## PERANCANGAN DAN ANALISIS ANTENA MIKROSTRIP BYEMAX PADA FREKUENSI 1.8 GHZ UNTUK MENGOPTIMALKAN KUAT SINYAL 4G PADA PERANGKAT MIFI
Oleh : Yenniwarti Rafsyam 1 ,  Ardina Askum 1 , Wulan Widiyaningsih 1 , Jonifan 2
(1) Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Telekomunikasi, Politeknik Negeri Jakarta Jln. Prof. Dr. G.A. Siwabessy, Kampus UI Depok 16425
(2) Staf Pengajar Universitas Gunadarma Jakarta. Jl. Margonda Raya No. 100 Pondok Cina. Depok Email: yenniwarti.rafsyam@elektro.pnj.ac.id

## Abstrak
Rendahnya level sinyal serta kurang optimalnya antena internal pada perangkat Mobile Wi-Fi (MiFi)  menyebabkan  tidak  maksimalnya  penggunaan  jaringan  4G  LTE.  Oleh  karena  itu dibutuhkan sebuah antena eksternal untuk mengoptimalkan sinyal LTE. Bahan yang digunakan untuk  merealisasikan  antena  ini  adalah  substrat  FR-4  Epoxy  (double  layer)  yang  memiliki konstanta dielektrik (єr) = 4,3 dengan tebal dimensi (h) sebesar 2,5 mm dan ketebalan tembaga (t)  sebesar  0,035  mm.  Antena  mikrostrip  Byemax  telah  sesuai  dengan  spesifikasi  yang ditentukan  yaitu    VSWR  <  1,5,  return  loss  <  -10  dB,  pola  radiasi  bidirectional,  dan  gain sebesar ≥ 2  dB.  Antena  mikrostrip  Byemax  diaplikasikan  di  luar  ruangan  sebagai  antena eksternal yang terhubung dengan Band Pass Filter (BPF) dan Low Noise Amplifier (LNA) pada perangkat MiFi untuk mengoptimalkan kuat sinyal 4G LTE yang diterima. Besarnya penguatan antena mikrostrip Byemax saat dihubungkan dengan perangkat MiFi yaitu sebesar 4 dB.  Nilai kuat sinyal paling optimal diperoleh pada provider XL yaitu sebesar -69 dBm.

## Kata Kunci: 4G LTE, Antena Mikrostrip, MiFi

## 1. Pendahuluan
Pertumbuhan  teknologi  akses  nirkabel terus  berkembang  dengan  pesat  sesuai dengan  tuntutan  para  pengguna  jasa telekomunikasi.  Perkembangan  ini  diiringi dengan meningkatnya pengguna jasa telekomunikasi  yang  memiliki  kebutuhan layanan  berbeda-beda  baik  itu  suara maupun data. Pengguna jasa telekomunikasi  menginginkan  kebutuhan layanan  data  yang  cepat  dan  dapat  diakses di setiap waktu (Nori, 2008).
Dengan  adanya  teknologi Long  Term Evolution (LTE) maka keinginan pengguna jasa telekomunikasi akan kebutuhan layanan  data  dapat  terwujud  dengan kemampuan  pengiriman  data  mencapai kecepatan 100 Mbit/s (Nori, 2008). Namun permasalahan  yang  sering  terjadi  adalah sulit untuk mendapatkan sinyal LTE karena kendala  jarak user terhadap Base  Terminal Station (BTS) yang terlalu jauh atau
lemahnya  sinyal  karena  penghalang  seperti pohon, tembok, gedung dan lain sebagainya.
Fasilitas  dan  layanan  LTE  dapat dinikmati pengguna dengan didukung suatu perangkat  yang  mampu  menjaga  kualitas sinyal  dengan  baik  agar  komunikasi  dapat berjalan dengan lancar, sehingga diperlukan sebuah  antena  eksternal  yang  berfungsi untuk  mengoptimalkan  sinyal  LTE  yang diterima oleh perangkat Mobile Wifi (MiFi). Kualitas sebuah antena sangat mempengaruhi  kualitas  informasi  yang diterima.  Salah  satu  jenis  antena  yang  saat ini  banyak  digunakan  untuk  komunikasi tanpa  kabel  adalah  antena  mikrostrip. Antena mikrostrip sangat tepat diaplikasikan  untuk  menerima  sinyal  LTE karena  memiliki  ukuran  yang  kecil,  bobot yang ringan, sederhana dan biaya pembuatan yang murah (Hanief, 2010).
