Jurnal Sustainable: Jurnal Hasil Penelitian dan Industri Terapan Vol. 07, No. 01, hal. 7- 12, Mei 2018

## Jurnal Sustainable: Jurnal Hasil Penelitian dan Industri Terapan
ISSN 2615-6334 (Online) ISSN 2087-5347 (Print)
Dina Mariani 1 , Yanuar Mahfudz Safarudin 2
1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Semarang
2 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang
1 Jl. Kasipah No. 12, Semarang
* Corresponding Author: dina_burenk@polines.ac.id
Abstract — Digital  television  technology  has  more  benefit  than  analog  television,  for  example several  TV  channel  may  included  in  one  frequency  channel.  The  changing  from  analog  to  digital televisions  system  require  more  innovative  antenna  parameter  such  as  working  frequency, bandwidth,  return  loss,  VSWR,  and  gain.  In  other  hand,  the  size  of  the  antenna  must  be minimalized,  so  it  can  be  integrated  inside  digital  television.  This  research  used  metamaterial element  of Complementary  Split  Ring  Resonator (CSSR)  method  with  negative  permittivity  that manufactured in the patch and Double Pole Ground Plane in the ground side. The antenna ad 478- 694  operating  frequency.  Antenna  design  and  simulation  using  CST  (Computer  Simulation Technology) Microwave Studio 2012. The result show that return-loss value < -10 dB, and VSWR ≤ 2 at 478-625 MHz range of frequency. Te value of gain is 3.27 dBi, it has 147 MHz bandwidth, and omnidirectional radiation pattern.
Keywords — Digital TV, microstrip antenna, CSRR.
I ntisari — Teknologi TV Digital memiliki kelebihan dibandingkan dengan  siaran analog.dimana satu kanal frekuensi bisa digunakan untuk beberapa program siaran dengan kualitas jauh lebih baik. Perubahan sistem penyiaran televisi dari sistem analog menjadi sistem digital akan memepengaruhi unjuk kerja antena sistem penerima yang digunakan yaitu: frekuensi kerja, lebar bandwidth , return loss , Voltage  Standing  Wave  Ratio (VSWR)  dan gain antena,  apalagi  di  era  yang  serba  digital seperti  saat  ini,  dibutuhkan  rancangan  inovatif  dari  sistem  antena  penerima  televisi  digital  yaitu berupa antena internal yang terintegrasi pada bagian dalam sistem penerima sehingga miniaturisasi antena  adalah  proses  yang  diperlukan  untuk  memperoleh  rancangan  yang  optimal.  Metode  yang dipilih untuk miniaturisasi antena adalah dengan pemanfaatan elemen metamaterial Complementary Split  Ring  Resonator (CSRR)  dengan  permitivitas  negatif  yang  dicetak  pada patch dan  elemen Double Pole Ground Plane pada ground plane antena mikrostrip yang diaplikasikan pada frekuensi kerja  478-694  MHz.  Perancangan  dan  simulasi  antena  menggunakan  CST  ( Computer  Simulation Technology ) Microwave  Studio 2012.  Hasil  yang  diperoleh  yaitu  nilai  return  loss  <  -10  dB  dan VSWR  ≤  2  pada  rentang  frekuensi  478-625  MHz,  gain  3.27  dBi  dan  lebar  bandwidth  147  MHz serta pola radiasi omnidirectional . Kata kunci — TV Digital, antena mikrostrip, CSRR.

## I. P ENDAHULUAN
Semenjak  tahun  2006,  telah  tercatat beberapa  negara  yang  telah  melakukan Analog Switch Off (ASO), periode dimana siaran analog dihentikan  dan  diganti  dengan  siaran  digital. Negara-negara  yang  telah  beralih  ke  sistem
Rancang Bangun Antena Mikrostrip dengan Metamaterial CSRR untuk Penerima TV Digital
penyiaran digital secara total diantaranya adalah luxemburg  (2006),  Netherland  (2006),  Finland (2008), Andorra (2008), Sweden (2008), Norway (2008),  Switzerland  (2007),  Belgium  (2008), Germany  (2008),  United  State  (2009),  France (2010),  Japan  (2011),  Kanada  (2011),  negara- negara  Arab  (2012),  Inggris  (2012),  Irlandia (2012),  Australia  (2013).  Seluruh  negara  di dunia lainnya termasuk di kawasan ASEAN juga sedang  melakukan  proses  transisi  ke  penyiaran digital.  Indonesia  sendiri  akan  melakukan  ASO secara  total  pada  tahun  2018.  Hal  ini membuktikan bahwa teknologi penyiaran berkembang begitu pesat [1].
