JTERA (Jurnal Teknologi Rekayasa), Vol. 7, No. 2, Desember 2022, Hal. 181-188 Terakreditasi “ Peringkat 3” oleh Kemenristek/BRIN, Nomor SK: 85/M/KPT/2020 DOI: 10.31544/jtera.v7.i2.2022.181-188
p-ISSN 2548-737X
e-ISSN 2548-8678
Diterima: 28 April 2022; Direvisi: 12 Desember 2022; Disetujui: 27 Desember 2022 JTERA, Vol. 7, No. 2, Desember 2022
Antena Mikrostrip Array untuk Aplikasi Radar Cuaca pada Frekuensi C-Band Menggunakan Metode Defected Ground Structure
Hanny Madiawati # , Asep Barnas Simanjuntak, Enceng Sulaeman, Marsani Shadra Ibnu Hibban Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung, Jl. Gegerkalong Hilir Ds. Ciwaruga, Kabupaten Bandung Barat, Indonesia
# hannymadiawati@polban.ac.id

## Abstrak
Antena mikrostrip telah digunakan pada berbagai macam aplikasi, salah satunya adalah aplikasi radar cuaca. Dalam sistem  radar  diperlukan  antena  yang  memiliki  kehandalan  untuk  memancarkan  dan  menerima  gelombang elektromagnetik.  Antena  yang  banyak  dikembangkan  saat  ini  adalah  antena  berbasis  teknologi  mikrostrip.  Antena mikrostrip memiliki kelebihan yaitu mudah difabrikasi dan mempunyai dimensi yang relatif kecil. Disamping kelebihan tersebut,  antena  ini  memiliki  kelemahan  yaitu bandwidth yang  sempit  dan  nilai gain yang  rendah.  Untuk  mengatasi masalah  tersebut,  pada  penelitian  ini  digunakan  metode Defected  Ground  Structure (DGS)  untuk  meningkatkan bandwidth antena  mikrostrip.  Sedangkan,  solusi  untuk  meningkatkan gain adalah  dengan  menggunakan  teknik pencatuan proximity coupled dan teknik array . Antena ini dibuat menggunakan bahan FR4 dengan konstanta dielektrik 2,64, ketebalan bahan 2 mm, dan tangent loss 0,0019. Penelitian ini menghasilkan antena mikrostrip dengan frekuensi 5261,5-5648,7 MHz, return loss lebih dari 10 dB, gain lebih dari 9 dBi, bandwidth lebih dari 200 MHz, dan pola radiasi unidirectional . Antena ini pun mengalami kenaikan bandwidth sebesar 6,58% dan penurunan nilai gain sebesar 6,86%.
Kata kunci: radar cuaca, antena mikrostrip, Defected Ground Structure (DGS), C-band , proximity coupled

## Abstract
Microstrip antennas have been used in various applications, one of which is weather radar applications. In a radar system, an antenna is needed that has the reliability to transmit and receive electromagnetic waves. Antennas that are currently  being  developed are  antennas  based  on  microstrip  technology.  Microstrip  antennas  have  the  advantage  of being easy to fabricate and have relatively small dimensions. Besides these advantages, this antenna has weaknesses, namely narrow bandwidth and low gain values. To overcome this problem, in this study the Defected Ground Structure (DGS) method was used to increase the bandwidth of microstrip antennas. Meanwhile, the solution to increase the gain is to use a proximity coupled distribution technique and an array technique. This antenna is made using FR4 material with a dielectric constant of 2.64, a material thickness of 2 mm, and a tangent loss of 0.0019. This research produced a microstrip antenna with a frequency of 5261.5-5648.7 MHz, a return loss of more than 10 dB, a gain of more than 9 dBi,  a  bandwidth  of  more  than  200  MHz,  and  a  unidirectional  radiation  pattern.  This  antenna  also  experienced  an increase in bandwidth of 6.58% and a decrease in gain value of 6.86%.
