## Desain dan Analisis Antena Mikrostrip Rectangular Dengan Slot  “    ” Untuk Aplikasi WLAN 2,4 GHZ
Nurista Wahyu Kirana
Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Kota Malang Jl.Raya Tlogowaru No.3, Kedungkandang, Malang Telp.(0341) 754088 E-mail: nurista@poltekom.ac.id

## ABSTRAK
Mikrostrip  dikembangkan  untuk  berbagai  jenis  aplikasi  nirkabel,  salah  satunya  yaitu  WLAN  ( Wireless  Local Area Network ). Pada penelitian  ini,  slot        ditambahkan pada tengah patch rectangular antena  mikrostrip yang  dirancang  dengan  menggunakan  material  FR4  Epoxy  sehingga  antena  dapat  mencakup band frekuensi WLAN 2,4 GHz. Ketebalan material patch yang digunakan adalah 1,5mm dan konstanta dielektrik 4,3. Antena dirancang  dan  disimulasikan  menggunakan software CST  Microwave  Studio.  Dengan  mengubah  posisi  slot antena  mikrostrip, didapatkan  beberapa  nilai parameter antena  yang  meliputi gain, return loss, bandwidth dan VSWR ( Voltage Standing Wave Ratio ). Hasil simulasi antena mikrostrip menunjukkan nilai return loss terbaik yaitu -37,46 dB, VSWR sebesar 1,027 pada frekuensi resonansi 2,446 GHz dan mempresentasikan gain sebesar 3,43 dBi. Dari hasil penelitian,  penggunaan slot        memberikan pengaruh untuk meningkatkan nilai return loss hingga 42,63% dan bandwidth sebesar 5,17%.

## Kata Kunci: mikrostrip, slot, gain, bandwidth, WLAN

## ABSTRACT
Microstrip is being developed in various wireless applications, one of them is the WLAN (Wireless Local Area Network). In this study,         slot was added to the center of the rectangular patch microstrip antenna which is designed using FR4 Epoxy material, also 2.4 GHz WLAN frequency band covered by the antenna. The thickness of the patch material is 1,5mm and the dielectric constant is 4,3. The Antenna is designed and simulated using CST  Microwave  Studio  software.  By  changing  the  position  of  the  microstrip  antenna  slot,  several  antenna parameter  values  were  obtained  including  gain,  return  loss,  bandwidth,  and  VSWR  (Voltage  Standing  Wave Ratio). The microstrip antenna simulation results showed the best return loss value of -37.46 dB, VSWR of 1.027 at the resonant frequency of 2.446 GHz, and presented a gain of 3.43 dBi. From the results, the use of        slot has several effecs of increasing the return loss value up to 42.63% and bandwidth by 5.17%.

## Keywords: microstrip, slot, gain, bandwidth, WLAN

## 1. PENDAHULUAN
Konsep  teknologi  wireless  muncul  karena semakin  dituntutnya  suatu  pola  komunikasi  yang efisien  seiring  dengan  berkembangnya  kebutuhan manusia.  Contoh  apikasi  wireless  yang  banyak digunakan  adalah Wireless  Local  Area  Network (WLAN).  Untuk  menyampaikan  suatu  pesan  dalam komunikasi  antar pengguna, tidak  bisa terlepas dari penggunaan  antena  sebagai  perangkat  transmisinya. Antena  digunakan  sebagai  perangkat  untuk mengoptimalisasi  radiasi  ke  suatu  arah  tertentu, selain  sebagai  alat  untuk  memancarkan  dan menerima gelombang. Oleh karena itu banyak dibuat antena  dengan  berbagai  bentuk  sesuai  dengan kegunaan dan frekuensi kerjanya. Antena mikrostrip merupakan  antena  yang  paling  banyak  digunakan untuk  frekuensi Wireless  Local  Area  Network (WLAN)  karena  bentuknya  yang  kecil  dan  ringan, sederhana, dan biaya yang murah dalam fabrikasinya Namun,  selain  mempunyai  kelebihan,  antena mikrostrip  juga  memiliki  beberapa  kekurangan
yaitu bandwidth yang  relatif  sempit,  efisiensi antena  yang  rendah, gain rendah, lossis pada saluran pencatu mikrostrip, dan directivity yang kurang  baik  [1] .  Penambahan  slot  pada  patch antena  mikrostrip  dapat  mengatasi  berbagai permasalahan tersebut [2]
Pada penelitian sebelumnya, telah dilakukan  beberapa  studi  terkait  penambahan  slot pada patch rectangular antena mikrostrip. Penggunaan  I-Slot [3], H-slot [4], V dan  U-slot  [5] serta  slot berbentuk aksara jawa “       - slot “  [6] digunakan untuk meningkatkan nilai return loss dan VSWR. Selain  itu, penggunaan  slot berbentuk pada patch rectangular antena mikrostrip juga digunakan untuk meningkatkan nilai bandwidth [7]. Berdasarkan  referensi  penelitian  yang  telah  ada, diharapkan dari  penambahan  slot           pada patch mikrostrip  dapat  meningkatkan  nilai  performansi antena  mikrostrip  dengan  memberikan  kenaikan nilai return  loss dan  VSWR  daripada  antena mikrostrip tanpa slot.

