## Antena Fraktal Koch dengan Catuan EMC pada UHF untuk Aplikasi Televisi Digital Terestrial
Koch Fractal Antenna at UHF Band Using EMC Feeding for Digital Terrestrial Television Applications
Yuyu Wahyu a, * ,  Ukhty Syakirotunnikmah b , Heroe Wijanto b ,
Yana Taryana a , Arie Setiawan a
a Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.
Komp LIPI Gd 20, Jl Sangkuriang 21/54D, Bandung 40135, Indonesia
b Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Telkom, Jl. Telekomunikasi Terusan Buah Batu Bandung 40257, Indonesia

## Abstrak
Televisi  merupakan  teknologi  yang  sudah  ada sejak  beberapa  dekade  yang  lalu.  Televisi kini  mengalami  perkembangan yang  awalnya  menggunakan  modulasi  analog,  dewasa  ini  berkembang  menggunakan  modulasi  digital  yang  harus  diimbangi dengan perangkat antena yang handal. Dilatarbelakangi oleh penelitian sebelumnya, maka pada paper ini akan dirancang antena dengan bandwidth yang lebih lebar agar sesuai dengan rekomendasi dari KOMINFO. Pada paper ini, diajukan rancangan antena mikrostrip  fraktal  Koch  iterasi  kedua  dengan  teknik  slot  pada  bagian groundplane- nya  dengan  pencatuan proximity melalui teknik EMC ( electromagnetically coupled ) menggunakan bahan material substrat FR4-epoxy dengan konstanta dielektrik bernilai 4,2 pada frekuensi 586 MHz. Perancangan dan simulasi dilakukan dengan menggunakan simulator perancangan antena berbasis Finite  Integration  Technique (FIT).  Berdasarkan  simulasi  dan  analisis  yang  telah  dilakukan,  menunjukkan  bahwa  dengan menggabungkan  antara  teknik  pencatuan  EMC  dan  fraktal  Koch  yang  dimodifikasi  menjadi  slot  pada  bagian groundplane mampu meningkatkan bandwidth antenna dan didapatkan bandwidth pada VSWR ≤1,8 sebesar 228,6 MHz, gain pengukuran 2,09 dB, pola radiasi bidireksional dan polarisasi elips horizontal.
Kata kunci : mikrostrip, fraktal Koch, proximity , EMC, televisi digital terrestrial.

## Abstract
Television is a technology that has been existed since several decades ago. It has advanced from using analogue modulation into  using  digital  modulation that  must  be  balanced  with  a reliable  antenna  device.  Hence, initiated from  the last  studies,  this research  focussed  on  a  large  bandwidth  antenna  for  satisfying  digital  television  bandwidth  specified  by  KOMINFO.  In  this paper, a design of second iteration Koch fractal microstrip antenna is proposed with slotted technique on its groundplane by the proximity feeding applied EMC (electromagnetically coupled) technique by using FR4-epoxy as its substrate material with 4.2 of the  dielectric  constant  and  586  Mhz  of  the  frequency.  The  modelling  and  simulation  process  has  been  done  through  antenna design simulator based on Finite Integration Technique (FIT). The results have presented that by combining  EMC feeding and modified Koch fractal as slotted on the groundplane, the technique led to bandwidth improvement. The results have also shown that  antenna  obtained  a  bandwidth  of  228.6  MHz  with  VSWR  ≤1.8,  a  measured  gain  of  2.09  dB,  and  bidirectional  radiation pattern and horizontal ellips polarization.
Keywords : microstrip, Koch fractal, proximity, EMC, digital terrestrial television.

