## Perancangan Antena Printed Monopole Patch Elips dengan Konfigurasi EMA dan EMB untuk Pembaca RFID pada Frekuensi UHF
Fransiska Melathi Cahyaningtyas 1 , Eva Yovita Dwi Utami 2 , Andreas Ardian Febrianto 3 1,2,3 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
1 612015032@student.uksw.edu, 2 eva.utami@uksw.edu, 3 andreas.febrianto@uksw.edu

## Abstrak
Pada penelitian ini dirancang antena mikrostrip printed monopole patch elips konfigurasi EMA dan EMB untuk aplikasi pembaca RFID pada pita frekuensi UHF. Bentuk patch elips memiliki dua jenis konfigurasi, yaitu EMA (pencatuan pada sumbu mayor) dan EMB (pencatuan pada sumbu minor). Printed monopole ditambahkan pada bagian ground plane untuk memperbesar bandwidth antena. Antena disimulasikan dan direalisasikan menggunakan bahan FR4  epoxy dengan nilai permitivitas relatif sebesar 4,65 dan ketebalan 1,6 mm, sedangkan patch peradiasi dan  ground  plane  menggunakan  bahan  tembaga.  Hasil  simulasi  menunjukkan  untuk konfigurasi EMA, diperoleh bandwidth sebesar 641,1 MHz dan gain 2,533 dB. Sementara untuk konfigurasi EMB diperoleh bandwidth sebesar 340,54 MHz dan gain sebesar 2,181 dB. Setelah antena direalisasikan, diperoleh hasil pengujian dengan konfigurasi EMA adalah return loss = -43,912 dB, VSWR = 1,013, bandwidth sebesar 1,053 GHz, dan gain = 6,41 dB. Sementara hasil pengujian dengan konfigurasi EMB adalah return loss = -32,409 dB, VSWR = 1,049, bandwidth sebesar 584 MHz, dan gain = 6,2 dB. Hasil simulasi maupun pengujian menunjukkan bahwa konfigurasi  EMA  memiliki  bandwidth  dan  gain  yang  lebih  baik  daripada  EMB.  Namun demikian,  kedua  konfigurasi  ini  menghasilkan  pola  radiasi  yang  sama,  yaitu  pola  radiasi omnidirectional pada bidang azimuth dan pola bidirectional pada bidang elevasi.
Kata kunci: Antena printed monopole, patch Elips, konfigurasi EMA, konfigurasi EMB

## Abstract
In this study, an ellipse patch printed monopole antenna with EMA and EMB configurations was designed for RFID reader applications in the UHF frequency band. There are two types of  elliptical  patches  configurations:  EMA  (the  feeding  is  on  the  major  axis)  and  EMB  (the feeding is on the minor axis). A printed monopole was added to the ground plane to increase the antenna bandwidth. The antenna was simulated and realized using FR4 epoxy material with the relative permittivity of 4.65 and a thickness of 1.6 mm, while the radiating patch and ground plane was made of copper. The simulation results show that for EMA configuration, the  obtained  bandwidth  is  641.1  MHz  and  a  gain  of  2.533  dB.  Meanwhile,  the  EMB configuration obtained a bandwidth of 340.54 MHz and a gain of 2.181 dB. The measurement results  for  EMA  configuration  are  return loss  of  -43.912  dB,  VSWR  of  1.013,  bandwidth  of 1.053  GHz,  and  gain  of  6.41  dB.  While  the  test  results  for  the  EMB  configuration  for  each parameter are return loss = -32.409 dB, VSWR = 1.049, bandwidth of 584 MHz, and gain = 6.2 dB. The simulation and test results show that the EMA configuration has better bandwidth
and gain than EMB. However, these two configurations produce the same radiation pattern, an omnidirectional radiation pattern in the azimuth plane and a bidirectional pattern in the elevation plane.
Keywords:  Printed  monopole  antenna,  elliptical  patch,  EMA  configuration,  EMB configuration

