## SIMULASI DAN ANALISIS ANTENA UWB TRISULA 2,4 GHz MENGGUNAKAN ANSOFT HFSS 13
Elta Sonalitha 1) , Andry Fakhrurizal 2) , Chotib Alwan 3) , Busro Akramul 4) , Subhan Zamroni 5) . 1 Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Merdeka Malang email: elta.sonalitha@unmer.ac.id
2 Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Merdeka Malang email: andry.fakhrurizal@outlook.com
3 Fakultas Teknik Elektro, Universitas Brawijaya Malang email: omahkusiip@yahoo.com
4 Fakultas Teknik, Prodi Teknik Informatika, Universitas Islam Madura email: busro.umam@ gmail.com
5 Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Raden Rahmat Malang email: admin@uniradenrahat.ac.id

## Abstract
Simulating  trident-shaped  UWB  antenna  using  Ansoft  software  13.  HFSS simulation  was  conducted  to  determine  the  parameters  -  the  antenna  parameters, namely  :  VSWR,  return  loss  and  axial  ratio.  After  the  simulation  is  done  and  the results of the measurements parameters - the parameters of the antenna, it will be described  as  well  like  creating  /  fabricating  antenna  using  a  simple  manner. Antennas are already in - fabrication will certainly be able to was measured using a measuring instrument that is in fact, not a simulation.
Keywords : Trisula Antenna, Ansoft HFSS 13,  VSWR, return loss,  Axial ratio

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  dewasa  ini  telah membawa    perubahan    pada  manusia    dalam berbagai    aspek    kehidupan,    mulai    dari konsumsi  sehari-hari, sampai pada pemanfaatan teknologi untuk commercial. Namun hal penting yang  menjadi    pandangan    utama    dalam pemanfaatan    teknologi    ini    adalah    bahwa kemudahan  akan    didapatkan    dalam    aktivitas hidup manusia.  Sebagai  contoh, perkembangan teknologi  telekomunikasi  membuat  manusia tidak perlu berpergian jauh untuk menyampaikan pesan,  perkembangan  teknologi  dalam  bidang wireless  memungkinkan  penghantaran    signal dalam    jarak  jauh,  perkembangan  teknologi elektronika  memungkinkan  dibuatnya  ATM yang    merupakan    fasilitas    untuk  mengambil uang  tanpa  harus  khawatir hilang  ketika  uang itu    selalu    dibawa.  Satelit,  antena,  dan  lain sebagainya.
Bermacam    perbedaan    frekuensi    yang dipergunakan    ini  dapat    di    atasi  dengan perancangan    antena    yang  memiliki    banyak frekuensi, atau biasa disebut multiband/wideband antenna  yang  di  kenal  dengan  antena  UWB (Ultra  Wideband  Antenna).  Dan  salah  satu  jenis antena  yang  mudah  dibuat,  dan  memiliki    cost
yang    relatif    kecil    untuk    perancangannya adalah  dengan menggunakan antena mikrostrip.
Untuk    membuat    suatu    antena    mikrostrip dapat  bekerja  pada  bermacam-macam aplikasi adalah    dengan    membuatnya    menghasilkan lebih  dari  satu  frekuensi resonansi,  atau  yang biasa  disebut  antena multiband.
Ada    3    teknik  yang    umumnya  digunakan untuk    mendapatkan    antena  multiband,  yakni dengan teknik  Orthogonal mode Dual frequency Patch    Antenna,    Multi  patch  Dual  Frequency Antenna,  dan  Reactively  loaded  Patch  Antenna. Salah  satu  cara  dalam  teknik    Reactively  loaded Patch    Antenna    adalah    dengan    penggunaan slot  untuk menghasilkan antena multiband.
Dalam  pembuatan  makalah  ini  kami  akan merancang sebuah antena mikrostip multiband/Ultra Wideband yang dapat menerima salah  satunya  adalah  frekuensi  WIFI  yaitu  2.4 Ghz  dengan  menggunakan  Ansoft  13.0.  Dan dianalisa  VSWR  atau  Return  Lossnya  harus memenuhi  kriteria  yaitu  VSWRnya  lebih  dari  1 dan  kurang  dari  2  dan  Return  Lossnua  Kurang dari -10dB.

## Konsep Dasar Antena
Salah  satu  bagian  penting  dari  suatu  stasiun radio adalah antena. Antena adalah transformator atau  struktur  transisi  antara  antena  gelombang terbimbing (saluran transmisi) dengan gelombang  ruang  bebas  atau  sebaliknya,  ia adalah sebatang logam yang berfungsi menerima getaran listrik dari transmitter dan memancarkannya  sebagai  gelombang    radio.  Ia berfungsi  pula  sebaliknya      ialah  menampung gelombang      radio  dan  meneruskan    gelombang listrik ke receiver.
Secara  umum,  antena  dibedakan  menjadi antena  isotropis,  antena  omnidirectional,  antena directional,  antena  phase  array,  antena  optimal dan  antena  adaptif.  Antena  isotropis  (isotropic) merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke  segala  arah  dengan  intensitas  yang  sama, seperti  permukaan  bola.  Antena  ini  tidak  ada dalam  kenyataan  dan  hanya  digunakan  sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa struktur antena yang lebih kompleks.
Antena omnidirectional adalah
antena
yang memancarkan  daya  ke  segala  arah,  dan  bentuk pola  radiasinya  digambarkan  seperti  bentuk donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena ini  ada  dalam  kenyataan,  dan  dalam  pengukuran sering  digunakan  sebagai  pembanding  terhadap antena  yang  lebih  kompleks.  Contoh  antena  ini adalah antena dipole setengah panjang gelombang.
Antena  directional  merupakan  antena  yang memancarkan daya ke arah tertentu. Gain antena ini relatif lebih besar dari antena omnidirectional. Contoh,  suatu  antena  dengan  gain  10  dBi (kadang-kadang  dinyatakan  dengan  “dBic”  atau disingkat  “dB”  saja).  Artinya  antena  ini  pada arah  tertentu  memancarkan  daya  10  dB  lebih besar  dibanding  dengan  antena  isotropis.  Ketiga jenis  antena  di  atas  merupakan  antena  tunggal, dan  bentuk  pola  radiasinya  tidak  dapat  berubah tanpa  merubah  fisik  antena  atau  memutar  secara mekanik  dari  fisik  antena.  informasi  ini diharapkan  akan  tercipta  sebuah  efisiensi  dan efektifias kerja.

## Scattering Parameter Antena
Kinerja suatu antena dapat dilihat dari parameter antena. Parameter-parameter antena yang biasanya  digunakan  untuk  menganalisis  suatu antena  adalah  Voltage  Wave  Standing  Ratio (VSWR), return loss dan axial ratio.

## Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo  standing  wave  maksimum  (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (T), yaitu :
di  mana  ZL  adalah  impedansi  beban  (load)  dan Z0  adalah  impedansi  saluran  lossless.  Koefisien refleksi  tegangan  (T)  memiliki  nilai  kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa  dari  refleksi.  Untuk  beberapa  kasus  yang sederhana,  ketika  nilai  imajiner  adalah  nol, maka:
a. T=-1  :  refleksi  negatif  maksimum,  ketika saluran terhubung singkat
b. T=0: tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna.
c. T=+1:  refleksi  positif  maksimum,  ketika saluran dalam rangkaian terbuka.
Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah :
Kondisi  yang  paling  baik  adalah  ketika  VSWR bernilai  1  (S=1)  yang  berarti  tidak  ada  refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna.  Namun  kondisi  ini  pada  praktiknya sulit  untuk  didapatkan.  Oleh  karena  itu,  nilai standar  VSWR  yang  diijinkan  untuk  fabrikasi antena adalah VSWR≤2.

## Return Loss
Return  loss  adalah  perbandingan  antara amplitudo  dari  gelombang  yang  direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan.
Return  loss  dapat  terjadi  karena  adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi  masukan  beban  (antena).  Pada rangkaian  gelombang  mikro  yang  memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi seperti yang ditunjukkan oleh :
Nilai dari return loss yang baik adalah di bawah - 9,54  dB,  nilai  ini  diperoleh  dari  nilai  VSWR yaitu antara 1 ≤ VSWR ≤ 2.  Nilai parameter ini menjadi  salah  satu  acuan  untuk  melihat  apakah antena  sudah  dapat  bekerja  pada  frekuensi  yang diharapkan atau tidak.

## Axial Ratio
Nilai  axial  ratio  menentukan  polarisasi sebuah antena. Axial ratio merupakan perbandingan antara Emayor dan Eminor. Untuk circular  polarization,  perbandingan  nilai  antara Emayor dan Eminor tidak boleh lebih besar dari 3  dB.  Sehingga  batasan  toleransi  axial  ratio dalam dB mempunyai circular polarization antara 0 < AR(dB) ≤ 3. Untuk  nilai axial ratio ≤ 3 dB maka antena memiliki circular polarization.

## Bandwidth
Bandwidth  merupakan    rentang    frekuensi kerja    antena    yang    terbentuk  setelah terpenuhinya  karakteristik  antena  yang  didesain. Bandwidth    dinyatakan    sebagai    perbandingan antara    frekuensi    atas    dan  frekuensi    bawah dalam    level    yang    dapat    diterima.    Nilai bandwidth dapat dicari dengan persamaan :
BW = Bandwidth
Fh   = Frekuensi tertinggi dalam Band
Fl    = Frekuensi terendah dalam Band
Fc   = Frekuensi tengah dalam Band

## Antena Mikrostrip
Antena  mikrostrip  merupakan  antena  yang berbentuk  papan  (board)  tipis  dan  mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Secara fisik  antena  ini  terlihat  sederhana  karena  hanya berupa  lempengan  semacam  PCB  yang  cukup dikenal dalam dunia elektronika.
Dalam  bentuknya  yang  paling  dasar,  sebuah antena  mikrostrip  terdiri  dari  sebuah  bidang (patch)  memancar  salah  satu  sisi  lapisan (substrate) dielektrik yang memiliki bidang dasar (ground plane) di sisi lain.
Gambar 1 Bagian-bagian Antena Mikrostrip
Keuntungan dan kekurangan Antena

## Mikrostrip
Bentuk  yang  sederhana  dan  ketebalan subtract  yang  hanya  berukuran  millimeter memudahkan  antena  ini  untuk  dimontasikan hamper pada seluruh tempat. Dan kekurangannya adalah  gain  yang  di  capai  sangat  kecilsekitar  6 dBi, mempunyai bandwidth yang kecil dan hanya bias  memancarkan  sinyal  dengan  daya  yang relative kecil maksimal 100 Watt.

## 2. HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan dan Simulasi Antena Mikrostrip
Membuat Port
Langkah pertama dalam membuat antena adalah  membuat  port.  Port  terdiri  dari  Core, Cladding dan Jaket. Seperti pada gambar 2
Gambar 2 Pembuatan Port
1. Untuk  Core  dan  Cladding  buat  Cylinder kemudian tetntukan posisinya dan radiusnya.
Dan gunakan utilitas subtract untuk memotong/memberi  lubang  pada  bagian tertentu  dan  matrial  dari  port  gunakan  gold, cladding gunakan tefflon.
2. Jaket buat dengan Box dan Cylinder lalu lalu sesuaikan  posisinya  dan  subtract  dengan yang  lainagar  tidak  intersect  kemunian gabungkan box dan cylinder tersebut, matrial untuk jaket adalah cooper.
3. Buat  lumped  port  dengan  circle,  tentukan paosisinya lalu exsitationnya dengan impedansi  50  Omh  buat  dengan  menarik garis dari tepi circle ke tengah.
Gambar 3. Lumped Port
Membuat Substrat, Patch dan GroundPlane
1. Substrat  dibuat  dengan  menggunakan  box atur  posisinya,  ketebalan  dan  materialnya adalah  FR-4  epoxy  dengan  permitifitas relative ɛr = 4.4.
2. Membuat  Patch  segitiga  sama  sisi  sebanyak 3  buah  dan  feed  line  atau  saluran  transmisi dari Patch menuju ke Port dengan menggunakan rectangle kemudian atur posisinya lalu digabung (unity).
3. Membuat  groundplane  pada  sisi  lainya dengan  menggunakan  rectangle  juga  lalu diatur posisinya dan digabungkan.
4. Patch, Saluran transmisi dan Groundplane di Perfect E.
5. Buat  Box  dengan  matrial  udara  tentukan posisinya  dan  ukuranya  juga  lalu  di  beri
Radiasi Infinite Sphere.
Gambar 4. Substrat dan Patch Gambar 5. Groundplane
Hasil Perancangan Antena
Gambar 6. Antena tampak depan
Gambar 7. Antena tampak belakang
Sebelum  kita  analisa  model  antena  kita  buat setup  untuk  analisa  dengan  solusi  frekuensinya 2.4 GHz dan maksimum delta s adalah 0.02, kita buat sweep analisis  dengan sweep  tipe interpolasi,  start  1  GHz,  stop  10  GHz,  step  size 0.1  GHz  dan  error  toleransi  0.1,  kemudian  di validasi  kalau  tidak  ada  error  kita  lanjutkan dengan analyze all.

## Gambar 8. Check Validasi Analyze

## Melihat hasil simulasi
Untuk  melihat  hasil  simulasi  dilakukan dengan  memilih  HFSS  Design  →  Result  → Create  Modal  Solution  Data  Report  →
Rectangular Plot (VSWR
dan S- Parameter/Return Loss). HFSS Design → Result → Create Far Fields Report → Rectangular Plot (Axial Ratio).

## Data analisa hasil simulasi antena
1. Nilai Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Dari  uji  analisa  yang  telah  dilakukan maka  di  dapat  nilai  VSWRnya  sebagai berikut.
Gambar 9. Grafik nilai VSWR Tabel 1 X = VSWR, Y = Frekuensi Name X Y m1 23000 1.8404 m2 24000 1.7357 m3 25000 1.6602 m4 27000 1.8229 m5 30000 2.0051
Nilai  VSWR  yang  baik  adalah  sama dengan  1.  Hal  ini  sangat  sulit  di  dapat. Untuk  praktek,  nilai  standar  VSWR  adalah kurang  dari  sama  dengan  2  (VSWR  ≤  2). Dari hasil analisis VSWR diatas bias dilihat bahwa  antena  tersebut  termasuk  antena UWB  bias  menerima  lebih  dari  satu frekuensi. Dan pada frekuensi 2.4 mendapat VSWR  1.7357  artinya  antena  ini  bias digunakan  menangkap  frekuensi WIFI  yaitu 2,4 GHz.
2. Nilai Return Loss (LR)
Dari  hasil  analisa di  dapat nilai  sebagai berikut.
Gambar 10. Grafik Return Loss
Tabel 2 Frekuensi dan Return Loss Frequensi [GHz] dB(S) 2.3 -10.5781 2.4 -11.4075 2.5 -12.1045 2.6 -12.2816 3. Pola Radiation Pola radiasi sirkular dengan  π = 0°, dan α =
0°.
Gambar 11. Pola Radiasi Sirkular
Pola radiasi dengan axial ratio π = 0°, dan α = 0°.
Gambar 12. Pola Radiasi Axial Ratio
4. Bandwith
Dari rumus perhitungan bandwith diatas tadi, maka di dapat nilai sebagai berikut.
Untuk frekuensi wifi f l = 2.3 dan f h = 2.7 f c = 2.5 adalah 0.2

## Proses Fabrikasi Antena
Setelah simulasi dan analisis dilakukan maka diperoleh hasil sesuai dengan yang kita harapkan, proses  selanjutnya  adalah  proses  fabrikasi  atau pembuatan antena bentuk dimensi fisiknya sesuai dengan  gambar  desain  yang  sudah  dibuat.  Salah satu  tujuan  dari  fabrikasi  ini  adalah  untuk membandingkan  pengukuran  antena  yang  sudah difabrikasi dengan hasil dari simulasi.
Ada  beberapa  cara  yang  yang  dapat dilakukan  untuk  pembuatan  fabrikasi  antena mikrostrip  ini,  salah  satunya  yang  digunakan disini  adalah  dengan  cara  manual  seperti pembuatan  PCB  untuk  peralatan  elektronik lainnya.  Cara  ini  digunakan  karena  hanya  untuk membuat  fabrikasi  dalam  jumlah  sedikit  (1-5 buah fabrikasi), kalau untuk produksi massal kita tidak  bisa  menggunakan  cara  ini.  Untuk keperluan pengujian kita bisa menggunakan cara manual ini.
Beberapa  tahapan  fabrikasi  antena  mikrostrip trisula  dengan  cara  manual  seperti  yang
dimaksudkan diatas tadi adalah sebagai berikut :
1. Persiapan bahan dan alat.
2. Menggambar  desain  antena  sesuai  dengan ukuran sebenarnya.
3. Menggambar pada bahan.
4. Melakukan etching.
5. Finishing.
Berikut tahapan yang sudah disebutkan seperti diatas,  maka  dapat  dibuat  bentuk  flowchartnya untuk fabrikasi antena.
START GAMBAR ANTENNA PADA SOFTWARE EAGLE DESAIN ANTENNA TRISULA CETAK HASIL DESAIN CETAK HASIL DESAIN = DIMENSI DESAIN? SABLON HASIL CETAK PADA PCB PERIKSA PERMUKAAN PCB YANG DI SABLON END ETCHING FINISHING TIDAK YA YA TIDAK
Gambar 13. Flowchart Fabrikasi Antena
Setelah  melalui  beberapa  tahapan  proses fabrikasi  tadi,  maka  hasil  dari  fabrikasi  antena dapat dilihat pada gambar berikut.

## Gambar 14. Hasil Antena

## 3 KESIMPULAN
Dari  hasil  analisa  dari  ansoft  menunjukan bahwa untena UWB diatas bias digunakan untuk menerima  dari  frekuensi  wifi  2.4  GHz.  Karena hasil dari analisis pada frekuensi 2.4 GHz adalah sebagai berikut:
1. Frekuensi kerja 2 -10 GHz
2. Pada frekuensi 2.4 GHz
a. VSWR  nya  adalah  1.7357  (< dari 2)
b. RL  adalah    -11.4075 (<  dari  -10 dBi) Antena  di  atas  bisa  digunakan  untuk menerima frekuensi wifi, yang pada perkembangannya dapat digunakan pada aplikasi RFID yang menggunakan perangkat telekomunikasi  yang  bekerja  pada  frekuensi  2,4
GHz.

## 4. REFERENSI
[1]   Balanis,  Constantine,  2005. Antena Theory  Analysis  and  Design Third
Edition. Canada:  John Wiley  &  Sons, Inc
[2]   R.Best  ,Dr.Steven,1998. Antena  Properties and  Their  Impact  on  Wireless  System Perfomance. Manchester : Cushcraft Corporation