## I. P ENDAHULUAN
Dewasa  ini  perkembangan  teknologi  siaran  di bidang  televisi  berkembang  dengan  pesat.  Selama  ini sistem siaran yang dipakai adalah sistem siaran analog yang  bekerja  pada  frekuensi  470-806  MHz.  Seiring dengan  perkembangan teknologi,  sistem  siaran  televisi mulai digunkan sistem siaran digital. Perubahan sistem ini  berdampak  terhadap  perubahan  alokasi  frekuensi penyiaran  televisi  karena  menurut  rekomendasi  dari KOMINFO,  disebutkan  bahwa alokasi  frekuensi  untuk
teknologi  televisi  digital  terrestrial  ada  pada  frekuensi 478-694 MHz. Berdasarkan rekomendasi tersebut maka bandwidth yang  dibutuhkan  untuk  televisi  digital terrestrial sebesar 216 MHz.
Untuk  memenuhi  kebutuhan  salah  satu  perangkat sistem  siaran  televisi  digital,  maka  telah  dilakukan penelitian pada bagian antena. Pada penelitian ini telah dilakukan  rancangan  antena  mikrostrip  log  periodik dengan patch meander yang berukuran 81,6×50,94 mm [1]. Antena ini dirancang pada frekuensi kerja 700 MHz dan  menghasilkan bandwidth sebesar  41  MHz. Bandwidth yang  dihasilkan  masih  belum  memenuhi kebutuhan  standar  sistem  siaran  televisi  digital.  Oleh karena  itu  untuk  mengembangkan  penelitian  tersebut, perlu  digunakan  teknik  tertentu  yang  mampu menghasilkan bandwidth yang  lebih  lebar  dan  sesuai dengan rekomendasi dari KOMINFO.
* Corresponding Author . Email: yuyuwahyusr@gmail.com Received: April 13, 2015; Revised: April 24, 2015 Accepted: May 7, 2015 Published: June 30, 2015  2015 PPET - LIPI doi : 10.14203/jet.v15.1-5
Perbaikan bandwidth dapat  dilakukan  melalui pemilihan  antena  jenis  fraktal  Koch.  Pada  proses perancangannya  dilakukan  beberapa  iterasi  untuk menghasilkan  performansi  yang  dapat  memenuhi standar  kebutuhan.  Berdasarkan hasil  iterasi  [2],  maka iterasi  fraktal  Koch  yang  menghasilkan  performansi cukup  baik  terjadi  pada  iterasi-2.  Karena  pada peningkatan  iterasi-0  hingga  iterasi-2  menunjukkan bahwa  frekuensi  kerja  yang  dihasilkan  semakin  turun sedangkan pada iterasi-2 menuju iterasi-3 menunjukkan frekuensi kerja yang semakin meningkat. Karena antena yang dibutuhkan untuk aplikasi televisi digital terrestrial ada pada frekuensi rendah maka digunakan fraktal Koch iterasi-2.
Berdasarkan  beberapa  pertimbangan  tersebut, dalam  paper  ini  diusulkan  antena  fraktal  koch  dengan catuan  EMC  pada  UHF  untuk  aplikasi  televisi  digital terestrial.

## II. S TRUKTUR D ASAR

## A. Fraktal Koch
Bentuk  fraktal  adalah  bentuk  geometri  yang  dapat difragmentasi  atau  dibagi-bagi  menjadi  bagian  yang lebih  kecil  karena  apabila  hasil  pembagian  diperbesar maka akan terbentuk dimensi yang mirip dengan bentuk aslinya.
Gambar 1. Proses Iterasi Fraktal Koch [3].
Gambar  1  menunjukkan  proses  iterasi  geometri fraktal  Koch  mulai  dari  iterasi-0  sampai  iterasi  yang lebih kecil. Iterasi-0 merupakan inisiator dengan bentuk segitiga sama sisi.
Antena  mikrostrip  fraktal  dapat  digunakan  untuk tujuan  mereduksi  antena,  menjadikan  antena  bersifat multiband hanya  dengan  menggunakan  sebuah  antena dan memiliki impedansi input yang baik. Antena fraktal ini memiliki bentuk fisik yang kompleks sesuai dengan hasil  iterasinya  sehingga  dalam  merancang  model antena  ini  membutuhkan  perhitungan  matematis  yang teliti [3].
B. EMC ( Electromagetically Coupled ) EMC  ( electromagetically  coupled )  merupakan teknik  pencatuan  tidak  langsung  yaitu  dengan menggunakan  dua  lapisan  substrat, feed line akan diletakkan  di  antara  kedua  substrat.  Sehingga  letak patch berada  di  atas  dua  buah  substrat  [4].  Gambar  2 merupakan  konfigurasi  bentuk  mikrostrip  catuan proximity .

## P ERANCANGAN DAN R EALISASI
Proses perancangan
dilakukan dengan menggunkanan perangkat lunak simulator perancangan antena  CST berbasis  Finite  Integration  Technique (FIT).  Perangkat  lunak  ini  dapat  memberikan  nilai dimensi optimal pada setiap iterasi. Hasil simulasi yang paling  optimal  kemudian  direalisasikan  dengan menggunakan bahan material substrat FR4 epoxy yang memiliki  konstanta  dielektrik  4,2  pada  frekuensi  586 MHz  dan  pada  bagian  konduktornya  digunakan  bahan tembaga dengan ketebalan 0,035 mm.