## 1. Pendahuluan
Salah  satu  perangkat  penting  dalam  transmisi  sistem  komunikasi  nirkabel  adalah antena,  yang  berfungsi  meradiasikan  gelombang  elektromagnetik  yang  membawa informasi  ke  udara,  dan  juga  sebaliknya  menangkap  gelombang  elektromagnetik  dari udara [1]. Perkembangan komunikasi nirkabel pada masa sekarang dan yang akan datang mengarah dan semakin berfokus pada komunikasi yang bersifat personal dengan tuntutan mobilitas  yang  tinggi.  Beberapa  sistem  komunikasi  ini  misalnya  adalah  telepon  seluler, Wi-Fi,  bluetooth,  Ultra  Wide  Band  (UWB),  Radio  Frequency  Identification  (RFID),  sistem pelacakan  posisi  seperti  GPS,  dan  Body  Area  Network  (BAN).  Sistem  komunikasi  ini membutuhkan antena yang low profile, yaitu yang memiliki ketebalan yang kecil. Antena mikrostrip  merupakan  antena  yang  banyak  dikembangkan  karena  memiliki  beberapa kelebihan, di antaranya memiliki ukuran yang kecil dan ringan, mudah untuk difabrikasi, serta  bentuk  elemen  peradiasinya  yang  dapat  bervariasi  [2].  Bentuk  patch  yang  populer adalah  rectangular  dan  circular.  Salah  satu  bentuk  elemen  peradiasi  (patch)  yang  belum banyak  dikembangkan  adalah  bentuk  oval  (ellipse).  Padahal  bentuk  patch  elips dibandingkan  bentuk  patch  antena  lainnya  memiliki  keunggulan,  yaitu  bentuknya  yang ramping sehingga dapat diletakkan secara tegak atau mendatar.
Berdasarkan penelitian [3],  untuk aplikasi antena pada frekuensi 800-2000 MHz dan kebutuhan rentang bandwidth yang lebar, dapat digunakan antena dengan patch lingkaran atau elips. Berdasarkan informasi dari penelitian tersebut, salah satu aplikasi yang sesuai dengan alokasi rentang frekuensi 800-2000 MHz adalah aplikasi pembaca RFID pada pita UHF. RFID merupakan metode identifikasi melalui gelombang radio  untuk menyimpan dan  mengambil  data  jarak  jauh.  Secara  umum  sistem  RFID  terdiri  dari  dua  komponen utama, yaitu: Tag RFID (transponder) yang terletak pada objek yang akan diidentifikasi; dan pembaca  (reader)  atau  interogator,  yaitu  alat  penangkap  data  yang  tergantung  pada rancangan  dan  teknologi  yang  digunakan,  yang  dapat  berupa  perangkat  baca  atau tulis/baca [4].
Terdapat  empat  frekuensi  kerja  RFID  yang  sering  digunakan  berdasarkan  frekuensi radionya, yaitu: band LF (125-134 kHz), band HF (13,56 MHz), band UHF (866-960 MHz), dan Microwave (2,45 GHz)[5]. Frekuensi operasi RFID berbeda di tiap negara, seperti 902- 928 MHz di Amerika Utara, 908,5-914 MHz di Korea, 920-926 MHz di Australia, 922–928 MHz  di  Taiwan,  dan  950-956  MHz  di  Jepang[6].  Sementara  standar  frekuensi  kerja pembaca  RFID  di  Indonesia  yang  dikeluarkan  oleh  Direktur  Jendral  Pos  dan Telekomunikasi Departemen Komunikasi dan Informatika, adalah 923-925 MHz (UHF) [7].
Sesuai dengan letak pencatunya, elips memiliki 2 jenis konfigurasi (konfigurasi EMA dan EMB). Penelitian [3] membandingkan  hasil  bandwidth kedua konfigurasi. Sementara menurut [8] disarankan pemilihan bentuk konfigurasi EMA agar energi tidak terserap oleh struktur  antena,  sehingga  bandwidth  akan  semakin  lebar.  Penulis  telah  melakukan penelitian  sebelumnya  dengan  menyimulasikan  kedua  konfigurasi  elips  EMA  dan  EMB tersebut  dan  telah  dilaporkan  dalam  [9],  namun  bandiwidth  antena  yang  disimulasikan hanya mencakup frekuensi kerja RFID di Indonesia. Pada penelitian ini, kedua konfigurasi
Perancangan Antena Printed Monopole Patch Elips dengan Konfigurasi EMA dan EMB untuk Pembaca RFID pada Frekuensi UHF Fransiska Melathi Cahyaningtyas, Eva Yovita Dwi Utami, Andreas Ardian Febrianto
elips  akan  dirancang  dan  direalisasikan  dengan  metode  pencatuan  inset  feed  dan penambahan teknik printed monopole.
Metode  printed  monopole  sangat  berguna  untuk  operasi  antena  yang  membutuhkan bandwidth  lebar  (wide  band)  dan  gain  yang  cukup  besar  tanpa  harus  menambah  dimensi antena seperti pada metode array atau multilayer [10]. Secara  umum, alasan penggunaan antena  printed  monopole  dikarenakan  strukturnya  yang  sederhana,  berukuran  kecil,  dan biaya  pembuatannya  yang  relatif  lebih  murah  namun  dapat  menjanjikan  lebih  banyak peningkatan  bandwidth  dan  gain  antena  dengan  sifat  radiasi  yang  lebih  baik  [11].  Maka pada  penelitian  ini,  dirancang  antena  mikrostrip  printed  monopole  dengan  patch  elips konfigurasi  EMA  dan  EMB.  Antena  yang  dirancang  ini  disimulasikan  menggunakan perangkat  lunak  CST  Studio  Suite  ver.  2018  dan  direalisasikan  menggunakan  bahan substrat FR4 epoxy dan patch peradiasi tembaga. Frekuensi tengah RFID ditetapkan pada 924 MHz dengan target bandwidth yang minimal bisa mencakup frekueni kerja RFID secara global pada UHF yaitu 860-960 MHz.

