Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI) Vol. 9 , No. 2 , Agustus 2023 ISSN. 2502-3608; e-ISSN. 2443-2318 Terakreditasi Sinta 5

## Perancangan dan Optimalisasi Bandwidth Antena Wideband dengan Dua Setengah Circular Path untuk Aplikasi C-Band (4GHz-8GHz)
Muh Asnoer Laagu 1 Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember Jl. Kalimantan No. 37, Jember, Jawa Timur 68121 asnoer@unej.ac.id
Abstrak Komunikasi jarak jauh memerlukan desain antena yang memiliki karakteristik  pita  lebar  ( wideband) . Antena  wideband  memiliki karakteristik  dapat  menerima  frekuensi  yang  lebar  ( wideband ), salah satu jenis antena yang mendukung teknologi dalam antena sistem  komunikasi  satelit  adalah  antena  mikrostip.  Antena microstrip dengan dirancang dua setengah circular patch mampu bekerja optimal pada frekuensi 4,5GHz – 8,4GHz dengan lebar bandwidth sebesar  4000MH.  Penggunaan  dua  setegah circular patch jauh  lebih  efektif  pada  saat  simulasi return  loss yakni optimal  hingga  -25dB.  Patch  dengan  sudut circular mampu memperbesar  lebar bandwidth jika  dibandingkan  dengan  patch berbentuk rectangular .  Dimensi  antena  perlu  digeser  lagi  agar frekuensi antena bisa benar-benar tepat pada frekuensi 4GHz – 8GHz.  Perlu  dipertimbangkan  juga  dimensi  antena  akan  lebih besar jika harus menggeser frekuensi kerja.
Kata  Kunci —  microstrip,  wideband,  circular  path,  komunikasi satelit, u-slot.
Abstract
Long-distance  communication  requires  an  antenna  design  that has  wideband  characteristics.  Wideband  antennas  have  the attributes of being able to receive wide-band frequencies. One type of  antenna  that  supports  technology  in  satellite  communication antenna  systems  is  the  microstrip  antenna.  The  microstrip antenna  with  a  two-and-a-half  circular  patch  design  can  work optimally at a frequency of 4.5GHz – 8.4GHz with a bandwidth of 4000MH.  Using  two  and  a  half  circular  patches  is  much  more effective  when  simulating  return  loss,  which  is  optimal  up  to  - 25dB. Patches with circular corners can increase the width of the bandwidth  when  compared  to  rectangular  patches.  The dimensions  of  the  antenna  need  to  be  shifted  again  so  that  the antenna frequency can be precise at the 4GHz – 8GHz frequency. It should also be considered that the dimensions of the antenna will be more significant if you must shift the working frequency.
Keywords — microstrip, wideband, circular path, satellite communication, u-slot.

