e-ISSN 2654 - 4733

## Rancang Bangun Antena Mikrostrip Bowtie Pada Frekuensi 5,2 Ghz
Aprinal Adila Asril 1* , Lifwarda 2 ,Yul antonisfia 3 123 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Padang aprinal@pnp.ac.id Kampus Politeknik Negeri Padang, Limau Manis Padang
Abstract— Microstrip antennas are very concerned shapes and sizes. Can be viewed in terms of simple materials, shapes, sizes  and  dimensions  smaller  antennae,  the  price  of  production  is  cheaper  and  able  to  provide  a  reasonably  good performance,  in  addition  to  having  many  advantages,  the  microstrip  antenna  also  has  its  drawbacks  one  of  which  is  a narrow bandwidth. In this research will be designed a microstrip antenna bowtie which works at a frequency of 5.2 GHz which  has  a  size  of  68mm  x  33mm  groundplane.  For  the  length  and  width  of  33mm  x  13mm  patch.  This  antenna  is designed on a printed cicuit board (PCB) FR4 epoxy with a dielectric constant of 4.7 and has a thickness of 1,6mm. This bowtie microstrip antenna design using IE3D software. This antenna has been simulated using  IE3D software showed its resonance  frequency  is  5.270  GHz  with  a  return  loss  -23  595  dB  bandwidth  of  230  MHz,  VSWR  1,142,  unidirectional radiation  pattern  and  impedance  43,919Ω.  The  results  of  which  have  been  successfully  fabricated  antenna  with  a resonant  frequency  of  5.21  GHz  with  a  return  loss  -16.813  dB  bandwidth  of  79  MHz,  VSWR  1.368,  unidirectional radiation pattern, impedance 43,546Ω and HPBW 105 ° .
Keywords: Bowtie microstrip, VSWR, HPBW, radiation pattern
Abstrak— Antena  Mikrostrip  sangat  memperhatikan  bentuk  dan  ukuran.  Dapat  dilihat  dari  segi  bahan  yang sederhana, bentuk, ukuran dan dimensi antenanya lebih kecil, harga produksi lebih murah dan mampu memberikan kinerja  yang  cukup  baik,  selain  memiliki  banyak  kelebihan,  antena  mikrostrip  juga  memiliki  kekurangan  salah satunya  adalah bandwidth  yang sempit. Pada  penelitian  ini  akan  dirancang  sebuah  antenna  mikrostrip  bowtie  yang bekerja  pada  frekuensi  5,2  GHz  yang  memiliki  ukuran  groundplane  68mm  x  33mm.  Untuk  ukuran  panjang  dan lebar  patch  33mm  x  13mm.  Antena  ini  di  desain  pada  Printed  Cicuit  Board  (PCB)  FR4  Epoksi  dengan  konstanta dielektrik  4,7  dan  memiliki  ketebalan  1,6mm.  Antena  mikrostrip  bowtie ini  di  desain  menggunakan  software  IE3D. Antena  ini  telah  dilakukan  simulasi  dengan  menggunakan  software  IE3D  didapatkan  hasil  frekuensi  resonansinya adalah 5,270 GHz dengan return loss -23.595 dB, bandwidth 230 MHz, VSWR 1,142, pola radiasi unidirectional dan impedansi 43,919Ω. Hasil antena yang telah berhasil difabrikasi dengan frekuensi resonansi 5,21 GHz dengan return loss -16,813 dB, bandwidth 79 MHz, VSWR 1,368, pola radiasi unidirectional, impedansi 43,546Ω dan HPBW 105°.
Kata kunci:Antena mikrostrip bowtie,VSWR,  HPBW, pola radiasi

