JTERA (Jurnal Teknologi Rekayasa), Vol. 7, No. 2, Desember 2022, Hal. 281-288 Terakreditasi “ Peringkat 3” oleh Kemenristek/BRIN, Nomor SK: 85/M/KPT/2020 DOI: 10.31544/jtera.v7.i2.2022.281-288
p-ISSN 2548-737X e-ISSN 2548-8678

## Antena Susun Linier Mikrostrip 8 Elemen dengan Pencatuan Coaxial Probe pada Frekuensi 2,4 GHz
Asep Barnas Simanjuntak # , Ananda Imee Amelinda , Hanny Madiawati, Ferry Satria Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga, Kabupaten Bandung Barat 40559, Indonesia
# asep.barnas@polban.ac.id

## Abstrak
Teknologi  komunikasi wireless sangat  dibutuhkan  seiring  dengan  bertambahnya  pengguna  internet  yang  semakin meningkat. Salah satu teknologi yang dapat mendukung komunikasi wireless untuk mengakses internet adalah WLAN ( Wireless Local Area Network ) yang bekerja pada daerah frekuensi UHF ( Ultra High Frequency ) 2,4 GHz. Untuk itu dibutuhkan  sebuah  perangkat  antena.  Antena  mikrostrip  yang  merupakan  antena  dengan  masa  yang  ringan,  mudah dipabrikasi,  dan  memiliki  perfoma  yang  baik.  Performa  antena  dipengaruhi  beberapa  faktor,  dua  diantaranya  adalah jumlah elemen dan teknik pencatuan yang digunakan. Pada penelitian ini telah direalisasikan antena mikrostrip array 8 elemen susunan linier untuk meningkatkan directivity dengan pencatuan coaxial probe untuk direktivitas dan bandwidth yang diinginkan. Antena dirancang untuk bekerja pada frekuensi 2,4-2,4835 GHz dengan spresifikasi bandwidth lebih dari 100 MHz dan directivity lebih dari 13 dB. Dari hasil pengukuran, antena  mikrostrip 8 elemen dengan pencatuan coaxial probe bekerja pada range frekuensi 2,392-2,502 GHz dengan bandwidth 110 MHz dan directivity 16,12 dB.
Kata kunci: antena mikrostrip, antena susun, coaxial probe , WLAN

## Abstract
Wireless  communication  technology  is  needed  along  with  the  increasing  number  of  internet  users.  One  of  the technologies that can support wireless communication to access the internet is WLAN (Wireless Local Area Network) which  operates  in  the  UHF  (Ultra  High  Frequency)  2.4  GHz  frequency  area.  For  that  we  need  an  antenna  device. Microstrip antenna which is an antenna with a light mass, easy to manufacture, and has good performance. Antenna performance is influenced by several factors, two of which are the number of elements and the feeding technique used. In  this  research,  an  8-element  linear  array  microstrip  array  antenna  has  been  realized  to  increase  directivity  by distributing coaxial probes for the desired directivity and bandwidth. The antenna is designed to work at a frequency of 2.4-2.4835 GHz with a bandwidth specification of more than 100 MHz and a directivity of more than 13 dB. From the measurement  results,  the  8-element  microstrip  antenna  with  coaxial  probe  feeding  works  in  the  frequency  range  of 2.392-2.502 GHz with a bandwidth of 110 MHz and a directivity of 16.12 dB.
Keywords: microstrip antenna, array antenna, coaxial probe, WLAN