Keywords: weather radar, microstrip antenna, Defected Ground Structure (DGS), C-band, proximity coupled

## I. P ENDAHULUAN
Antena  merupakan  sebuah  perangkat  yang digunakan  untuk  menerima  dan  memancarkan gelombang  radio.  Terdapat  berbagai  macam  jenis antena,  salah  satunya  adalah  antena  mikrostrip. Antena mikrostrip ini adalah salah satu jenis antena yang  mempunyai  kelebihan  diantaranya  mudah difabrikasi dan memiliki dimensi yang relatif kecil.
Namun,  disamping  kelebihan  tersebut  antena  ini memiliki  kelemahan  yaitu bandwidth yang  sempit dan  nilai gain yang  rendah.  Untuk  mengatasi permasalahan bandwidth yang  sempit  pada  antena mikrostrip  maka  digunakanlah  metode Defected Ground  Structure (DGS)  [1]. Sedangkan  untuk mengatasi  permasalahan  nilai gain yang  rendah maka  digunakan  teknik  pencatuan proximity coupled .  Perkembangan  teknologi  yang  semakin
modern telah menjadikan fungsi antena tidak hanya terbatas  pada  komunikasi  suara  saja,  tetapi  juga menjadi jembatan untuk komunikasi data dan radar cuaca. Dengan adanya peringatan dini kondisi cuaca ini maka dampak negatif yang timbul dari keadaan cuaca yang kurang baik dapat dihindari. Pada sistem radar  ini,  antena  berfungsi  untuk  menerima  sinyal elektromagnetik  yang  dipantulkan  saat  mengenai sebuah  objek  [2].  Antena  ini  beroperasi  pada frekuensi C-band yaitu pada band 5250 MHz -5725 MHz berdasarkan rekomendasi ITU-T. Kebanyakan radar  cuaca  yang  diintegrasikan  di  Indonesia beroperasi  pada jalur  C  ( C-band )  alasannya  adalah mempertimbangkan  adanya  perbedaan  kebutuhan tentang  karakteristik  meteorologi  dan  klimatologi yang  cukup  signifikan,  misalnya  kemampuan mendeteksi  cuaca  yang  lebih  baik  terutama  pada partikel-partikel air di dalam awan [3].
Penggunaan antena mikrostrip memiliki kekurangan seperti yang telah  disebutkan sebelumnya yaitu memiliki bandwidth yang sempit dan  karakteristik gain yang  rendah  [4].  Untuk meningkatkan bandwidth dapat  dilakukan  dengan menggunakan  metode  DGS.  Metode  ini  terbukti dapat  meningkatkan bandwidth sebesar  31% menggunakan dumbbell dengan dimensi sembarang dan dapat meningkatkan bandwidth dari 1,044 GHz menjadi  2,18  GHz  atau  sebesar  108,8%  [5]-[6]. Sedangkan  untuk  mendapatkan gain yang  tinggi digunakan  teknik  pencatuan proximity  coupled. Teknik  pencatuan  ini  terbukti  dapat  meningkatkan gain sebesar  52,58%  dari  6,757  dbi  menjadi  10,31 dbi  [7]-[9].  Selain  itu,  untuk  meningkatkan gain dapat  digunakan  pula  teknik array seperti  pada penelitian [10].
Pada  penelitian  ini,  telah  dirancang  dan direalisasikan  sebuah  antena  mikrostrip array dengan  konfigurasi  1x4  yang  disusun  secara  linear dengan  bentuk patch  rectangular dan  digunakan untuk aplikasi radar cuaca dengan frekuensi C-band 5250-5725 MHz. Tujuan dari penelitian ini adalah, pertama,  melakukan  simulasi  mikrostrip patch rectangular  array dengan  konfigurasi  1x4  yang digunakan  untuk  aplikasi  radar  cuaca.  Kedua, melakukan  realisasi  antena  dengan  menggunakan substrat  FR4  yang  memiliki  permitivitas  relatif dielektrik  ( )  2,64  dan  ketebalan  bahan  2  mm. Ketiga,  melakukan  pengujian  parameter  yang  telah ditentukan  sesuai  spesifikasi  dan  melakukan perbandingan  hasil  simulasi  dan  pengukuran  dari hasil yang diperoleh.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Perancangan  antena  dilakukan  dalam  beberapa tahapan yang dimaksudkan agar perancangan dapat
dilaksanakan  secara  sistematis.  Adapun  tahapan perancangan  yang  dilakukan  dapat  ditunjukkan pada Gambar 1.

