## Perancangan Antena Mikrostrip Array Linear Fleksibel pada Frekuensi UHF 2,35 GHz
Griffani Megiyanto Rahmatullah 1 , Riana Rika Khoeriyah 2
1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jenderal Achmad Yani Jl. Terusan Jenderal Sudirman, Cimahi 40285, Indonesia
2 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga, Bandung, Indonesia megiyanto.doc@gmail.com

## Abstrak
Komunikasi  merupakan  sebuah  cara  agar  manusia  dapat  melakukan  pertukaran  infomasi.  Manusia  melakukan komunikasi  dapat  menggunakan  sistem  yang  dibuat  dengan  menggunakan  berbagai  media,  seperti  gelombang  radio. Salah satu implementasinya adalah penggunaan antena sebagai alat komunikasi menggunakan gelombang radio. Antena dengan sifat fleksibel, memiliki massa yang ringan, dan menghasilkan gain maksimum menjadi sebuah opsi sebagai alat komunikasi. Penelitian ini bertujuan untuk merancang antena mikrostrip array linear fleksibel 4 elemen untuk aplikasi komunikasi radio yang bekerja pada frekuensi 2,35 GHz. Antena tersebut berjenis mikrostrip dengan material substrat berbahan rubber yang  memiliki  konstanta  dielektrik  3  dan  material patch berbahan copper dengan  konduktivitas sebesar 59,6 × 106 S/m. Hasil simulasi perancangan yang telah dilakukan  menunjukkan antena bekerja pada frekuensi 2,35  GHz  dan  memiliki  nilai  VSWR  <  1,19  dan  nilai  S11  =  -21,17  dB.  Pola  radiasi  yang  didapatkan  cenderung membentuk  pola  unidireksional  dan  polariasi  berjenis  elips.  Berdasarkan  hasil  uji  tersebut,  maka  antena  dapat direalisasikan sebagai alat komunikasi antara pengirim dan penerima yang dapat bekerja pada frekuensi 2,35 GHz.
Kata kunci: antena, mikrostrip, VSWR, array linear

## Abstract
Communication is a way for humans to exchange information. Humans communicate can use a system created using various media, such as radio waves. One of the implementations is the use of antennas as communication devices using radio  waves.  Antenna,  with a  flexible  nature, has  a  light mass,  and produces  maximum  gain becomes  an  option as  a communication  tool.  This  study  aims  to  design  a  4  elements  flexible  linear  microstrip  array  antenna  for  radio communication  applications  that  work  at  a  frequency  of  2.35  GHz.  The  antenna  is  a  microstrip  type  with  substrate material made of rubber which has a dielectric constant of 3 and a patch material made of copper with a conductivity of 59.6 × 106 S / m. The results of the design simulation that has been done show the antenna works at a frequency of 2.35 GHz and has a VSWR value of <1.19 and the value of S11 =  -21.17 dB. Radiation patterns obtained tend to form unidirectional patterns and elliptical type variations. Based on the results of these tests, the antenna can be realized as a means of communication between the sender and receiver that can work at a frequency of 2.35 GHz.
Keywords: antenna, microstrip, VSWR, array linear

## I. P ENDAHULUAN
Komunikasi merupakan penyampaian dan penerimaan  informasi  yang  dibutuhkan  bagi  setiap orang.  Salah  satu  penggunaan  komunikasi  yaitu pertukaran  informasi  untuk  pengirim  pesan  atau penerima  pesan.  Untuk  melakukan  hal  tersebut, dibutuhkan  sebuah  alat  komunikasi  yang  dapat bekerja  dan  dapat  digunakan  dengan  mudah  oleh manusia. Contoh implementasinya yaitu penggunaan handphone dengan  memanfaatkan
antena sebagai alat pancar gelombang elektromagnetik.  Antenna  tersebut  didesain  untuk bekerja  pada  nilai  frekuensi  tertentu  dengan  syarat bahwa  pengirim  ataupun  penerima  menyesuaikan terhadap  nilai  frekuensi  yang  ditentukan.  Hal tersebut  menunjukkan  antena  menjadi  salah  satu komponen penting pada sebuah alat komunikasi.
