Heru Abrianto, Irmayani (2023), Disain Antena Mikrostrip Antena Segiempat MIMO 4x4 Untuk aplikasi WiFi dan WiMax, Vol. 8, No. 1, Januari 2023, http://dx.doi.org/10.36418/syntax-literate.v8i1.11262
E-ISSN: 2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e- ISSN: 2548-1398
Vol. 8, No. 1, Januari 2023

## DISAIN ANTENA MIKROSTRIP ANTENA SEGIEMPAT  MIMO 4X4 UNTUK APLIKASI WIFI DAN WIMAX

## Heru Abrianto, Irmayani
Program Sarjana Program Studi Teknik Elektro Email: heruab@gmail.com

## Abstrak
Pada makalah ini dilakukan perancangan antena segiempat MIMO 4x4 dengan U- slot  yang  bekerja  pada  dua  frekuensi,  yaitu  frekuensi  2.4  GHz  dan  5  GHz  yang digunakan untuk aplikasi WiFi dan WiMax. Dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS 15  diperoleh P1 F1 yaitu  -11,95 dB, P1 2F yaitu -12,87 dB pada 2,4 dan - 12,54 dB pada 5 GHz, P1.1 adalah -12,06 dB pada -15,84 pada 5 GHz. pada P1 F1 yaitu 1,75, P1 2F yaitu 1,6 pada 2,4 dan 1,5 pada 5 GHz, P1.1 adalah 1,7 pada 1,4 pada 5 GHz. yang didapat terjadi peningkatan dari MIMO ke P1F1 sebesar 1,24x, dan ke P1 2F adalah 1,28x. Hasil simulasi kedua parameter sudah memenuhi standart yang diinginkan , Return Loss (RL) < -10 dB dan VSWR < 2. Hasil simulasi yang didapat parameter Impedansi  (ZL) masukan  pada P1 F1 yaitu 38  , P1 2F yaitu 31  pada 2,4 dan 33  pada 5 GHz, P1.1 adalah 31  pada 2,4 dan 37  pada 5 GHz baik sudah mendekati impedansi yang diinginkan sebesar 50  .
Kata Kunci: Antena, VSWR, Bandwidth, Impedansi, MIMO

## Abstract
In this paper, the design of a 4x4 MIMO antenna is a rectangular antenna with a U- slot that works on two frequencies, namely 2.4 GHz and 5 GHz which are used for Wi-Fi and WiMax applications. Using the Ansoft HFSS 15 simulator, P1 F1 is -11.95 dB, P1 2F is -12.87 dB at 2.4 and -12.54 dB at 5 GHz, P1.1 is -12.06 dB at -15 .84 at 5 GHz. on P1 F1 is 1.75, P1 2F is 1.6 at 2.4 and 1.5 at 5 GHz, P1.1 is 1.7 at 1.4 at 5 GHz. obtained there is an increase from MIMO to P1F1 of 1.24x, and to P1 2F is 1.28x. The simulation results for both parameters have met the desired standard, Return  Loss  (RL)  <  -10  dB  and  VSWR  <  2.  The  simulation  results  show  that  the impedance (ZL) on P1 F1 is 38  , P1 2F is 31  at 2.4 and 33  at 5 GHz, P1.1 is 31  at 2.4 and 37  at 5 GHz both are close to impedance 50  desired..
Keywords: Antenna, VSWR, Bandwidth, Impedance, MIMO