## 2. Metode Penelitian

## 2.1.   Antena Mikrostrip Patch Elips
Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena tercetak yang terdiri dari sebuah patch logam yang tercetak di bagian atas substrat tipis dengan bidang pentanahan (ground plane)  pada  bagian  bawah  substrat  tersebut  [1]  -  [2]. Patch  merupakan  elemen  peradiasi yang terbuat dari bahan logam dengan bentuk yang bervariasi, misalnya persegi panjang, lingkaran,  elips,  cincin,  dan  sebagainya.  Substrat  merupakan  bagian  dielektrik  yang membatasi  elemen  peradiasi  dengan  elemen  pentanahan.  Bagian  ini  memiliki  nilai konstanta dielektrik ( 𝜀 𝑟 ) dan ketebalan (h) tertentu. Sedangkan elemen pentanahan (ground) berfungsi  sebagai  pembumian  (grounding)  bagi  sistem  antena  mikrostrip.  Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis bahan yang sama dengan elemen peradiasi . Antena  mikrostrip  dengan  patch  elips  merupakan  jenis  antena  mikrostrip  berbentuk lonjong (elips) dengan karakteristik yang lebih ramping dibanding antena lainnya, karena posisinya  dapat  diletakkan  secara  vertikal  maupun  horisontal,  sehingga  dapat diaplikasikan pada tempat yang relatif sempit dengan posisi yang beragam.
Terdapat dua jenis konfigurasi elliptical patch, yaitu EMA dan EMB [3]. EMA (Elliptical Monopole is fed along minor axis) adalah konfigurasi patch elips jika pencatuan berada pada sumbu  minor  (b)  dan  EMB (Elliptical  Monopole  is  fed  along  major  axis)  adalah  konfigurasi patch elips jika pencatuan berada di sumbu mayor (a), seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
(a)                               (b)
Gambar 1. Bentuk dan konfigurasi (a) EMA dan (b) EMB [3]

## 2.2.   Antena Printed Monopole
Antena  printed  monopole  merupakan  modifikasi  antena  mikrostrip  yang  strukturnya menyerupai antena monopole namun perbedaannya terletak pada dimensi ground plane-nya.
Techné: Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 1 April 2021 Hal 13 - 26
Modifikasi ini merupakan salah satu cara meningkatkan bandwidth dan gain, serta memiliki pola radiasi omnidirectional.
Perbedaan  struktur  antena  mikrostrip  secara  umum,  antena  monopole,  dan  antena printed monopole ditunjukkan pada Gambar 2.
(a) (b) (c)
Gambar 2. Struktur (a) Antena mikrostrip, (b) Antena monopole dan (c) Antena printed monopole [8]
Perhitungan frekuensi bawah dari frekuensi kerja yang diinginkan dan dimensi patch antena  printed  monopole  akan  mengadaptasi  perhitungan  antena  planar  monopole.  Hal  ini dilakukan karena elemen peradiasi pada konfigurasi printed monopole dan planar monopole memiliki  kondisi  yang  hampir  sama  [8].  Sehingga  persamaan  matematis  untuk menghitung frekuensi bawah antena printed monopole menjadi seperti berikut.
𝑓 𝐿 = 𝑐 𝜆 = 30 ×0,24 𝐿+𝑟 = 7,2 𝐿+𝑟+ 𝑝 (1)
dengan  f L adalah  frekuensi  bawah  dari  frekuensi  kerja  (GHz);  L  adalah  panjang  patch antena (cm); p merupakan panjang saluran pencatu (cm); r adalah radius/jari-jari (cm); dan λ merupakan panjang gelombang pada frekuensi resonansi (m).
Panjang saluran pencatu ( 𝑝 ) dapat dihitung, sedangkan rasio antara radius minor (b) dan radius mayor (a) akan ditetapkan sebesar 0,6 [8].

## 2.3.   Perhitungan Dimensi Antena Mikrostrip Patch Ellipse

## 2.3.1.  Perhitungan Dimensi Patch Antena
Perhitungan dimensi antena didapatkan dari penurunan persamaan untuk konfigurasi elliptical monopole dengan cylindrical monopole, sehingga didapatkan Persamaan (2) untuk konfigurasi EMA dan Persamaan (3) untuk konfigurasi EMB.
𝐿 = 2𝑏              𝑟 = 𝑎 4 (2)
𝐿 = 2𝑎              𝑟 = 𝑏 4 (3)
dengan L adalah panjang patch antena (cm); r merupakan radius patch antena (cm); a adalah panjang sumbu mayor (cm); dan b ialah panjang sumbu minor (cm).
Untuk mendapatkan nilai radius a dan b pada konfigurasi patch elips EMA digunakan Persamaan (4) berikut [3].
p a b f LA    4 2 2 , 7 (4)
Sedangkan untuk mendapatkan nilai radius a dan b pada konfigurasi patch elips EMB digunakan Persamaan (5)[3]:
p b a f LB    4 2 2 , 7 (5)
Perancangan Antena Printed Monopole Patch Elips dengan Konfigurasi EMA dan EMB untuk Pembaca RFID pada Frekuensi UHF Fransiska Melathi Cahyaningtyas, Eva Yovita Dwi Utami, Andreas Ardian Febrianto
dengan 𝑓 𝐿𝐴 adalah  frekuensi  bawah  dari  frekuensi  kerja  untuk  konfigurasi  EMA  (GHz); dan 𝑓 𝐿𝐵 merupakan frekuensi bawah dari frekuensi kerja untuk konfigurasi EMB (GHz).

## 2.3.2. Perhitungan Dimensi Saluran Pencatu Antena
Teknik  pencatuan  yang  digunakan  pada  perancangan  antena  ini  adalah  inset  feed. Untuk menentukan lebar feed line dihitung dengan [12]:
𝑊 𝑓 ℎ = 8𝑒 𝐴 𝑒 2𝐴 −2 (6)
dengan 𝑊 𝑓 merupakan  lebar  saluran  pencatu; 𝑊 𝑝 adalah  lebar  patch;  dan ℎ merupakan tebal substrat (semua dalam satuan milimeter).
Nilai 𝐴 adalah sebagai berikut [12].
𝐴 = 𝑍 𝑜 60 √ 𝜀 𝑟 +1 2 + 𝜀 𝑟 −1 𝜀 𝑟 +1 (0,23 + 0,11 𝜀 𝑟 ) (7)
dengan 𝑍 𝑜 adalah  impedansi  karakteristik  saluran  transmisi  (50  Ω);  dan 𝜀 𝑟 adalah permitivitas relatif substrat.
Untuk menghitung lebar inset feed, digunakan empty space pada patch rectangular, yaitu:
𝑦 𝑖 = 6 ℎ 2 (8)
Perhitungan panjang inset feed mengikuti lebar saluran pencatu, namun ditambahkan sebesar 1 mm di sisi kanan dan kiri saluran pencatu [13], sehingga diperoleh:
𝑥 𝑖 = 𝑊 𝑓 + 2 (9) dengan 𝑊 𝑓 ialah  lebar  saluran  pencatu  (mm); 𝑥 𝑖 adalah  panjang  inset  feed  (mm); ℎ ialah tebal substrat (mm); dan 𝑦 𝑖 merupakan lebar inset feed (mm). Untuk mendapatkan panjang saluran pencatu digunakan persamaan berikut [12].
𝜆 0 = 𝑐 𝑓 𝑟 𝜆 𝑔 = 𝜆 0 √𝜀 𝑟 𝐿 f = 𝜆 g 4 (10)
dengan c merupakan kecepatan cahaya ( 3 × 10 8 m/s ) ; 𝑓 𝑟 adalah frekuensi resonansi (Hz); 𝜀 𝑟 adalah  permitivitas  relatif  substrat; 𝐿 𝑓 ialah  panjang  feed  line  (m); 𝜆 0 adalah  panjang gelombang di udara (m), dan 𝜆 𝑔 adalah panjang gelombang dalam saluran pencatu (m). Panjang  feed  line  ( 𝐿 𝑓 )  dalam  Persamaan  (10)  digunakan  untuk  menghitung  panjang saluran  pencatu  (p)  dalam  Persamaan  (4)  dan  (5),  sehingga  didapatkan  panjang  sumbu mayor (a) dan sumbu minor (b).