## I. P ENDAHULUAN
Berdasarkan data dari Internet World Stats, pada Juni  2021  terdapat  212,354,070  pengguna  internet di  Indonesia  atau  76,84%  dari  jumlah  penduduk, sedangkan  berdasarkan  data  dari  Internet  World Stats, pada Juni 2021 terdapat 2,7 miliar pengguna internet di Asia atau sebesar 53,4% penduduk Asia merupakan pengguna internet [1]. WLAN ( Wireless Local  Area  Network )  merupakan  salah  satu teknologi  yang  dapat  mendukung  komunikasi
wireless untuk  mengakses  internet.  Antena merupakan  bagian  dari  sistem wireless untuk menerima  gelombang  elektromagnetik  menuju ruang bebas dan menerimanya dari ruang bebas.
Antena  yang  banyak  digunakan  saat  ini  adalah antena mikrostrip karena antena memiliki berbagai fitur seperti ringan, mudah difabrikasi, dan bersifat mobile [3].  Performa  dari  antena  mikrostrip dipengaruhi  oleh  beberapa  faktor,  diantaranya adalah  jumlah  elemen  dan  teknik  pencatuan  yang digunakan [4].
Untuk  memperoleh  direktivitas  ( gain )  yang tinggi  dilakukan  dengan  merancang  antena  susun ( array ) [5]. Tipikal direktivitas untuk sebuah antena mikrostrip  rektangular  adalah  sekitar  5–6  dB  [2]. Dengan  demikian  direktivitas  untuk  antena  susun linier  8  elemen  adalah  9  dB  relatif  terhadap direktifitas  elemen  tunggal  tersebut  yaitu  sekitar 14–15 dB. Beberapa penelitian untuk antena susun 8  elemen  ini  mendapatkan  nilai  direktivitas  14,96 dB [6] dan 14,9 dB [7], serta direktivitas 15 dB [8].
Selain  jumlah  elemen,  teknik  pencatuan  yang digunakan  juga  berpengaruh  pada  performa bandwidth dari  suatu  antena.  Untuk  mengetahui hasil  realisasi  antena  dengan  teknik  pencatuan coaxial  probe maka  pada  penelitian  ini  digunakan teknik pencatuan coaxial probe pada antena dengan 8  elemen.  Pada  teknik  pencatuan  ini  saluran pencatu  ditempatkan  pada  lapisan  subtrat  yang berada di belakang patch antena. Teknik pencatuan coaxial  probe dapat  menghasilkan  nilai bandwidth yang  lebih  baik  dibandingkan  pencatuan  lain  [9], [10].
Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka dirancang  dan  simulasikan  antena  8  elemen  yang disusun  secara side-by-side dengan  teknik pencatuan coaxial  probel .  Setelah  diperoleh  nilai optimasi, antena susun ini direalisasikan. Penelitian ini  bertujuan  untuk  memperoleh  direktivitas  yang cukup tinggi dan bandwidth yang cukup lebar.

## II. M ETODE P ENELITIAN

## A. Perancangan dan Simulasi Antena Mikrostrip
Proses  perancangan  antena  dilakukan  dengan melalui  beberapa  tahapan.  Setelah  ditentukan frekuensi kerja antena, substrat, dan jenis pencatuan yang akan digunaka, dilakukan perhitungan dimensi antena. Perhitungan dilakukan untuk dimensi patch , dimensi  saluran  pencatu,  dimensi gorund ,  serta dimensi  substrat.  Frekuensi  kerja  antena  yang diinginkan  adalah  pada  rentang  frekuensi  2,400  – 2,4835  GHz,  serta  digunakan  subtrat  jenis  FR-4 yang  memiliki  ketebalan  ( h )  1,6  mm  dan permitivitas relative ( 𝜀 r ) 4,4. Jenis teknik pencatuan yang  digunakan  adalah coaxial  probe .  Adapun spesifikasi  antena  mikrostrip array ini  diberikan pada Tabel 1.
Setelah  ditentukan  dimensi  untuk  masing- masing  bagian  antena,  kemudian  dilakukan simulasi. perancangan antena ini sendiri dilakukan sebanyak  4  kali  untuk  tiap  jenis  pencatuan  yang digunakan.  Pada  setiap  perancangan  dilakukan iterasi  dimensi  antena  untuk  mendapatkan spesifikasi  parameter  yang  diharapkan.  Adapun diagram  alir  perancangan  digambarkan  pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram alir perancangan dan realisasi antena
Tabel 1. Spesifikasi antena mikrostrip array Parameter Nilai Frekuensi (GHz) 2,4 – 2,4835 Bandwidth (MHz) ≥ 100 MHz Directivity (dB) ≥ 13 dB Pola radiasi Unidireksional Tabel 2. Parameter antena mikrostrip Parameter Nilai Frekuensi kerja (fr) 2,44 GHz Permitivitas relatif ( 𝜀 r ) 4,4 Tebal substrat 1,6 mm

