1 Program Studi Teknik Elektro,  Institut Teknologi Sumatera, Jalan Terusan Ryacudu, Desa Way Hui, Kecamatan Jati Agung, Lampung Selatan 35365  INDONESIA  (tlp: 0721-8030188; e-mail: rheyuniarto.asthan@el.itera.ac.id)
2 Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung, Jalan Ganesha 10, Bandung 40132  INDONESIA  (telp: 022-2502260; e-mail: munir@ieee.org)

## Antena Ring Sirkular dengan Kemampuan Penekanan Higher Order Mode
Rheyuniarto Sahlendar Asthan 1 , Achmad Munir 2
Abstract—This paper presents the development of a circular ring-shaped antenna with ability to suppress higher order mode. An S-shaped is added into the ring in order to satisfy the goal of the antenna development. The upper and lower edges of the ring are excited differentially using two  ports  in order to have symmetrical radiation pattern. Each port is directly connected to a  50 Ω  SMA  connector  using  microstrip feeding  line.  The antenna is designed with an  FR4 dielectric substrate with the dimension of 85.4  mm × 85.4  mm  and intended to work at the center frequency of 0.9 GHz. The proposed antenna is compared with the  conventional circular ring-shaped antenna to observe the antenna performances in term  of  higher order mode suppression.  In addition, optimization  is  carried out by varying physical antenna parameters.  The  measurement  result shows that circular ring-shaped antenna with S-shaped element can suppress the higher order mode frequency of 19.55 dB and work properly at the desired frequency of 0.9  GHz. The measured impedance bandwidth for the reflection coefficient (S 11 )  below − 10  dB  is 251  MHz with fractional bandwidth (f BW ) of 27.89%. The symmetrical radiation pattern in E-plane with maximum power density at the boresight is obtained at the frequency of 0.9 GHz and 1.94 GHz. The measured 3 dB beamwidths of 0.9 GHz and 1.94 GHz in E-plane are 99.4 o and 100.5 o , respectively.
Intisari—Makalah ini menyampaikan pengembangan  antena ring  sirkular  dengan kemampuan penekanan  frekuensi pada mode yang lebih tinggi.  Metode yang digunakan adalah dengan menambahkan elemen baru berupa patch  berbentuk huruf S yang diletakkan pada  bagian dalam ring. Bagian tepi atas dan bawah ring dicatu secara berbeda menggunakan dua port untuk menghasilkan pola radiasi yang simetris. Masing-masing  port antena dihubungkan secara langsung menggunakan saluran mikrostrip ke konektor SMA 50 Ω. Antena dirancang menggunakan material dielektrik FR4  epoxy  dengan  dimensi 85,4  mm × 85,4  mm  untuk  bekerja pada frekuensi  resonansi sebesar 0,9 GHz. Antena ring sirkular tanpa dan dengan elemen S  dibandingkan untuk mengetahui  kinerja antena dalam hal penekanan  frekuensi  pada mode yang lebih tinggi.  Pada proses simulasi,  optimasi  dilakukan dengan mengubah  nilai parameter fisik antena. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa antena dengan elemen S dapat menekan frekuensi pada mode yang lebih tinggi  sebesar 19,55  dB  dan dapat bekerja pada frekuensi yang diinginkan, yaitu 0,9 GHz. Lebar pita impedans  untuk koefisien refleksi  (S 11 ) di bawah − 10dB  pada frekuensi resonansi  adalah sebesar  251  MHz  dengan  lebar pita  fraksional (f BW ) sebesar 27,89%. Pada frekuensi 0,9  GHz dan 1,94  GHz, pola radiasi antena pada bidang E  memiliki bentuk yang simetris pada arah
boresight dengan lebar berkas 3 dB masing-masing sebesar 99,4 o dan 100,5 o .
Kata Kunci—Antena  Ring  Sirkular,  Higher Order Mode, Pencatuan Berbeda, Pola Radiasi Simetris.

## I. P ENDAHULUAN
Antena ring secara geometri dan elektrik merupakan konfigurasi antara antena loop cetak  dan patch. Antena ring memiliki bentuk yang beragam, yaitu  sirkular, persegi, dan segitiga. Antena ini dikembangkan sebagai salah satu alternatif lain dari antena patch konvensional karena memiliki dimensi yang kecil [1]. Meskipun demikian, lebar pita fraksional ( f BW ) pada mode terendah relatif sangat kecil, yaitu kurang dari 10%  [2]-[4].  Perbedaan radius patch yang membentuk ring menyebabkan  antena ini menghasilkan frekuensi harmonik. Frekuensi harmonik umumnya dimanfaatkan untuk sistem yang beroperasi pada frekuensi jamak.  Namun,  untuk  sistem yang beroperasi pada  frekuensi tunggal, interferens  elektromagnetik yang disebabkan oleh frekuensi harmonik  dapat menyebabkan kinerja sistem menurun [5]. Penekanan frekuensi harmonik dapat memperkecil lebar pita frekuensi antena, sehingga komunikasi yang tidak diinginkan dapat dihindari.