## 2. PERANCANGAN ANTENA
Dalam  perancangan  antena  mikrostrip dibutuhkan  perhitungan  dimensi  antena  mikrostrip, yang meliputi perhitungan panjang dan lebar antena mikrostrip.  Panjang  fisik  mikrostrip  (L)  dihitung seperti pada Persamaan (1) [8] :
L = (1)
dengan : L = panjang elemen (mm) c = kecepatan cahaya (3x10 8 m/s) = frekuensi resonansi (Hertz) = konstanta dielektrik efektif
Penambahan panjang  line sambungan pada elemen patch antena  dapat  dihitung  dengan persamaan [8]:
(2)
dengan : = penambahan panjang line patch (mm)
= permitivitas relatif efektif
W = lebar elemen (mm) h = ketinggian substrat (mm)
Sedangkan untuk dimensi lebar antena (W) digunakan persamaan sebagai berikut [8]:
W = (3)
dengan : L = panjang elemen (mm) c = kecepatan cahaya (3x10 8 m/s) = frekuensi resonansi (Hertz) = konstanta dielektrik relatif
Nilai dapat  dihitung  seperti  pada persamaan (4).
(4)
dengan :
= permitivitas relatif efektif
= konstanta dielektrik relatif
h   = ketinggian substrat (mm)
W  = lebar elemen (mm)
Berdasarkan hasil  perhitungan yang didapatkan  dari  referensi  pustaka  dan  jurnal  untuk antena  mikrostrip patch persegi  dengan  slot berbentuk         seperti yang dipaparkan sebelumnya, didapatkan  desain  antena  seperti  terlihat  pada Gambar 1.

## Gambar 1. Desain Mikrostrip Dengan
“         ” Slot
Teknik pencatuan microstrip line digunakan dimana potongan konduktor dihubungkan langsung  ke  tepi patch .  Ukuran  untuk  panjang  dan lebar  slot  pada patch antena  seperti  terlihat  pada Tabel 1.

## Tabel 1. Ukuran Antena Mikrostrip
Dimensi Antena Keterangan Ukuran (mm) a Jarak slot dengan feedline 1 Wg Lebar groundplane dan lebar substrat 72,54 Lg Panjang groundplane dan panjang substrat 54,5 W Lebar patch 36,27 L Panjang patch 27,25 Ws Lebar slot Ga 7 Ls Panjang slot Ga 4 Wf Lebar feedline 1,137 G1 Lebar slot tengah 1 G2 Lebar slot tepi 4 Gf Jarak patch dan feedline 1 Fi Jarak tepi bawah patch dan tepi atas feedline 9
Patch antena  diletakkan  di  atas  substrat. Material substrat yang digunakan adalah FR4 Epoxy yang mempunyai konstanta dielektrik 4,3.
Groundplane diletakkan  di  lapisan  bagian bawah  substrat  dengan  material  yang  sama  dengan material patch yaitu  bahan  tembaga. Dimensi panjang  dan  lebar groundplane sama  dengan dimensi  substrat  mikrostrip. Nilai  ketinggian substrat  (hs)  yaitu  1,5  mm.  Sedangkan  untuk ketinggian patch (hp)  dan groundplane (hg)  sama karena  menggunakan  material  tembaga  yaitu  0,1 mm.  Ilustrasi  susunan  layer  mikrostrip  ditunjukkan pada Gambar 2.

## Gambar 2. Lapisan mikrostrip tampak bawah
Setelah  mendesain  antena  sesuai  dengan dimensi dan ukuran yang telah dihitung, maka diuji parameter  antena  dengan software CST  Microwave Studio.  Parameter  antena  yang  diuji  dari  simulasi berupa return  loss ,  VSWR, gain,  bandwidth, dan pola radiasi antena. Hasil desain mirkrostrip dengan slot seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