## Pendahuluan
Dunia  telekomunikasi  pada  saat  ini  perkembangannya  sangat  pesat,  khusunya dalam  komunikasi  tanpa  kabel  (radio)  (Zamroni,  2009).  Berbagai  penelitian  dilakukan dalam  rangka  meningkatkan  layanan  dan  performansi  yang  tinggi,  sehingga  membuat pengguna saat ini lebih banyak menggunakan jaringan telkomunikasi tanpa kebel karena beberapa kelebihan yang dimiliki seperti dapat digunakan dimana saja (Budiono, 2013). Pada  sistem  komunikasi  radio pada saat ini dibutuhkan  kecepatan data data yang tinggi, kapasitas  yang  besar,  ukuran  yang  kecil  dan  bobot  yang  ringan  (Arius,  2020).  Antena adalah  bagian  penting  dari  perangkat  komunikasi  radio,  berbagai  metode  digunakan untuk  mengembangkan  antena  termasuk  bahan,  bentuk,  dan  ukuran  antena  sehingga kinerja antena yang tinggi dapat dicapai (Rahmania, 2019). Sistem antena Multiple Input Multiple  Output  (MIMO)  merupakan  suatu  sistem yang digunakan pada antena, baik di sisi pengirim maupun di sisi penerima, antena MIMO dapat meningkatkan kapasitas kanal  tanpa  membutuhkan  peningkatan  bandwidth  maupun  tambahan  daya  transmisi. Dengan demikian laju transfer data yang tinggi, sistem yang handal dan area jangkaun yang  lebih  luas  dapat  tercapai  (Ahmadi,  2015).  Sistem  antena    MIMO    dapat diaplikasikan  pada  komunikasi radio (Romiza & Eko Setijadi, n.d.).
Sejalan  dengan  perkembangan  teknologi  perangkat  komunikasi,  banyak penelitian  telah  dilakukan  pada  antena.  Perkembangan  antena  cepat  dan  dapat  dilihat dalam berbagai ukuran, bahan dan bentuk (Kustiawan, 2016).  Pengembangan dilakukan sesuai  dengan  kebutuhan  dan  aplikasi  sistem  transmisi  gelombang  mikro  ke  satelit. Antena yang diterapkan pada perangkat seluler harus memiliki dimensi kecil dengan daya pancar dan penerima yang baik (Amara, 2021). Fitur-fitur ini hanya dapat dicapai oleh antena microstrip, di mana antena ini memiliki ukuran kecil, tipis, berbagai pola radiasi dan mudah untuk membuat (Hidayat, 2019). Dalam meningkatkan kinerja antena, antena dibentuk  dan  diatur  dari  beberapa  antena  antena  yang  disebut  antena  array.  Susunan antena dapat berupa port tunggal atau banyak port (SYAWALUDIN, 2016). Perangkat komunikasi  saat  ini  yang  terdiri  dari  beberapa  generasi  dengan  frekuensi  kerja  yang berbeda  juga  telah  mengarah  pada  pengembangan  teknologi  antena  yang  bekerja  pada multi frekuensi (Rahmadyanto, 2009). Oleh karena itu, pada  makalah ini  akan  dirancang dan  direalisasikan rancang antena   mikrostrip  MIMO  4x4  yang  dapat bekerja pada WLAN  dan  WiMAX  dengan  menggunakan  metode  pembebanan  slot  U  pada  antena antena.

## Metode Penelitian
Diagram alir rancangan dan realisasi antena mikrostrip antena segi empat MIMO 4x4, terlihat pada Gambar 5 (Ardianto, Mufti, & Syihabuddin, 2018). Rancangan diawali dengan  penentuan  substrat  yan  akan  digunakan  dalam  rancangan,    pada  makalah  ini digunakan substrat FR4 sebagai material pembuatan antena. FR4 mempunyai parameter Konstanta  dielektrik  relativ  (εr)  sebesar  4,4,  Dielektrik  Loss  Tangen  (tan  δ)  0,02  dan Ketebalan substrat (h) yaitu 1,6 mm (Ardianto et al., 2018). Setelah ditentukan Material
yang digunakan selanjutnya menentukan dimensi antena antena, grounplane dan catuan dar  iantena  mikrostrip  tunggal  yang  bekerja  pada  satu  frekuensi.  Bentuk  Antena  hasil perhitungan dari persamaan 1 – 10  terlihat pada Gambar 4.
Berdasarkan hasil perhitungan dilakukan simulasi untuk melihat parameter yang dihasilkan sudah memenuhi dari standart yang ditentukan, yaitu RL ≤ -10 dB, VSWR < 2  dan  impedansi  50  .    Jika  simulasi  berdasarkan  hasil  perhitungan  tidak  memenuhi parameter  yang  ditentukan  dilanjtkan  dengan  proses  optimasi  sehingga  akan  didapat sesuai  dengan  standart  yang  ditentukan,  jika  parameter  yang  didapatkan  sesuai dilanjutkan  dengan  membangkitkan  beberapa  frekuensi  dengan  membebani  antenna dengan  slot,  dalam  hal  ini  menggunakan  slot  U.  Antena  yang  dibebankan  slot  U dsimulasikan  apakah  sudah  sesuai  dengan  parameter  antena,  jika  sesuai  maka  proses dilajutkan menyusun antenna menjadi 4 dengan metode MIMO, jika tidak sesuai lakukan optimasi dengan mengatur dimensi antenna dan bentuk antenna.
Penyusunan  antena  dalam  4  susunan  harus  memperhatikan  jarak  antar  antenna sehingga  tidak  timbul  rugi-rugi  dengan  mempergunakan  persamaan  (11).  Setelah ditentukan jarak berdasarkan perhitungan, dilanjutkan dengan simulasi. Jika hasil yang ditentukan  menuhi  standart  parameter  RL  dan  VSWR  yang  diinginkan  maka  proses selesai,  jika  simulasi  yang  dihasilkana  belum  sesuai  lakukan  simulasi  ulang  dengan mengatur jarak antar antena.
mulai Menetukan jenis subtrat Menentukan Antena mikrostrip tunggal
Simulasi Hasil perhitunganAntena rancangan Parameter sesuai ?? Tentukan Antena bekerja pada beberapa frekuensi a a Tentukan Antena Mikrostrip MIMO4x4 Parameter Antena 4x4 sesuai ?? Simulasi Antena Mikrostip MIMO 4x4 selesai Simulasi perhitungan Antena rancangan beberapa frekuensi Frkuensi sesuai ??

