari 2018]