PERANCANGAN .… Yenniwarti Rafsyam 1 ,  Ardina Askum 1 , Wulan Widiyaningsi 1 , Jonifan 2

## 2. Metode Penelitian
Mengingat  pentingnya  peranan  antena pada  komunikasi wireless ,  maka  pada penelitian  ini  akan  dibuat  antena  dapat diaplikasikan  untuk  mengoptimalkan  kuat sinyal 4G pada perangkat MiFi.
Pada  Penelitian  ini  antena  yang  akan dirancang  dan  dibuat  adalah  antena mikrostrip byemax yang  akan  bekerja  pada frekuensi  kerja  1,8  GHz,  dengan  parameter lain yaitu Return Loss ≤ -10 dB,      VSWR 1,5,  Pola  radiasi bidireksional dan  Gain ≥  2  dB  menggunakan  CST  Studio  Suites 2018.
Setiap  substrat  memiliki  spesifikasi yang  berbeda-beda.  Pada  Penelitian  ini substrat  yang  akan  digunakan  adalah  FR4 (epoxy). Jenis substrat ini digunakan karena memiliki ketebalan yang cukup kecil, bahan substrat  yang  mudah  didapatkan.  Substrat FR4  (epoxy)  memiliki spesifikasi  seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Spesifikasi Substrat
Parameter Nilai Jenis Substrat FR-4 Epoxy Konstanta Dielektrik ( 𝜺𝒓 ) 4,3 Ketebalan Lapisan Dielektrik (h) 2,5 mm Ketebalan Bahan Konduktor (t) 0,035 mm Impedansi Karakteristik Saluran 50 Ω Penelitian  ini  membahas  mengenai fungsi  penggunaan  antena  eksternal  pada perangkat  MiFi  untuk  mengoptimalkan penerimaan sinyal 4G LTE. Dalam pengukuran  kekuatan  sinyal  pada  4G  LTE, parameter yang digunakan adalah Reference Signal Received Power ( RSRP).
RSRP adalah kuat sinyal yang diterima oleh User  Equipment (UE)  dalam  satuan dBm  (Ade,  2016).  Parameter  ini  adalah parameter  yang  spesifik  pada drive  test 4G LTE  dan  digunakan  oleh  perangkat  untuk menentukan titik handover .

## 3. Perancangan Antena
Dalam  perancangan  dan  pembuatan antena  mikrostrip  terdiri  dari  beberapa tahapan. Adapun tahapan
dalam perancangan dan pembuatan antena mikrostrip  dapat  dilihat  seperti  pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Flowchart perancangan dan pembuatan antena mikrostrip Byemax
Adapun  rumus  yang  digunakan  untuk menghitung  lebar patch pada  antena  yang akan  digunakan  adalah  sebagai  berikut  (K. Chang, 2002):
Wp = c 2fr x√ 2 Ɛr+1
Untuk menentukan konstanta dielektrik efektif  dapat  mengunakan  rumus  sebagai berikut (K. Chang, 2002):
Ɛreff = Ɛr + 1 2 + Ɛr − 1 2 [1 + 12 h W ] −1/2
Medan  gelombang  elektromagnetik dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut (K. Chang, 2002):
∆L = 0,412 h (Ɛreff+0,3)( W h +0,264) (Ɛreff−0,258)( W h +0,8)
Sehingga panjang patch dapat dihitung dengan  mengunakan  rumus  sebagai  berikut (K. Chang, 2002):
Lp = c 2fr√Ɛreff - 2 ∆L
Untuk  menentukan  fungsi  logaritmik dari  elemen  peradiasi  dapat  menggunakan rumus (Jonifan, 2016):
F = 1 + 8,791 x 10 9
fr√Ɛr
Sehingga  dimensi  slot elliptical dan jari-jari  lingkaran  sebagai patch dapat diketahui  dengan  menggunakan  rumus sebagai berikut (Jonifan, 2016):
r = F {1+ 2h πƐrF [In( πF 2h )+1.7726]} 1 2
Besar jarak spasi antar elemen peradiasi dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut (Hilman, 2007):
d = c 2f
Selanjutnya  menghitung  lebar  saluran transmisi  pada  antena  mikrostrip  Byemax dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
WZo = 377 √ε r ( h Z O )
Setelah  melakukan  perhitungan  maka selanjutnya  adalah  melakukan  simulasi  dan optimasi  untuk  meminimalkan  kesalahan saat proses fabrikasi. Adapun hasil fabrikasi antena  mikrostrip  Byemax  diperlihatkan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Hasil Fabrikasi Antena Mikrostrip Byemax
Setelah  proses  fabrikasi  selesai  maka tahap selanjutnya adalah melakukan pengukuran dan pengujian antena.