## 2.3.3. Perhitungan Dimensi Substrat Antena
Perhitungan  dimensi  substrate  antena  konfigurasi  EMA  dan  EMB  berturut-turut ditunjukkan oleh Persamaan (11) dan (12).
𝐿 𝑠𝑎 × 𝑊 𝑠𝑎 = 8 3 𝑎 × 2(𝑏 + 𝐿 𝑓 − 𝑦 𝑖 ) (11) 𝐿 𝑠𝑏 × 𝑊 𝑠𝑏 = 2(𝑎 + 𝐿 𝑓 − 𝑦 𝑖 ) × 3𝑏 (12) dengan 𝐿 𝑠𝑎 merupakan panjang substrat antena konfigurasi EMA (mm); 𝑊 𝑠𝑎 adalah lebar substrat  antena  konfigurasi  EMA  (mm); 𝐿 𝑠𝑏 merupakan  panjang  substrat  antena konfigurasi  EMB  (mm); 𝑊 𝑠𝑏 ialah  lebar  substrat antena  konfigurasi  EMB  (mm); 𝑎 adalah sumbu mayor pada patch antena (mm); 𝑏 adalah sumbu minor pada patch antena (mm); 𝐿 𝑓 merupakan panjang feed line (mm); dan 𝑦 𝑖 adalah lebar inset feed (mm).

## Techné: Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 1 April 2021 Hal 13 - 26

## 2.3.4. Perhitungan Dimensi Ground Plane Antena
Elemen  pentanahan  pada  antena  yang  dirancang  adalah  tembaga.  Dimensi  ground plane  antena  mengikuti  dimensi  substrat  antena,  namun  karena  menggunakan  metode printed monopole, maka lebarnya berkurang menyesuaikan panjang feed line.
Perhitungan dimensi ground plane antena konfigurasi EMA adalah sebagai berikut.
𝐿 𝑔𝑎 × 𝑊 𝑔𝑎 = 2(𝑏 + 𝐿 𝑓 − 𝑦 𝑖 ) × 𝐿 𝑓 (13)
Sementara untuk dimensi ground plane antena konfigurasi EMB adalah sebagai berikut.
𝐿 𝑔𝑏 × 𝑊 𝑔𝑏 = 3𝑏 × 𝐿 𝑓 (14)
dengan 𝐿 𝑔𝑎 adalah panjang ground plane antena konfigurasi EMA (mm); 𝑊 𝑔𝑎 adalah lebar ground  plane  antena  konfigurasi  EMA  (mm); 𝐿 𝑔𝑏 ialah  panjang  ground  plane  antena konfigurasi EMB (mm); 𝑊 𝑔𝑏 merupakan lebar ground plane antena konfigurasi EMB (mm); 𝑏 adalah  sumbu  minor  pada  patch  antena  (mm); 𝐿 𝑓 ialah  panjang  feed  line  (mm);  dan 𝑦 𝑖 merupakan lebar inset feed (mm).