## © 2018Elektron Jurnal Ilmiah

## I. PENDAHULUAN
Antena  adalah  suatu  piranti  transisi antara  saluran transmisi  dengan  ruang  hampa  dan  sebaliknya (Adhe,2010),  sehingga  antena  berfungsi  sebagai pemancar  atau  penerima  gelombang  elektromagnetik. Antena bisa dianggap sebagai tulang punggung sistem nirkabel.  Salah  satu antena  yang  cocok  dipakai  untuk aplikasi perangkat kecil adalah antena mikrostrip yang mempunyai  sifat  low  profile.  Teknologi  mikrostrip menggunakan  sebuah  medium  (substrate)  yang memiliki karakteristik dielektrik yang dapat digunakan untuk menghantarkan atau suatu propagasi gelombang elektromagnetik  melalui  teknologi  MIC  (Microstrip Integrated Circuit ) untuk frekuensi gelombang mikro. Meskipun termasuk dalam antena dengan gain rendah, keberadaannya  sangat  cocok  untuk  digunakan  pada perangkat-perangkat yang berdimensi kecil. [1].
Antena mikrostrip bowtie merupakan pengembangan  desain  antena  dari  bentuk  patch
segitiga  (triangel).  Antena  bowtie  pada  dasarnya termasuk  dalam  jenis  antena  dipole  bentuk  kawat dengan  penambahan  beberapa  elemen  untuk  dapat melakukan  pengaturan  impedansi  input  antena.  Pada perkembangan selanjutnya pada antena bowtie bentuk kawat  dikonversikan  ke  dalam  bentuk  patch.  Antena bowtie bentuk patch memiliki ukuran yang lebih kecil dari  antena  bowtie  bentuk  kawat.  Kelebihan  bentuk bowtie  adalah  dapat  digunakan  untuk  meradiasikan atau menangkap radiasi berbagai frekuensi” [2]. Hasil perancagan  antena  Mikrostrip  Bowtie  pada  Frekuensi 5,2 GHz dapat digunakan untuk sistem telekomunikasi yang berkerja dalam frekuensi  5,2 GHz.

## II. METODOLOGI
A. Teknik Pencatuan Line Feed Dan Impedansi
Perancangan antena mikrostrip bowtie ini menggunakan  teknik  pencatuan  line  feed  dan impedansi  masukan  (impedansi  karakteristik)  50Ω.
Jenis  substrate  yang  digunakan  untuk  antena mikrostrip  ini  akan  mempengaruhi  parameter- parameter dalam perancangan,  karena setiap substrate memiliki parameter-parameter yang berbeda. Parameter  yang  perlu  diperhatikan  adalah  konstanta dielektrik  relatif  substrate  (ɛᵣ)  dan  tebal  substrate  (h). Pada  perancangan  ini  menggunakan  jenis  substrate FR4  Epoxy  dengan  konstanta  dielektrik  4,7  dan ketebalan  substrate  1,6.  Berikut  merupakan  proses perhitungan  panjang  gelombang  antena  untuk  desain antena bowtie diambil dari persamaan (1):
Berikut  merupakan  proses  perhitungan  ukuran patch  untuk  antena  mikrostrip  bowtie  diambil  dari persamaan (2) dan (3):
Berdasarkan  proses  hitungan  diatas  dengan menggunakan  persamaan  (1),  (2)  dan  (3)  maka didapatkan  ukuran  patch  dengan  panjang  “a”  adalah 43  mm  dan  panjang  “b”  yaitu  13  mm.  Antena  ini  di desain    memiliki  92  x  33  mm  di  sesuaikan  dengan ukuran  patch.  Berikut  merupakan  gambar  desain  dari antenna mikrostrip bowtie.
Gambar 2. Rancangan Awal Antena Mikrostrip Bowtie

## B. Perancangan Menggunakan Software IE3D
Sebelum  membuat  antena  terlebih  dahulu dirancang  bentuk  antena  yang  diinginkan.  Pada perancangan  antena  mikrostrip  bowtie    ini  penulis merancang  dengan  menggunakan  software  simulasi antena  mikrostrip  IE3D.  Adapun  hal-hal  yang  perlu diperhatikan dalam  merancang  antena dengan software IE3D adalah:
1. Spesifikasi  bahan  PCB  (Printed  Circuit Board)  double  layer  yang  meliputi  ketebalan 1.6 mm, dan konstanta dielektrik 4.7.
2. Ukuran  antena  yang  meliputi  besarnya bidang patch dan groundplane.
3. Frekuensi  kerja  yang  digunakan,  disini penulis menggunakan frekuensi 5,2 GHz.
Berikut  desain  patch  antena  mikrostrip  bowtie mengunakan  software IE3D
Gambar 3.Desain Antena Mikrostrip Bowtie

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Hasil Pengukuran (Fabrikasi)
Hasil  pengukuran  (fabrikasi)  seperti  yang  tampak pada gambar 4.

## Return Loss dan Bandwidth
Elektron Jurnal Ilmiah Vol.10 No. 2 (2018) 15 – 21
Gambar 4. Hasil Pengukuran (Fabrikasi)
Berdasarkan  pengukuran  yang  telah  dilakukan terhadap  antena  mikrostrip  bowtie  maka  didapatkan hasil  return  loss,  bandwidth  dan  frekuensi  resonansi. Berdasarkan  gambar  5  di  atas,  hasil  pengukuran terhadap  return  loss  pada  frekuensi  5,21  GHz  adalah sebesar  16,813  dB.  Grafik  ini  didapat  dari  hasil pengukuran Network Analyzer dari gambar 4

## Gambar 6. Grafik Hasil Pengukuran Bandwidth
Untuk hasil range  bandwidth dari  gambar  5  diatas didapatkan  hasil  pengukuran  yaitu  5,164  GHz  untuk frekuensi lower dan 5,243 GHz untuk frekuensi upper maka  nilai  bandwidth  dapat  dihutung  dengan: BW(pengukuran) = f(upper) – f(lower)
= 5,243 GHz – 5,164 GHz = 0,079 GHz = 79 MHz
VSWR

## Gambar 7. Grafik Hasil Pengukuran VSWR
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan maka didapatkan  hasil  pengukuran  VSWR  menggunakan Network  Analyzer.  Pada  gambar  7,  nilai  VSWR  dari hasil  pengukuran  yaitu  sebesar  1,3676.  Grafik  ini didapat  dari  hasil  pengukuran  Network  Analyzer  dari gambar 4.

## Pola Radiasi
Untuk  pola  radiasi  yang  didapatkan  pada pengukuran  bentuk  dari  pola  radiasinya  adalah unidirectional.  Karena  antena  hanya  memancar  satu arah,  daerah  daya  pancarnya  terdapat  pada  warna merah. Berikut merupakan hasil pengukuran berbentuk 3 dimensi. Untuk gambar 8 merupakan pola radiasi  3  dimensi,  berikut  bentuk  pola  radiasi  untuk antenna mikrostrip bowtie.
Elektron Jurnal Ilmiah Vol.10 No. 2 (2018) 15 – 21

## Gambar 8. Pola Radiasi 3 dimensi

## Pengukuran Impedansi
Gambar 9. Smithchart Pengukuran Impedansi
Berdasarkan  pengukuran  terhadap  antena  bowtie maka  didapatkan  hasil  impedansi  adalah  43,546Ω. Nilai  ini  tidak  sesuai  dengan  karakteristik  antena sebesar  50Ω.  Gambar  dibawah  ini  merupakan  hasil pengukuran impedansi pada Network Analyzer. Grafik ini  didapat  dari  hasil  pengukuran  Network  Analyzer dari gambar 4.

## B. Analisa  dan  Perbandingan  Antena  Hasil  Simulasi dan Hasil Pengukuran
Berdasarkan  proses  pengukuran  yang  telah dilakukan  dengan  desain  antena  yang  didapatkan, antena    menghasilkan  nilai  frekuensi  yang  jauh berbeda  antara  hasil  simulasi  dan  pengukuran.  Pada saat  dilakukan  pengukuran  terhadap  antena  nilai frekuensi yang didapat adalah 4.7 GHz. Nilai tersebut jauh  dari  frekuensi  antena  yang  diinginkan  yaitu  5,2 GHz  yang  memiliki  range  5,15-5,35  GHz.  Antena yang  telah  dilakukan  proses  pengukuran  terhadap desain  awal  harus  memiliki  hasil  yang  sama  dengan apa yang disimulasikan. Untuk mendapatkan frekuensi yang  sama,  penulis  melakukan  perubahan  ukuran terhadap  antena.  Penulis  melakukan  pengurangan
panjang  patch  pada  tiap  sisi  antena  bowtie  sebesar  3 mm sehingga didapatkan frekuensi yang sama dengan kriteria  antena  yang  dibutuhkan.  Setelah  dilakukan pengurangan  terhadap  ukuran  antena  didapatkan frekuensi sebesar 5,21 GHz.

## Return Loss dan Frekuensi Resonansi
Proses  pengukuran  terhadap  parameter-parameter antena  saat  ini  sudah  dilakukan  dengan  alat  yang modern  dengan  alat  yang  lebih  bagus  dan  lebih  baik. Hasil  yang  didapatkan  lebih  maksimal  dibandingkan dengan pengukuran secara manual. Proses pengukuran antena  ini  dilakukan  khusus  yaitu  ruangan  Anechoic Chamber.
Berikut  ini  merupakan  perbandingan  nilai  return loss dan frekuesi resonansi terhadap hasil pengukuran antena dan hasil simulasi yang digambarkan ke dalam bentuk grafik.

## Gambar 10. Perbandingan Nilai Return Loss dan FrekuensiResonansi
Berdasarkan  gambar  10  di  atas  dapat  dianalisa bahwa  resturn  loss  pada  hasil  simulasi  lebih  besar dibandingkan  dengan  antena  hasil  fabrikasi.  Pada simulasi  nilai  return  lossnya  sebesar  -23,595  dB  dan pada  pengukuran  sebesar  -16,513  dB.  Hal  ini  dapat terjadi  pada  saat  proses  pemindahan  antena  dari rancangan ke papan PCB dan nilai konstanta dielektrik yang tidak di ketahui. Hal ini berarti daya yang diserap kecil dan yang dipantulkan besar.
Untuk  frekuensi  resonansi  dimana  nilai  minimum dari antena. Untuk hasil simulasi frekuensi resonansinya  adalah  5,270  GHz  dan  untuk  hasil fabrikasi yaitu sebesar 5,21 GHz. Keduanya frekuensi ini masih berada pada range frekuensi 5,2 GHz.

## Bandwidth
Bandwidth  merupakan  suatu  range  frekuensi dimana  antena  dapat  beroperasi  dengan  kinerja  yang baik.  Berikut  ini  merupakan  hasil  perbandingan bandwidth  antara  simulasi  dan  pengukuran  dengan menggunakan persamaan  2.4 dapat dihitung :
BW (MHz) = f(upper) –f(lower)        (2.4)
BW(simulasi) = f(upper) – f(lower) = 5,370 GHz – 5,140 GHz = 0,23 GHz = 230 MHz BW(pengukuran) = f(upper) – f(lower)
= 5,243 GHz – 5,164 GHz = 0,079 GHz = 79 MHz
Dapat  dilihat  pada  perhitungan  diatas,  bandwidth hasil  simulasi lebih  baik  dari  pada pengukuran  sesuai dengan  frekuensi  antena.  Hal  ini  dapat  terjadi  pada saat  proses  pemindahan  desain  ke  papan  PCB  dan konstanta dielektrik yang tidak diketahui.

## Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
Nilai  VSWR  yang  baik  untuk  suatu  antena  adalah kecil dari 2 dan akan lebih baik jika VSWR kecil dari 1. Berikut merupakan perbandingan hasil simulasi dan pengukuran.Berdasarkan  gambar  11  di  bawah  ini didapatkan  nilai  VSWR  hasil  simulasi  sebesar  1,142 dan  pada  pengukuran  1,368.  Hasil  simulasi  lebih bagus dari pada hasil pengukuran. Hal ini dapat terjadi karena  ukuran  saluran  yang  kurang  tepat,  konektor SMA  yang  impedansinya  sudah  turun  atau  pun ketidaktelitian dalam pembuatan antenna.
Gambar 11. Perbandingan Nilai VSWR Simulasi dan Pengukura

## Pola Radiasi
Berdasarkan Gambar 12 di bawah ini merupakan hasil pengukuran dimana  bentuk pola radiasi  antena  adalah unidirectional dimana intensitas  pancaran  dan penerimanya hanya satu tempat atau satu arah. Dengan bentuk  pola  radiasi  unidirectional,  pancaran  antena mampu mempunyai jarak yang lebih jauh. Tetapi pola radiasi  ini  hanya  bisa  melingkupi  suatu  daerah  pada arah tertentu.  Hal ini menunjukkan hasil  simulasi dan pengukuran  sama.  Gambar  11  didapat  dari  hasil pengukuran pada gambar 12.
Impedansi
Impedansi merupakan perbandingan daya yang ada pada  bagian  terminal  antena.    Berikut  merupakan perbandingan  hasil  simulasi  dan  hasil  pengukuran. Berdasarkan  gambar  13    impedansi  hasil  simulasi yang  didapatkan  sebesar  43,919  Ω  dan  hasil pengukuran  didapatkan  sebesar  43,546  Ω.  Impedansi yang  didapatkan  sama  dengan  yang  disimulasikan. Nilai tersebut tidak sesuai dengan karakteristik antena yaitu  sebesar  50Ω.  Hal  ini  terjadi  karena  penulis kurang memaksimalkan nilai impedansi yang dilakukan  pada  simulasi.  Grafik  didapatkan  dari  hasil simulasi dan pengukuran dari gambar 12.
Gambar 13. Perbandingan Pola Radiasi Hasil   Simulasi dan
Pengukuran
Gambar 14. Perbandingan Impedansi Hasil  Simulasi dan
Pengukuran

## Perbandingan Parameter Antena
Pada  tabel 1 dibawah ini dapat dilihat perbandingan  nilai  parameter-parameter  antena  dari hasil simulasi dan hasil pengukuran.
Elektron Jurnal Ilmiah Vol.10 No. 2 (2018) 15 – 21
Gambar 12. Pengukuran Data Pola Radiasi
Tabel 1. Perbandingan Parameter Antena Bowtie Simulasi dan Pengukuran Parameter Antena Simulasi Pengukuran Frekuensi Resonansi 5,270 GHz 5,21 GHz Return Loss -23,595 dB -16,813 dB VSWR 1,142 1,368 Bandwidth 230 MHz 79 MHz Pola radiasi Unidirectional Unidirectioanal Impedansi 43,919 Ω 43,546 Ω
Dari  tabel  1  di  atas  dapat  dilihat  perbandingan parameter  antena  yang  telah  difabrikasi  dan  simulasi yang telah dilakukan secara keseluruhan. Perbandingan  di  atas  menunjukan  bahwa  hasil simulasi  lebih  bagus  dari  pada  antena  yang  telah difabrikasi.    Hal  ini  terjadi  karena  pada  saat  proses pemindahan desain antena ke papan PCB kurang tepat dan  bisa  juga  terjadi  karena  proses  pelarutannya. Ketidakpastian  nilai  konstanta  dielektrik  terhadap papan  PCB  juga  memicu  factor  ketidaksesuaian  hasil pengukuran dengan hasil simulasi. Dan karena ukuran saluran  yang  kurang  tepat,  konektor  SMA  yang impedansinya sudah turun.
Gambar 15. Antena Hasil Perancangan

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi,  pengukuran  antena, data  hasil pengukuran serta analisa yang telah penulis lakukan maka dapat diambil kesimpulan,
1. Frekuensi resonansi antena mikrostrip bowtie yaitu 5,21  GHz  pada  pengukuran  dan  5,269  GHz  pada simulasi.
2. Return  Loss antena  mikrostrip  bowtie  yaitu  - 16,813  dB  pada  pengukuran  dan  -23,595 dB  pada simulasi.
3. Antena mikrosrtip bowtie memiliki bandwidth 79 MHz  pada  pengukran  dan  230  MHz  untuk simulasi.
4. Untuk return  loss dan bandwidth hasil  antara simulasi  dan  pengukuran  terlalu  jauh  bedanya dikarenakan  nilai  konstanta  dielektrik  pada  papan PCB  tidak  diketahui  dan  juga  biasa  terjadi  pada saat  pemindahan  antena  dari  rancangan  ke  papan PCB kurang tepat.
5. Polaradiasi antena mikrostrip bowtie memiliki pola radiasi unidirectional pada simulasi dan pengukuran.
6. VSWR  antena  mikrostrip  bowtie  memiliki  1,142 untuk simulasi dan 1,368 untuk pengukuran.
7. Antena  mikrostrip  bowtie  memiliki  impedansi 43,919Ω  untuk  simulasi  dan  43,546Ω  untuk pengukuran dan HPBW sebasar 105°.
8. Antena mikrostrip bowtie 5,2 GHz dapat diaplikasi WLAN  ( Wireless  Local  Area  Network) dan layanan pita lebar Nirkabel (Wireless Broadband)

## REFERENSI
[1] A. Wahyu , A. E.Jayati, S. Heranurweni.2014” Rancang Bangun Antena  Microstrip  900  MHz  Untuk  Sistem  GSM”.  Jurnal Sains, Teknologi dan Industri, Vol. 12, No. 1,67 – 72
[2]  Kurniati,  E,  2009.  “Perancangan  dan  Pembuatan  Antena Mikrostrip  Bowtie  2,4  GHz  Untuk  Penerimaan  Sinyal WIRELESS-LAN”.  Program  Diploma.  Padang:  Teknik Elektro PNP
[3]  Denny, T, 2010. Antena Micky. Universitas Brawijaya
[4]  Mahendra,  A,  2012.  Perancangan  Antena  Mikrostrip  Bowtie pada  Aplikasi Ultra  Wideband .  Jakarta:  Teknik  Elektro Universitas Pancasila
[5]  MN.  Silalahi.  2013. Antena  Mikrostrip. Medan:  Universitas Sumatera Utara.
[6]    Muhtadi,  D,  2010.  “Antena  Mikrostrip Slot Berstruktur  Kupu- kupu Dengan Feeding Co-Planer Waveguide ”. Program Studi
Pascasarjana. Surabaya: Fisika FMIPA ITS.
[7]    Saidin  Tutang,  A,  dkk.  Antena  Mikrostrip  Slot  Bowtie  Single Array dengan Pandu Gelombang CoPlanar Untuk KomunikasinWireless  pada  Frekuensi  2,4  GHz.  Universitas Hasanuddin.
[8]  Hidayat,  T,  2012.  “Rancang  Bangun  Antena  Mikrostrip  Susun Menggunakan  Jenis  Pencatuan  Aperture  Coupled  Dengan Slot  Berbentuk  Jam  Pasir”.  Sarjana  Teknik  Depok:  Teknik Elektro Universitas Indonesia
[9]    I.Ichwani,  H.  Wijanto,  Y.  Wahyu.  2017.”  Antena  microstrip fractal  –  bowtie  2-18  GHz  Untuk  electronic  support measure”. e-  Proceeding of Engineering : Vol.4, No.2