## Gambar 1. Diagram Alir Rancangan dan realisasi antena MIMO 4x4

## Hasil dan Pembahasan
1. Antena Segiempat Frekuensi Tunggal
Dalam makalah ini pemabahasan antena mikrostrip path segiempat yang bekerja pada band WLAN dan WiMax, diawali dengan disain awal dari perhitungan disain antena  tunggal  dengan  frekuensi  kerja  tunggal    (Pradani,  2019)  yaitu  2,4  GHz. Bentuk antena tunggal yang bekerja pada 2,4 GHz seperti terlihat pada Gambar 6. Hasil perhitungan dan simulasi terlihat pada Gambar 6, 7, 8 Tabel 2dan Tabel 3. Hasil simulasi  yang  didapat  sudah  memenuhi  standart  minimal  yaitu  RL  <  -10  dB  dan VSWR < 2.
Gambar 2. Bentuk Antena Mikrostrip Tunggal
Tabel 2. Hasil Perhitungan Antena Mikrostrip Tunggal
Parameter Ukuran (mm) Lebar Tambalan (W) 38 Panjang Tambalan (L) 28,85 Lebar Pencatu (wc) 3.06 Panjang Pencatu (lc) 9,38 Lebar Bumi (wg) 46,89 Panjang Substrat (lg) 38,45
Gambar 3. Skenario Hasil RL Antena Antena Tunggal Frekuensi 2,4 GHz.
Gambar 4. Skenario Hasil VSWR Antena Antena Tunggal Frekuensi 2,4 GHz.
Gambar 5. Skenario Hasil VSWR Antena Antena Tunggal Frekuensi 2,4 GHz
Tabel 3. Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Tunggal
Parameter Antena RL (dB) -11,38 VSWR 1.75 Impedansi (Ω) 38

## 2. Antena Tunggal pembebanan Slot U.
Pembangkitan  beberapa  frekuensi  pada  satu  antena  antenna  agar  dapat bekerja pada  band frekuensi Wifi dan WiMax salah satunya dengan pembebanan slot pada antenna (Irawati Razak & Mimsyad, 2022), bentuk slot yang diterapkan pada antena antena  seperti terlihat pada Gambar 9, dan dimensi antena terlihat pada Tabel 3.
Gambar 6 Antena Tunggal beberapa frkuensi
Tabel 4. Dimensi Slot U Parameter Panjang (mm) ls 3 ws 30 D 14
Berdasarkan hasil perhitungan slot yang dikenakan pada antena, didapat hasil  simulasai  parameter  RL,  VSWR  dan  Impedansi  yang  dilakukan    dalam
beberapa  skenario  seperti  pada  Gambar  10,  11,  12  dan  Tabel  4.  Terlihat  grafik yang ada frekuensi yangdigunakan pada WLAN 2.4 dan WiMax 5 GHz,
Gambar 6 Skenario Hasil RL Antena yang dibebani Slot U.
Gambar 7 Skenario Hasil VSWR Antena yang dibebani Slot U.
Gambar 8 Hasil Impedansi dari Antena yang dibebani Slot U.
Tabel 5. Hasil Simulasi pembebanan slot pada antena
Skenario RL (dB) VSWR Impedansi W L 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 5 GHz 1 29 28  -4,14 -21,01 4,27 1,19 12 47
2 29 29  -5,70 -16,64 3,15 1,34 16 37 3 29 30  -8,49 -16,67 2,21 1,34 -0,37 -0,14 4 30 30  -12,55 -13,51 1,61 1,53 31 33 5 31 30  -14,74 -9,68 1,44 1,99 39 26
Terlihat pada Tabel 4, nilai optimal didapat pada skenario 4, hasil parameter RL yaitu -12,55 dan VSWR adalah 1,66 pada 2,4 dan 1,53 pada 5 GHz.  Kedua parameter sudah memenuhi standart yang ditentukan.
Gambar 9 Hasil RL skenario 4 dari Antena yang dibebani Slot U.
Gambar 10. Hasil VSWR skenario  dari Antena yang dibebani Slot U.
Gambar 11. Hasil Impedansi skenario 4 dari Antena yang dibebani Slot U.
Konfigurasi antenna mikrostrip MIMO 4x4 seperti terlihat pada Gambar 7.