Beberapa bentuk antena yaitu berupa antena grid , antena yagi ,  antena parabolic ,  dan  antena mikrostrip.  Khusus  antena  mikrostrip,  antena tersebut memiliki desain minimum dan massa yang
ringan  sehingga  mudah  untuk  diimplementasikan pada  sebuah  alat  yang  bersifat mobile [1]. Walaupun  memiliki  desain  yang  minimum,  namun antena  mikrostrip  dapat  memiliki  performa  yang cukup baik dengan desain yang telah ditentukan.
Penelitian  sebelumnya  menggunakan  antena mikrostrip  yaitu  realisasi  4  buah  antena  mikrostrip dengan masing-masing elemennya berjumlah 1, 2, 4, dan  8  berbentuk  segi  empat  dengan  metode planar dalam  penyusunan  elemen  serta  menggunakan material FR4 [2]. FR4 memiliki daya serap air yang rendah  serta  didukung  isolasi  terhadap  suhu  panas. Penelitian  kedua  yaitu  realisasi  menggunakan material FR4 dan jenis patch berbentuk segi empat serta berelemen tunggal dan bekerja pada frekuensi 2,4  GHz  [3].  Penelitian  lainnya  yaitu  realisasi antena  dengan  frekuensi  kerja  1.575  MHz menggunakan  material  antena  berbahan  FR4  dan bentuk patch berupa  segi  empat  yang  terdiri  dari  4 buah  elemen  disusun  secara planar [4].  Beberapa penelitian  tersebut  menunjukkan  bahwa  antena mikrostrip  dapat  diandalkan  untuk  bekerja  sesuai dengan frekuensi yang diinginkan.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Antena  mikrostrip  merupakan  salah  satu  jenis antena  yang  memiliki  dimensi  berukuran  kecil sehingga  mudah  digunakan  dan  fleksibel.  Antena mikrostrip  pada  dasarnya  memiliki  empat  bagian dasar  yang  terdiri  atas  elemen  peradiasi  ( patch ), substrat  dielektrik,  saluran  transmisi,  dan  bidang pentanahan ( ground plane ).

## A. Karakteristik
Antena  mikrostrip  mempunyai  tiga  bagian  dasar seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Karakteristik antena  mikrostrip  terdiri  dari patch , substrate ,  dan ground  plane . Patch merupakan  bagian  yang berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik.  Bagian  ini  terdiri  dari  lapisan konduktor. Substrate merupakan  bahan  dielektrik yang  membatasi  elemen patch dengan  elemen ground  plane . Ground  plane berfungsi  sebagai pembumian bagi sistem antena mikrostrip.
Gambar 1. Karakteristik antena mikrostrip

## B. Parameter Antena
Terdapat  6  parameter  antena  sebagai  acuan mengenai  kinerja  dari  antena  mikrostrip  yang dirancang  dan  beberapa  dari  parameter  tersebut saling  berhubungan  satu  sama  lain.  Parameter tersebut  yaitu  pola  radiasi,  impedansi  masukan, Voltage  Standing  Wave  Ratio (VSWR), gain , bandwidth , dan return loss .
Pola  radiasi  didefinisikan  sebagai  gambaran pancaran atau penerimaan sinyal suatu antena yang dinyatakan  dalam  fungsi  sudut.  Bentuk  umum  pola radiasi antena dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2(a)  menunjukkan  bentuk  pola  radiasi  antena  pada sistem  koordinat  tiga  dimensi,  sedangkan  Gambar 2(b)  menunjukkan  bentuk  pola  radiasi  dalam koordinat polar (sudut).
Impedansi masukan suatu antena adalah impedansi  pada  terminal.  Antena  lain  atau  obyek yang berdekatan dapat mempengaruhi nilai impedansi masukan suatu antena. Impedansi antena terdiri  dari  bagian  riil  dan  imajiner  yang  dapat dinyatakan dengan
(1)
dengan:
= impedansi input (Ω) = tahanan input (Ω) = reaktansi input (Ω)
VSWR  adalah  perbandingan  antara  gelombang berdiri  ( standing  wave )  maksimum  (V max )  dengan gelombang  berdiri  minimum  (V min ).  Terdapat  dua komponen  gelombang  tegangan  pada  saluran transmisi,  yaitu  tegangan  yang  dikirimkan ( ) . dan tegangan yang direfleksikan ( ) . Perbandingan  antara  kedua  tegangan  tersebut dinamakan koefisien refleksi tegangan
(2)
(a) (b)
Gambar 2. Pola radiasi antenna: (a) pola medan, (b) pola daya
dengan adalah  impedansi  saluran losses dan adalah  impedansi  beban  ( load ).  Koefisien  refleksi tegangan memiliki  nilai  kompleks,  yang mempresentasikan  besarnya magnitude dan  fasa dari  refleksi.  Rumus  untuk  mencari  nilai  VSWR adalah
(3)
VSWR  yang  ideal  memiliki  nilai  1,  artinya  semua daya  yang  diradiasikan  antena  pemancar  diterima oleh  antena  penerima  ( match ).  Semakin  besar  nilai VSWR yang ditunjukkan, maka hal itu menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar juga dan semakin tidak match [1].