## B. Perhitungan Dimensi Awal Antena
Untuk  melakukan  perhitungan  dimensi  antena diperlukan  beberapa  data,  antara  lain  yaitu frekuensi  kerja  ( f r ),  permitivitas  relative  ( 𝜀 r ),  dan tebal  substrat  ( h ).  Data-data  tersebut  dipaparkan pada  Tabel  2.  Perhitungan  untuk  mendapatkan dimensi  antena  mikrostrip  diuraikan  sebagai berikut [2]:
Lebar ( ) dan panjang ( ) patch √ (1) √ (2)
𝜀 ( ) (3) (4)
dimana adalah  kecepatan cahaya  di  ruang  bebas, frekuensi  kerja, merupakan  pertambahan  panjang  elektrik  akibat fringing effect , dan permitivitas dari substrat, dan tebal substrat.
Lebar saluran pencatu
*          (      ) + [  ( ) ]
(5)
√ (6)
dimana adalah  impedansi  saluran  pencatu elemen antena mikrostrip.
Tabel 3. Dimensi antena hasil perhitungan Parameter Nilai (mm) Keterangan W p 34,5 Lebar patch L p 27 Panjang patch W g 453 Lebar ground plane L g 79,1 Panjang ground plane Wf 50 3,4 Lebar feedline 50Ω Lf 50 13 Panjang feedline 50Ω Wf 100 1,7 Lebar feedline 100Ω Lf 100 17,6 Panjang feedline 100Ω Wf 70 3 Lebar feedline 70Ω Lf 70 11 Panjang feedline 70Ω Y 0 8 Titik catuan D 24 Jarak antar elemen
Lebar dan panjang dari ground dan substrat
(7) (8)

## C. Perancangan Antena Mikrostrip
Hasil  perhitungan  dimensi patch satu  elemen dan  dimensi  antena  susun  ditampilkan  pada  Tabel 3.  Gambar  2  merupakan  gambar  hasil  rancangan antena susun linier delapan elemen untuk pencatuan coaxial  probe .  Jumlah  elemen  8  buah  ditentukan untuk memperoleh direktivitas relatif terhadap direktivitas  satu  elemen  mikrostrip,  sehingga diharapkan  bisa  memperoleh  direktivitas  total Kontruksi  antena  susun  ini  terdiri  dari lapisan elemen terdiri dari 8 patch , lapisan substrat di  antara  lapisan patch dan  lapisan  rangkaian pencatu, dan lapisan ground plane . Rangkaian  pencatu  memberikan input ke delapan elemen patch dengan bobot amplitudo dan fasa yang sama sehingga menghasilkan pola radiasi broadside unidireksional.  Dari  perancangan  ini diinginkan lebar band ( bandwidth ) lebih besar dari 100  MHz.  Secara  teori  diharapkan  direktivitas antena susun ini sebesar sekitar .

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Simulasi
Simulasi  dilakukan  sebelum  realisasi  untuk melihat parameter yang dihasilkan. Parameter dasar yang disimulasikan dalam sebuah antena adalah S- parameter  dan  pola  radiasi.  S-parameter  mencakup rentang frekuensi dan bandwidth antena, sedangkan
(a) (b) (c)
Gambar 2. Antena susun 8 elemen coaxial probe : (a) susunan patch , (b) layer pencatu, (c) ground plane
Gambar 3. S-parameter antena 8 elemen coaxial probe hasil simulasi
pola  radiasi  mencakup  pula  direktivitas.  Hasil simulasi  S-parameter  dan  pola  radiasi  setelah dilakukan proses optimasi masing-masing diperlihatkan  pada  Gambar  3,  Gambar  4  dan Gambar 5.
Dari  Gambar  3  dapat  dilihat  antena  susun  ini memiliki return  loss lebih  besar  dari  10  dB  pada rentang  frekuensi  dari  2,2966  –  2,5028  GHz. Kondisi  ini  sudah  mencakup  sepesifikasi  yang diinginkan  yaitu  pada  rentang  frekuensi  2,400  – 2,4835 GHz.
Demikian  pula  berdasarkan  hasil  simulasi  pola radiasi,  antena  susun  linier  delapan  elemen  ini
memperlihatkan  bentuk  radiasi  seperti  yang diharapkan  berdasarkan  teori.    Pola  radiasi  tiga dimensi  ini  berbentuk  pipih  (Gambar  4)  dengan beamwidth  pada  bidang  magnetik  (H-plane)  yang sempit, sedangkan  beamwidth  pada  bidang elektrik  (E-plane) relatif  mendekati  harga ideal  untuk  satu  elemen  (Tabel-4).  Bentuk  pola radiasi  hasil  simulasi  pada  bidang  elektrik  dan magnetik  ini  diperlihatkan  pada  Gambar  5.  Dari hasil simulasi ini direktivitas yang diperoleh adalah 14,46 dB.
Gambar 3. Directivity antena 8 elemen coaxial probe hasil simulasi (a) E- Plane
(b) H- Plane
Gambar 4. Pola Radiasi antenna 8 elemen coaxial probe hasil simulasi
Tabel 4. Parameter antena 8 elemen coaxial probe hasil simulasi Parameter 8 elemen Rentang frekuensi (GHz) 2,296-2,50 Bandwidth (MHz) 206,2 Directivity (dB) 14,46 HPBW E-Plane (deg.) 76,2 HPBW H-Plane (deg.) 14