## I. PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  kepulauan  dengan  kondisi geografis yang sangat luas, terdiri lebih dari 17.000 pulau dari Sabang hingga Merauke.  Luas total wilayah Indonesia adalah 7,81 juta km2 yang terdiri dari 30% daratan dan 70% lautan. Luas  wilayah  yang  sangat  luas  dan  terdiri  dari  ribuan  pulau maka Indonesia memerlukan sistem komunikasi yang mampu menjangkau  seluruh  luas  wilayah  kedaulatannya.  Sistem komunikasi  yang  banyak  digunakan  saat  terbagi  dua  yakni, sistem  komunikasi  teresterial  dan  sistem  komunikasi  satelit. Sistem komunikasi terrestrial merupakan sitem telekomunikasi yang  dibangun  dan  dijalankan  pada  permukaan  bumi  dan menggunakan infrastruktur di daratan untuk transmisi datanya baik  itu  melalui  kabel  ( wired ), fiber  optik maupun  melalui spektrum  gelombang  radio  (wireless).  Sistem  komunikasi satelit  merupakan  sistem  telekomunikasi  yang  menggunakan satelit  diangkasa  untuk  transmisi  datanya  dan  memiliki cakupan  yang  sangat  luas  dibanding  teresterrial.  Indonesia membutuhkan  sistem  telekomunikasi  satelit  karena  luas wilayah  dan  kondisi  geografisnya  yang  terpisah  antar  pulau sehingga  bisa  menjadi  solusi  dalam  pemerataan  akses telekomunikasi di Indonesia.
Untuk  menunjang  kebutuhan  tersebut  dibutuhkan  desain antena yang memiliki karakteristik wideband . Dalam definisi ITU mengatur bahwa penggunaan frekuensi radio dengan lebar bandwidth  lebih  besar  atau  sama  dengan  1  MHz,  maka merupakan kategori wideband[1]. Antena wideband memiliki karakteristik dapat menerima frekuensi yang lebar (wideband), salah  satu  jenis  antena  yang  mendukung  teknologi  dalam antena  sistem  komunikasi  satelit  adalah  antena  mikrostip. Keunggulan antena mikrostrip terutama pada antenanya yang tipis,  kecil  ringan  dan  mudah  untuk  diaplikasikan.  Pada prinsipnya antena mikrostrip memiliki bandwidth yang sempit, salah  satu  teknik  yang  digunakan  untuk  memperlebar bandwidth adalah dengan optimalisasi patch. Modifikasi patch dengan menambahkan U slot dan dua setengah circular patch
mampu  mengoptimalisasi  antena  untuk  bisa  bekerja  pada frekuensi tinggi dan bandwidth yang lebih besar[2].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendesai  dan  merancang sebuah  antena  wideband  yang  memiliki  bandwidth  lebar  dan bisa bekerja optimal pada rentang frekuensi 4GHz-8Ghz. Hasil pengujian  akan  dianalisis  pada  parameter-parameter  antena wideband yang dirancang saat simulasi maupun saat fabrikasi. Batas  rentang  frekuensi  kerja  dalam  perancangan  antena  ini adalah  4GHz-8GHz,  dengan  parameter  antena  yang  diukur adalah pola radiasi, bandwidth, return loss, gain, VSWR, dan efisiensi antena. Hasil fabrikasi antena hanya akan mengukur return loss saja (S 11 )

## II. M ETODOLOGI P ENELITIAN
Disain  antena microstrip  slot yang  dirancang  berbentuk rectangular , dengan dua setengah circular patch ada beberapa langkah yang akan di lakukan seperti yang di bawah ini, yaitu:

## A. Menentukan Spesifikasi Antena
Antena  yang  didisain  pada  penelian  ini  adalah  antena microstrip  dengan  dua  setengah  circular  patch  yang  bekerja pada  frekuensi  C-Band  (4-8GHz).  Berikut  spesifikasi  antena yang akan dirancang:
T ABEL 1:
P ARAMETER DISAIN ANTENA
Parameter Spesifikasi Frekuensi kerja 4 GHz – 8 GHz Substrate FR-4 ( 𝜀 ! = 4.3,   h = 1.6 𝑚𝑚) Panjang Substrate 35mm dan lebar substrate: 22mm Patch Cooper Annaled ( t = 0.035 𝑚𝑚 ) Bandwidth > 70% ( Wideband ) Return Loss < -10 dB VSWR < 2dB Impedansi terminasi 50Ω

## B. Perhitungan Dimensi Antena
Perhitungan pada dimensi antena dibutuhkan perancangan yang  sistematis,  sehingga  mendapatkan  nilai  pada  setiap parameter  antena.  Simulasi  dilakukan  pada  software  CST, sebelum melakukan optimasi perlu dilakukan perhitungan pada frekuensi  4  GHz  hingga  8  GHz  sebagai  acuan  ukuran  awal. Perhitungan  dimensi  antena  dilakukan  untuk  memenuhi spesifikasi  antena  yang  akan  dibangun  dalam  penelitian  ini, berikut ini adalah spesifikasi antena yang dibutuhkan:

