## RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR DENGAN TEKNIK LINIER ARRAY  UNTUK FREKUENSI WIFI 2,4 GHZ
Surya Hadi Saputra 1) , Ari Endang Jayati 2) , dan Erlinasari 3)
1,2,3) Jurusan Teknik Elektro, Universitas Semarang Jl. Soekarno Hatta, Semarang, Indonesia, 50196 e-mail: surya.hs@gmail.com , ariendang@usm.ac.id , sari_erlina88@yahoo.com

## ABSTRACT
Microstrip antenna when the antenna is one of the very rapid development in telecommunications systems that applied to many modern telecommunication equipment today. One application is the wifi. Wifi (Wireless Fidelity) is a wellknown tech- nology that utilizes an electronic device to exchange data wirelessly (using radio waves) over a computer network, including high-speed Internet connection, to provide a network connection to all users in the surrounding area. The purpose of this final project is to design microstrip patch antenna built a circular linier array that can be used for signal wifi stronger. The resulting microstrip antenna working in 2.4 GHz band with the acquisition of gain =3.4301 dBi, VSWR = 1.3749 and radiation pattern unidirectional. This antenna design simulation using the software Ansoft High Frequency Structure Simulator v13. For linear circular microstrip patch antenna array then showed its parameters.

## Keywords: Microstrip Antenna, Wifi, Array, VSWR, Gain

## ABSTRAK
Antena mikrostrip saat ini merupakan salah satu antena yang sangat pesat perkembangannya dalam sistem telekomunikasi sehingga banyak diaplikasikan pada peralatan-peralatan telekomunikasi modern saat ini. Salah satu aplikasinya adalah wifi. Wifi (Wireless Fidelity) adalah sebuah teknologi terkenal yang memanfaatkan peralatan elektronik untuk bertukar data secara nirkabel (menggunakan gelombang radio) melalui sebuah jaringan komputer, termasuk koneksi Internet berkecepatan tinggi, untuk memberi sebuah koneksi jaringan keseluruh pengguna dalam area di sekitarnya.Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang bangun sebuah  antenna  mikrostrip patch circular linier array  yang dapat digunakan untuk memperkuat sinyal wifi. Antena mikrostrip yang dihasilkan bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dengan perolehan gain = 3,4301 dBi, VSWR = 1,3749 dan pola radiasi unidirectional. Simulasi perencangan antena ini menggunakan  software Ansoft High Frequency Structure Simulator v13. Untuk antena mikrostrip patch circular linier array maka didapatkan hasil parameter-parameternya.
Kata Kunci: Antena Mikrostrip, Wifi, Array, VSWR, Gain.

## I. P ENDAHULUAN
ntena mikrostrip adalah suatu antena konduktor metal  yang  menempel  di  atas groundplane yang  diantaranya  terdapat  bahan  dielektrik. Antena  mikrostrip  terdiri  atas  3  komponen  yaitu: groundplane, substrat , dan patch peradiasi.  Antena mikrostrip  merupakan  salah  satu  antena  gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem  telekomunikasi  modern  saat  ini.  Ada  beberapa macam  konfigurasi  antena array, diantaranya linear, planar, dan circular. Masing-masing  konfigurasi memiliki  keuntungan,  misalnya linear  array memiliki kelebihan  dalam  perhitungan  yang  tidak  terlalu  rumit, sedangkan planar  array memiliki  kelebihan  dalam pengaturan dan pengendalian arah pola radiasi. Penelitian  tentang  perancangan  antenna  pada haringan  wifi  telah  banyak  dilakukan  [1].  Demikian juga  penelitian  tentang  antenna  mikrostrip  sangat banyak  dijumpai  di  literatur.  Mahendra  dkk  meneliti tentang  antenna  bow  tie  pada  aplikasi  ultra  wideband [2]. Penggunaan antenna mikrostrip pada jaringan wifi
telah  banyak  dibahas.  Perancangan  tentang  antena mikrostrip  dua  elemen  patch  berbentuk  segitiga  juga telah  dilakukan  [3].    Pembuatan  antenna  mikrostrip berbentuk lingkaran pada wifi juga telah diselidiki [4]. Perancangan  antenna  mikrostrip  yang  berbentuk  segi empat  juga  telah  dilakukan  [5].  Penelitian  tentang perancangan  antenna  mikrostrip  array  berbentuk circular telah dilakukan oleh [6]. Akan tetapi penerapan antenna mikrostrip array pada wifi masih sangat sedikit.
Pada penelitian ini, akan dibahas tentang perancangan  antena  Mikrostrip patch  circular dengan teknik linier array untuk memperkuat sinyal wifi pada frekuensi  2,4  GHz.  Parameter-parameter  utama  yang akan dianalisis adalah VSWR ( Voltage Standing Wave Ratio ) dan gain .
Organisasi  dari  paper  ini  adalah:    Seksi  II menjelaskan  tentang  model  system  antenna,  Seksi  III membahas perancangan antena mikrostrip cicular linier array. Pada seksi IV membahas tentang hasil pengujian perancangan antenna yang dibuat, selanjutnya Seksi V adalah kesimpulan.
A