## A. Perancangan dan Simulasi
Langkah-langkah  perancangan  antena  ditunjukkan pada Gambar 3 sebagai berikut:

## Mulai
Menentukan Spesifikasi Perancangan Antena
Menentukan Material Bahan dan Menghitung Dimensi Antena Uji Simulasi Hasil Simulasi Sesuai dengan Spesifikasi Realisasi Analisis & Kesimpulan Selesai Optimasi Dimensi Antena N Y Pengukuran Gambar 3. Diagram Perancangan Antena.

## B. Model Perancangan
Proses  perancangan  diawali  dengan  menentukan spesifikasi bentuk antena dan parameter-parameter yang diinginkan,  seperti  frekuensi  kerja, bandwidth , polarisasi, pola radiasi dan gain berikut [6], [7] ,

## T ABEL 1 S PESIFIKASI A NTENA T ELEVISI D IGITAL T ERESTRIAL
Spesifikasi Keterangan Frekuensi televisi digital terrestrial  (478-694) MHz Frekuensi kerja 586 MHz Bandwidht 216 MHz Pola radiasi Unidireksional Polarisasi Linier Horizontal VSWR ≤ 1,8 Gain ≥ 6 dB
Setelah ditentukan spesifikasi antena  yang tertera pada Tabel  1,  kemudian  dilakukan  perhitungan  dimensi mikrostrip, mulai dari substrat, groundplane dan patch . Dimensi  tersebut  dihasilkan  dari  perhitungan  secara matematis pada frekuensi kerja 586 MHz.
Untuk  mendapatkan  dimensi  fraktal  Koch, digunakan persamaan-persamaan berikut [8]:
𝜆 = 𝑐 𝑓 (1)
ℎ = 𝜆 4 (2) 𝑙 = ℎ ( 4 3 ) 𝑛 (3)
di mana ℎ = sisi segitiga sama sisi (m), λ = panjang gelombang (m), 𝑐 = cepat rambat cahaya = 3× 10 8 m/s, 𝑓 = frekuensi kerja (Hz),
𝑙 = panjang sisi saat iterasi, n.
Dengan  memasukkan  nilai 𝑐 = 3  ×  10 8 𝑚/𝑠 dan frekuensi  tengah  yang  dibutuhkan  sebesar 𝑓 = 5,86  × 10 8 𝐻𝑧 serta  nilai 𝑛 = 0 sebagai  inisiator  maka dihasilkan  panjang  sisi  segitiga  sama  sisi  (inisiator fraktal Koch) sebesar 128 mm.
Gambar  4  menunjukkan  bentuk  geometri  fraktal Koch  iterasi-2,  dari  gambar  tersebut  terlihat  bahwa panjang  sisi  segitiga  sama  sisi  sebagai  inisiator dinyatakan dengn 𝑙 (mm). Sehingga berdasarkan rumus segitiga sama sisi, radius dari inisiator tersebut sebesar r ≈ 74 mm.
Gambar 4. Geometri Fraktal Koch Iterasi-2.
Proses  selanjutnya  yaitu  menghitung  dimensi pencatu dengan menggunakan
persamaan
microstripline .  Impedansi  saluran  transmisi  sebesar  50 Ω  sehingga  panjang (𝑙) dan  lebar (𝑤) line pencatu sebagai berikut [9]:
𝑤 = 2ℎ 𝜋 {𝐵 − 1 − ln(2𝐵 − 1) + 𝜀 𝑟 − 1 2𝜀 𝑟 [ln(𝐵 − 1) + 0,39 − 0,61 𝜀 𝑟 ]} (4)
𝐵 = 60𝜋 2 𝑍 0 √𝜀 𝑟 = 5,77 (5)
𝑤 = 2 × 1,6 𝜋 {5,77 − 1 − ln(2 × 5,77 − 1) + 4,2 − 1 2 × 4,2 [ln(5,77 − 1) + 0,39 − 0,61 4,2 ]} ≈ 3,1 (𝑚𝑚) (6)
𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 =   ( 𝜀 𝑟 + 1 2 ) +  ( 𝜀 𝑟 − 1 2 ) ( 1 √1 + 12 ℎ 𝑤 ) = 3,26 (7)
𝜆 𝑔 = 𝜆 0 √𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 = 𝑐 𝑓 √𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 = 3.10 8 586.10 6 √3,26 = 0,28 (𝑚) (8)
𝑙 = 𝜆 𝑔 4 = 0,28 4 = 70 (𝑚𝑚) (9)
Dari persamaan di atas dihasilkan panjang pencatu sebesar 𝑙 ≈ 70 (𝑚𝑚) dan  lebar  pencatu  sebesar 𝑤 ≈ 3,1 (𝑚𝑚) .  Setelah  dilakukan  simulasi,  maka menghasilkan  dimensi  yang  paling  optimal  dan parameter  parameter  yang  ditunjukkan  oleh  Gambar  5 dan Tabel 2.
(a) (b) Gambar 5. Rancangan Antena Setelah Optimasi, (a) Tampak Depan, (b) Tampak Belakang. T ABEL 2