## A. Perancangan Perangkat Keras
Pada  tahap  ini,  penelitian  diawali  dengan menentukan  spesifikasi  antena  seperti  frekuensi kerja, gain ,  pola  radiasi,  dan bandwidth yang diinginkan.  Spesifikasi  antenna  yang  akan diinginkan  mempunyai  spesifikasi  seperti  pada Tabel  1  dengan  konfigurasi  seperti  ditunjukkan pada  Gambar  2.  Kemudian,  dilakukan  perhitungan dimensi antena mikrostrip. Lalu, setelah perhitungan parameter antena mikrostrip selesai lalu disimulasikan  pada  perangkat  lunak  CST  Studio Suite 2019. Hasi simulasi ini perlu dioptimasi untuk mendapatkan  hasil  yang  paling  optimum.  Jika simulasi  sudah  mendapatkan  hasil  yang  paling optimum,  maka  selanjutnya  antena  akan  direalisasi dan  difabrikasi.  Selanjutnya,  antena  yang  sudah difabrikasi  akan  dianalisis  parameternya,  apakah sudah  memenuhi  spesifikasi  yang  diinginkan  atau belum. Tahapan terakhir adalah dengan melakukan analisa mendalam terhadap perbandingan karakteristik bahan yang digunakan.
Gambar 1. Diagram alir perancangan dan realisasi
antena
Tabel 1.  Spesifikasi antena mikrostrip array Parameter Karakteristik Frekuensi 5250 MHz – 5725 MHz Bandwidth 200 MHz Gain 9 dB Return loss 10 dB Pola radiasi Unidirectional
(a) (b) (c)
Gambar 2. Perancangan antena mikrostrip 1x4 elemen: (a) bagian patch , (b) bagian feed line ,
(c) bagian DGS
Substrat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah FR4 Epoxy. Karakteristik substrat FR4 yang digunakan adalah permitivitas relatif dielektrik ( ) 2,64  dan  ketebalan  dielektrik  (h)  2  mm,  ketebalan konduktor (t) 0,035 mm, dan tangent loss 0,0019.
B. Perhitungan Dimensi Antena
Sebelum  melakukan  proses  simulasi,  dilakukan terlebih  dahulu  proses  perhitungan  mulai  dari dimensi patch , microstrip  line , groundplane ,  dan jarak antar elemen dengan menggunakan persamaan sebagai berikut.
1. Penghitungan besar lambda antena
(1)
2. Penghitungan besar lebar patch antena
√ (2)
3. Penghitungan  besar  konstanta  dielektrik  efektif antenna
[( ) ] (3)
4. Penghitungan besar ΔL antena ⁄ ⁄ (4)
5. Penghitungan besar panjang patch antena
√ (5)
6. Penghitungan besar lebar ground antena
(6) 7. Penghitungan besar nilai panjang ground antena
(7)
8. Penghitungan lebar feed (Wf) (8)
√ ( ) (9)
9. Perhitungan panjang feedline (Lf) (10)
√ (11)
Tabel 2. Dimensi antena hasil perhitungan Parameter Nilai (mm) Lebar Patch (W) 20 Panjang Patch (L)
Lebar Ground (Wg)
Panjang Ground (Lg)
Lebar Feed 50 ohm (Wf)
Lebar Feed 100 ohm (Wf) Lebar Feed 70.7 ohm (Wf) Panjang Feedline 50 ohm (Wf) 7,89 Tebal Substrat (h) 2 Tebal Konduktor (t) 0,035
(a) (b) (c)
Gambar 3. Dimensi antena mikrostrip: (a) bagian patch , (b) bagian feed , (c) bagian ground