## II. M ODEL S ISTEM
Mikrostrip  terdiri  dari  dua  kata,  yaitu mikro (sangat tipis/kecil)    dan    strip    (bilah/potongan).    Antena mikrostrip    dapat  didefinisikan    sebagai    salah    satu jenis    antena    yang    mempunyai    bentuk  seperti bilah/potongan  yang  mempunyai  ukuran  sangat tipis/kecil.  Antena  mikrostrip  bisa  memiliki  berbagai macam  bentuk  seperti  lingkaran,  segitiga,  kotak  atau persegi panjang.

## Gambar. 1.  Bentuk Antena Mikrostrip
Antena  mikrostrip  yang  berbentuk array memiliki beberapa kelebihan dibanding dengan antena mikrostrip konvensional. Kelebihannya yaitu memiliki bandwidth dan gain yang lebih besar. Disamping memiliki kelebi- han,  antena  jenis  ini  juga  memiliki  kelemahan,  yaitu membutuhkan suatu jalur transmisi/pencatu antara ele- men  peradiasi  dan input  connector untuk  mengurangi rugi-rugi  sehingga  mengurangi  efisiensi  antena.  Pada antena array terdapat Array Factor (AF) yang merupa- kan  pengali  dari  medan  elektrik  dari  elemen  tunggal. Array Factor inilah yang menentukan bagaimana pola radiasi  dan  seberapa  besar  tingkat  daya  yang  diradia- sikan oleh antena tersebut.
Antena  mikrostrip  dengan patch  circular memilki performa  yang  sama  dengan  antena  mikrostrip patch segiempat.  Pada  aplikasi  tertentu,  seperti array,  patch circular ini akan menghasilkan keuntungan dibandingkan  dengan patch yang  lainnya.  Antena mikrostrip dengan patch circular ini akan lebih mudah dimodifikasi untuk menghasilkan jarak nilai impedansi, pola  radiasi,  dan  frekuensi  kerja.  Untuk  menganalisis antena  mikrostrip patch  circular ini  banyak  metode yang  telah  digunakan,  termasuk  diantaranya  dengan menggunakan model rongga ( cavity model) .
Rumus  untuk  mencari  nilai  jari-jari patch (a) digunakan persamaan dibawah ini:
(1)
Dimana : a =  panjang jari-jari ( mm ) fr  =  frekuensi kerja antena ( Hz ) r  =  Konstanta dielektrik substrat ( 4,4 )
Definisi  VSWR  adalah  rasio  amplitudo  tegangan maksimum  terhadap  amplitudo  tegangan  minimum dalam pola tegangan berdiri. Fluktuasi level daya yang terjadi  dikarenakan  adanya  ketidaksesuaian  saluran transmisi  dengan  beban.  Besarnya  nilai  VSWR bervariasi  antara  1  sampai  ~  (tak  terhingga).  Semakin tinggi VSWR, semakin besar pula ketidaksesuaian.
Untuk  menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja (f) yang digunakan  untuk  mencari  panjang  gelombang  diruang bebas ( 𝜆 0) :
(2)
Setelah nilai panjang gelombang di ruang bebas ( 𝜆 0) diperoleh,  maka  panjang  gelombang  pada  saluran transmisi ( 𝑙 ) dengan Persamaan berikut ini:
(3) Impedansi karakteristik antena mikrostrip ditentukan dengan Persamaan berikut:
(4)
Dimana : W : Diameter elemen peradiasi (mm).
Salah  satu  pengukuran  yang  penting  untuk menggambarkan  performa  suatu  antena  adalah gain (penguatan). Meski gain antena erat kaitannya dengan directivity , gain adalah pengukuran yang memperhitungkan efisiensi antena maupun keterarahannya.
G(dB)= 10 log 𝐺 (5) 𝐺 = 𝜂 x Dtotal                 (6) Dengan : 𝜂 = efisiensi antena G = gain antena uji ( dB )