## Gambar 3. Hasil desain mikrostrip

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  hasil  simulasi  yang  dibuat,  diperoleh nilai parameter antena berupa return loss , bandwidth VSWR, gain, dan pola radiasi antena.
3.1 Return Loss dan Bandwidth
Return  loss adalah  salah  satu  parameter yang  digunakan  untuk  mengetahui  berapa  banyak daya  yang  hilang  pada  beban  dan  tidak  kembali sebagai  pantulan.  Antena  yang  baik  akan mempunyai  nilai return loss dibawah  -10 dB,  yaitu 90%  sinyal  dapat  diserap,  dan  10%  terpantulkan kembali.  Pada  penelitian  ini,  diperoleh  nilai return loss seperti yang terlihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Hasil simulasi return loss mikrostrip dengan slot
Dari  Gambar  4  terlihat  nilai return  loss mikrostrip  sebesar  -37,46  dB  pada  frekuensi  2,446 GHz. Return  loss yang  baik  bernilai  di  bawah  - 10dB, oleh karena itu measured lines dipasang pada batas  -10  dB.  Rentang  frekuensi  kerja  mencakup band  frekuensi  WLAN  yaitu  2,416  GHz  sampai dengan  2,474  GHz  sehingga  diperoleh  nilai bandwidth sebesar  0,058  GHz  pada  mikrostrip dengan  slot.  Sebagai  pembanding,  nilai return  loss pada  mikrostrip rectangular sebelum  ditambahkan slot  pada patch mikrostrip,  hasil  yang  diperoleh seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Hasil simulasi return loss mikrostrip sebelum ditambahkan slot
Dari  hasil  simulasi  Gambar  5  diperoleh  nilai return  loss yaitu  -21,49  dB  pada  frekuensi  yang sama  yaitu 2,446 GHz. Bandwidth mikrostrip tanpa slot sebesar 0.055 GHz. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan  slot  Ga  pada patch mikrostrip meningkatkan  nilai return  loss sebesar  42,63%  dan juga bandwidth meningkat sebesar 5,17%.

## 3.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
VSWR  merupakan  pengukuran  dasar  dari penyesuaian impedansi antara pemancar dan antena. VSWR  merupakan  salah  satu  parameter  penting yang  perlu  diperhitungkan  dalam  pengujian  antena. Hasil  simulasi  untuk  tampilan  VSWR  mikrostrip dengan slot, seperti ditunjukkan  pada Gambar 6.