Gain merupakan besaran nilai yang menunjukkan  adanya  penambahan  tingkat  sinyal dari  sinyal  masukan  menjadi  sinyal  keluaran. Gain bergantung pada keterarahan dan efisiensi [1]. Pada Gambar  3  ditunjukkan  hubungan  antara gain dan directivity antena.
Bandwidth dari  suatu  antena  adalah  suatu rentang  frekuensi  ketika  antena  dapat  beroperasi dengan  kinerja  yang  baik. Bandwidth antena  dapat diukur berdasarkan hubungan antara SWR terhadap frekuensi  atau  menggunakan  hubungan gain terhadap  frekuensi  sebagaimana  pada  Gambar  4. Karakteristik gain dan  frekuensi  ini  sangat  penting karena antena yang memiliki gain yang tinggi akan memiliki bandwidth yang sempit.
Gambar 3. Gain dan directivity antena
(a) (b)
Gambar 4. Bandwidth antena: (a) Hubungan dengan SWR (b) Hubungan dengan gain
Return  loss merupakan  perbandingan  antara amplitudo  dari  gelombang  yang  direfleksikan terhadap  amplitudo  gelombang  yang  dikirimkan. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas  antara  saluran  transmisi  dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang  mikro  yang  memiliki  diskontinuitas, besarnya return  loss bervariasi  tergantung  dari frekuensi.
| | (4)
Return  loss yang  baik  memiliki  nilai  diatas  10  dB, artinya  antena  memiliki  nilai  gelombang  yang direfleksikan  tidak  terlalu  besar  dibandingkan dengan  gelombang  yang  dikirimkan  serta  dapat dikatakan bahwa saluran transmisi sudah matching . Return loss menjadi salah satu acuan atau parameter untuk menentukan frekuensi kerja sebuah antena.

## C. Perancangan
Antena  dirancang  berdasarkan  desain  umum yang berbentuk rectangular patch [5]. Perancangan antena dilakukan dengan menghitung beberapa nilai pendukung berdasarkan desain antena yang dirancang  pada  Gambar  5.  Untuk  mengetahui  nilai dimensi  antenna,  seperti  lebar  (W)  dan  panjang patch (L),  maka  harus  mengetahui  terlebih  dahulu beberapa  karakteristik  material  yang  digunakan seperti  halnya  tebal  dielektrik  (h),  tebal  konduktor (t),  konstanta  dielektrik  (ɛ r ),  dan  rugi-rugi  bahan. Lebar patch dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut
√ (5)
Gambar 5. Desain antena mikrostrip 1 elemen
dengan parameter yaitu:
W = lebar konduktor (m) ɛ r = konstanta dielektrik
c = kecepatan cahaya diruang bebas (3×108) (m/s) f r
= frekuensi kerja antena (Hz)
Untuk  mencari  panjang patch ,  maka  dibutuhkan nilai  konstanta  dielektrik  relatif  (ɛ reff )  untuk menentukan  pertambahan  panjang  akibat  dari fringing  effect [3].  Berikutnya  dilanjutkan  mencari nilai  panjang patch (L)  berdasarkan  hubungan dengan  nilai  panjang patch efektif  (L eff ).  Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut.
* + (6)
( )( ) ( )( ) (7) √ (8) = L eff − (9)
dengan parameter sebagai berikut. ɛ reff = konstanta dielektrik relatif
h = tebal dielektrik (m)
w = lebar patch (m) L = pertambahan Panjang (m)
L eff = panjang efektif (m) L
= panjang patch (m)
Penentuan  nilai  lebar  dan  panjang patch menggunakan  rumus  (5)  sampai  dengan  rumus  (9). Nilai  yang  didapatkan  yaitu  lebar patch 45,13  mm dan  panjang patch 36,17  mm.  Selanjutnya  yaitu menentukan lebar saluran (W f ) dan panjang saluran (L f ) menggunakan rumus sebagai berikut.