## III. P ERANCANGAN
Dalam pemilihan jenis substrate sangat dibutuhkan pengetahuan  tentang  spesfikasi  umum  dari substrate , kualitasnya, ketersediannya, dan yang tidak kalah pent- ing adalah harga atau biaya yang harus dikeluarkan un- tuk mendapatkannya, karena akan mempengaruhi nilai jual ketika akan di buat secara massal untuk dipasarkan.
T ABEL I S PESIFIKASI S UBSTRAT Jenis Substrat FR4 epoxy Konstanta Dielektrik Relatif ( εr ) 4,4
Dieletric Loss Tangent (tan δ) 0,02 Ketebalan Substrat (h) 0,16 cm
60 l ZL W  c o f  
Antena yang akan dirancang pada penelitian ini ada- lah antena mikrostrip dengan frekuensi kerja 2,4 GHz. Untuk perancangan awal dari dimensi antena digunakan perhitungan pada antena mikrostrip dengan patch ber- bentuk lingkaran dengan menggunakan persamaan 2.35 sebagai berikut:
Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati masukan  sebesar  50  Ω.  Untuk  mendapatkan  nilai  im- pedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari salu- ran  pencatu  dilakukan  pengaturan  lebar  dari  saluran dengan menggunakan program Txline 2003 didapatkan panjang saluran pencatu 30 mm dan lebar saluran pen- catu sebesar 3 mm.
Adapun  jarak  antar  elemen  pada  antena  yang dirancang  pada  penelitian  ini  sekitar  seperempat  pan- jang gelombang ( d = λ/4). Jarak antar elemen ini dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal yaitu untuk meningkatkan magnitude hasil simulasi pola ra- diasi  agar  lebih  besar  dari  yang  dihasilkan  pada rancangan elemen tunggal. Adapun jarak antar elemen didapat dari penggunaan persamaan berikut:
Dari Persamaan diatas didapatlah jarak awal antar el- emen adalah 31,25 mm, setelah diketahui jarak antar el- emen hal ini akan memudahkan untuk meletakan posisi elemen  yang  akan  dirancang,  bisa  nanti  diperlukan penyesuaian jarak tiap elemen pada antena tersebut.

## IV. H ASIL P ENGUJIAN
Hasil  Simulasi  Antena  Mikrostrip Patch  Circular Linier Array seperti Gambar 2.
Gambar. 2.  Desain Antena Mikrostrip

## T ABEL 2 H ASIL S IMULASI A NTENA
Parameter Elemen tunggal 2 Elemen VSWR 1,2638 1,3749 Gain (dBi) 1,9519 3,4301
Setelah melakukan penyesuaian jarak antar elemen dilakukan  maka  dapat  dibandingkan  parameter  antena mikrostrip patch circular elemen tunggal dengan antena mikrostrip patch circular 2 elemen dengan teknik linier array seperti pada Tabel 2.
Pengujian Antena Mikrostrip Patch Circular Linier Array menggunakan aplikasi WirelessMon , dilihat data- data access point yang didapatkan dari percobaan di da- lam rumah pada tanggal 10 januari 2017, menggunakan access point hotspot handphone .
Gambar. 3.  Tanpa Menggunakan Antena Mikrostrip
Gambar. 4.  Menggunakan Antena Mikrostrip
Dari  Gambar  3  dan  4  diatas,  didapatkan  bahwa ketika USB wireless adapter dihubungkan dengan an- tena mikrostrip patch circular linier array , access point yang  didapat  lebih  banyak  dibandingkan  tanpa menggunakan antena , ini menandakan bahwa rancangan antena mikrostrip patch circular linier array telah  bekerja  sesuai  dengan  diinginkan.  Selanjutnya akan  dijelaskan  pergerakan  sinyal  yang  diterima menggunakan  antena  mikrostrip patch  circular linier array dan  tanpa  menggunakan  antena.  Adapun access
9
9 8.794 10 10 x a frx r   17.4 a mm  4 c d f  8 9 3 10 4 2, 4 10 31, 25 x d x x d mm
 
point yang akan diambil datanya ialah access point yang berasal dari SHS. Dengan aplikasi WirelessMon dapat dilihat kuat sinyal yang diterima baik menggunakan an- tena mikrostrip maupun tanpa antena.
Dari hasil data yang diperoleh dengan menggunakan software  WirelessMon dapat  dilihat  bahwa  per- bandingan antara antena mikrostrip patch circular linier array dengan tidak menggunakan antena. Semakin ban- yak sinyal yang dapat ditangkap dan semakin jauh jarak jangkauan access point yang dapat dideteksi oleh antena mikrostrip patch circular linier array .
Dari gambar 5 dan 6 diatas didapat besar kekuatan sinyal  tanpa  antena  sebesar  -77  dBm  sedangkan  saat menggunakan  antena  mikrostrip patch circular  linier array sebesar  -70  dBm.  Setelah  mendapat  nilai  level penerimaan sinyal dari kedua antena diatas maka gain antena  dapat  dihitung  menggunakan  Persamaan    se- bagai berikut :
Gambar. 5.  Pengujian Gain Tanpa Menggunakan An- tena Mikrostrip
Gambar. 6.  Pengujian Gain Dengan Menggunakan An- tena  Mikrostrip
Ga (dB) = Pa(dBm) - Ps ( dBm ) + Gs (dBi)
Ga (dB) = -70 - (-77) + 0 Ga(dB) =7 dBi
Dari Persamaan diatas didapat besar gain dari antena mikrostrip patch circular linier array yaitu sebesar 10 dBi.  Nilai  ini  lebih  baik  dibanding  kan  dengan  nilai hasil  simulasi  yaitu  sebesar  3,4  dBi,  hal  ini  bisa  saja
disebabkan faktor lingkungan, proses pembuatan antena mikrostrip ini, namun dari nilai menunjukan bahwa an- tena  yang  dibuat  telah  bekerja  sesuai  dengan  yang  di- inginkan.
Sebelum  mencari  besar  VSWR  harus  mengetahui nilai panjang gelombang di ruang bebas terlebih dahulu, untuk mencari nilai panjang gelombang diruang bebas menggunakan rumus berikut :
Setelah nilai panjang gelombang di ruang bebas ( 𝜆 0) diperoleh, maka  menghitung panjang gelombang pada saluran transmisi ( 𝑙 ) dan menghitung impedansi beban (ZL) berikut ini:
Dari nilai impedansi beban diatas maka dicari besar koefisien refleksi dan hasilnya sebagai berikut ini:
Selanjutnya dari nilai koefisien refleksi diatas maka dicari  VSWR  secara  teori.  Untuk  menghitung  nilai VSWR dapat dicari. Adapun hasilnya sebagai berikut:
Dari nilai diatas diketahui nilai VSWR secara teori didapat  adalah  2,053.  Menurut  hasil  simulasi,  pada proses penyesuaian lebar saluran pencatu mendapatkan nilai VSWR elemen tunggal sebesar 3,3 sampai 1,2 , hal
0 0 102.741 50 102.741 50 0.345 ZL Z ZL Z         8 9 3 10 2.4 10 125 x o x mm    c o f   1 | | 1 | | 1 | 0.345 | 1 | 0.345 | 2.053 VSWR         
2 2 1 2 0 120 90 W I    2 2 2 4(34.8) (3.14) (125) 1.01 3.026  
ini  menandakan  bahwa  secara  teori  nilai  VSWR  yang didapat  cukup  jauh  berbeda  dengan  hasil  simulasi  hal ini dipengaruhi lebar saluran pencatu, panjang saluran pencatu dan jari-jari patch sehingga dalam pembuatan antena mikrostrip ini diperlukan penyesuaian lebar salu- ran  pencatu  dan  panjang  saluran  pencatu  agar mendapatkan  nilai  VSWR  yang  tidak  jauh  berbeda dengan hasil teori.
Adapun  besar gain yang  didapat  dari  antena mikrostrip patch circular  linier  array secara  perhi- tungan  dapat  dicari  menggunakan  persamaan  2.25  na- mun terlebih dahulu harus dicari pengarahan ( directiv- ity ) dari antena  ini.  Untuk mencari directivity dari an- tena  mikrostrip patch circular  linier  array dapat digunakan persamaan berikut:
Dari  nilai 𝐼 1  maka  didapat  dihitung  besarnya  nilai directivity single slot dari  antena mikrostrip ini. Ada- pun  besar  nilai directivity dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan berikut ini:
Setelah  nilai directivity didapat  maka  dapat  dicari nilai directivity susun dengan menggunakan Persamaan 2.13 berikut ini:
Selanjutnya dengan didapatnya nilai directivity total didapatlah besar gain secara  teori. Untuk mencari besar gain dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.25 dan 2.27 berikut ini:
𝐺 = 𝜂 x Dtotal = 60% × 6.052 = 3.63 G(dB)= 10 log 𝐺 = 10 log 3.63 = 5.59 dB
T ABEL 3 P ERBANDINGAN H ASIL T EORI , SIMULASI DAN PENGUJIAN Parameter Perhitungan Teori Hasil  Sim- ulasi Hasil Pen- gujian VSWR 2,053 1,3749 - Gain (dBi) 5,59 3,4301 7
Nilai gain yang  didapatkan  teori  sebesar  5,59  dBi sedangkan  dihasilkan  simulasi  setelah  dilakukan penyesuaian  lebar  saluran  pencatu  antena  mikrostrip adalah 3,4301 dBi dan pada pengujian antena besar gain 7dBi. Perbedaan nilai gain sebesar itu dikarenakan pada simulasi  melalui  penyesuaian  penyesuaian  dimensi patch dan saluran pencatu. Besar nilai gain yang diuji melebihi nilai gain yang disimulasikan maka rancangan antena mikrostrip patch circular linier array ini dapat dikatakan  optimal  karena  nilai gain yang  dihasilkan tersebut telah berjalan dengan baik.

## V. K ESIMPULAN
Pada penelitian ini telah berhasil  dirancang antena mikrostrip patch circular linier array sebagai penguat sinyal wifi. PCB fiberglass epoxy dapat digunakan se- bagai substrate pembuatan antena microstrip . Besarnya Jari-jari patch antena  sangat  mempengaruhi  frekuensi kerja pada antena microstrip patch circular linier array , semakin besar nilai frekuensi maka semakin kecil jari- jari  patch  antena.  Jumlah patch antena array sangat mempengaruhi  nilai gain yang  dihasilkan.  Semakin banyak  jumlah  patch  antena  akan  semakin  besar  gain yang  dihasilkan.  Besarnya  nilai  panjang  pencatu  dan lebar  pencatu  sangat  mempengaruhi  nilai  VSWR,  se- hingga di perlukan penyesuaian lebar dan panjang salu- ran pencatu. Spesifikasi antena mikrostrip patch circu- lar linier array dua elemen terbuat dari bahan PCB fi- berglass epoxy yang memiliki konstanta dielektrik 4.4, memiliki VSWR sebesar 1,3749 dan menghasilkan gain sebesar 7dBi. Perbedaan nilai gain disebabkan berbagai hal  antara  lain  kondisi  lingkungan  tempat  pengujian, human  error ,  serta  ketelitian  dalam  pembuatan. Penelitian selanjutnya akan   divariasi bahan untuk sub- strate dan jumlah array lebih banyak.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Windi Kurnia, 2010, Rancang Bangun Antena 2,4 MHz  Untuk  Jaringan  Wireless-LAN,  Skrpsi,  Uni- versitas Indonesia, Jakarta.
[2] Adhi  Mahendra,  2012,  Perancangan  Antena Microstrip Bow-Tie pada Aplikasi Ultra Wideband, Jurnal  Ilmiah  Elite  Elektro ,  VOL.3,  NO.2,
September 2012: 79-88, Jakarta.
2 2 2 120(34.8) (3.14) 90(125) 1.01   2 2 2 0 1 4 W D I    2 2 3.026 6.052 Dsusun D x   
[3] Darsono  M,  2012,  Rancang  Bangun  Antena  Mi- crostrip Dua Elemen Patch Segitiga Untuk Aplikasi Wireless Fidelity, Jurnal EECCIS VOL. 6, NO. 2,
Desmber, Jakarta.
[4] Iqbal,  M,  2012, Rancang  Bangun  Antena Mikrostrip  Patch  Lingkaran  Untuk  Memperkuat Sinyal Wi-fi, Skripsi, Universitas Harapan, Medan.
[5] Muhammad  Rudy  Hermansyah,  2010,  Rancang Bangun Antena Microstrip Patch Segi Empat Untuk Aplikasi  Wireless-LAN , Skripsi , Universitas  Su- matera Utara, Medan.
[6] Neronzie  Julardi,  2013,  Rancang  Bangun  Antena Mikrostrip  Patch  Circular  (2.45GHZ)  Dengan
Teknik Planar Array Sebagai Penguat Sinyal Wi-fi, Skripsi, Universitas Sumatera Utara, Medan