## B. Realisasi dan Pengujian
Setelah  memperoleh  data  parameter  antena elemen  berdasarkan  perhitungan  dan  simulasi, kemudian  dilakukan  pencetakan  dan  pabrikasi antena dan selanjutnya dilakukan pengukuran untuk mengetahui  parameter-parameter  yaitu  rentang frekuensi  kerja, bandwidth ,  pola  radiasi,  dan HPBW.  Hasil  realisasi  antena  terpadat  pada Gambar 6 untuk pencatuan coaxial probe . Gambar 7  menunjukkan  S-parameter  hasil  pengukuran antena  dengan coaxial  probe . Band frekuensi antenna coaxial probe diperoleh 2,392 – 2,502 GHz dengan bandwidth 110 MHz.
Gambar 6. Antena mikrostrip 8 elemen coaxial probe tampak depan dan belakang
Gambar 7. S-parameter hasil pengukuran
Gambar 8. Perbandingan S-parameter coaxial probe hasil simulasi dan pengukuran
Berdasarkan  hasil  pengukuran  ini,  antena  yang dibuat sudah memenuhi spesifikasi bandwidth yang telah ditentukan yaitu lebih besar dari 100 MHz dan mencakup  rentang  frekuensi  kerja  antara  2400  – 2486  MHz  untuk  sistem  WLAN.  Gambar-8 memperlihatkan  perbandingan  S-parameter  antena susun  8  elemen  linier  hasil  simulasi  dan pengukuran.
Pola radiasi pada bidang magnetik (Hplane) dan pada  bidang  elektrik  (E-plane)  hasil  pengukuran masing-masing  diperlihatkan  Gambar  9  dan Gambar 10.
Berdasarkan  hasil  pengukuran  diperoleh  harga HPBW  pada  bidang-H  dan  HPBW  pada  bidang-E masing-masing adalah dan . Dalam hal ini  HPBW  pada  bidang-H  berharga  rendah, sedangkan HPBW pada bidang-E relatif mendekati
Gambar 9. Pola radiasi H- plane antena 8 elemen coaxial probe hasil pengukuran
Gambar 10. Pola radiasi E- plane antena 8 elemen coaxial probe hasil pengukuran
harga teori.  Besarnya  direktivitas hasil pengukuran adalah  16,12  dB.  Harga  ini  lebih  besar  dari spesifikasi yang ditetapkan yaitu lebih besar dari 13 dB. Parameter-parameter hasil pengukuran diberikan pada Tabel 5.
Perbandingan antara pola radiasi pada bidang-H dan  pola  radiasi  pada  bidang-E  hasil  simulasi  dan hasil  pengukuran  diperlihatkan  pada  Gambar  5(a), Gambar  5(b),  Gambar  8,  dan  Gambar  9.  Pola radiasi  bidang-H  hasil  simulasi  pada  Gambar  5(a) relatif mirip dengan hasil pengukuran pada Gambar 8.  Demikian  pula  pola  radiasi  bidang-E  hasil simulasi  pada  Gambar  5(b)  relatif  mirip  dengan hasil pengukuran pada Gambar 9.