## 4. Hasil dan Pembahasan
Antena  mikrostrip  Byemax  digunakan sebagai  antena  eksternal  dan  diletakkan  di luar  ruangan  yang  memiliki  daya  terima sinyal  4G  LTE  yang  baik  dari  eNodeB terdekat.  Kemudian  melalui  kabel  koaksial dengan  impedansi  50  Ω  yang  terpasang oleh konektor SMA female pada sisi antena mikrostrip  selanjutnya  dihubungkan  ke BPF.  Lalu  BPF  akan  menyaring  frekuensi yang  telah  diterima  oleh  antena  dan selanjutnya akan disalurkan kembali menuju  LNA  untuk  meredam noise dan menguatkan  sinyal.  Hasil  penguatan  dari LNA  kemudian  dihubungkan  ke  Mi-Fi dengan menggunakan kabel pigtail . Setelah itu  membuka alamat  IP  MiFi  (192.168.8.1) pada handphone untuk  melihat  hasil  kuat sinyal  antena  mikrostrip  Byemax  yang menerima  sinyal  dari  pemancar  atau eNodeB. Kecepatan data dari suatu provider dapat dilihat juga pada handphone melalui  aplikasi Speedtest .  Sistem  kerja antena  yang  digunakan  sebagai  penerima sinyal  dari  eNodeB  seperti  ditunjukkan pada Gambar 4.1
Gambar 4.1. Set Up Rangkaian sistem kerja antena Byemax yang digunakan sebagai penerima sinyal dari eNodeB
Pengujian  antena  dilakukan  di  tiga tempat  berbeda  dengan  menggunakan empat provider dalam  5  kondisi  yakni  saat kondisi  sebelum  dan  sesudah  dipasangkan antena  mikrostrip  Byemax,  saat  kondisi tanpa  dan  dengan  menggunakan  BPF  serta saat  kondisi  keseluruhan  (antena,  BPF,  dan LNA).
Adapun  hasil  pengujian  level  sinyal dan kecepatan koneksi internet terlihat pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.4.
PERANCANGAN .… Yenniwarti Rafsyam 1 ,  Ardina Askum 1 , Wulan Widiyaningsi 1 , Jonifan 2
Tabel 4.1. Pengujian Kuat Sinyal dan
Kecepatan Internet Provider Tri Kondisi Pengujian Lab Telkom Cimang- gis Depok Jl Swadaya Beji Default MiFi RSRP (dBm) -92 -90 -88 Ping (ms) 33 119 125 Download (Mbps) 15,2 3,73 3,57 Upload (Mbps) 3,33 8,79 20,1 Antena Mikrostrip Byemax RSRP (dBm) -88 -86 -83
Ping (ms) 29 129 35 Download (Mbps) 1,68 3,03 3,39 Upload (Mbps) 13,7 11,3 19,6 Antena Mikrostrip Byemax dan BPF RSRP (dBm) Ping (ms) Download (Mbps) Upload (Mbps) -91 36 2,37 14,0 -89 39 4,69 15,5
-86 53 2,82 19,3 Antena Mikrostrip Byemax dan LNA RSRP (dBm) -79 -78 -75 Ping (ms) 36 32 24 Download (Mbps) 2,37 2,63 3,39 Upload (Mbps) 14,0 2,24 20,3 Antena Mikrostrip Byemax, BPF dan LNA RSRP (dBm) -76 -75 -70 Ping (ms) 28 129 42 Download (Mbps) 2,43 3,22 4,32 Upload (Mbps) 19,3 9,7 13,8
Tabel  4.1  memperlihatkan  bahwa  nilai RSRP terbaik dengan menggunakan provider Tri  berlokasi  di  Jl.  Swadaya  Beji saat kondisi default MiFi adalah sebesar -88 dBm.
Tabel 4.2. Pengujian Kuat Sinyal dan Kecepatan Internet Provider XL
Kondisi Pengujian Lab Telkom Cimang- gis Depok Jl Swadaya Beji Default MiFi RSRP (dBm) -96 -89 -97 Ping (ms) 28 23 33 Download (Mbps) 4,23 1,99 1,36 Upload (Mbps) 10,3 5,53 3,7 Antena Mikrostrip Byemax RSRP (dBm) -90 -82 -93 Ping (ms) 27 54 28 Download (Mbps) 1,05 1,35 1,89 Upload (Mbps) 6,03 9,84 6,91 Antena Mikrostrip Byemax dan BPF RSRP (dBm) Ping (ms) Download (Mbps) Upload (Mbps) -93 26 2,8 12,8 -85 23 3,5 7,86 -96 19 3,31 5,64 Antena Mikrostrip Byemax dan LNA RSRP (dBm) -78 -73 -84 Ping (ms) 34 32 27 Download (Mbps) 2,09 2,63 1,03 Upload (Mbps) 5,17 2,24 1,92 Antena Mikrostrip Byemax, BPF dan LNA RSRP (dBm) -76 -69 -79 Ping (ms) 99 27 31 Download (Mbps) 1,95 1,14 1,1 Upload (Mbps) 5,25 9,18 1,46
Tabel 4.2 memperlihatkan, nilai RSRP terbaik  untuk  lokasi  di  Cimanggis  Depok yaitu  saat  antena  yang  digunakan default MiFi adalah sebesar -97 dBm.
Tabel  4.3  Pengujian  Kuat  Sinyal  dan
Kecepatan Internet Provider Indosat Kondisi Pengujian Lab Telkom Cimang- gis Depok Jl Swadaya Beji Default MiFi RSRP (dBm) -92 -97 -88 Ping (ms) 109 129 30 Download (Mbps) 7,44 5,51 5,92 Upload (Mbps) 16,1 10,3 19,1 Antena Mikrostrip Byemax RSRP (dBm) -87 -90 -85 Ping (ms) 129 99 20 Download (Mbps) 4,91 4,97 11,2 Upload (Mbps) 20,5 8,98 21,0 Antena Mikrostrip Byema dan BPF RSRP (dBm) Ping (ms) Download (Mbps) Upload (Mbps) -90 119 9,75 20,9 -93 109 8,8 31,51 -88 28 16,6 17,3 Antena Mikrostrip Byemax dan LNA RSRP (dBm) -82 -84 -79 Ping (ms) 119 109 28 Download (Mbps) 9,75 8,8 16,6 Upload (Mbps) 20,9 31,51 17,3 Antena Mikrostrip Byemax, BPF dan LNA RSRP (dBm) -79 -80 -77 Ping (ms) 109 38 129 Download (Mbps) 7,04 2,65 8,01 Upload (Mbps) 10,1 13,7 13,6
Berdasarkan  Tabel  4.3  nilai  RSRP provider Indosat  terbaik  berlokasi  di  Jl. Swadaya  Beji  dengan  nilai  RSRP  terbaik saat kondisi default MiFi adalah -88 dBm.