Tabel  2  menunjukkan  dimensi  antenna  hasil perhitungan  dan  Gambar  3  menunjukkan  dimensi antena  mikrostrip.  Parameter  yang  diamati  yaitu terdapat bandwidth , return  loss ,  pola  radiasi,  dan gain antena  mikrostrip.  Parameter  tersebut  adalah tolak  ukur  dalam  mengetahui  kinerja antena  sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Simulasi
Berdasarkan  perhitungan  parameter  yang  telah dilakukan pada Tabel 2, maka dirancanglah antena

## Dengan metode DGS Tanpa metode DGS
Gambar 4.  Perbandingan parameter S11 satu patch hasil simulasi
Gambar 5. Gain 1 patch hasil simulasi
mikrostrip  pada  perangkat  lunak  CST  Studio  Suite 2019.  Hasil  dari  rancangan  antena  tersebut  akan dioptimasi  sampai  memenuhi  spesifikasi  teknis yang  sudah  dilampirkan  sebelumnya.  Optimasi  ini bertujuan  untuk  mendapatkan  hasil  yang  terbaik. Hasil  parameter  S11  untuk  antena  1  patch  tanpa menggunakan  metode  DGS  dan  menggunakan metode DGS pada frekuensi 5250-5725 MHz dapat dilihat  pada  Gambar  4  dengan  gain  yang ditampilkan pada Gambar 5.
Dapat  dilihat  pada  Gambar  5,  hasil  simulasi antena  1  patch  dengan  metode  DGS  memperoleh bandwidth sebesar  576,7  MHz,  sedangkan  yang tidak  menggunakan  metode  DGS  mendapati bandwidth 309  MHz.  Hal  ini  membuktikan  bahwa dengan  menggunakan  metode  DGS  dapat memperlebar bandwidth sebesar 186%. Berdasarkan Gambar 6, hasil simulasi menunjukkan antena  1  patch  metode  DGS  ini  diperoleh gain
6,505 dB.
LG = 23 mm WG = 25 mm L = 12.4125 mm W = 13,75 mm Wf = 4 mm Lf = 8 mm Panjang DGS = 10 mm Persegi = 3.8 mm Persegi = 3.8 mm Lebar DGS = 1.043 mm -25 -20 -15 -10 -5 0 1 64 127 190 253 316 379 442 505 568 631 694 757 820 883 946
Gambar 6. Return loss dan bandwidth antena mikrostrip 1x4 hasil simulasi
Gambar 7. Gain elemen hasil simulasi antena mikrostrip 1x4
Pada  hasil  simulasi  antena  mikrostrip  1x4  ini didapat bandwidth sebesar  361,7  MHz  dengan menggunakan  metode  DGS.  Berdasarkan  Gambar 6,  hasil  simulasi  menunjukkan  antena  ini  bekerja pada band 5676,4 – 5314,7 MHz. Nilai return loss yang dihasilkan dalam simulasi antena mikrostrip 4 elemen  ini  adalah  14  dB  pada  frekuensi  5487,5 MHz  seperti  pada  Gambar  6.  Berdasarkan  hasil simulasi  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  7, gain antena mikrostrip 4 elemen diperoleh sebesar 9,663 dB  dan  sudah  memenuhi  spesifikasi  yang diinginkan.

## B. Realisasi dan Pengujian
Setelah  data  simulasi  antena  mikrostrip  1x4 sudah  diperoleh,  langkah  selanjutnya  adalah melakukan  realisasi  antena  dengan  melakukan pencetakan  antena  menggunakan  bahan  FR4  yang memiliki permitivitas relatif dielektrik ( ) 2,64 dan ketebalan dielektrik (h) 2 mm, ketebalan konduktor (t)  0,035  mm,  dan tangent  loss 0,0019.  Parameter yang  diujikan  antara  lain return  loss , gain , bandwidth , dan pola radiasi. Adapun hasil realisasi antena  dapat  dilihat  pada  gambar  8  untuk  tampak depan dan Gambar 9 untuk tampak belakang.