Berbicara  tentang  penyiaran  tentu  tidak terlepas dari Televisi yang merupakan perangkat elektronik  yang  mampu  mengatasi  kebutuhan manusia  akan  segudang  informasi  dari  berbagai area.  Kebutuhan  manusia  yang  semakin  tinggi menjadi penyebab diperlukannya teknologi yang semakin  canggih  dan  praktis  melebihi  televisi analog  yang  ada  saat  ini.  Televisi  analog memberikan batasan jumlah kanal yang dibutuhkan  karena  dipancarkan  secara  langsung melalui  gelombang  elektromagnetik.  Berbeda hal dengan televisi digital, gambar dan suaranya sebelum  dipancarkan  akan  dikonversi  kedalam bit-bit  informasi  yang  terkomputerisasi  dan terkompresi.  Frekuensi  sistem  penyiaran  digital dapat  diterima  menggunakan  antena,  kabel, perangkat  satelit  dan  koneksi  jalur  internet berkecepatan  tinggi.Selanjutnya  akan  dikonversi balik  kedalam  gambar  dan  suara  oleh  dekoder pada perangkat penerima [2].
Perubahan  sistem  penyiaran  televisi  dari sistem  analog  menjadi  sistem  digital  tentunya akan  mempengaruhi  unjuk  kerja  antena  sistem penerima  yang  digunakan.  Apalagi  di  era  yang serba  digital  seperti  saat  ini,  sangat  diperlukan rancangan  inovatif  dari  sistem  antena  penerima televisi digital. Salah satunya yakni dapat berupa antena  internal  yang  terintegrasi  pada  bagian dalam  sistem  penerima  TV.  Selain  tidak memerlukan  ruang  tambahan,  antena  internal juga cukup mudah dalam penggunaannya karena tidak memerlukan pemasangan atau penginstalan manual perangkat terlebih dahulu oleh konsumen  atau  pemakai.  Oleh  karena  itu,  jenis antena internal yang paling sesuai untuk kondisi
tersebut  adalah  antena  mikrostrip  dikarenakan ukurannya yang kecil, berbentuk pipih, compactness , low  profile ,  ringan  dan  biaya perakitannya yang cukup murah [3]. [4] Terlebih lagi,  dikarenakan  perakitannya  yang  didasarkan pada teknik rangkaian tercetak, antena mikrostrip dapat diintegrasikan dengan rangkaian IC lainnya  di  dalam  sebuah  televisi. Salah  satu  teknik  yang  dikembangkan  untuk memperoleh  antena  dengan  karakteristik  yang diinginkan  yaitu  dengan  penggunaan  struktur metamaterial.
Secara umum metamaterial dapat didefinisikan  sebagai  struktur  elektromagnetik yang  direkayasa  untuk  mencapai  karakteristik tertentu.  Sifat  ini  telah  digunakan  dalam  teknik microwave untuk mengembangkan divais dengan  sifat  tertentu  seperti  miniaturisasi  atau dapat beroperasi pada multiband frekuensi.
Terdapat beberapa teknik untuk meminiaturisasi  antena  mikrostrip,  diantaranya dengan slot loading,  yaitu dengan menggunakan beban Complementary  Split  Ring  Resonator (CSRR), dengan menggunakan metode Composite Rigt/Left Handed (CRLH)
metamaterial  yaitu  tipe Mushroom  structure , Electrognetic Bandgap (EBG), fractals, bending and  folding,  meander  line yaitu  dengan  desain Zeroth Order Resonator (ZOR). Teknik miniaturisasi antena yang dipilih adalah Complementary  Split  Ring  Resonator (CSRR) karena mudah dalam perancangannya dan proses fabrikasi  mudah  serta  biaya  fabrikasinya  juga murah.  Penggunaan  elemen  metamaterial  CSRR memiliki  beberapa  keuntungan,  diantaranya memperlebar  bandwidth  antenna  [5][6]  dan miniaturisasi dimensi antena [7].
Dengan menilai karakteristik kinerja antena  mikrostrip  yang  cukup  memungkinkan sebagai  antena  internal  untuk  penerima  TV Digital  maka  memberikan  titik  fokus  penelitian pada  antena  mikrostrip.  Untuk  itulah  penelitian ini  bertujuan  untuk  merancang  bangun  antena internal mikrostrip dengan metamaterial Complementary  Split  Ring  Resonator (CSRR) pada penerima TV Digital.
Penelitian  ini  merupakan  kelanjutan  dari penelitian sebelumnya yaitu Pelebaran Bandwidth  Antena  Mikrostrip  pada  Ftrekuensi
478  –  694  MHz  dengan  Memperkecil  Ground Plane.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Antena  yang  telah  dirancang  berada  pada pita  frekuensi  478  MHz  -  694MHz  atau  pada band Ultra  High  Frequency (UHF),  sesuai dengan  aplikasi  penerima  TV  siaran  digital terestrial.  Antena  diimplementasikan  sebagai antena  internal  pada  penerimaaan  sistem  TV digital.  Dalam  perancangan  ini  telah  dibuat antena  mikrostrip  dengan Double-Pole  Ground Plane Mrtamaterial CSRR dengan menggunakan software CST Microwave Studio 2012 . Selain itu telah  dibuat  prototipe  antena  agar  dapat dilakukan  pengujian  secara  langsung  untuk membandingkan  antara  hasil  simulasi  dengan hasil  pengukuran  prototipe.  Perancangan  antena ini  pada  pencapaiannya  diinginkan  sebagai antena yang pola radiasinya bersifat omnidirectional ,  yakni  memiliki  pola  dalam bidang tertentu ( azimuth ) dan pola terarah dalam bidang orthogonal ( deviasi )
Perancangan  antena  ini  menggunakan perangkat keras ( hardware ) dan perangkat lunak ( software ).  Perangkat  keras  digunakan  untuk fabrikasi  dan  pengukuran  antena,  sedangkan perangkat  lunak  digunakan  untuk  melakukan simulasi  dan  mengetahui  karakteristik  atau kinerja  antena  yang  dirancang.  Berikut  daftar perangkat  yang  digunakan  yang  dapat  dilihat pada Tabel 1:
Tabel 1. Perangkat Perancangan
Perangkat Keras ( Hardware )
Substrat dielektrik FR-4 ε r = 4.3 Anechoic Chamber 1 unit Network Analyzer 1 unit Connector RCA 75 Ω 1 buah Kabel Coaxial 75 Ω 1 buah Solder 1 buah Perangkat Lunak ( Software )
CST  Microwave  Studio 2012 Aplikasi untuk mendesain antena Gambar 1 menunjukkan framework perancangan antena mikrostrip:
Gambar 1 . framework perancangan antena mikrostrip
Tahapan pertama perancangan antena yaitu menentukan karakteristik antena yang diinginkan,  dimana  telah  diperlihatkan  diagram alir  seperti  pada  Sub  Bab  3.1.  Karakteristik antena  yang  dimaksud  yaitu  frekuensi  kerja, return  loss ,  impedansi, VSWR,  bandwidth ,  gain dan  pola  radiasi.  Pada  perancangan  ini diharapkan dapat memberikan karakteristik hasil yang diinginkan seperti pada Tabel 2 berikut:
Tabel 1 . Karakteristik Antena
Karakteristik Antena Frekuensi kerja (478-694) MHz Return Loss < -10 dB Impedansi 75  Ω  (koaksial  konektor SMA) VSWR ≤ 2 Bandwidth 216 MHz
Gain 2-3 dBi Pola Radiasi Omnidirectional Polarisasi Linear Horizontal/Vertical Tabel II . Spesifikasi Substrat Parameter Value Unit Permitivitas Dielektrik (ɛ r ) 4.3 Tebal Susbstrat 0.8 mm Tebal Tembaga 0.035 mm
Berdasarkan  hasil  perancangan  pada software  CST  Microwave  Studio  2012  seperti terlihat  pada  Gambar,  maka  dibuat  prototipe antena  mikrostrip  DP-GP  CSRR.  Dimensi prototipe antena adalah 214 mm x 134 mm.
Gambar  2 .  Prototipe  Antena  Mikrostrip Double  Pole- Ground Plane CSRR Tampak Depan
Gambar  3 .  Prototipe  Antena  Mikrostrip Double  Pole- Ground Plane CSRR Tampak Belakang

## III. HASIL DAN DISKUSI
Hasil pengukuran nilai return loss prototipe  antena  ditunjukkan  pada  Gambar
berikut, dimana nilai S11 berada dibawah -10 dB pada  rentang  frekuensi  400  MHz  –  625  MHz. Lebar  bandwidth  dari  antena  prototipe  DP-GP CSRR sekitar 225 MHz.
Gambar  4. Nilai  Return  Loss  Hasil  Pengukuran  Protipe Antena Mikrostrip DP-GP CSRR
Nilai return  loss untuk  desain  Antena DP-GP  CSRR  pada  rentang  frekuensi  539  MHz – 692 MHz memiliki nilai return loss dibawah - 10  dB  sedangkan  untuk  hasil  pengukuran prototipe diperoleh nilai return loss dibawah -10 dB pada rentang frekuensi 400 MHz – 625 MHz. Nilai S11 hasil pengukuran prototipe antena jauh lebih  bagus  dibandingkan  nilai  S11  hasil simulasi  akan  tetapi  frekuensinya  bergeser  ke kiri.
Gambar  5. Impedansi  Hasil  Pengukuran  Protipe  Antena Mikrostrip DP-GP CSRR .
Gambar 5
menunjukkan hasil pengukuran  impedansi input antena  prototipe. Grafik  menunjukkan  nilai  impedansi  dalam bentuk real dan imaginer. Bagian real merupakan resistansi masukan yang menyatakan
daya  yang  diradiasikan  antena  pada  medan  jauh sedangkan bagian imaginer merupakan reaktansi massukan yang menyatakan daya yang tersimpan  pada  medan  dekat  antena.  Hasil pengukuran yang diperoleh mendekati karakteristik antena yang diinginkan yaitu 75 Ω. Pada  Smith Chart dapat  terlihat  nilai  impedansi untuk prototipe antena mikrostrip DP-GP CSRR berkisar antara (35.8-25.7j)Ω sampai (82.2.08j)Ω
Hasil  pengukuran  nilai VSWR antena prototipe  ditunjukkan  pada  gambar,  dimana diperoleh  nilai VSWR dibawah  2  pada  rentang frekuensi 400 MHz – 625 MHz.
Gambar  6. Nilai  VSWR  Hasil  Pengukuran  Antena Mikrostrip DP-GP CSRR

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan  analisis  hasil  simulasi  dan hasil  pengukuran  prototipe  antena  mikrostrip DP-GP  CSRR  dengan  menggunakan Software CST  Microwave  Studio  2012 ,  maka  dapat dsimpulkan sebagai berikut :
1. Ground  Plane berpengaruh  terhadap perubahan lebar bandwidth antena, dimana  antena  yang  memiliki ground plane tidak  penuh  memilki bandwidth yang  lebih  lebar  dibandingkan  antena dengan ground plane penuh.
2. Bandwidth yang  lebar  diperoleh  dengan menambahkan  struktur Double  Pole- Ground  Plane dimana  dapat  menekan nilai  S11  dan  VSWR  dari  antena mikrostrip.
3. Elemen Metamaterial CSRR berpengaruh terhadap dimensi antena, dimana dimensi
antena  dapat  direduksi  hingga  72%  dari dimensi awal.
4. Nilai  Koefisien  Refleksi  (S11)  antena mikrostrip  DP-GP  CSRR≤  -10  dB  pada frekuensi  539  MHz  –  692  MHz    untuk hasil  simulasi  dan    pada  frekuensi  400 MHz - 625 MHz untuk hasil pengukuran.
5. VSWR  ( Voltage  Standing  Wave  Ratio ) antena mikrostrip DP-GP CSRR≤ 2 pada frekuensi  539  MHz  –  692  MHz  untuk simulasi  dan  frekuensi  400  MHz  –  625 MHz  untuk hasil pengukuran.
6. Lebar bandwidth antena  mikrostrip  DP- GP  CSRR  yang  diperoleh  dari  hasil simulasi  adalah  153  MHz  dan  225  MHz untuk hasil pengukuran.
7. Gain antena  mikrostrip  DP-GP  CSRR yang  diperoleh  dari  simulasi  2.89  dB sedangkan  gain  dari  hasil  pengukuran sebesar 3.27 dB
8. Pengujian antena dipasang diluar
perangkat TV dan mampu menangkap 11 kanal TV
R EFERENSI
[1] M.  R.  Robert. The  Dawn  of  Digital  TV , Analog  television  prepares    tomeet    its doom,    Vacating    valuable    real    estate    in the    radio    spectrum    and    the  band  rush begins. Queensland : Queensland University of Technology. 2005.
[2] W.  Richard. Webster’s  New  World Dictionary  Of  Media  and  Communications, Revised    and    Updated .    United    States    of America  : A Simon & Schuster Macmillan Company. 1996.
[3] Balanis    CA. Antenna    Theory:    Analysis Design ,  Third  Edition.  New Jersey : John Wiley & Sons, Inc. 2005.
[4] Saunders, S. R. Antena and Propagation for Wireless  Communication  System .  England:
John Wiley & Sons Ltd. 2007.
[5] Chouduri, Bhadra, D.R. Poddar, R.  Ghatak, R.  K.  Mishra. ModulatingProperties  of  a
Microstrip Patch Antenna Using Complementary  Split  Ring  Resonator .
India. IEEE. 2009.
[6] Zhang,  Hui,  You  Q.  L.,  Xi  C. Desain  of Circular  Polarization  Microstrip  Patch Antennas  with  Complementary  Split  Ring
Resonator .  National  University  of  Defence Technology. Cina. IEEE. 2008.
[7] Marquez,  Ricardo,  Ferran  M.,  Mario  S. Metamaterial  with  Negative  Parameter . Toronto: John Wiley & Sons. 2008.