Tabel  4.4.  Pengujian  Kuat  Sinyal  dan Kecepatan Internet Provider Telkomsel Kondisi Pengujian Lab Telkom Cimang- gis Depok Jl Swadaya Beji Default MiFi RSRP (dBm) -101 -98 -90 Ping (ms) 24 35 23 Download (Mbps) 16,3 15,2 23,1 Upload (Mbps) 3,4 2,09 26,5 Antena Mikrostrip Byemax RSRP (dBm) -96 -94 -86 Ping (ms) 23 109 19 Download (Mbps) 9,92 9,7 43,8 Upload (Mbps) 2,19 5,54 33,9 Antena Mikrostrip Byemax dan BPF RSRP (dBm) Ping (ms) Download (Mbps) Upload (Mbps) -99 34 5,27 2,1 -97 129 7,82 8,44 -89 20 21,4 27,1 Antena Mikrostrip Byemax dan LNA RSRP (dBm) -80 -76 -75 Ping (ms) 29 36 24 Download (Mbps) 9,73 10,4 20,5 Upload (Mbps) 9,45 11,7 12,2 Antena Mikrostrip Byemax, BPF dan LNA RSRP (dBm) -76 -73 -71 Ping (ms) 20 89 26 Download (Mbps) 7,43 5,84 23,2 Upload (Mbps) 4,21 4,08 9,03
Hasil  pengujian  pada  Tabel  4.4  dapat dianalisa bahwa nilai RSRP terbaik dengan menggunakan provider Telkomsel berlokasi di  Jl.  Swadaya  Beji.  Nilai  RSRP  terbaik saat kondisi default MiFi tanpa menggunakan  tambahan  antena  eksternal adalah sebesar -90 dBm.
Besar nilai RSRP yang diperoleh dari 5 kali  pengujian  saat  kondisi  sebelum  dan sesudah  dipasangkan  antena  mikrostrip Byemax,  saat  kondisi  tanpa  dan  dengan menggunakan  BPF  serta  saat  kondisi keseluruhan  (antena,  BPF,  dan  LNA)  pada Tabel  4.1  sampai  Tabel  4.4  menunjukkan bahwa  dari  keempat provider yang  diuji saat  perangkat  MiFi  dipasangkan  antena mikrostrip  Byemax  pada  bagian port eksternal  membuat  nilai  RSRP  menjadi lebih  baik  dibandingkan  sebelum  dipasang dengan  antena  eksternal.  Hal  tersebut dikarenakan  adanya  penguatan  dari  antena eksternal sebesar 4 dB. Saat kondisi antena eksternal  dihubungkan  dengan  BPF  dan MiFi,  nilai  RSRP  mengalami  sedikit kenaikan  sebesar  -3  dB  karena  faktor loss pada  bahan  yang  digunakan  serta  proses penyolderan  yang  kurang  tepat  pada  BPF. Kemudian  nilai  RSRP  ketika  antena mikrostrip  Byemax  dihubungkan  dengan LNA  lalu  dipasang  ke  perangkat  MiFi membuat  kuat  sinyal  yang  diterima  oleh User  Equipment (UE)  menjadi  lebih optimal  karena  pengaruh  fungsi  LNA  yang digunakan  untuk  menekan noise dan menguatkan  sinyal.  Dan  ketika  BPF dipasang  di  antara  antena  mikrostrip Byemax  dan  LNA,  kuat  sinyal  mengalami sedikit  perubahan  namun  hasilnya  tetap membuktikan  bahwa  nilai  RSRP  yang diterima menjadi lebih optimal dari kondisi sebelumnya.
Nilai  RSRP  akan  berubah-ubah  karna beberapa  faktor  yang  dapat  mempengaruhi yaitu  jarak  antara  antena  dan  MiFi  dengan eNodeB,  dimana  MiFi  berperan  di  sisi pengguna sehingga semakin jauh pengguna dari  eNodeB  maka  kuat  sinyal  yang diterima  akan  semakin  lemah,  kemudian banyaknya obstacle yang  bervariasi  seperti gedung  sehingga  menyebabkan loss ,  faktor kondisi cuaca sekitar, dan kondisi lingkungan  banyak  atau  tidaknya  orang yang berlalu-lalang.