[ −   −   (   −  ) (  (  −  )        − ) ] (10)
√ ( ) (11)
√ (12)
dengan parameter sebagai berikut.
W f = lebar saluran (m)
L f
= panjang saluran (m) h = tebal patch (m)
Z 0 = impedansi masukan ( Ω)
Berdasarkan  rumus  (10)  sampai  dengan  (12),  nilai lebar  saluran  yang  didapatkan  ditunjukkan  pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil perhitungan lebar dan panjang saluran
Impedansi masukan (Ω) Lebar (mm) Panjang  (mm) 50 5,03 20,53 70,7 2,8 20,95 100 1,34 21,37
Perhitungan  dengan  saluran  pencatu  70,7  Ω dilakukan  untuk array linear 2  elemen  yang berbentuk  T  ( T-Junction ).  Konfigurasi  tersebut dinamakan parallel  feed yaitu  dengan  2  buah saluran  mikrostrip  50  Ω  dan  70,7  Ω.  Perhitungan dengan  saluran  pencatu  100  Ω  dilakukan  untuk array  linear 4  elemen.  Penggunaan  konsep  yang sama pula berlaku menggunakan saluran T-Junction dengan  nilai  100  Ω.  Maka,  dalam  perancangan  4 elemen, antena yang digunakan yaitu 3 buah saluran mikrostrip yang  memiliki impedansi 50 Ω, 70,7 Ω, dan 100 Ω.
Hal  berikutnya  adalah  melakukan  perhitungan pencatuan inset . Pencatuan inset merupakan turunan dari  pencatuan  mikrostrip line .  Hal  yang  berbeda yaitu  terlihat  pada  hubungan  antara patch antena dengan catuannya yang terlihat sedikit menjorok ke arah patch antena  mikrostrip  tersebut.  Tujuan  dari pemotongan patch yaitu  membentuk  pencatuan inset agar  menyamakan  antara  impedansi feed  line dengan patch sehingga  tidak  perlu  penambahan elemen  lain.  Perhitungan  pencatuan inset dapat menggunakan rumus sebagai berikut.
( ) (13) ( ) (14)
(  − ) (     ) ( ) (15) dengan parameter sebagai berikut. W = lebar patch (m) y 0 = inset feed
= panjang gelombang di ruang hampa Berdasarkan rumus (13) sampai dengan (15), maka perhitungan inset feed didapatkan nilai 13,68 mm.
Hal  berikutnya  adalah  perhitungan  lebar  dan panjang ground plane untuk 1 elemen dan 4 elemen. Perhitungan  terakhir  yaitu  menghitung  jarak  antar elemen. Kedua hal tersebut dilakukan menggunakan rumus sebagai berikut.
(16)
(17)
(18)
Gambar 6. Desain antena mikrostrip 4 elemen
dengan parameter sebagai berikut. Lg = panjang sisi minimum ground plane (m) Wg   = lebar sisi minimum ground plane (m)
L = panjang patch persegi (m)
W = lebar patch persegi (m) h = tebal patch (m) d = jarak antar elemen λ 0 = panjang gelombang di ruang hampa Hasil yang didapatkan yaitu panjang ground plane 1 elemen  antena  Lg  =  62,70  mm  dan  lebar ground plane untuk  1  elemen  antena  Wg  =  57,13  mm. Untuk  panjang ground  plane 4  elemen  sebesar 101,24  mm  dan  lebar  sebesar  244,63  mm.  Jarak antar elemen didapatkan dengan nilai 63,83 mm.