## T

## ABEL 2: PARAMETER RANCANGAN ANTENA
Parameter Spesifikasi Frekuensi kerja 4 GHz – 8 GHz e r FR-4 lossy 4,3 Tebal Substrat 1,6 mm Tebal Patch 0,035 mm
Hal  yang  pertama  akan  kita  lakukan  adalah  menentukan lebar patch (Wp)  dan  panjang  patch  (Lp)  agar  antena  bisa
bekerja efektif dari frekuensi 4 GHz – 8 GHz. Persamaan yang digunakan  untuk  menentukan  lebar patch adalah  sebagai berikut [6]:
𝑊𝑝 = 𝑐 2𝑓 √2 e r + 1 = 𝑐 2𝑓𝑜 √ e r + 1 2 (1)
Dimana: c =Kecepatan cahaya (m/s) e r =Karakteristik permitivitas relative Wp =Lebar patch f atau fo =Frekuensi kerja (Hz)
Sedangkan  untuk  menentukan  panjang patch (Lp)  dapat ditentukan dengan persamaan dibawah ini [6]:
𝐿𝑝 = 𝑐 2𝑓𝑜√ e reff − 2∆𝑙 (2)
Dimana: c =Kecepatan cahaya (m/s) e reff =Konstanta dielektrik efektif
∆𝑙 =Pertambahan dari Panjang patch (mm) ℎ =Ketebalan subtrate 𝑓𝑜 =Frekuensi kerja

## C. Perancangan dengan menggunakan perangkat lunak CST
Studio Suite 2018
Gbr.1 Flowchart rancangan sistem
Mulai Menentukan spesifikasi antena Melakukan perhitungan dimnesi antena pada frekuensi 4-8GHz Membuat dua setengah circular patch dan menyatukan dengan patch utama Melakukan simulasi dengan Software CST Studio Suite 2018 Hasil simulasi sessuali dengan spesifikasi? Melakukan Analisis Kesimpulan Selesai Iterasi dan optimalisasi dimensi antena
Setelah  melakukan  perhitungan  untuk  mendapatkan  nilai pada  setiap  parameter  antena  barulah  perancangan  akan dilakukan,  perancangan  bertujuan  dapat  memvisualisasi  dan mensimulasikan.  Visualisasi  berupa  gambar  tiga  dimensi dengan spesifikasi ukuran, jenis bahan dan letak pencatuan agar dapat  melakukan  simulasi.  Hasil  dari  simulasi  yang menggunakan  CST  Studio  Suite  2018  berupa  parameter- parameter  antena, return  loss yang  akan  di  tampilkan  dalam bentuk  grafik,  selanjutnya  akan  melakukan  analisis  untuk mengetahui karakteristik dan kinerja antena.
Dari tahap perancangan di atas maka di buat alur diagram seperti terlihat pada Gambar 1.
Fokus  utama  yang  yang  akan  dicapai  adalah  agar  antena bisa bekerja optimal pada frekuensi C-Band (4-8GHz). Disain yang  diusulkan  berdasarkan  pada  penelitian  antena ultrawideband sebagai berikut [2]:
Gbr. 2 Rancangan antena
Rancangan  antena  pada  gambar  1  memiliki patch rectangular yang  akan  memancarkan  radiasi  dengan  dua segmen  seperempat  lingkatan  simetris  dibagian  tepi  bawah patch . Segmen-segmen ini dengan radius ( ra ) memiliki peran untuk  mencapai  bandwidth  yang  lebar.  Nilai ra sangat menentukan  dalam  memberikan  karakteristik ultrawideband . Pada ground plane , terdapat dua segmen seperempat lingkaran simetris pada masing-masing sisi ground plane. Segmen pada ground  plane ini  secara  langsung  mempengaruhi  frekuensi resonansi. Berikut ini tabel dimensi antena acuan pada masing- masing segmen antena:
T ABEL 3:
D IMENSI A NTENA Dimensi (mm) Dimensi (mm) L 35 Wb 0,5 W 22 Ws 3,05 Wp 18 G 2 Wg 18 h 1,6 Lp 14,4 ra 3,4 Lf 18,6 ra1 3 Lg 17,4 rak 0,3 N 3 Wf 1,6