## IV. K ESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  dilakukan  perancangan  dan simulasi  antena  susun  linier  side-by-side  8  elemen dengan pencatuan coaxial probe . Hasil simulasi dan
Tabel 5. Parameter antena hasil pengukuran
Parameter Coaxial probe Band frekuensi (GHz) 2,392 – 2,502 Bandwidth (MHz) 110 Directivity (dB) 16,12 HPBW E-Plane (deg.) 80,12 HPBW H-Plane (deg.) 24,8
hasil  pengukuran  S-parameter  dan  pola  radiasi, beamwidth  pada  bidang-H  dan  bidang-E  serta direktivitas  memperlihatkan  besaran  yang  sesuai dengan teori dan spesifikasi yang ditetapkan.  Hasil simulasi  dan  pengukuran  untuk  S-parameter menghasilkan  rentang  frekuensi  dan  bandwidth yang  mencakup  sistem  WLAN  yaitu  2,4  –  2,486 GHz.  Hasil  simulasi  dan  pengukuran  pola  radiasi menunjukkan  bentuk  pola  radiasi  unidireksional dengan beamwidh pada bidang-H  yang sempit dan bidang-E  yang  reltif  tetap  sesuai  dengan  teori. Demikian  pula  hasil  simulasi  dan  pengukuran memperoleh harga yang lebih besar dari direktivitas berdasarkan  perhitungan  teori.  Dengan  demikian penelitian  rancang  bangun  antena  susun  linier  ini telah berhasil dilaksanakan.
Untuk  penelitian  selanjutnya  akan  dilakukan rancang  bangun  antena  susun  kolinier  dengan jumlah  elemen  yang  sama  untuk  melihat  dan membandingkannya  dengan  parameter  pada penelitian  yang  telah  berhasil  diselesaikan khususnya  pada  pola  radiasi  pada  bidang-E  dan bidang-H.

## R EFERENSI
[1]   https://www.internetworldstats.com/stats3.htm
[2]   C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc, 2005.
[3] I. U. V. S. Simanjuntak, and A. I. Rosadi. "Rancang Bangung Antena Mikrostrip Rectangular Patch Dual Array Pada Frekuensi 2, 4 Ghz." Jurnal TEKNOKRIS Vol.24, No.1 .2021.
[4]  R.  Rufaidah,  A.A.  Pramudita,  and  R.  Anwar. Perancangan  Antena  Mikrostrip  Array  Pada Frekuensi  X-band  Untuk  Aplikasi  Radar  Cuaca. eProceedings of Engineering, 7(2). 2020.
[5]  S. Alam, I.Sujarti, L.Sari and J, Tanuwijaya. Antena Mikrostrip  Array  8x2  Elemen  untuk  Aplikasi  Radio Gelombang  Mikro.  ELKOMIKA:  Jurnal  Teknik Energi  Elektrik,  Teknik  Telekomunikasi,  &  Teknik Elektronika, Vol.9, No.2, p.293.2021.
[6]   K. V. Kishore, V. Kumar and P. Srinivasulu, "Design of Spacing 8-Element Microstrip Patch Antenna Linear Array for
Wind Profiling Radar
," 2nd  International  Conference  on  Emerging Technology  Trends  in  Electronics,  Communication and Networking, 2014.
[7]   S.  Aksimsek,  "Development  of  a  Millimeter  Wave
Eight-Element Phased Array Antenna for 5G Mobile Communications," European  Journal  of  Science , Issue 29, pp. 323-326, December 2021.
[8]   H.  Madiawati  and  A.  B.  Simanjuntak,  "Antena Mikrostrip  Rektangular  Array  4x2  Elemen  dengan Metode  Inset  Feed  pada  Frekuensi  3.5  GHz  untuk Aplikasi  5G," Jurnal  Teknologi  Rekayasa ,  Vol.6, No.2, Desember 2021, Hal. 175-182.
[9]   S.  D.  Hossain,  Rita,  S.  M.  Adam,  K.  M.  Abdus
Sobanan,  R.  Malik,  and  F.  Hossain,  "Design  of  a wide  bandwidth  and  high  efficiency  circularly polarized  microstrip  patch  antenna  using  coaxial feeding  technique," Microwave  and  Optical Technonogy Letters, August 2019.
[10]  L.  Lawrance  and  M.  Kanagasabai,  “Bandwidth Enhanced Grid Array Antenna for UWB Automative Radar Sensors,” IEEE Transactions on Antennas and
Propagation, September 2015.