## Gambar 12. Konfigurasi Antena Mikrostrip MIMO 4x4.
Penyusunyan  antena,  sangat  penting  karena  akan  mempengaruhi  radiasi  antar antena  dan  tidak  terjadi  mutual  coupling  dan  rugi-rugi  (Romiza  &  Eko  Setijadi,  n.d.), mutual  yang  disyaratkan  yaitu  lebih  kecil  dari  -10  dB,  pada  makalah  ini  dilakukan pengamatan dengan frekuensi acuan pada  2.4 GHz, dan jarak antar antena yaitu :
𝜆 /2 𝑑 = 3 × 10 8 2 ( 2.4 × 10 9 ) = 62.5 𝑚𝑚
Hasil  simulasi  penyusunan  antenna  mimo  4x4  sebelum  dan  sesudah  optimasi didapat pada Tabel 5 dan 6.  Tabel 5 memperlihatkan RL pada masing masing antenna pada  frekuensi  2,4  dan  5  GHz,  terlihat  terjadi  peningkatan  setelah  dilakukan  optimasi, sebelum  dilakukan  optimasi  didapat  nilai  terendah        8,95  dB  pada  2,4  GHz,  setelah dilakukan optimasi mengalami peningkatan yaitu menjadi -11,75 dB.
Tabel 6.  Return Loss sebelum dan sesudah optimasi pada masisng antena
Parameter Sebelum (dB) Sesudah (dB) 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 5 GHz
S 11 -10,49 -14,06 -12,08 -15,84 S 22 -10,63 -14,47 -11,48 -17,09 S 33 -8,85 -13,90 -12,16 -18.51 S 44 -8,95 -13,85 -11,81 -17,68 Tabel 7.  Mutual coupling sebelum dan sesudah optimasi Parameter Sebelum (dB) Sesudah (dB) 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 5 GHz S 21 -17,65 -17,76 -21,02 -14,94 S 31 -46,98 -46,13 -25,92 -25,64 S 41 -20,45 -25,44 -17,37 -25,90 S 12 -17,65 -17,79 -20,03 -13,36 S 32 -39,91 -35,23 -17,58 -27,51 S 42 -23,97 -23,00 -24,81 -37,39 S 13 -46,98 -46.13 -28,85 -38,76 S 23 -39,91 -35,59 -17,58 -27,51 S 43 -29,20 -17,47 -20,68 -12,83 S 14 -20,45 -25,43 -16,29 -26,39 S 24 -23,74 -23,00 -25,50 -37,50 S 34 -29,19 -17,44 -20,68 -12,83
Perbandingan RL ,  antenna  tunggal  satu  frekuensi  (P1  1F),  antenna  tunggal  dua frekuensi (P1 2F) dan antenna P1.1 Mikrostrip 4x4 terlihat pada Gambar 17, 18 dan 19 dan Tabel 8.  Pada P1 1F hasil yang didapat pada frekuensi 5 GHz, didapat hasil yang tidak optimal, karena disain hanya pada 2,4 GHz. Hasil yang didapat pada P1 2F dan P1.1 pada  antena  Mimo,  terlihat  hasil  yang  didapat  pada  parameter  antena RL , VSWR dan impedansi ada perbedaan yang tidak terlalu besar. Gain yang didapat pada antenna MIMO ada peningkatan 1,24x dari antena  P1 1F, dan 1,28x dari antena P1 2F seperti terlihat pada Gambar 21 dan Tabel 9.
Gambar 13. Perbandingan RL, P1 1F vs P1 2F vs P1.1
Gambar 14. Perbandingan RL, P1 1F vs P1 2F vs P1.1
Gambar 15. Perbandingan RL, P1 1F vs P1 2F vs P1.1
Tabel 8. Perbandingan VSWR, P1 1F vs P1 2F vs P1.1
Antena RL VSWR ZL 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 5 GHz 2.4 GHz 5 GHz P1 1F -11,95 - 1,75 - 38 - P1 2F -12,87 -12,54 1,6 1,5 31 33 P1.1 -12,06 -15,84 1,7 1,4 31
37
Gambar 16. Hasil Simulasi Gain Antena (a).P1 1F, (b) P1 2F, (c) P1.1
(a) (b) (c)
Tabel 9. Perbandingan Gain P1 1F, P1 2F, P1.1
Antena Gain dBm P1 1F 29 P1 2F 28 P1.1 36