## P ARAMETER D IMENSI A NTENA
Parameter Nilai (mm) Keterangan ℎ 1,6 Tebal substrat bawah ℎ𝑎 1,6 Tebal substrat atas 𝑙 90 Panjang patch 𝑙𝑝 85 panjang pencatu 𝑙𝑠𝑎 175 Panjang substrat atas 𝑙𝑠𝑏 175 Panjang substrat bawah 𝑟 88 Radius 𝑡 0,035 Tebal patch 𝑢 20 Pergeseran patch menuju tepi bawah 𝑤 10 Lebar patch 𝑤𝑝 10 Lebar feed line 𝑤𝑠𝑎 180 Lebar substrat atas 𝑤𝑠𝑏 180 Lebar substrat bawah
Gambar  6  menunjukkan  grafik  VSWR  hasil simulasi  dimana  frekuensi    yang  terlingkupi  pada VSWR ≤ 1,8  yaitu pada 465,63-694,48 MHz sehingga memiliki bandwidth sebesar  228,85  MHz.  Pola radiasi hasil  simulasi  ditunjukkan  pada  Gambar  7.  Gambar  7 menunjukkan pola radiasi yang dihasillkan pada bidang azimuth  dan  elevasi  berbentuk  bidireksional  dengan pusatnya pada 0° dan 180°. Gain yang dihasilkan saat simulasi  terlihat  pada  Gambar  8  sebesar  3,38  dB. Polarisasi  bersifat  elips  dan  nilai mainlobe  magnitude yang dihasilkan ada di antara 40 dB sampai tak hingga.
Gambar 6. Grafik VSWR Hasil Simulasi
(a) (b)
Gambar 7. Pola Radiasi Hasil Simulasi, (a) Azimuth, (b) Elevasi.
Gambar 8. Gain Hasil Simulasi

## P ENGUKURAN DAN A NALISIS
Dari hasil simulasi yang paling optimal, kemudian dilakukan proses pabrikasi untuk menghasilkan protipe antena  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  9.  Selanjutnya dilakukan  proses  pengukuran  terhadap  prototipe tersebut  untuk  mendapatkan  karakteristik  antena  yang sebenarnya.
Pengukuran  dilakukan  pada  medan  dekat  dan medan  jauh.  Pengukuran  medan  dekat  dimaksudkan untuk  melihat  lebar bandwidth dan  impedan  antena. Dari  Gambar  10  terlihat  bahwa bandwith yang terlingkupi pada VSWR ≤ 1,8 yaitu 175,125 MHz pada rentang  frekuensi  508,9375-684,0625  Mhz  dan impedansi antena yang terukur sebesar (57,280-j16,796) Ω, sedangkan pengukuran medan jauh dilakukan untuk mengukur pola radiasi, polarisasi dan gain .
Gambar 9. Prototipe Antena.
Perangkat  yang  digunakan  saat  medan  jauh  yaitu signal  generator , spectrum  analyzer ,  dan  antena referensi. Antena referensi yang digunakan yaitu dipole dengan gain 2,14  dB  dan  frekuensi  kerja  pada  586 MHz. Pada Gambar 10 menunjukkan hasil pengukuran pola  radiasi.  Pola  radiasi  secara  azimuth  (Gambar  11 (a)) terukur bidireksional dengan pancaran utama pada 160°,  pola  radiasi  elevasi  (Gambar  11  (1b))  terukur bidireksional  dengan  pancaran  utama  230°  dan polarisasi  (Gambar  11  (c))  terhitung  secara axial  ratio bersifat  ellips.  Pengukuran gain dilakukan  dengan metode  dua  antena  di  mana  salah  satu  antena  yang digunakan  untuk  referensi  telah  diketahui  nilai gain - nya.  Tabel  3  menunjukkan  hasil  pengukuran gain dengan  mengambil sample sebanyak  10  kali.  Untuk mendapatkan  nilai gain dilakukan  perhitungan  dengan Persamaan  10.  Dari  persamaan  tersebut gain yang tercapai setelah pengukuran sebesar 2,09 dB.
𝐺 𝑡 +  𝐺 𝑟 = 20 log ( 4𝜋𝑅 𝜆 ) + 10 log ( 𝑃 𝑟 𝑃 𝑡 ) (10)
2,14 + 𝐺 𝑟 = 20 log ( 4𝜋 × 2 3×10 8 586 ×10 6 ) + 10 log ( 1,357  × 10 −3 1 ) 2,14 + 𝐺 𝑟 = 33,8 − 28,67 𝐺 𝑟 = 2,09 𝑑𝐵 T ABEL 3 D AYA T ERIMA P ENGUKURAN G AIN
No. Antena Under Test (dBm) 1 -28.82 2 -28.98 3 -28.73 4 -28.77 5 -28.73 6 -28.88 7 -28.72 8 -28.29 9 -28.69 10 -28.13 Daya terima rata -28.66672217
(a) (b) (c)
Gambar 11. Hasil Pengukuran Pola Radiasi, (a) Azimuth, (b) Elevasi, (c) Polarisasi.
Gambar 10. Hasil Pengukuran Bandwidth VSWR ≤ 1,8.
Penggunaan  slot  fraktal  Koch  pada ground  plane mengakibatkan  pola  radiasi  yang  dihasilkan  bersifat bidireksional,  ke  depannya  hal  ini  bisa  ditanggulangi dengan  penggunaan metal  reflector pada  sisi  slot sehingga  radiasi  bidireksional  menjadi  unidireksional [10].