Beberapa metode telah diterapkan untuk menekan frekuensi harmonik, salah satunya adalah dengan  menerapkan Defected Ground Structure (DGS). Penerapan DGS pada saluran pencatu mampu menekan frekuensi harmonik  hingga 15  dB [6]. Frekuensi harmonik  pada antena ring-slot menggunakan DGS berbentuk huruf U terbalik dapat ditekan hingga 10 dB, tetapi  memiliki  bentuk pola radiasi yang tidak simetris [7]. Pemotongan serta penambahan celah peripheral pada antena patch sirkular juga telah  dilakukan dan mampu menekan frekuensi  harmonik  hingga 8,3  dB dengan f BW sebesar 5,6% [8]. Selain itu, penekanan frekuensi harmonik  juga  telah dilakukan dengan menggunakan slot [9]-[10]. Pada [9], penekanan frekuensi harmonik yaitu sebesar 10 dB hingga 20 dB dengan lebar berkas sebesar 84,7 o .  Penyesuaian ukuran slot terhadap frekuensi harmonik yang ingin ditekan dilakukan pada [10], tetapi  besarnya penekanan pada frekuensi yang lebih tinggi di  atas frekuensi resonansi  memiliki nilai yang tidak signifikan.
Makalah  ini memaparkan perancangan, simulasi,  dan realisasi antena ring berbentuk sirkular dengan menambahkan elemen patch berbentuk huruf S pada bagian dalam ring untuk menekan frekuensi  harmonik  pada mode yang lebih tinggi. Bagian tepi atas dan bawah ring dicatu secara berbeda menggunakan dua port masukan  menggunakan saluran mikrostrip  untuk menghasilkan bentuk  pola radiasi yang simetris  dan lebar pita yang lebar. Pencatuan berbeda sebelumnya telah diterapkan pada [11]-[13],  tetapi  dalam
implementasinya  dibutuhkan komponen tambahan berupa pengarah gelombang dan backplate yang dihubungkan ke saluran pencatu  [11].  Antena  yang dirancang terdiri atas elemen ring tunggal  berbentuk sirkular dengan frekuensi resonansi sebesar 0,9 GHz.

## II. P ERANCANGAN DAN S IMULASI A NTENA
Pada makalah ini, perancangan antena terdiri  atas tiga tahapan, yaitu perancangan antena patch konvensional berbentuk sirkular;  perancangan antena ring tanpa elemen S ; dan  perancangan antena ring dengan elemen S seperti yang ditunjukkan pada Gbr.  1.  Material yang digunakan adalah konduktor berupa tembaga pada bagian elemen peradiasi atau patch , saluran pencatu, dan ground plane dengan ketebalan ( t ) sebesar 0,035 mm. Sedangkan pada bagian substrat digunakan material dielektrik FR4 epoxy dengan permitivitas relatif ( 𝜀𝜀 𝑟𝑟 ) sebesar 4,4,  tan −𝛿𝛿 sebesar 0,02, dan  ketebalan  substrat  ( h ) sebesar 1,6 mm. Kriteria perancangan antena ring ditunjukkan pada Tabel I.

## A. Antena Patch Sirkular
Pada tahapan awal, antena ring dirancang dengan menggunakan pendekatan antena patch berbentuk sirkular. Dalam perancangannya, antena dirancang untuk beroperasi pada mode dominan,  yaitu transverse  mode untuk orde ke- m dan n masing-masing adalah 1 (TM 11 )  dengan frekuensi resonansi sebesar 0,9  GHz. Radius antena ( 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 ) diperoleh menggunakan (1) [14].
𝑓𝑓 11 = 𝜒𝜒11𝑐𝑐 2𝜋𝜋 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜√𝜀𝜀𝑟𝑟 (1)
dengan 𝜒𝜒 11 adalah  akar-akar Bessel dari persamaan karakteristik untuk orde ke- 𝑚𝑚 = 1 dan 𝑛𝑛 = 1 (tanpa satuan) dengan nilai sebesar 1,842, 𝑐𝑐 adalah kecepatan cahaya di
udara ( 3 × 10 8 m/s), 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 adalah  radius ring bagian terluar (m), dan 𝜀𝜀 𝑟𝑟 adalah permitivitas relatif material (tanpa satuan). Perhitungan nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 menggunakan (1) tidak memperhitungkan efek fringing sebagai akibat dari radius elemen  yang terbatas, sehingga nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 harus disesuaikan dengan frekuensi resonansi antena. Dengan menggunakan (1), nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 yang digunakan adalah 47 mm.
Ketidaksesuaian  antara impedans masukan dan impedans pada  bagian tepi patch antena  menghasilkan  rugi-rugi  yang menyebabkan proses transmisi daya  ke elemen peradiasi menjadi tidak maksimum. Untuk mengatasi hal tersebut, dilakukan penyesuaian impedans  dengan mengatur lebar saluran pencatu antena �𝑤𝑤 𝑓𝑓 � yang diperoleh menggunakan (2) [15].  Untuk impedans  karakterisik  ( Z 0 ) sebesar 50 Ω , ketebalan substrat ( h ) sebesar 1,6  mm, dan 𝜀𝜀 𝑟𝑟 sebesar 4,4, digunakan nilai 𝑤𝑤 𝑓𝑓 sebesar 3  mm.  Bagian tepi patch antena dihubungkan secara langsung dengan konektor SMA 50 Ω menggunakan saluran mikrostrip  seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 2.
𝑤𝑤𝑓𝑓 ℎ = 2 𝜋𝜋 �𝐴𝐴 − 1 − ln(2 𝐴𝐴 − 1) + 𝜀𝜀𝑟𝑟−1 2𝜀𝜀𝑟𝑟 � ln( 𝐴𝐴 − 1) + 0,39 −
0 , 61 𝜀𝜀𝑟𝑟 �� (2)
dengan
𝐴𝐴 = 377 𝜋𝜋 2 𝑍𝑍 𝑜𝑜 √𝜀𝜀 𝑟𝑟 .
Antena patch sirkular yang telah dirancang dan disimulasikan menghasilkan nilai koefisien refleksi sebesar − 14,17 dB pada frekuensi resonansi sebesar 0,9 GHz, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 3. Karena nilai parameter hasil simulasi terkait frekuensi resonansi dan koefisien refleksi telah memenuhi kriteria perancangan pada Tabel I,  maka selanjutnya dilakukan perancangan antena ring dengan menggunakan parameter fisik antena patch sirkular.

## B. Antena Ring tanpa Elemen S
Antena ring yang dioperasikan pada mode TM 11 memiliki impedans  masukan yang lebih besar dibandingkan mode lainnya dan memiliki  lebar pita  yang  sempit  [1]. Berbeda halnya pada saat dioperasikan pada mode yang lebih tinggi, yaitu  TM 12 , dengan  lebar pita  yang dihasilkan lebih lebar, tetapi dimensi antena menjadi lebih besar.
Gbr. 1 Tahapan perancangan antena.
T ABEL I
K RITERIA P ERANCANGAN A NTENA R ING Parameter Nilai Frekuensi resonansi 0,9 GHz Koefisien refleksi < − 10 dB Lebar pita fraksional >10 % Gain >5 dBi Pola radiasi Direksional (a) (b) Gbr.  2  Rancangan antena patch sirkular,  (a) tampak depan,  (b) tampak belakang.
Gbr. 3 Hasil simulasi koefisien refleksi antena patch sirkular.
(a) (b) Gbr. 4 Rancangan antena ring sirkular tanpa elemen S, (a) tampak depan, (b) tampak belakang.
Sama halnya dengan rancangan antena patch sirkular, bagian tepi atas dan bawah ring dicatu  secara berbeda menggunakan dua port masukan,  seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 4. Pencatuan berbeda fase  diterapkan untuk menghasilkan bentuk pola radiasi yang simetris. Pencatuan berbeda fase  pada bagian tepi atas dan bawah ring antena menghasilkan polaritas yang sama pada elemen peradiasi, sehingga radiasi yang dihasilkan lebih banyak dan lebar pita impedans meningkat.
Secara geometris, antena ring terdiri  atas ring bagian terdalam ( inner ring ) dan ring bagian terluar ( outer ring ). Perbedaan nilai radius ring bagian terdalam dan terluar menyebabkan antena menghasilkan frekuensi lain di  luar frekuensi resonansi,  yaitu frekuensi harmonik. Frekuensi harmonik umumnya muncul pada mode yang lebih tinggi dan merupakan kelipatan dari frekuensi resonansi. Rasio antara radius ring bagian terdalam dan terluar hanya dapat mengontrol pemisahan mode resonansi, tetapi  tidak dapat menekan atau menghilangkan frekuensi harmonik.
Dalam perancangannya, antena ring dirancang menggunakan parameter fisik yang sama dengan antena patch sirkular yang memiliki nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 sebesar 47  mm dan 𝑤𝑤 𝑓𝑓 sebesar 3  mm. Perbedaan nilai radius ring bagian terdalam dan terluar diatur dengan ketebalan ( 𝑡𝑡 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 ) sebesar 1,5  mm.
Penambahan elemen patch baru yang membentuk ring menyebabkan panjang gelombang antena menjadi lebih besar. Hal ini ditandai dengan pergeseran frekuensi resonansi ke daerah yang lebih kecil,  yaitu 0,58  GHz,  seperti yang ditunjukkan  pada Gbr. 5. Untuk menghasilkan frekuensi resonansi yang diinginkan,  kemudian  dilakukan optimasi parameter dengan mengubah nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 . Berdasarkan (1), frekuensi resonansi berbanding terbalik dengan 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 . Dengan demikian, frekuensi resonansi 0,9  GHz  dapat  dicapai dengan memperkecil nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 menjadi 28,6 mm.

## C. Antena Ring dengan Elemen S
Pada  makalah  ini, metode yang diterapkan  untuk menekan frekuensi  harmonik  adalah dengan menambahkan elemen peradiasi  lain  berupa patch yang diletakkan pada bagian dalam ring .  Elemen peradiasi tersebut dirancang untuk beroperasi  pada frekuensi yang sama dengan frekuensi harmonik sehingga medan listrik pada frekuensi tersebut akan saling menghilangkan dan frekuensi harmonik pada frekuensi yang lebih tinggi dapat ditekan.
Dalam  realisasinya,  dua buah patch berbentuk setengah lingkaran  diletakkan pada bagian dalam ring. Kedua patch tersebut  dihubungkan satu sama lain dan disusun  sebidang ( planar )  membentuk huruf S seperti yang ditunjukkan pada Gbr.  6.  Penambahan elemen S menyebabkan frekuensi
-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 K o ef is ien r ef lek si [ d B ] Frekuensi [GHz] Gbr. 5 Perbandingan hasil simulasi nilai koefisien refleksi antena ring sirkular.
(a) (b)
Gbr.  6  Rancangan antena ring sirkular dengan elemen S , (a) tampak depan,
(b) tampak belakang.
-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 K o ef is ien r ef lek si [ d B ] Frekuensi [GHz] rpout = 47 mm rpout = 28,6 mm
resonansi antena bergeser ke daerah yang lebih tinggi, sehingga penyesuaian frekuensi dilakukan dengan memperbesar nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 yang semula sebesar 28,6  mm menjadi 31,6 mm. Untuk menghasilkan antena dengan kinerja yang  optimal  dalam  hal penekanan  frekuensi  harmonik, dilakukan optimasi parameter dengan mengubah parameter fisik antena,  yaitu  radius dan ketebalan elemen S . Optimasi parameter dilakukan dengan mengubah salah satu parameter saja secara bertahap, sedangkan nilai parameter fisik lainnya tidak berubah.
1) Pengaruh  Perubahan  Radius  Ring  Elemen S: Optimasi parameter pada radius elemen S ( 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑖𝑖𝑖𝑖 ) dilakukan dengan mengubah  nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑖𝑖𝑖𝑖 pada rentang  nilai  12,3  mm  hingga  13,1 mm  dengan interval sebesar 0,2  mm. Hasil simulasi, yang diperlihatkan  pada Gbr.  7,  menunjukkan bahwa frekuensi pada mode yang lebih tinggi dapat ditekan lebih baik menggunakan  nilai 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑖𝑖𝑖𝑖 sebesar 12,7  mm dengan nilai koefisien refleksi sebesar − 26,48 dB pada frekuensi 1,84 GHz, sedangkan  pada frekuensi resonansi tidak terlihat  adanya perubahan signifikan terhadap nilai koefisien refleksi.
2) Pengaruh Perubahan  Ketebalan Ring  Elemen S: Optimasi parameter selanjutnya  dilakukan  dengan  mengubah nilai  ketebalan elemen S ( 𝑡𝑡 𝑖𝑖𝑖𝑖 ) pada rentang 1,2  mm  hingga 3,2  mm. Seperti yang ditunjukkan pada Gbr.  8, perubahan nilai 𝑡𝑡 𝑖𝑖𝑖𝑖 memengaruhi  lebar pita  impedans.  Semakin kecil nilai 𝑡𝑡 𝑖𝑖𝑖𝑖 , rasio antara ketebalan elemen S semakin mengecil, sehingga energi yang disimpan semakin berkurang dan menyebabkan faktor kualitas ( Q ) menurun. Sesuai dengan (3), lebar pita  antena  berbanding terbalik dengan Q [14].  Oleh karena itu, untuk nilai Q yang kecil, diperoleh lebar pita yang lebar.  Perubahan nilai 𝑡𝑡 𝑖𝑖𝑖𝑖 juga menyebabkan frekuensi pada mode yang lebih tinggi mengalami pergeseran. Apabila ditinjau dari nilai koefisien refleksi, nilai 𝑡𝑡 𝑖𝑖𝑖𝑖 sebesar 2  mm dapat menekan frekuensi harmonik  dengan lebih baik dibandingkan nilai lainnya. Parameter fisik antena ring sirkular dengan elemen S setelah optimasi parameter ditunjukkan pada Tabel II.
Lebar pita ( 𝐵𝐵𝐵𝐵 ) ≈ 1 𝑄𝑄 (3)

## D. Perbandingan Antena Ring tanpa dan dengan Elemen S
Untuk mengetahui kinerja antena dalam hal penekanan frekuensi  harmonik  pada mode yang lebih tinggi, parameter antena ring tanpa elemen S dibandingkan dengan elemen S yang ditinjau dari nilai parameter antena, di  antaranya koefisien refleksi, lebar pita impedans, distribusi medan listrik, pola radiasi, dan gain antena.
1) Koefisien Refleksi: Perbandingan nilai koefisien refleksi antena ring tanpa dan dengan elemen S diperlihatkan  pada Gbr. 9. Hasil simulasi menunjukkan bahwa penambahan elemen S pada bagian dalam ring dapat menekan frekuensi pada mode yang lebih tinggi sebesar  13,75  dB,  yaitu dari − 41,4 dB menjadi − 27,65 dB. Nilai koefisien refleksi antena ring tanpa dan dengan elemen S pada frekuensi 0,9  GHz masing-masing  adalah  sebesar − 34,76  dB dan − 28,93  dB. Kedua antena tersebut memiliki impedans matching yang baik karena memiliki nilai koefisien refleksi di bawah − 10 dB atau VSWR lebih kecil dari 2. Pada frekuensi 0,9 GHz, antena ring dengan elemen S menghasilkan lebar pita impedans  dengan nilai  koefisien refleksi di bawah − 10  dB,  yaitu sebesar 230 MHz (0,78  GHz  hingga  1,01  GHz) dan f BW sebesar 25,56%, sedangkan antena ring tanpa elemen S menghasilkan lebar pita impedans  yang jauh lebih besar.  Penekanan frekuensi harmonik  pada antena ring dengan elemen S menyebabkan nilai koefisien refleksi di bawah − 10 dB menjadi lebih besar, sehingga lebar pita impedans menjadi lebih sempit.
2) Distribusi Medan Listrik: Ditinjau dari distribusi medan listrik pada bagian  permukaan antena, intensitas radiasi pada
Gbr.  7  Pengaruh perubahan nilai radius  elemen S terhadap nilai koefisien refleksi antena ring sirkular.
Gbr. 8 Pengaruh perubahan nilai ketebalan elemen S terhadap nilai koefisien refleksi antena ring sirkular. -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 K o ef is ien r ef lek si [ d B ] Frekuensi [GHz]
rpin = 12,3 mm rpin = 12,5 mm rpin = 12,7 mm rpin = 12,9 mm rpin = 13,1 mm -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 K o ef is ien r ef lek si [ d B ] Frekuensi [GHz] tin = 1,2 mm tin = 1,6 mm tin = 2 mm
tin = 2,4 mm
tin = 3,2 mm
T ABEL II P ARAMETER F ISIK R ANCANGAN A NTENA R ING S IRKULAR D ENGAN E LEMEN S Parameter Nilai (mm) Parameter Nilai (mm) w g 85,4 t in 2 l g 85,4 w f 3 rp out 31,6 l f 11,85 rp in 12,7 l con 7,45 t out 1,5 h 1,6
bagian elemen ring mengalami penurunan sebagai akibat dari penambahan elemen S , seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 10. Penambahan elemen S pada bagian dalam ring dapat menyebabkan pergeseran frekuensi seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 9. Distribusi medan listrik terbesar berada pada bagian tepi ring dan saluran pencatu,  yang ditandai dengan warna merah. Selain itu, distribusi medan listrik yang tidak uniform di  sepanjang elemen ring menunjukkan adanya perbedaan fase  antara bagian tepi ring, begitu  pula pada bagian elemen S . Perbedaan fase  tersebut memengaruhi bentuk pola radiasi pada bidang E dan H.
3) Pola Radiasi: Pada frekuensi 0,9  GHz, pola radiasi bidang E antena ring sirkular dengan elemen S memiliki bentuk yang simetris dengan intensitas radiasi maksimum pada arah boresight seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 11(a). Pola radiasi bidang H juga memiliki bentuk yang simetris, tetapi intensitas radiasi maksimum berada pada arah 𝜑𝜑 sebesar 200 o ,  seperti pada Gbr. 11(b). Berdasarkan Gbr. 12, penambahan elemen S menyebabkan pola radiasi antena pada frekuensi 1,94  GHz memiliki bentuk yang berbeda dengan lebar berkas yang lebih besar dibandingkan antena ring tanpa elemen S . Perbandingan lebar berkas antena ring sirkular dengan dan tanpa elemen S pada bidang E dan H ditunjukkan pada Tabel III.  Lebar berkas dihitung pada saat daya antena turun setengah dari daya maksimum (3 dB).
4) Gain: Perbandingan gain hasil simulasi antena ring sirkular  ditunjukkan pada Gbr. 13. Pada frekuensi 0,9  GHz, gain yang terukur adalah − 13,7  dBi  untuk antena ring tanpa elemen S dan − 11,9 dBi untuk antena ring dengan elemen S .
Selisih gain dari kedua antena tersebut yaitu sebesar 1,8 dB. Gain yang kecil disebabkan oleh beberapa faktor, di antaranya aperture efektif  antena  yang  relatif sangat kecil dan nilai tan − δ dari material yang digunakan cukup  besar.  Hubungan antara gain dan aperture efektif antena ditunjukkan pada (4) [16],
𝐺𝐺 = 4𝜋𝜋 𝜆𝜆2 𝐴𝐴 𝑒𝑒 (4)
dengan G adalah gain (tanpa satuan), 𝐴𝐴 𝑒𝑒 adalah aperture efektif antena (m 2 ), dan 𝜆𝜆 adalah panjang gelombang (m). Berdasarkan (4), 𝐴𝐴 𝑒𝑒 berbanding lurus dengan G .  Oleh karena itu, antena dengan aperture yang relatif kecil menghasilkan gain yang kecil. Sedangkan nilai  tan − δ yang semakin besar menyebabkan daya yang diradiasikan semakin banyak diserap
(a) (b)
Gbr.  9  Perbandingan hasil simulasi nilai koefisien refleksi antena ring sirkular tanpa dan dengan elemen S .
(a) (b)
Gbr. 10 Hasil simulasi distribusi medan listrik antena ring sirkular, (a) tanpa elemen S , (b) dengan elemen S . -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 K o ef is ien r ef lek si [ d B ] Frekuensi [GHz] tanpa elemen S dengan elemen S
Gbr.  11  Hasil simulasi pola radiasi antena ring sirkular  pada frekuensi 0,9 GHz, (a) bidang E , (b) bidang H .
Gbr. 12  Hasil simulasi pola radiasi antena ring sirkular pada frekuensi 1,94 GHz, (a) bidang E , (b) bidang H .
T ABEL III L EBAR B ERKAS A NTENA R ING S IRKULAR TANPA DAN DENGAN E LEMEN S
Bidang Tanpa Elemen S Dengan Elemen S E ( f = 0,9 GHz) 111,1 o 115,9 o H ( f = 0,9 GHz) 103,5 o 240 o E ( f = 1,94 GHz) 64,4 o 88,9 o H ( f = 1,94 GHz) 42,9 o 55,5 o
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 dengan elemen S tanpa elemen S 0 30
60
90 120 150 180 210 240 270 300 330 dengan elemen S tanpa elemen S 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 dengan elemen S tanpa elemen S 0 30
60
90 120 150 180 210 240 270 300 330 dengan elemen S tanpa elemen S (a) (b)
oleh material dielektrik,  sehingga daya  yang diradiasikan berkurang dan intensitas radiasi menjadi tidak lagi maksimum.

## III. R EALISASI DAN P ENGUKURAN A NTENA
Realisasi antena meliputi proses fabrikasi dan penyolderan. Antena yang difabrikasi adalah antena ring sirkular dengan elemen S dengan kinerja yang paling optimal. Hasil fabrikasi antena ditunjukkan pada Gbr. 14. Saluran pencatu pada bagian atas dan bawah antena dihubungkan dengan konektor SMA 50 Ω me lalui proses penyolderan. Material yang digunakan pada proses fabrikasi adalah FR4 epoxy dengan ketebalan  substrat sebesar 1,6 mm. Lapisan bagian depan terdiri atas elemen ring dan elemen S , sedangkan lapisan bagian belakang terdiri atas ground  plane .  Dimensi akhir antena ring sirkular dengan elemen S adalah 85,4 mm × 85,4 mm.
Untuk mengetahui kesesuaian antara antena hasil rancangan dengan realisasi,  dilakukan pengukuran nilai parameter antena yang meliputi koefisien refleksi, pola radiasi, dan gain antena. Pengukuran nilai koefisien refleksi dilakukan menggunakan Vector Network Analyzer (VNA), sedangkan pengukuran pola radiasi dan gain antena dilakukan menggunakan signal generator , spectrum analyzer , dan dua buah antena ring sirkular dengan elemen S hasil fabrikasi yang dianggap memiliki karakteristik sama.
Hasil pengukuran nilai koefisien refleksi antena ring sirkular dengan elemen S pada Gbr. 15 menunjukkan adanya pergeseran frekuensi ke daerah yang lebih tinggi. Pergeseran frekuensi tersebut diduga disebabkan oleh permitivitas relatif dari material yang digunakan pada saat proses fabrikasi lebih kecil dibandingkan simulasi. Apabila ditinjau dari (1), frekuensi resonansi antena berbanding terbalik dengan permitivitas relatif material. Untuk nilai permitivitas yang relatif kecil, frekuensi akan bergeser ke daerah frekuensi yang lebih tinggi. Lebar pita  fraksional yang terukur yaitu sebesar 27,89% pada rentang frekuensi 0,825 GHz hingga 1,076 GHz. Berdasarkan karakteristik tersebut, antena ring sirkular dengan elemen S dapat bekerja dengan baik pada frekuensi 0,9 GHz. Penekanan frekuensi harmonik  hasil pengukuran menunjukkan  kinerja  yang  lebih baik sebesar 5,8  dB dibandingkan hasil simulasi.
Skema pengukuran pola radiasi dan gain antena ditunjukkan pada Gbr. 16. Jarak minimum antar antena diatur berdasarkan jarak medan jauh menggunakan persamaan transmisi Friis. Jarak antar antena pada saat pengukuran adalah 1 m. Pola radiasi antena hasil pengukuran pada bidang E dan H ditunjukkan pada Gbr. 17 dan Gbr. 18. Pengukuran pola radiasi dilakukan pada frekuensi 0,9 GHz dan 1,94 GHz. Bentuk pola radiasi bidang E dan H hasil pengukuran dan simulasi memiliki bentuk yang cenderung sama. Namun, bentuk pola radiasi bidang H pada arah θ tertentu
Gbr. 13 Hasil simulasi gain antena ring sirkular. (a) (b) Gbr.  14  Hasil fabrikasi antena ring sirkular, (a) tampak depan,  (b) tampak belakang. -25 -20 -15 -10 -5 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 G a in [d Bi ] Frekuensi [GHz] tanpa elemen S dengan elemen S
Gbr. 15 Hasil pengukuran nilai koefisien refleksi antena ring sirkular.
Gbr. 16 Skema pengukuran pola radiasi dan gain antena ring sirkular. -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 K o ef is ien r ef lek si [ d B ] Frekuensi [GHz] simulasi pengukuran
menunjukkan hasil yang berbeda,  seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 17(b) dan Gbr. 18(b).  Perbedaan  tersebut  diduga disebabkan adanya pantulan dan serapan ( absorption )  oleh material disekitar antena, dalam hal ini penyangga antena, sehingga pada saat antena diputar pada sudut θ tertentu, daya yang diterima menjadi lebih kecil. Selain itu, daya terima yang ditampilkan pada spectrum analyzer tidak stabil  atau berubah-ubah. Lebar berkas 3 dB bidang E yang terukur pada frekuensi 0,9  GHz dan 1,94  GHz masing-masing  adalah sebesar 99,4 o dan 100,5 o , sedangkan bidang H pada frekuensi 0,9 GHz dan 1,94 GHz masing-masing adalah sebesar 76 o dan 290,8 o .
Gain antena pada Gbr. 19 menunjukkan adanya perbedaan antara hasil simulasi dan pengukuran, khususnya pada rentang frekuensi tertentu,  yaitu  0,6  GHz  hingga  1,2  GHz dan 1,92 GHz  hingga  2,4  GHz. Perbedaan tersebut diduga karena ketidaksimetrisan posisi elemen S pada  antena penerima terhadap antena pemancar,  yang membuat seolah-olah skema pengukuran dan simulasi menjadi berbeda,  sehingga pada frekuensi tertentu antena menghasilkan gain yang berbeda. Meskipun demikian, gain antena pada frekuensi 1,2  GHz hingga  1,92  GHz  menunjukkan kesesuaian antara hasil pengukuran dan simulasi.

## IV. K ESIMPULAN
Pada makalah ini telah dipaparkan perancangan, simulasi, dan realisasi antena ring berbentuk sirkular dengan
penambahan elemen S . Hasil simulasi dan pengukuran menunjukkan bahwa penambahan  elemen S pada bagian dalam ring dapat menekan frekuensi pada mode yang lebih tinggi  dan dapat bekerja pada frekuensi 0,9  GHz. Nilai koefisien refleksi yang dihasilkan berada di bawah − 10  dB dengan  lebar pita  impedans  yang lebar. Antena ring sirkular dengan metode pencatuan menggunakan port yang berbeda menghasilkan bentuk pola radiasi yang simetris.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Ucapan terima kasih disampaikan  kepada  Bapak  Zenal Aripin  atas bantuannya  selama proses pengukuran antena di Laboratorium Telekomunikasi dan Gelombang Mikro, Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung.

## R EFERENSI
[1] R. Garg, P. Bhartia, I. Bahl, dan A. Ittipiboon, Microstrip Antenna Design Handbook , London: UK, Artech House, Inc., 2015.
[2] S. Behera dan K.J. Vinoy, “Microstrip Square Ring Antenna for Dual Band Operation,” Progress In Electromagnetics Research (PIER) , Vol. 93, hal. 41-56, 2009.
[3] X. Hu, Y. Li, W. Chen, H. Tan, dan Y. Long, “Novel Dual-frequency Microstrip Antenna with Narrow Half-ring  and Half-circular Patch,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett. , Vol. 12, hal. 3-6, Des. 2012.
[4] J.Y. Sze, C.I.G. Hsu, dan S.C. Hsu, “Design of a Compact  Dual-band Annular-ring Slot Antenna,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett. , Vol. 6, hal. 423-426, Sept. 2007.
[5] N.A. Nguyen, R. Ahmad, Y.T. Im, Y.S. Shin, dan S.O. Park, “A T- shaped  Wide-slot  Harmonic Suppression Antenna,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett. , Vol. 6, hal. 647-650, Sept. 2007.
[6] S. Biswas, D. Guha, dan C. Kumar, “Control of Higher Harmonics and Their Radiations in  Microstrip Antennas Using Compact Defected Ground Structure,” IEEE Trans. Antennas Propag. , Vol. 61, No. 6, hal. 3349-3353,  Jun. 2013.
[7] C.Y.D. Sim, M.H. Chang, dan B.Y. Chen, “Microstrip-fed  Ring Slot Antenna Design with  Wideband Harmonic Suppression,” IEEE Trans. Antennas Propag. , Vol. 62, No. 9, hal. 4828-4832, Sept. 2014.
[8] F.J. Huang, T.C. Yo, C.M. Lee, dan C.H. Luo, “Design  of  Circular Polarization Antenna with  Harmonic Suppression for Rectenna Application,” IEEE Trans.  Antennas Propag. ,  Vol. 11, hal. 592-595,
Mei 2012.
[9] Y. Xu, S. Gong, dan T. Hong, “Circularly Polarized Slot Microstrip Antenna  for Harmonic Suppression,” IEEE  Antennas Wirel. Propag. Lett. , Vol. 12, hal. 472-475, Apr. 2013.
(a)
(b)
Gbr. 17 Hasil pengukuran pola radiasi antena ring sirkular pada frekuensi 0,9 GHz, (a) bidang E , (b) bidang H . (a) (b)
Gbr.  18  Hasil pengukuran pola radiasi antena ring sirkular pada frekuensi 1,94 GHz, (a) bidang E , (b) bidang H . 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 simulasi pengukuran 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 simulasi pengukuran 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 simulasi pengukuran 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 simulasi pengukuran Gbr. 19 Hasil pengukuran gain antena ring sirkular. -25 -20 -15 -10 -5 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 G a in [d Bi ] Frekuensi [GHz] simulasi pengukuran
[10] Y.W. Liu, Y.J. Lu, dan P. Hsu, “Harmonic Suppressed Slot Loop Antenna Fed by Coplanar Waveguide,” IEEE  Antennas Wirel. Propag. Lett. , Vol. 13, hal. 1292-1295, Jul. 2014.
[11] S. Liao,  K.M.  Shum, dan Q. Xue  “Differentially  Fed Planar Aperture Antenna  with High Gain and Wide Bandwidth for  Millimeter-Wave Application,” IEEE Trans.Antennas Propag. ,  Vol. 63,  No.  3,  hal. 966- 977, Mar. 2015.
[12] Chairunnisa, R.S. Asthan, A.H. Wahyudi, dan A. Munir, “Differentially Fed Ring-shaped Planar Printed Antenna with Higher Order Mode Suppression,” Proc . 2018 Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS-Toyama) , 2018, hal. 1339-1342.
[13] R.S. Asthan dan A. Munir, “Differentially  Proximity Coupled Ring Printed Antenna Array for L-band SAR Application,” Proc . The 12th Int. Conf. on Telecommunication Systems, Services, and Applications , 2018, hal. 1-4.
[14] C.A. Balanis, Modern Antenna Handbook , New York, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2008.
[15] D.M. Pozar, Microwave Engineering , 4th ed., New York, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2012.
[16] D.K. Misra, Radio-Frequency and Microwave Communication Circuits: Analysis and Design, New York, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2001.