## III. H ASIL P ENELITIAN
Hasil  yang  didapatkan  pada  perancangan  menggunakan perangkat lunak CST Studio Suite 2018 adalah sebagai berikut: Penentuan nilai-nilai antena ditentukan agar bisa menghasilkan lebar  bandwidth  yang  diinginkan.  Disain  antena  yang  diukur sesuai  dengan  rancangan  antena  pada  gambar  2,  lebar bandwidth  sudah  sesuai  apa  yang  diinginkan.  Fungsi  utama groundplane  dari  percobaan  ini  adalah  membuat  frekuensi resonansi bisa lebih baik, hasil simulasi S 11 menunjukkan hasil maksimum -24dB.
Gbr. 3 Hasil simulasi parameter S 11 (return loss )
Pada gambar 3 hasil simulasi return loss diatas dapat dilihat bahwa antena bisa bekerja optimal pada frekuensi kerja yang lebih lebar yakni pada frekuensi 2,3GHz – 3,2GHz (900MHz) dan  pada  frekuensi  4,5GHz  –  8,4GHz  (4000MHz),  mampu bekerja  optimal  hingga  -25dB.  Lebar  bandwidth  sudah memenuhi kriteria tujuan penelitian yakni mampu bekerja pada frekuensi C-Band dengan optimalisasi kinerja hingga -25dB.

## Gbr. 4 Hasil simulasi VSWR antena
Hasil  simulasi  VSWR  terlihat  bahwa  nilai  VSWR  ideal didapatkan  pada  frekuensi  2,3GHz  -  3,3GHz  dan  pada frekuensi 4,5GHz – 8,5GHz. Jika dibandingkan dengan iterasi 3  sebelumnya  maka  hasil  pola  radiasi  pada  antenna  iterasi
Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI) Vol. 9 , No. 2 , Agustus 2023 ISSN. 2502-3608; e-ISSN. 2443-2318 Terakreditasi Sinta 5
22
keempat  ini  jauh  lebih  baik,  dapat  terlihat  pada  gambar  5 dibawah  ini,  pola  radiasi  yang  dihasilkan omni  directional. Perancangan disain antena ini kemudian akan menjadi rujukan dalam  proses  fabrikasi  antenna  untuk  keperluan  pengukuran antena.
Gbr. 5 Hasil simulasi pola radiasi antena pada frekuensi
6GHz
Gbr. 6 Hasil pola radiasi antenna dalam bentuk tiga dimensi (3D)
Langkah selanjutnya adalah melakukan perancangan antena pada  perangkat  lunak  CST  Studio  Suite  2018,  kemudian dilanjutkan dengan proses pencetakkan material antena dengan bahan substrat FR-4 dengan ketebalan 1,6 mm dan patch berupa tembaga  dengan  tebal  0,035  mm  yang  kemudian  antena tersebut  diukur  untuk  melihat  kesesuaian  setiap  parameter antara simulasi dan fabrikasi. Antena yang diukur hanya akan dilihat  nilai  return  loss  saja  dengan  tujuan  mendapatkan frekuensi kerja dari antena yang telah dibuat.
Gbr .7 Hasil fabrikasi antena dalam penelitian
Setelah proses simulasi dan pengukuran selesai dilakukan, maka  proses  selanjutnya  adalah  mebandingkan  antara  hasil yang didapatkan pada saat simulasi dan hasil saat pengukuran. Proses  pengukuran  dalam  penelitan  ini  parameter  yang  akan diukur  adalah  return  loss,  dengan  menggunakan  alat  ukur network  analyser  (NA).  Prosedur  pengukukuran  dilakukan sebagai berikut:
1. Memasang probe 50W pada input network analyzer (NA) lalu  dipilih  kalibrasi  pada  NA.  Pengukuran  dilakukan pada  port  2  network  analyzer,  dimana  sebelumnya dilakukan kalibrasi terlebih dahulu pada frekuensi 2 GHz – 10 GHz karena rentang frekuensi kerja yang diinginkan adalah  4GHz  –  8  GHz.  Kalibrasi  pada  NA  dilakukan untuk  validitas  pengukuran  dengan  cara  membuat  alat ukur dalam kondisi standar.
Gbr. 8 Proses kalibrasi network analyzer
2. Setelah  proses  kalibrasi,  antena  kemudian  dihubungkan pada  port  2  Network  analyzer,  seperti  terlihat  pada gambar berikut ini:
Gbr 9. Konfigurasi antena dihubungkan pada network analyzer
Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI) Vol. 9 , No. 2 , Agustus 2023 ISSN. 2502-3608; e-ISSN. 2443-2318 Terakreditasi Sinta 5
3. Menampilkan tombol start dan stop untuk menampilkan rentang  frekuensi  sesuai  pengamatan  pada  Network Analyzer
4. Menampilkan  parameter  yang  akan  dilihat  dari  hasil pengukuran  dengan  cara  memilih  format  S 11 pada  NA untuk menampilkan return loss terhadap frekuensi kerja.
Gbr 10. Tampilan return loss terhadap frekuensi kerja
5. Menyimpan file gambar dan data
Gbr 11. Proses menyimpan file gambar dan data
Hasil  pengukuran  antena  yakni  berupa  grafik  return  loss sebagai berikut:
Gbr 12. Hasil pengukuran return loss di network analyzer
Gbr 13. Grafik hasil pengukuran
Dari hasil pengukuran diatas dapat dilihat bahwa frekuensi kerja yang memenuhi parameter return loss -10dB hanya terjadi pada  frekuensi  3,6GHz  –  3,8GHz  dengan  lebar  bandwidth sekitar 200MHz.
Setelah proses simulasi dan pengukuran selesai dilakukan, maka  proses  selanjutnya  adalah  mebandingkan  antara  hasil yang didapatkan pada saat simulasi dan hasil saat pengukuran.
Gbr. 14 Perbandingan hasil pengukuran dan simulasi
Hasil pengukuran dan simulasi menunjukkan cukup banyak perbedaan yang dihasilkan, pada simulasi, parameter antenna dengan  return  loss  -10dB  terlihat  pada  frekuensi  4,5GHz  – 8,4GHz  (4000MHz)  dan  pada  frekuensi  2,3GHz  –  3,2GHz (900MHz) sedangkan pada pengukuran hasil yang didapatkan hanya frekuensi 3,6GHz – 3,8GHz (200MHz). Perbedaan hasil pengukuran  dengan  hasil  simulasi  terjadi  karena  proses fabrikasi yang tidak terlalu baik saat pencetakan antenna dan proses menyolder patch maupun ground antenna tidak terlalu rapi  sehingga  frekuensi  kerja  bergeser  sangat  jauh  dari  hasil simulasi.

## IV. KESIMPULAN
Hasil  percobaan  dalam  penelitian  ini  maka  dapat disimpulkan  bahwa  antena  microstrip  dengan  dua  setengah circular patch berhasil dibuat dan mampu bekerja optimal pada frekuensi  4,5GHz  –  8,4GHz  dengan  lebar bandwidth sebesar 4000MHz  telah  sesuai  dengan  karakteristik wideband .
-15,00 -10,00 -5,00 0,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 S1 1 (d B) Frekuensi (GHz) Hasil Pengukuran Antena
Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI) Vol. 9 , No. 2 , Agustus 2023 ISSN. 2502-3608; e-ISSN. 2443-2318 Terakreditasi Sinta 5
Penggunaan dua setegah circular patch jauh lebih efektif pada saat  simulasi return  loss yakni  optimal  hingga  -25dB  jika dibandingkan dengan dua setengan diamond patch pada iterasi ketiga yakni hanya sampai -17dB. Patch dengan sudut circular mampu  memperbesar  lebar bandwidth jika  dibandingkan dengan  patch  berbentuk rectangular .  Pada  tujuan  percobaan frekuensi  kerja  yang  diharapkan  adalah  agar  antena  mampu bekerja  di  frekuensi  C-Band  4GHz  –  8GHz,  dalam  simulasi hanya didapatkan frekuensi kerja 4,5GHz – 8,4GHz. Dimensi antena perlu digeser lagi agar frekuensi antena bisa benar-benar tepat  pada  frekuensi  4GHz  –  8GHz.  Perlu  dipertimbangkan juga  dimensi  antena  akan  lebih  besar  jika  harus  menggeser frekuensi kerja.
Penelitian  ini  masih  sangat  jauh  dari  kesempurnaan, beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pengembangan penelitian selanjutnya adalah perlu diperhatikan kembali pada saat fabrikasi, ukuran dan dimensi antena harus sesuai dengan dimensi saat simulasi. Jika terjadi perbedaan,  frekuensi  kerja  bisa  bergeser  dari  apa  yang didapatkan pada saat simulasi. Pemilihan bahan substrate harus lebih  selektif  karena  setiap  bahan substrate berbeda  nilai permitivitas  relatif.  Ukuran  feed  yang  terlalu  kecil  sangat berpengaruh  pada  saat  penyolderan  dengan  port  antena, sehingga  ketebalan  timah  bisa  mempengaruhi  impedansi antena.

## R EFERENSI
[1] I.  T.  Union,  “Radio  Regulations,  edition  of  2004  (Volume  4  -  ITU-R Recommendations incorporated by reference).”
[2] M. Karamanoǧlu, M. Abbak, and S. Şimşek, “A planar ultra-wideband monopole  antenna  with  half-circular  parasitic  patches,” Mediterr. Microw. Symp. , 2013.
[3] D.  Yuniarti,  “Studi  Perkembangan  dan  Kondisi  Satelit  Indonesia  The Study of Development and Condition of Indonesian Satellites,” Bul. Pos dan Telekomun. , vol. 11, no. 2, pp. 121–136, 2013.
[4] D. Roddy, Satellite Communications McGraw-Hill New York Chicago San Francisco Lisbon London Madrid Mexico City Milan New Delhi San Juan  Seoul  Singapore  Sydney  Toronto  CIP  Data  is  on  file  with  the Library of Congress . .
[5] “Satellite  frequency  bands  /  Telecommunications  &amp;  Integrated Applications  /  Our  Activities  /  ESA.”  [Online].  Available: http://www.esa.int/Our_Activities/Telecommunications_Integrated_Ap plications/Satellite_frequency_bands. [Accessed: 18-May-2019].
[6] C. A. Balanis, Antenna theory , vol. 25, no. 2. 2005.
[7] A. Engineering and D. Paper, Ultra Wide Band Devices , no. April. 2005.
[8] P. Pathak and P. K. Singhal, “Compact Broadband Monopole Antenna for C Band Applications,” Adv. Electromagn. , vol. 7, no. 5, pp. 118–123, 2019.
[9] S.  Lakrit et  al. ,  “A  new  small  high-gain  wideband  rectangular  patch antenna for X and Ku bands applications,” J. Taibah Univ. Sci. , vol. 12, no. 2, pp. 202–207, 2018.
[10] M.  M.  Ali,  M.  T.  Islam,  M.  Samsuzzaman,  and  M.  T.  Islam, “Rectangular  with  half  circle  cut-out  microstrip  patch  antenna  for  C- band applications,” 4th Int. Conf. Adv. Electr. Eng. ICAEE 2017 , vol. 2018-Janua, pp. 90–93, 2018.
[11] S. Chakraborty, “Design and Performance Studies of an Elliptical Slot Circular Polarization Antenna for C-Band Wireless Applications,” 2019 Int. Conf. Electr. Comput. Commun. Eng. , pp. 1–6, 2019.
Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI) Vol. 9 , No. 2 , Agustus 2023 ISSN. 2502-3608; e-ISSN. 2443-2318 Terakreditasi Sinta 5