Gambar 8. Antena mikrostrip tampak depan
Gambar 9. Antena mikrostrip tampak belakang
Gambar 10. Return loss hasil simulasi dan pengujian
Gambar 11. Grafik E plane pengukuran dan simulasi -25 -20 -15 -10 -5 0 51 00 51 42 51 80 .5 52 19 52 57 .5 52 96 53 34 .5 53 73 54 11 .5 54 50 54 88 .5 55 27 55 65 .5 56 04 56 42 .5 56 81 57 19 .5 57 58 57 96 .5 R et ur n L oss (d B ) Simulasi Realisasi -60 -40 -20 0 20 0 30 60 90 120 150 180 150 120 90 60 30 E Plane Hasil Simulasi E Plane Hasil Pengukuran
Gambar 12. Grafik H plane pengukuran dan simulasi
Tabel 3. Perbandingan spesifikasi, hasil simulasi, dan
hasil pengujian Parameter  Spesifikasi Hasil simulasi Hasil pengujian Frekuensi (MHz) 5250 MHz – 5725 MHz 5314,7 - 5676,4 MHz 5261,5- 5648,7 MHz Bandwidth (MHz) 200 MHz 361,7 MHz 387,2 MHz Return loss (dB) 10 dB 14,89 dB 19,74 dB Gain (dB) 9 dB 9,663 dB 9 dB
Gambar  10  menunjukkan  perbandingan return loss hasil  simulasi  dan  hasil  pengukuran  dimana band frekuensi  pengukuran  yang  diperoleh  adalah 5261,5-5648,7  MHz  dengan bandwidth yang didapat  sebesar  387,2  MHz.  Sedangkan  secara simulasi  didapat  band  frekuensi  5314,7-5676,4 MHz  dan  didapat bandwidth sebsar  361,7  MHz. Dari  hasil  perbandingan  pengukuran  dan  simulasi tersebut  diperoleh  kenaikan bandwidth sebesar 6,585% dan terjadi pergeseran band frekuensi.  Hal ini  dapat  terjadi  karena  perbedaan  nilai pada simulasi  dan  pengukuran.  Hasil  pengujian  pola radiasi  ditunjukkan  pada  Gambar  11  dan  Gambar 12.  Gambar  11  adalah  bentuk  merupakan  bentuk pola  radiasi  dalam  bidang-E  (elevasi)  dan  Gambar 12  merupakan  bentuk  pola  radiasi  dalam  bidang-H (azimuth).  Pola  radiasi  yang  dihasilkan  adalah unidirectional yang  dapat  dilihat  dari  pola  radiasi terkuatnya  hanya  ada  pada  satu  arah main  lobe . Diperoleh  HPBW  secara  simulasi  35,2 pada bidang-H  dan  84,4 pada  bidang-E.  Terdapat penurunan nilai gain yaitu sebesar 6,861%. Tabel 3 menunjukan  hasil  perbandingan  antara  spesifikasi yang  perlu  dicapai,  hasil  simulasi,  dan  hasil
pengujian.  Berdasarkan  hasil  perbandingan  yang disajikan pada Tabel 3 didapat bahwa baik simulasi maupun  pengukuran  diperoleh  parameter  antena yang sesuai dengan spesifikasi.

## IV. K ESIMPULAN
Penelitian  ini  telah  berhasil  melakukan  desain dan  realisasi  antena  mikrostrip  1x4  pada  frekuensi C- band dengan  menggunakan  metode  DGS  untuk aplikasi  radar  cuaca.  Pada  hasil  simulasi  satu elemen  didapat bandwidth sebesar  576,7  MHz, sedangkan  yang  tidak  menggunakan  metode  DGS mendapati bandwidth 309  MHz.  Hal  ini membuktikan bahwa dengan menggunakan  metode DGS dapat memperlebar bandwidth sebesar 186 %. Pada  hasil  pengukuran  setelah  antena  dicetak didapat bandwidth sebesar  387,2  MHz  dan  pada simulasi  didapat bandwidth 361,7  MHz.  Dari  hasil perbandingan  pengukuran  dan  simulasi  tersebut diperoleh  kenaikan bandwidth sebesar  6,585%. Selanjutnya diperoleh nilai gain pada hasil simulasi antena mikrostrip 1x4 sebesar 9,663 dB sedangkan pada pengukuran didapat hasil 9 dB. Maka didapat penurunan  nilai  gain  sebesar  6,86%.  Untuk parameter  pola  radiasi  baik  simulasi  dan pengukuran  sudah  mendapati  hasil  yang  sesuai dengan spesifikasi yaitu unidirectional . Saran untuk penelitian selanjutnya adalah menggunakan metode lain seperti slot untuk memperlebar bandwidth .