## K ESIMPULAN
Perancangan  antena  fraktal  Koch  dengan menggunakan teknik catuan EMC telah dilakukan. Dari hasil  simulasi  dan  pengukuran  didapatkan bandwidth sebesar  228,6  MHz  dengan  VSWR  ≤1,8, gain pengukuran 2,09 dB, dan pola radiasi bidireksional dan polarisasi  elips  horizontal.  Dengan  menggabungkan antara  teknik  pencatuan  EMC  dan  fraktal  Koch  yang dimodifikasi  menjadi  slot  pada  bagian groundplane menghasilkan bandwidth yang  meningkat  sebesar  4,27 kali dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Pada bandwidth 228,6  MHz  dengan  polarisasi  linier horizontal  merupakan  parameter  yang  sesuai  dengan spesifikasi.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  PPET LIPI yang telah memfasilitasi pelaksanaan penelitian ini melalui pendanaan DIPA Tematik.
D AFTAR P USTAKA
[1] H. C. Wicaksono, “Perancangan dan realisasi antena mikrostrip log  periodik  pada  frekuensi  700  MHz  untuk  aplikasi  DVB-T”, Skripsi, Universitas Telkom, Bandung, Indonesia, 2013.
[2] Rian  Aditia,  Y.  Christyono,  I.  Santoso,  “Perancangan  dan analisis kinerja antena dipole  fraktal koch tipe  planar pada pita frekuensi  UHF  televise”,  Makalah  Seminar  Tugas  Akhir, Jurusan  Teknik  Elektro,  Fakultas  Teknik,  Universitas Diponegoro, Semarang, Indonesia, 2011.
[3] N. Poprzen and  M. Gaćanović. (2015). Fractal antenas:  design, characteristics and application. [Online]. Available:
http://www.phd.etfbl.net/files/Works_PDF/Poprzen%20Nemanj a%20.pdf.
[4] R.  Garg ,  P.  Bhartia, I.  Bahl , and  A.  Ittipiboon, Microstrip Antena  Design  Handbook , Norwood,  MA-USA:  Artech House, Inc., 2001.
[5] G.  Kumar  and  K.  P.  Ray, Broadband  Microstrip  Antenas ,
Norwood, MA-USA: Artech House, Inc., 2003.
[6] D.  Setiawan, Alokasi  Frekuensi  Kebijakan  dan  Perencanaan Spektrum Indonesia ,  Jakarta,  Indonesia:  Departemen Komunikasi  dan  Informatika,  Direktorat  Jendral  Pos  dan Telekomunikasi, 2010.
[7] Y. Wahyu, “Pemancar televisi  digital  standart DVB-T”, PPET- LIPI, Bandung, Indonesia, Laporan Penelitian, 2009.
[8] A.  Ismahayati,  P.  J  Soh,  R.  Hadibah,  G.  A.  E  Vandenbosch, “Design  and  analysis  of  a  multiband  kotch  fractal  monopole antenna”.  In
Proceedings  of  2011  IEEE  International  RF  and Microwave Conference (RFM 2011, December 2011.
[9] C.  A.  Balanis, Antena  Theory  Analysis  and  Design,  3rd  ed., Hoboken, NJ-USA: John Wiley & Sons, Inc., 2005.
[10] R.  N.  Simons, Coplanar  Waveguide  Circuits,  Components  and System , New York, NY-USA: John Willey and Sons, 2001.