Nilai-nilai  tersebut  yang  telah  dihitung  menjadi sebuah  nilai  untuk  antena  mikrostrip  4  elemen seperti ditunjukkan pada Gambar 6.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pengujian  dilakukan  dengan  cara  menguji terlebih dahulu rancangan 1 elemen terlebih dahulu untuk memastikan bahwa frekuensi yang diharapkan akan bekerja dengan dimensi yang telah dihitung.  Pengujian  disimulasikan  menggunakan perangkat  lunak  CST  Studio.  Apabila  hasil  sesuai dengan yang diharapkan maka dilanjutkan pengujian  berikutnya  dengan  rancangan  antena array 2  elemen  dilengkapi  dengan T-junction . Berikutnya,  melanjutkan  pengujian  rancangan dengan  antena array 4  elemen  dan  memastikan semua  kriteria  yang  diinginkan  terpenuhi.  Apabila nilai  yang  didapatkan  tidak  sesuai,  maka  dilakukan optimasi  dengan  cara  mengatur  nilai  panjang  dan
lebar patch agar  didapatkan  frekuensi  kerja  yang diinginkan.
Hasil  pengujian  dengan  optimasi  pengurangan nilai  lebar patch 1  elemen  sebesar  8,25  mm menghasilkan  frekuensi  kerja  yang  diukur  yaitu 2,35  GHz.  Nilai  S11  atau return  loss didapatkan yaitu  sekitar  -21,17  dB.  Nilai  tersebut  bila  dilihat secara matematis adalah 21,17 dB. Nilai return loss dapat dikatakan baik karena nilai tersebut lebih dari 16  dB  [6]. Return  loss yang  diuji  seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
Nilai  VSWR  hasil  pengujian  didapatkan  yaitu  - 1,19  dan  secara  matematis  nilainya  adalah  1,19. VSWR  yang  ideal  yaitu  bernilai  1  memiliki  arti bahwa  seluruh  daya  yang  diradiasikan  telah diterima  oleh  antena  penerima.  Dengan  demikian, semakin  mendekati  nilai  1  maka  nilai  VSWR dikatakan  lebih  baik.  Hasil  pengujian  VSWR ditunjukkan pada Gambar 8.
Berikutnya,  hasil  pola  radiasi  2  bidang  yaitu bidang  elevasi  dan  bidang  azimuth  ditunjukkan pada Gambar 9.

## IV. K ESIMPULAN
Perancangan  antenna  mikrostrip array  linear pada  frekuensi  2,35  GHz  telah  berhasil  dilakukan. Hasil  perhitungan  dan  analisa  simulasi  antena rancangan  menunjukkan  nilai  yang  sesuai  dengan nilai yang diharapkan dengan optimasi pengurangan lebar patch sebesar  8,25  mm.  Antena  bekerja  pada frekuensi 2,35 GHz, nilai return loss sebesar 21,17 dB, dan nilai VSWR sebesar 1,19. Polarisasi antena yang  dihasilkan  yaitu  unidireksional  dan  linier. Hasil  rancangan  yang  telah  disimulasikan  dapat direalisasikan  dan  luaran  yang  didapatkan  adalah antena yang dapat bekerja pada frekuensi 2,35 GHz.
Gambar 7. Grafik S-Parameter (S11) antena 4 elemen
Gambar 8. Grafik VSWR antena 4 elemen
(a) (b)
Gambar 9. Pola radiasi antena: (a) bidang elevasi (b) bidang azimuth

## R EFERENSI
[1] R.  D.  Cahyo,  Y.  Christiyono,  and  I.  Santoso, “Rancang  Bangun  Antena  Mikrostrip  Patch Segiempat Pada Frekuensi 2,4 GHz Dengan Metode Pencatuan Inset,” Universitas Diponegoro, Semarang, 2012.
[2] M. N. Silalahi and  A. H.  Rambe,  “Analisis  Antena Mikrostrip  Patch  Segiempat  Dengan  Teknik  Planar Array,” Universitas Sumatera Utara, Medan, 2013.
[3] D.  Pasaribu  and  A.  H.  Rambe,  “Rancang  Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat pada Frekuensi
2,4  GHz  degan  Metode  Pencatuan  Inset,” Universitas Sumatera Utara, Medan, 2014.
[4] E. A. Dahlan, “Perencanaan dan Pembuatan Antena Mikrostrip  Array  2x2  Pada  Frekuensi  1575  MHz,” Universitas Brawijaya, Malang, 2009.
[5] K. R. Carver and J. W. Mink, “Microstrip  Antenna Technology,” IEEE    Transactions    On    Antennas And  Propagation , vol. AP-29, no. 1, 1981.
[6] D.  Deslandes  and  K.  Wu,  “Millimeter-  Wave Substrate  Integrated  Waveguide  Filter,”  in Canadian  Conference  on  Electrical  and  Computer Engineering , Canada, 2003.