## Gambar 6. Hasil simulasi VSWR pada mikrostrip dengan slot
Nilai  VSWR  yang  diperoleh  sebesar  1,027 artinya  memenuhi  karakteristik  antenna  yang  baik karena nilainya kurang dari 2.
Nilai gain pada  hasil  simulasi  dapat diperoleh  dengan  memilih Farfield  and  antenna properties pada template  based  post  processing kemudian dilanjutkan dengan  memilih Gain (IEEE) pada Farfield result . Hasil simulasi gain mikrostrip dengan slot ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Hasil simulasi gain mikrostrip dengan slot pada frekuensi 2,446 GHz
Seperti  yang  terlihat  pada  Gambar  7,  hasil yang  diperoleh  yaitu  nilai gain antena  mikrostrip dengan  slot  adalah  3,43  dBi.  Selain  itu,  parameter antena  lain  yang  disimulasikan  yaitu  pola  radiasi antenna  bidang  E  ( E-plane )  seperti  pada  Gambar  8 dan  bidang  H  ( H-plane )  seperti  ditunjukkan  pada Gambar 9.
Gambar 8. Pola radiasi E-plane
Gambar 9. Pola radiasi H-plane
Pada  skenario  penelitian  yang  kedua,  setelah diperoleh  hasil  simulasi  parameter  antena  langkah selanjutnya yaitu dengan mengubah posisi slot pada patch mikrostrip. Nilai awal a yaitu jarak antara slot
Ga  dengan feedline mikrostrip  yaitu  1  mm, kemudian parameter  “a” diubah  menjadi 2  mm,    3 mm,4 mm dan 5 mm. Dari perubahan nilai tersebut menghasilkan  nilai returnloss yang  berbeda  dan mengalami  pergeseran  frekuensi  resonansinya seperti terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Grafik returnloss terhadap perubahan nilai “a”
Dari  Gambar  10,  jika  diambil  nilai returnloss  terbaik  dari  masing-masing  grafik,  maka didapatkan hasil seperti pada Gambar 11.
Gambar 11. Nilai returnloss setelah mengalami pergeseran dimensi slot
Pada Gambar 11 menunjukkan bahwa pergeseran slot tiap 1 mm dari nilai 1 mm sampai dengan 5 mm menghasilkan  pergeseran  nilai  frekuensi  resonansi dari  2,446  GHz  sampai  dengan  2,4749  GHz. Sementara  itu  nilai  VSWR  antena  juga  mengalami perubahan karena pergeseran slot, seperti ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12. Nilai VSWR terhadap perubahan nilai “a”
Dari hasil simulasi return loss dan VSWR, diperoleh  hasil  pergeseran  slot,  semakin  menjauh dari feedline maka  nilai  frekuensi  resonansi  juga akan  bergeser,  sementara  nilai returnloss semakin mendekati  -10  dB.  Nilai return  loss yang  terbaik terletak  pada  a=1  mm  dengan  nilai  -37,46  dB  pada frekuensi 2,446 GHz dan  VSWR  yaitu 1,027. Nilai return  loss dan  VSWR  semakin  menurun  ketika dilakukan  pergeseran  posisi  slot  dengan  mengubah nilai a  menjadi 2  mm, 3mm, 4  mm dan 5  mm.  Hal ini  menunjukkan  bahwa pergeseran posisi  slot  pada patch antena  juga  berpengaruh  pada  pergeseran frekuensi resonansi,nilai returnloss , dan VSWR.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi  dari  desain  dan analisis  mikrostrip rectangular dengan  slot  “            ” untuk  aplikasi  WLAN  2,4  GHz  menghasilkan beberapa kesimpulan, yaitu:
a) Penggunaan  slot          pada patch rectangular mikrostrip  meningkatkan  nilai return  loss sebesar  42,63%  dibandingkan dengan  mikrostrip  tanpa  slot.  Pada  mikrostrip dengan  slot  diperoleh  nilai return  loss yaitu    - 37,46 dB, sedangkan mikrostrip tanpa slot nilai return  loss nya  adalah  -21,49  dB  dengan frekuensi resonansi yang sama yaitu 2,446 GHz.
b) Bandwidth  pada  antena  mikrostrip  tanpa  slot sebesar  0.055  GHz,  sedangkan  setelah ditambahkan  slot  Ga  pada patch mikrostrip bandwidth  meningkat  sebesar  5,17%  menjadi 0,058 GHz.
c) Nilai VSWR antena mikrostrip dengan slot yang diperoleh  sebesar  1,027  dan gain sebesar  3,43
dBi.
d) Perubahan  posisi  slot  pada patch mikrostrip dengan  merubah  jarak  antara  slot  dengan feedline mikrostrip yaitu 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm  dan  5  mm  memberikan  efek  pergeseran frekuensi  resonansi  disamping  itu  juga mengakibatkan  menurunnya  nilai  VSWR dan return  loss (semakin  mendekati  -10 dB). Nilai return loss yang terbaik terdapat  saat nilai a=1 mm  yaitu    -37,46  dB  di  frekuensi  2,446  GHz dan VSWR sebesar 1,027.
e) Untuk pengembangan penelitian, perlu
dilakukan studi lebih lanjut mengenai pengaruh bahan  dielektrik  substrat  terhadap  efektifitas performansi antena mikrostrip

## PUSTAKA
[1] Casu,  G.,  Moraru,  C.,  &  Kovacs,  A. 2014. Design  and  implementation  of  microstrip patch  antenna  array. 2014  10th  International Conference on Communications (COMM).
[2] Liu,  S.,  Qi,  S.-S.,  Wu,  W.,  &  Fang,  D.-G. 2014. Single-Layer  Single-Patch  Four-Band Asymmetrical  U-Slot  Patch  Antenna. IEEE Transactions  on  Antennas  and  Propagation, 62(9), 4895–4899.
[3] Mathur,  P.,  &  Kumar,  G.  2017. Waveguide  fed microstrip antenna array using i-shaped slots at ka-band. 2017 IEEE International Symposium on Antennas  and  Propagation  &  USNC/URSI National Radio Science Meeting.
[4] Chen, Z., Dai, X., & Luo, G. 2018. A new H-slot coupled  microstrip  filter-antenna  for  modern wireless communication systems. 2018 International Workshop on Antenna Technology (iWAT).
[5] Dadhich,  A., Deegwal, J.  K., & Sharma, M. M. 2017. Study  and  design  of  multiband  antenna with  V  and  U  slot  on  patch  for  wireless application. 2017
IEEE Applied Electromagnetics Conference (AEMC).
[6] Sotyohadi,  S.,  Pramono  S.H.,  Sarosa  M.  2016. Design and Fabrication of “Ha (        )” Shape- Slot  Microstrip  Antenna  for  WLAN  2.4  GHz. Proceedings of Second International  Conference on  Electrical  Systems,  Technology  and Information.
[7] Henderson, K. Q., Latif, S. I., & Lazarou, G. Y. 2017. A multi-slot printed antenna excited with a microstrip  line  for  4G  wireless  systems. 2017 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation  &  USNC/URSI  National  Radio Science Meeting.
[8] Bancroft,  R.  2009. Microstrip  And  Printed Antena Design Second Edition . Raleigh : Scitech Publishing.