## R EFERENSI
[1]   M.  P.  Supriadi,  N.  Madhatillah,  and  H.  Ludiyati, “ Pengaruh  Defected  Ground  Structure  (DGS) Geometri  Vertikal  terhadap  Antena  Mikrostrip Berbahan Material  Dielektrik Artifisial, ” Prosiding The  12th  Industrial  Research  Workshop  and National Seminar , Bandung, 2021.
[2]   R.  Rufaidah,  A.  A.  Pramudita,  and  R.  Anwar, “ Perancangan  Antena  Mikrostrip  Array  Pada Frekuensi X-Band Untuk Aplikasi Radar Cuaca, ” e- Proceeding of Engineering , vol. 7, pp. 3830, 2020.
[3]   A.  Prakasa  and  F.  D.  Utami, “ Sistem  Informasi Radar  Cuaca  Terintegrasi  BMKG, ” Journal  of Telecommunication,  Electronics,  and  Control Engineering (JTECE),  vol.  1,  no.  2,  pp.  78-87, 2019.
[4]   Z.  L. Patriana, “ Desain  Defected Ground Structure (DGS)  Bentuk  Spiral  Untuk  Memperbaiki Karakteristik  Radiasi  Antena  Susun  Patch  Persegi Pencatuan  Tunggal, ” Jurnal  Online  Mahasiswa (JOM) Bidang Teknik , 2018.
[5]   H.  Junas, “ Meningkatkan  Bandwidth  Antena Mikrostrip  Bentuk  Lingkaran  Untuk  Aplikasi Antena  5G  Dengan  Menggunakan  Metode  DGS, ”
-20 -10 0 10 0 30 60 90 120 150 180 150 120 90 60 30 H Plane Hasil Simulasi H Plane Hasil Pengukuran
Seminar  Nasional  Inovasi,  Teknologi  dan  Aplikasi (SeNITiA), 2018.
[6]   V.  M.  Belekar,  P.  Mukherji,  and  M.  Pote,
“ Improved  Microstrip  Patch  Antenna  with Enhanced  Bandwidth,  Efficiency  and  Reduced Return Loss Using DGS ,” International Conference on  Wireless  Communications,  Signal  Processing and Networking (WISPNET) , pp. 2471-2464, 2017.
[7]   A.  A.  C.  Kristiono  and  N.  Yus, “ Perancangan Antena  Mikrostrip  Rectangled  Dengan  Teknik Pencatuan  Proximity  Coupled  Pada  Frekuensi  3.8 GHz, ” eJournal Mahasiswa Akademi Telkom , 2020.
[8]   N.  Aulia  and  Elisma, “ Desain  Antena  Mikrostrip Array  2x4  Dengan  Teknik  Pencatuan  Proximity
Coupled  Untuk  Aplikasi  5G  Pada  Frekuensi  2,6 GHz, ” Prosiding  The  12th  Industrial  Research Workshop and National Seminar , 2021.
[9]   S.  Debora, “ Analisis  perbandingan  antena mikrostrip  pencatu  feedline  dan  proximity  coupled pada  frekuensi  2,4-2,5, ” Undergraduate  Thesis , Institut Teknologi Telkom Purwokerto, 2017.
[10]  B. P.  A.  Mahatmanto and C.  Apriono, “ High  Gain 4x4  Microstrip  Rectangular  Patch  Array  Antenna for  C-Band  Satellite  Applications ,” 2020  FORTEI- International Conference on Electrical Engineering (FORTEI-ICEE) , pp. 125-129, 2020.