## Kesimpulan
Pada  makalah  ini  telah  disajikan  perancangan  antenna  MIMO  4x4  yang  dapat bekerja pada WLAN dan WiMax yan bekerja pada frekuensi 2.4 dan 5 GHz. RL pada P1 F1 yaitu  -11,95 dB, P1  2F yaitu  -12,87 dB pada 2,4 dan  -12,54 dB pada 5 GHz, P1.1 adalah -12,06 dB pada -15,84 pada 5 GHz. VSWR pada P1 F1 yaitu 1,75, P1 2F yaitu 1,6 pada 2,4 dan 1,5 pada 5 GHz, P1.1 adalah 1,7 pada 37 pada 5 GHz. ZL pada P1 F1 yaitu 38  , P1 2F yaitu 31  pada 2,4 dan 33  pada 5 GHz, P1.1 adalah 31  pada 2,4 dan 37  pada 5 GHz. Gain yang didapat terjadi peningkatan dari MIMO ke P1F1 sebesar 1,24x, dan ke P1 2F adalah 1,28x

## BIBLIOGRAFI
Ahmadi, Candra. (2015). Analisis Kapasitas Kanal terhadap Jumlah Antena Pada Sistem MIMO (Multiple Input Multiple Output). Sisfotenika , 5 (1), 37–48.
Amara, Irsadilla. (2021). MINI TINJAUAN JARINGAN NIRKABEL .
Ardianto, Fajar Wahyu, Mufti, Nachwan, & Syihabuddin, Budi. (2018). Analisis Simulasi Antena  MIMO  4  4  Susunan  Persegi  dan  Sirkular  pada  Frekuensi  15  GHz. Jurnal Nasional Teknik Elektro Dan Teknologi Informasi , 7 (2), 174–182.
Arius, Dony. (2020). Komunikasi data . Penerbit Andi.
Budiono,  Fahrizal  Lukman. (2013). Persepsi  dan Harapan Pengguna terhadap Kualitas Layanan Data pada Smartphone di Jakarta. Buletin Pos Dan Telekomunikasi , 11 (2), 93–108.
Hidayat, Arif. (2019). Misteri Satelit di Luar Angkasa .
Irawati Razak, S. T., & Mimsyad, Muh. (2022). Buku Ajar Teknik Frekuensi Tinggi dan Gelombang Mikro . Nas Media Pustaka.
Kustiawan, Usep. (2016). Pengembangan media pembelajaran anak usia dini . Penerbit Gunung Samudera [Grup Penerbit PT Book Mart Indonesia].
Pradani,  Ratnani  Rizki.  (2019). RANCANG  BANGUN  ANTENA  MIKROSTRIP RECTANGULAR-TRIANGULAR  PATCH  1X2  ARRAY  UNTUK  APLIKASI  WLAN . Institut Teknologi Telkom Jakarta.
Rahmadyanto, Heri. (2009). Rancang Bangun Antena Mikrostrip Slot Triangular Array 8 Elemen  dengan  Pencatuan  Microstrip  Feed  Line  Secara  Tidak  Langsung  untuk Aplikasi  CPE  Wimax. Skripsi  Sarjana  Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik.  Jakarta: Universitas Indonesia (UI) .
Rahmania, Luthfia. (2019). MODUL PRAKTIKUM ANTENA MICROSTRIP CIRCULAR PATCH PADA FREKUENSI 3 GHZ . Politeknik Negeri Sriwijaya.
Romiza,  Ahya  Aufa,  &  Eko  Setijadi,  S.  T.  (n.d.). DESAIN  ANTENA  DUAL  BAND UNTUK KEBUTUHAN MASSIVE MIMO .
SYAWALUDIN, ABDUL. (2016). Rancang Bangun Antena Mikrostrip Linier Array 4 Element Dengan Pencatuan Proximity Coupling Frekuensi 1, 5GHz–1, 6GHz Pada Aplikasi Mobile Satellite. UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA.
Zamroni,  Mohammad.  (2009).  Perkembangan  teknologi  komunikasi  dan  dampaknya terhadap kehidupan. Jurnal Dakwah: Media Komunikasi Dan Dakwah , 10 (2), 195– 211.

## Copyright holder:
Heru Abrianto, Irmayani (2023)
First publication right: Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: