OPEN ACCESS J OURNAL OF T ELECOMMUNICATION , E LECTRONICS , AND C ONTROL E NGINEERING (JTECE) ISSN: 2654-8275 (ONLINE) JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023 DOI: 10.20895/ JTECE . V 5 I 2.1090

## Modifikasi Antena Mikrostrip Berbasis
Defected Ground Structure (DGS) Berbentuk
Patch Puzzle untuk Aplikasi Sub-6 GHz 5G
Modified Microstrip Antenna Based on Defected Ground Structure (DGS) in the Shape of a Patch Puzzle for Sub-6 GHz 5G

## Application
Yosy Rahmawati* ,1 , Petrus Kerowe Goran 2 , Vira Ulitama 3
1,3 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta Barat, DKI Jakarta, Indonesia 11650
2 Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Telekomunikasi Elektro, Institut Teknologi Telkom Purwokerto Purwokerto, Jawa Tengah, Indonesia 53147
* ,1 Corresponding author: yosy.rahmawati@mercubuana.ac.id
2 petrus@ittelkom-pwt.ac.id, 3 viraulitama1998@gmail.com
Received on 31-05-2023, accepted on 19-06-2023, published on 21-07-2023

## Abstrak
Perkembangan jaringan seluler 5G digelar secara bertahap hingga tersebar di seluruh wilayah Indonesia dengan menawarkan layanan internet lebih baik dari generasi sebelumnya. Dalam penerapan teknologi seluler dibutuhkan sebuah  antena  untuk  dapat  memancarkan  dan  menerima  gelombang  elektromagnetik.  Oleh  karena  itu,  dalam penelitian ini akan dilakukan modifikasi antena mikrostrip yang diaplikasikan pada Sub–6 GHz 5G dengan frekuensi kerja 3,5 GHz sesuai pita frekuensi n77 menurut 3GPP yaitu pada rentang frekuensi 3,3-4,2 GHz dengan bandwidth yang dihasilkan miminal 100 MHz. Untuk meningkatkan gain dan bandwidth antena mikrostrip, maka diterapkan teknik Defected  Ground  Structure (DGS)  berbentuk pacth  puzzle melalui  sketsa  bentuk  sederhana  pada  bidang ground plane berbentuk U. Berdasarkan simulasi dihasilkan return loss -39,171 dB, VSWR 1,022, gain 2,452 dB, bandwidth 243,8  MHz  dengan  pola  radiasi  bidireksional,  sedangkan  pengukuran  dihasilkan return  loss -21,931, VSWR  1,187, gain 2,369 ,  bandwidth 132,1755  MHz  dan  pola  radiasi  bidireksional  dengan  substrat  FR-4 epoxy . Dapat disimpulkan antena mikrostrip pacth puzzle dapat bekerja baik pada frekuensi 3,5 GHz untuk teknologi Sub- 6 GHz 5G karena memenuhi spesifikasi dalam perancangan antena yaitu return loss ≤ -10 dB, VSWR ≤ 1,5, gain ≥ 2 dB dan bandwidth ≥ 100 MHz.
Kata kunci: bandwidth , DGS, gain , patch puzzle , return loss , VSWR

## Abstract
The development of 5G cellular network is deployed gradually in order to cover Indonesia entirely and provides better internet services than the 4G network. When using cellular technology, an antenna is needed to transmit and receive electromagnetic waves. Therefore, a modification of the microstrip antenna used for Sub-6 GHz 5G with a working frequency of 3.5 GHz in the 3GPP n77 frequency band, in the frequency range 3.3-4.2 GHz with the resulting  bandwidth  of  100  MHz,  was  carried  out  in  this  study.  The  researcher  applied  the  Defected  Ground Structure (DGS) technique in the form of a patch puzzle by sketching simple shapes on a U-shaped ground plane to increase gain and bandwidth. The simulation produced a return loss of -39.171 dB, VSWR of 1.022, gain of 2.452 dB, bandwidth of 243.8 MHz, and a bidirectional radiation pattern, The simulation produced a return loss of -39.171 dB,  VSWR  of  1.022,  gain  of  2.452  dB,  bandwidth  of  243.8  MHz,  and  a  bidirectional  radiation  pattern,  and  the measurements produced a return loss of -21.931 dB, VSWR of 1.187, gain of 2.369, bandwidth of 132.1755 MHz,
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023
and a bidirectional radiation pattern with the substrate FR-4 epoxy. The conclusion was that the microstrip patch puzzle antenna performed well  at the frequency of 3.5  GHz for Sub-6 GHz 5G technology because of its proper specification for antenna design, namely return loss ≤ -10 dB, VSWR ≤ 1.5, gain ≥ 2 dB, and bandwidth ≥ 100 MHz.
Keywords: bandwidth , DGS, gain , patch puzzle , return loss , VSWR

## I. P ENDAHULUAN
Perkembangan teknologi seluler nirkabel telah sampai generasi ke-5 (5G) yang menawarkan kecepatan transfer data dan konektifitas handal. Komunikasi nirkabel didominasi oleh transmisi digital, tidak hanya untuk interaksi manusia tetapi juga untuk transmisi data yang membutuhkan data dalam jumlah besar [1] Teknologi  5G  hadir  untuk  meningkatkan  efisiensi  dan  kapasitas  jaringan  seluler,  peningkatan  data  rate dengan cakupan yang lebih luas dan konsumsi daya yang lebih rendah [2]. Menurut 3GPP Rel-15 alokasi frekuensi  5G  dibedakan  menjadi  FR1  atau  Sub-6  GHz  rentang  450-6000  MHz  dan  FR2  atau  milimeter wave  rentang  24250-52600  MHz  [3].  Namun,  untuk  frekuensi  3,5  GHz  cakupannya  sudah  sangat  luas banyak  diterima  di  sebagian  besar  negara.  Untuk  itu  diperlukan  jaringan  komunikasi  yang  handal khususnya di frekuensi 3,5 GHz untuk diaplikasikan pada Sub-6 GHz 5G.
Komunikasi seluler nirkabel 5G yang didefinisikan dalam IMT-2020 dan ITU-R M.208 [4]menjanjikan transmisi  data  berkecepatan  tinggi  dari  1  GBps  hingga  20  GBps.  Kecepatan  data  tersebut  dapat  dicapai dengan beberapa teknik, seperti teknik modulasi atau bandwidth lebar [5] . Salah satu komponen penting dalam  sistem  telekomunikasi  nirkabel  yaitu  antena  yang  dapat  memancarkan  dan  menerima  gelombang gelombang elektromagnetik. Untuk mencapainya, maka diperlukan antena yang memiliki karakteristik gain yang  besar  dan  bandwidth  yang  lebar  minimal  100  MHz.  Salah  satu  bentuk  antena  yang  mudah diintegrasikan dengan perangkat telekomunikasi Sub-6 GHz 5G yaitu antena mikrostrip, karena memiliki bobot yang ringan, dan biaya pabrikasi yang murah.
Penelitian terkait antena sudah banyak dilakukan oleh peneliti sebelumnya, terutama antena mikrostrip untuk sistem komunikasi 5G, seperti penelitian [6] tahun 2021, dilakukan perancangan antena mikrostrip fractal minkowski array pada frekunesi 3,5 GHz untuk mengurangi dimensi antena dan meningkatkan gain. Lalu,  penelitian  [7]  Paragya  dkk  merancang  antena  mikrostrip  berbentuk  rectangular  patch  berbasis Defected Ground Structure (DGS)  dan proximity coupled  pada frekuensi 3,5 GHz  mengatasi bandwidth yang sempit. Kemudian, tahun 2020 dilakukan perancangan antena mikrostrip dengan Slotted Ground Plane berbentuk T slot dan DGS berbentuk C slot untuk Sub-6 GHz cocok untuk frekuensi 4,8-5 GHz [8].
Oleh  karena  itu,  pada  penelitian  ini  dilakukan  pengembangan  dari  penelitian  sebelumnya  [9]  dengan menerapkan metode Defected Ground Structure (DGS) melalui sketsa sederhana pada bidang ground plane untuk menangani gain yang kecil dan bandwidth yang sempit pada antena mikrostrip. Modifikasi dilakukan pada  antena  mikrostrip  patch  puzzle  yang  bekerja  pada  frekuensi  3,5  GHz  menggunakan  metode  DGS berbentuk U slot yang diimplementasikan pada Sub-6 GHz 5G, diharapkan bandwidth yang dihasilkan 100 MHz, gain ≥ 2 dB, return loss ≤ -10 dB dan VSWR ≤ 1,5 sehingga meningkatkan performa jaringan seluler 5G pada layanan internet berkecepatan tinggi.

## II. LANDASAN TEORI

## A. Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip merupakan konduktor logam yang mengandung bahan dielektrik dan memiliki massa ringan menempel di atas ground plane . Kelebihan antena ini mudah difabrikasi, memiliki sifat konformal sehingga dapat ditempatkan hampir di semua permukaan, dan ukurannya kecil dibandingkan antena jenis lain. Namun, antena mikrostrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu bandwidth yang sempit, gain dan directivity yang kecil, serta efisiensi rendah [10].

## B. Struktur Dasar Antena Mikrostrip
Struktur dasar antena  mikrostrip  yaitu patch , substart,  dan ground plane. Lapisan  konduktor atas atau patch berfungsi sebagai sumber radiasi dimana energi elektromagnetik menyusur tepian dari sisi patch ke
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023
dalam substrat.  Lapisan bawah bertindak sebagai bidang ground pemantulan sempurna,  mengembalikan energi  melalui  substrat  menuju  udara  bebas,  dan  substrat  berfungsi  sebagai  media  penyalur  gelombang elektromagnetik dari sistem pencatuan. Struktur dasar antena mikrostrip ditunjukkan pada Gambar 1 [10].
Gambar 1. Struktur Dasar Antena Mikrostrip [10]

## C. Defected Ground Structure (DGS)
Defected  Ground  Structure (DGS)  merupakan  pola  tersketsa  pada  bidang ground  plane ,  biasanya digunakan  untuk  meningkatkan gain dan bandwidth antena.  DGS  pada  umumnya  diaplikasikan  pada rangkaian  filter  dalam microstrip  line yang  menolak  frekuensi  tertentu  atau bandgap ,  tetapi  juga  dapat digunakan pada antena  mikrostrip, khususnya antena array . Terdapat  dua perubahan ground yang dapat digunakan yaitu pemotongan ground secara vertikal dan pemotongan ground secara horizontal.

## III. M ETODE P ENELITIAN

## A. Perancangan Antena Mikrostrip Patch Puzzle
Dalam merancang sebuah antena mikrostrip terlebih dahulu dilakukan perhitungan dimensi antena untuk mendapatkan ukuran antena sesuai dengan frekuensi kerjanya. Lalu, dilanjutkan melakukan perancangan antena menggunakan perangkat lunak CST 2021 dan mensimulasikan paramater-parameter antena seperti return  loss ,  VSWR,  pola  radiasi, bandwidth ,  dan gain .  Selain  itu,  dalam  merancang  antena  mikrostrip, penting untuk menentukan spesifikasi dan penentuan material dari antena yang akan dirancang karena akan berpengaruh  terhadap  perhitungan  dimensi  yang  diinginkan,  seperti  yang  dtiunjukkan  pada  Tabel  1  di bawah ini.

## Tabel 1. Spesifikasi dan Material Antena Mikrostrip Patch Puzzle
Spesifikasi Keterangan Antena Mikrostrip Patch Puzzle Frekuensi Kerja Return Loss VSWR Pola Radiasi Bandwidth Gain : 3,5 GHz : ≤ -10 dB : ≤ 1,5 : Bidirectional : ≥ 100 MHz : ≥ 2 dBi PCB FR-4 Epoxy Konstanta Dielektrik Relative Ketebalan Substrat Ketebalan Konduktor Bahan Konduktor Impedansi Saluran : 4,4 : 1,6 mm : 0,1 mm : Copper ( Annealed) : 50 Ω
Dalam  merancang  antena  mikrostrip  berbentuk  patch  persegi  panjang,  dilakukan  perhitungan  dimensi antena sebagai berikut [10] :

## 1. Perhitungan Panjang Gelombang
Sebelum merancang antena, terlebih dahulu menentukan frekuensi kerja yang digunakan yaitu 3,5 GHz. Frekuensi  kerja  tersebut  digunakan  untuk  menghitung  panjang  gelombang  pada  ruang  bebas  dan  pada saluran  transmisi.  Untuk  menghitung  panjang  gelombang  pada  saluran  transmisi,  dapat  menggunakan Persamaan (1) di bawah ini.
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023
𝜆 0 = 𝑐 𝑓 𝑟 (1)
𝜆 0 =
3 × 10 8 𝑚/𝑠 3,5 × 10 9 𝐻𝑧 = 85,714 𝑚𝑚
Dari  Persamaan  (1)  dapat  dihitung  nilai 𝜆 0 untuk  frekuensi  3,5  GHz,  setelah  mendapatkan  nilai 𝜆 0 , selanjutnya dilakukan perhitungan terhadap dimensi elemen peradiasi antena atau patch antena yang terdiri dari lebar patch dan panjang patch rectangular .

## 2. Menentukan Ukuran Patch Puzzle
Untuk  menentukan  lebar  dan  panjang patch  puzzle menggunakan  konstanta  dilektrik  relatif  4,4  dan ketebalan substrat 1,6 mm. Persamaan (2) digunakan untuk menghitung lebar patch (W) dan Persamaan (3- 5) digunakan untuk menghitung panjang patch (L), berikut penjelasannya.
a. Menentukan lebar patch rectangular (W), Persamaan (2)
𝑊 = 𝑐 2𝑓 𝑟 √ 2 𝜀 𝑟 + 1 (2)
𝑊 = 3 × 10 8 𝑚 2 × 3,5 × 10 9 𝐻𝑧 √ 2 4,4 + 1 = 25,84 𝑚𝑚
b. Menentukan panjang patch rectangular , Persamaan (3-5). Diawali menghitung konstanta dilektrik efektif menggunakan Persamaan (3).
𝜀 𝑒𝑓𝑓 = 𝜀 𝑟 + 1 2 + 𝜀 𝑟 − 1 2 (√ 1 1 + 12 ( ℎ 𝑊 ) ) (3)
𝜀 𝑒𝑓𝑓 = 4,4 + 1 2 + 4,4 − 1 2 ( √ 1
1 + 12 ( 1,6 𝑚𝑚 25,84 𝑚𝑚 ) ) = 3,9876 𝑚𝑚
Untuk menghitung panjang patch efektif menggunakan Persamaan (4)
𝐿 𝑒𝑓𝑓 = 𝑐 2𝑓 𝑟 √𝜀 𝑒𝑓𝑓
(4) 𝐿 𝑒𝑓𝑓 = 3 × 10 8 𝑚/𝑠 2 × 3,5 × 10 9 𝐻𝑧 √3,9876 𝑚𝑚 = 21,4618 𝑚𝑚
Untuk menghitung tambahan panjang patch menggunakan Persamaan (5)
∆𝐿 = 0,412ℎ (𝜀 𝑒𝑓𝑓 + 0,3)( 𝑊 ℎ + 0,264) (𝜀 𝑒𝑓𝑓 − 0,258)( 𝑊 ℎ + 0,8)
(5) ∆𝐿 = 0,412 × 1,6 𝑚𝑚 (3,9876 𝑚𝑚 + 0,3)( 25,84 𝑚𝑚 1,6 𝑚𝑚 + 0,264) (3,9876 𝑚𝑚 − 0,258)( 25,84 𝑚𝑚 1,6 𝑚𝑚 + 0,8) = 0,7338 𝑚𝑚
Untuk menghitung panjang patch rectangular menggunakan Persamaan (6) 𝐿 = 𝐿 𝑒𝑓𝑓 − 2∆𝐿 (6)
𝐿 = 21,4618 𝑚𝑚 − 2(0,7338 𝑚𝑚) = 19,994 𝑚𝑚
c. Dari  formula  panjang patch  rectangular (L)  dan  lebar patch  rectangular (W)  dapat  ditentukan ukuran patch puzzle seperti Gambar 2 dengan menggunakan persamaan (7).
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023
𝐴 𝑥 = 𝐿 − 1 3 𝐿 (7)
𝐴 𝑥 = 19,994𝑚𝑚 − 1 3 (19,994𝑚𝑚) = 13,3293 𝑚𝑚

## 3. Menentukan Lebar Saluran Transmisi Antena
Pada saluran transmisi, lebar dari saluran transmisi pada mikrostrip harus sesuai dalam kondisi matching impedance . Ketika pengukuran, saluran pencatu antena mikrostrip akan dihubungkan dengan konektor 50 𝛀 , sehingga impedansi saluran transmisi yang digunakan yaitu sebesar 50 𝛀 . Untuk menentukan panjang dan lebar pencatu antena mikrostrip, menggunakan Persamaan (8-10).
𝑍 0 = 2 × 𝑍 𝐿 (8)
𝑍 0 = 2 × 50 Ω = 100 Ω
𝑊𝑍 0 = 377 √𝜀 𝑟 (ℎ/𝑍 0 ) 𝑊𝑍 0 = 377 √4,4 (1,6 𝑚𝑚/100 Ω) = 2,87 𝑚𝑚 (9)
Setelah  didapatkan  lebar  saluran  transmisi,  selanjutnya  menentukan  panjang  pencatu  menggunakan Persamaan (10) di bawah ini.
𝐿 0 = 𝜆 0 4 (10)
𝐿 0 = 𝜆 0 4 = 85,714 𝑚𝑚
4 = 21,4285 𝑚𝑚

## 4. Menentukan Panjang dan Lebar Substrat Antena
Untuk menentukan panjang dan lebar substrat antena digunakan total dari pehitungan elemen antena yang sudah dihitung. Berikut merupakan perhitungan untuk panjang dan lebar substrat : Panjang substrat (𝐿 𝑔 ) , Persamaan (11) : 𝐿 𝑔 = 6(𝐴 𝑥 ) + 𝐿 (11)
𝐿 𝑔 = 6(13,3293 𝑚𝑚) + 19,994 𝑚𝑚 = 59,9816 𝑚𝑚 Lebar substrat (𝑊 𝑔 ) , Persamaan (12) :
𝑊 𝑔 = 6(𝐴 𝑥 ) + 𝑊 (12)
𝑊 𝑔 = 6(13,3293 𝑚𝑚) + 25,84 𝑚𝑚 = 65,8276 𝑚𝑚
5. Menentukan Parameter Defected Ground Structur (DGS)
Bentuk  DGS  ditunjukkan  pada  Gambar  3  yang  didesain  berbentuk  slot  U,  perhitungan  DGS  slot  U menggunakan Persamaan (13-15).
Gambar 3. Desain DGS Antena Mikrostrip Patch Puzzle
𝐹 = 𝜆 60 = 𝐶 𝑓 × 60 𝐹 = 3 × 10 8 𝑚/𝑠 3,5 × 10 9 𝐻𝑧 × 60 = 1,4285 𝑚𝑚
𝐷 = 𝐶 𝑓√𝜀 𝑒𝑓𝑓 − 2(𝐿 + ∆𝐿 − 𝐹) →  𝐶 ≥ 0,3 𝑊 (13) (14)
𝐶 ≥ 0,3 × 25,84 𝑚𝑚 = 7,752 𝑚𝑚
𝐷 = 3 × 10 8 𝑚/𝑠
3,5 × 10 9 𝐻𝑧 × √3,9876 𝑚𝑚 − 2(19,994 𝑚𝑚 + 0,7338 𝑚𝑚 − 1,4285 𝑚𝑚) = 4,3251 𝑚𝑚
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023
Perancangan antena mikrostrip patch puzzle merupakan pengembangan dari patch rectangular,  dengan menggunakan persamaan (1) sampai (14) didapatkan ukuran dimensi antena seperti ditunjukkan pada Tabel 2 berikut ini.
Tabel 2. Parameter Antena Mikrostrip Patch Puzzle Parameter Nilai (mm) Lebar patch (𝑊) Panjang patch ( L) Sisi samping patch (𝐴 𝑥 )
Lebar feedline (𝑊 𝑓 ) Panjang feedline (𝐿 𝑓 ) Lebar ground ( 𝑊 𝑔 ) Panjang ground (𝐿 𝑔 ) Tebal substrat ( 𝑇 𝑠 ) Tebal ground dan patch ( 𝑇 𝑔 ) 25,84 19,994 13,3293 2,87 21,4285 50 47 1,6 0,1

## B. Simulasi Antena Menggunakan Software CST Microwave Studio 2021
Setelah dilakukannya perancangnya antena mikrostrip patch puzzle , dilanjutkan mensimulasikan antena tersebut menggunakan perangkat lunak CST Microwave Studio 2021 untuk mengetahui perfomansi kerja dari  antena  tersebut.  Parameter  yang  dianalisa  di  antaranya return  loss ;  perbandingan  antara  amplitudo gelombang  yang dipantulkan  dengan  yang dikirimkan, VSWR; perbandingan  gelombang datang dengan gelombang pantul di mana kedua gelombang tersebut membentuk gelombang berdiri, bandwidth ; lebar pita, gain ,  pola  radiasi,  dan beamwidth ;  lebar  sudut beam pada main  lobe saat  level  setengah  daya.  Bentuk rancangan antena mikrostrip pada perangkat lunask CST 2021 dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini.
(a)                                                                                (b)
Gambar 4. (a) Rancangan Antena Mikrostrip Patch Puzzle Tampak Depan (b) Rancangan Antena Mikrostrip Patch Puzzle Tampak Belakang
1. Return loss
Return loss berfungsi untuk menunjukkan daya yang hilang karena antara antena dan saluran transmisi tidak  matching.  Nilai return  loss yang  didapatkan  setelah  menggunakan  teknik  DGS  berbentuk  U  slot diperlihatkan  pada  Gambar  5.  Nilai return  loss yang  didapatkan  setelah  melakukan  optimasi  yaitu  - 39,171575 dB pada frekuensi kerja 3,5 GHz.
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023

## 2. VSWR
VSWR  menunjukkan  tingkat  ketidaksesuaian  antara  beban  dan  saluran  transmisi  pada  antena.  Nilai VSWR  yang  didapatkan  setelah  melakukan  optimasi  diperlihatkan  pada  Gambar  6.  Nilai  VSWR yang didapatkan setelah melakukan optimasi yaitu 1,0222462 pada frekuensi kerja 3,5 GHz.
Gambar 6. Hasil Simulasi VSWR

## 3. Gain
Nilai gain yang didapatkan setelah  melakukan optimasi  yaitu 2,454 dB pada frekuensi  kerja 3,5 GHz yang ditunjukkan pada Gambar 7 di bawah ini.
Gambar 7. Hasil Simulasi Gain

## 4. Pola Radiasi
Pada Gambar 8 memperlihatkan bentuk pola radiasi antena mikrostrip patch puzzle menggunakan DGS berbentuk U slot yaitu bidireksional, hal ini dibuktikan dengan arah radiasi yang menuju dua arah.
Gambar 8. Hasil Simulasi Pola Radiasi

## 5. Bandwidth
Pada  Gambar  9  menunjukkan bandwidth yang  dihasilkan  sebesar  243,8  MHz  sudah  sesuai  dengan spesifikasi yang diinginkan yaitu besar 100 MHz. Nilai bandwidth didapatkan melalui Persamaan (15) di bawah ini.
𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ (BW)   =   f h – f l 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ (BW)   =   f h – f l =  3,6207 –  3,3769 GHz =  0,2438 GHz = 243,8 MHz
(15)
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023

## Gambar 9. Hasil Simulasi Bandwidth IV. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Pengukuran Medan Dekat Antena
Pengukuran  dilakukan  untuk  mengetahui  performa  antena  mikrostrip patch  puzzle yang  beroperasi  di frekuensi 3,5 GHz dari parameter return loss dan VSWR menggunakan perangkat keras Vector Network Analyzer (VNA). Berikut Tabel 2 perbandingan return loss , VSWR dan bandwidth berdasarkan spesifikasi, simulasi dan pengukuran.
Tabel 2. Perbandingan Return Loss dan VSWR Parameter Spesifikasi Simulasi Pengukuran Return Loss VSWR Bandwidth ≤ -10 dB ≤ 1,5 100 MHz -39,171 dB 1,022 243,8 MHz -21,931 dB 1,187 132,1755 MHz
Hasil simulasi menghasilkan return loss -39,171 dB, dan pengukuran menghasilkan return loss sebesar -21,931  dB,  nilai  tersebut  sudah  sesuai  dengan  spesifikasi  yang  diinginkan  yaitu return  loss ≤  -10  dB, artinya antena mampu meradiasikan gelombang elektromagnetik lebih besar dibandingkan gelombang yang terpantul. Lalu, hasil simulasi VSWR menghasilkan nilai 1,022, dan pengukuran VSWR menghasilkan nilai 1,187, nilai tersebut sudah sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 1,5, artinya impedansi input  pada  antena patch  puzzle memenuhi impedance  matching ,  dikarenakan  nilai  VSWR  yang  hampir mendekati 1 dan nilai return loss kurang dari -10 dB. Kemudian, dengan frekuensi atas 3,6207 GHz dan frekuensi  bawah  3,3769  GHz,  pada  simulasi  didapatkan bandwidth 243,8  MHz  dan  pengukuran  dapat dihitung bandwidth antena  mikrostrip patch  puzzle sebesar  132,1755 MHz.  Simulasi  dan  pengukuran bandwidth sudah  sesuai  dengan  spesifikasi  anten  Sub-6  GHz  5G  yaitu  minimal  100  MHz.  Grafik perbanding return loss simulasi dan pengukuran dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Perbandingan Return Loss Simulasi dan Pengukuran
Berdasarkan  Gambar  10  di  atas,  menunjukkan  simulasi  menghasilkam return  loss yang  lebih  bagus dibandingkan pengukuran. Hal tersebut dipengaruhi oleh faktor internal meliputi bahan pembuatan antena yang tidak memenuhi spesifikasi yang diinginkan, kualitas tembaga pada PCB, dan ukuran fabrikasi antena yang  kurang  presisi.  Sedangkan  faktor  eksternal  meliputi  pengaruh  lingkungan  pengukuran,  korosi
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023
material, dan penyambungan antara elemen dengan konektor yang kurang sempurna. Perbandingan VSWR simulasi dan pengukuran dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Perbandingan VSWR Simulasi dan Pengukuran

## B. Pengukuran Pola Radiasi dan Gain
Hasil  pengukuran  pola  radiasi  antena  mikrostrip patch  puzzle yaitu  bidireksional  dengan  arah  radiasi menuju dua arah. Pengukuran gain dilakukan menggunakan metode perbandingan, yaitu membandingkan level sinyal antena horn sebagai pemancar dan antena  mikrostrip patch puzzle sebagai penerima dengan antena  mikrostrip patch  puzzle sebagai  pemancar  dan  antena horn sebagai  penerima.  Antena  referensi berupa  antena horn memiliki gain sebesar  11  dBi.  Hasil  pengujian gain didapatkan power level  antena refrensi  sebesar  -28,78  dBi  dan  hasil  pengujian  antena  mikrostrip patch  puzzle sebesar  -37,411  dBi, sehingga dapat dihitung besar gain menggunakan Persamaan (16) sebagai berikut :
(16)
Tabel 3 menunjukkan perbandingan pola radiasi dan gain saat simulasi dan pengujian. Terdapat perbedaan gain yang dihasilkan antara simulasi dan pengukuran. Hal ini dapat terjadi dikarenakan kondisi dari tempat pengujian yang belum ideal, yaitu tidak berada pada ruangan yang tertutup dan hampa udara serta tempat pengujian memungkinkan adanya sinyal pantul yang dihasilkan oleh benda-benda dalam ruangan tersebut ataupun oleh manusia yang berada di dalam ruangan, sedangkan kondisi pada perancangan dengan software diasumsikan berada pada tempat yang ideal, yaitu ruangan bebas dari pantulan sehingga sinyal dapat secara maksimum diterima tanpa adanya gangguan dari sinyal yang tidak diinginkan.
Tabel 3. Perbandingan Pola Radiasi dan Gain
Parameter Spesifikasi Simulasi Pengukuran Pola Radiasi Bidireksional Bidireksional Bidireksional Gain ≥ 2 2,454 dBi 2,369 dBi
Pengukuran  pola  radiasi  dilakukan  untuk  mengetahui  bentuk  pancaran  antena  dan  perbandingan  kuat pancaran  antena  antena  mikrostrip  patch  puzzle  dengan  antena  referensi.  Pengukuran  dilakukan  dengan mengukuran level sinyal dengan melakukan pemutaran antena setiap 10° yang dimuali dari titik 0° sampai dengan 350° digunakan untuk mendapatkan bentuk pola radiasi antena. Hasil dari pengukuran level sinyal yang dilakukan setiap 10° dapat dilihat pada Gambar 12 di bawah ini.
𝐺 𝐴𝑈𝑇 =   𝑃 𝐴𝑈𝑇 −    𝑃 𝑅𝐸𝐹 +    𝑃 𝑅𝐸𝐹 𝐺 𝐴𝑈𝑇 =   −37,411 𝑑𝐵 – (–  28,78 𝑑𝐵) +  11 𝑑𝐵
𝐺 𝐴𝑈𝑇 = 2,369 𝑑𝐵𝑖
Y OSY R AHMAWATI , DKK : JTECE. V OL . 05, N O . 02, PP.109-118, J ULY 2023
Gambar 12. Pengukuran level sinyal

## V. K ESIMPULAN
Berdasarkan  perancangan,  simulasi,  dan  pengukuran  antena  mikrostrip patch  puzzle ,  didapatkan kesimpulan dari penelitian ini yaitu (a) simulasi rancangan antena mikrostrip patch puzzle menggunakan metode Defected Ground Structure (DGS) menghasilkan return loss -39,171 dB, VSWR 1,022, bandwidth 243,8 MHz, pola radiasi bidireksional, dan gain 2,454 dB; (b) pengukuran antena mikrostrip patch puzzle pada frekuensi 3,5 GHz menggunakan metode DGS menghasilkan return loss -21,931 dB, VSWR 1,1803, bandwidth 132,1755 MHz, pola radiasi bidireksional, dan gain 2,369 dB; dan (c) perbedaan hasil simulasi dan pengukuran dapat disebabkan oleh  kualitas bahan PCB  yang  kurang bagus,  ukuran antena  fabrikasi kurang  presisi,  kondisi  tempat  pengukuran  yang  kurang  ideal,  korosi  material  dan  penyolderan  antara elemen  dengan  konektor  yang  kurang  sempurna.  Namun,  pengukuran  antena patch  puzzle telah memverifikasi hasil simulasi sehingga dapat diimplementasikan untuk aplikasi Sub-6 GHz 5G.

## D AFTAR P USTAKA
[1] T.  Qiu,  B.  Chen,  A.  K.  Sangaiah,  J.  Ma,  R.  Huang,  “A  Survey  of  Mobile  Social  Networks:  Applications,  Social Characteristics, and Challenges,” IEEE Syst J , vol. 12, no. 4, pp. 3932–3947, Dec. 2018.
[2] R. N. Mitra, D. P. Agrawal, “5G mobile technology: A survey,” ICT Express , vol. 1, no. 3, pp. 132–137, 2015.
[3] ITU PITA Workshop on Mobile Network Planning and Security, “5G Network and 3GPP Release 15,” International Telecommunication Union (ITU) and the Pacific Islands Telecommunications Association (PITA) , Aug. 15, 2017. https://www.itu.int/en/ITU-D/Regional-Presence/AsiaPacific/Pages/Events/2019/ITUPITA2018/ITU-ASP-CoE- Training-on-.aspx (accessed Jun. 06, 2023).
[4] Rec. ITU-R M.2083-0, “IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond,” 2015.
[5] A. Firdausi, L. Damayanti, G. P. N. Hakim, Umaisaroh, M. Alaydrus, “Design of A Dual-Band Microstrip Antenna for 5G Communication,” Journal of Integrated and Advanced Engineering (JIAE) , vol. 1, no. 1, pp. 65–72, 2021.
[6] R. Syafira, S. Alam, I. Surjati, “Design of Minkowski Array Microstrip Fractal Antenna at 3.5 GHz Frequency for 5G Communication System,” ECOTIPE , vol. 8, no. 2, pp. 93–99, Oct. 2021.
[7] D. Paragya, H. Siswono, “3.5 GHz Rectangular Patch Microstrip Antenna with Defected Ground Structure for 5G,” ELKOMIKA , vol. 8, no. 1, pp. 31–42, Jan. 2020.
[8] T. O. Olawoye, P. Kumar, “A High Gain Microstrip Patch Antenna with Slotted Ground Plane for Sub-6 GHz 5G Communications,”  in 2020  International  Conference  on  Artificial  Intelligence,  Big  Data,  Computing  and  Data Communication Systems (icABCD) , Durban, South Africa: IEEE, Sep. 2020.
[9] V.  Ulitama,  Y.  Rafsyam,  “Rancang  Bangun  Antena  Mikrostrip  Patch  Puzzle  Pada  Frekuensi  2  ,  4  Ghz  Untuk Monitoring Komposter,” in Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro , Murie Dwiyaniti, Ed., Depok: Politeknik Negeri  Jakarta,  2021,  pp.  49–52.  Accessed:  Jun.  06,  2023.  [Online].  Available:  https://prosiding- old.pnj.ac.id/index.php/snte/article/view/3045 [10]  C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design . A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION, 2005.