Hasil  pengujian  kecepatan  koneksi  internet meliputi  kecepatan download (unduh), kecepatan upload (unggah),  dan  kecepatan ping.  Banyak  faktor  yang  mempengaruhi
besar koneksi internet, salah satunya adalah kondisi  pemukiman  yang  padat  penduduk memungkinkan  banyaknya  penguna  yang sedang  mengakses  internet  pada  waktu bersamaan.  Sehingga  alokasi bandwidth dibagi  rata  ke  semua  pengguna  yang menggunakan internet pada waktu bersamaan sehingga pengguna A
menganggap  bahwa  pengguna  lain  sebagai noise atau interference .  Kemudian  faktor lainnya  yang  mempengaruhi  kecepatan koneksi internet upload dan download yaitu kepadatan  trafik  dan  jarak  antena  ke pemancar,
Seeperti dapat di lihat  data pada Tabel 3 ketika RSRP bernilai tinggi yaitu sebesar -97 dBm, kecepatan internet untuk download (unduh)  sebesar  1,36  Mbps  dan upload (unggah)  sebesar  3,7  Mbps. Sedangkan  ketika  RSRP  bernilai  paling optimal  yaitu  sebesar  -79  dBm,  kecepatan internet  untuk download (unduh)  sebesar 1,1 Mbps dan upload (unggah) sebesar 1,46 Mbps.  Jadi  nilai  RSRP  bisa  saja  tidak berbanding lurus dengan hasil nilai kecepatan  koneksi  internet,  karena  nilai RSRP  tidak  mempengaruhi  kecepatan  data suatu  internet.  Hal  tersebut  dikarenakan kepadatan  trafik  data  pada  eNodeB.  Perlu diketahui  bahwa  setiap  eNodeB  memiliki kapasitas  yang  diisi  oleh  trafik  untuk melayani pelanggan, coverage , dan kemampuan dalam meng- handle trafik data.

## 5. Kesimpulan
Setelah  melakukan  pengujian  fungsi antena  mikrostrip  Byemax,  maka  dapat disimpulkan sebagai berikut:
a. Antena mikrostrip Byemax dapat mengoptimalkan  penerimaan  sinyal  4G LTE  frekuensi  1.8  GHz  pada  perangkat MiFi sebesar 4 dB dibandingkan dengan menggunakan antena default .
b. Lokasi,  jarak  antena  dengan  eNodeB, panjang kabel, besar loss pada konektor, banyaknya obstacle dan kondisi lingkungan saat pengujian dapat mempengaruhi nilai RSRP.
c. Nilai RSRP tidak mempengaruhi kecepatan  data  suatu  internet.  Karena kecepatan  internet  dipengaruhi  oleh
PERANCANGAN .… Yenniwarti Rafsyam 1 ,  Ardina Askum 1 , Wulan Widiyaningsi 1 , Jonifan 2
banyaknya penguna yang sedang mengakses
internet pada waktu bersamaan,  kepadatan  trafik  data  pada eNodeB dan jarak antena ke pemancar.

## DAFTAR PUSTAKA
Ade Wahyudin, Sakinah, 2016. Perancangan  Dan  Analisa  Penggelaran LTE Pada Frekuensi 700 MHz Dengan Metode  Adaptif  Modulation  Coding
Untuk  Implementasi  Digital  Dividend Di  Wilayah  Sub-Urban  Dan  Rural Kabupaten  Banyumas” .  Jurnal  Elektro Telekomunikasi Terapan. Hanief  Tegar  Pambudhi,  Darjat,  Ajub
Ajulian  Z.  2010. “Perancangan  dan
Analisis  Antena  Mikrostrip  dengan Metode  Aperture  Coupled  Feed  pada Frekuensi  800  MHz” .  Teknik  Elektro,
Universitas Diponegoro Semarang. Hilman  Halim.  2007.  “ Designing  Triple- Band Microstrip Antenna That Operate
At WiMAX Frequencies ”.
Jonifan. 2016. “Perancangan  Antena
Mikrostrip Patch Circular menggunakan  metode  Array  1x8  untuk Aplikasi  Radar  Maritim  Frekuensi  3,2
GHz” .  Jurnal  Ilmiah  SETRUM  – Volume 5, No.2. K. Chang, B. Inder and V. Nair. 2002 . “RF and Microwave Circuit and Component Design for Wireless
System” . New York: Wiley.
Nori, A. 2008. “Perancangan  Dan
Realisasi  Bandpass  Filter  Berbasis Mikrostrip” .
Yunita  Rahayu,  Zikri  Pradana.2017.  “Dual
Band Antena Design Mikrostrip
Dengan  Bentuk  Slot  Byemax  Untuk Penerapan  Frekuensi  2,1  GHz  LTE”.
Jurnal Ilmiah SINERGI Vol. 21, No. 2, Juni 2017: 101-106