## 3. Hasil Simulasi

## 3.1.   Spesifikasi Antena
Antena yang dirancang memiliki spesifikasi seperti pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Spesifikasi antena Parameter Nilai Tebal substrat (FR-4 epoxy) 1,6 mm 𝜀 𝑟 substrat (FR-4 epoxy) 4,65 Frekuensi tengah 924 MHz VSWR ≤ 2 Return loss < - 9,54 dB Bandwidth 130 MHz Gain ≥ 2 dB Impedansi masukan Mendekati 50 Ω

## 3.2.   Simulasi Antena
Untuk  menyimulasikan  rancangan  antena,  dimensi  antena  awal  ditentukan  dengan perhitungan matematis menggunakan Persamaan (1) – (14). Dalam simulasi awal, kinerja antena yang didapatkan belum memenuhi spesifikasi, maka diperlukan proses optimasi, dengan mengubah-ubah dimensinya. Optimasi dimensi secara garis besar dilakukan dua kali yaitu pada perancangan antena mikrostrip dan pada antena printed monopole. Optimasi pada antena mikrostrip dilakukan dengan mengubah-ubah secara trial and error panjang sumbu mayor, sumbu minor, serta panjang dan lebar saluran pencatu, sampai didapatkan nilai  VSWR  <  2  dan  return  loss  <  -9,54  dB  pada  frekuensi  tengah  924  MHz.  Setelah  itu dirancang  antena  printed  monopole  dan  optimasi  kembali  dilakukan.  Dimensi  antena diubah-ubah  secara  trial  and  error  pada  sumbu  mayor,  sumbu  minor  dan  panjang  serta lebar  saluran  pencatu,  sampai  diperoleh  nilai  VSWR  <  2,  return  loss  <  -9,54  dB  dan impedansi  mendekati  50  pada  frekuensi  924  MHz.  Proses  mengubah  dimensi  masih dilakukan  untuk  terus  memperkecil  nilai  VSWR  sedemikian  sampai  paling  mendekati VSWR =1. Dengan VSWR yang semakin kecil maka akan menurunkan nilai return loss, dan impedansi akan mendekati kondisi matching.
Dimensi antena hasil perhitungan dan hasil setelah dioptimasi tercantum pada Tabel 2.
Perancangan Antena Printed Monopole Patch Elips dengan Konfigurasi EMA dan EMB untuk Pembaca RFID pada Frekuensi UHF Fransiska Melathi Cahyaningtyas, Eva Yovita Dwi Utami, Andreas Ardian Febrianto
Tabel 2. Dimensi antena printed monopole hasil perhitungan matematis Notasi Konfigurasi EMA (mm) Konfigurasi EMB (mm) Keterangan Perhitungan Optimasi Perhitungan Optimasi a 53,77 65 36,27 48 Sumbu mayor patch b 32,26 45 21,76 20 Sumbu minor patch 𝐿 𝑓 37,6 39,1 37,6 47,1 Panjang saluran pencatu 𝑊 𝑓 2,94 3,8 2,94 2 Lebar saluran pencatu 𝐿 𝑠 143,4 173,33 138,14 180,6 Panjang substrat 𝑊 𝑠 130,12 158,6 65,28 60 Lebar substrat 𝐿 𝑔 130,12 158,6 65,28 60 Panjang ground plane 𝑊 𝑔 37,6 39,1 37,6 47,1 Lebar ground plane 𝑥 𝑖 4,94 5,8 4,94 4 Panjang empty space 𝑦 𝑖 4,8 4,8 4,8 4,8 Lebar empty space
Ilustrasi perancangan antena printed monopole hasil optimasi antena konfigurasi EMA ditunjukkan pada Gambar 3 dan konfigurasi EMB pada Gambar 4.
(a)                                                                          (b)
Gambar 3. Hasil perancangan antena printed monopole konfigurasi EMA (a) Tampilan depan dan (b) Tampilan
belakang (a) (b)
Gambar 4. Hasil perancangan antena printed monopole konfigurasi EMB (a) Tampilan depan dan (b) Tampilan belakang

## 3.4.   Hasil Optimasi Antena
Antena  yang  disimulasikan  dengan  memasukkan  dimensi  hasil  optimasi  rancangan antena pada software CST Studio Suite ver. 2018 menghasilkan grafik parameter kinerja antena yang ditunjukkan Gambar 5 - 8.
Gambar 5. Return loss antena printed monopole konfigurasi EMA setelah dioptimasi
Gambar 6. VSWR pada antena printed monopole konfigurasi EMA setelah dioptimasi
Gambar 7. Impedansi masukan pada antena printed monopole konfigurasi EMA setelah dioptimasi
Gambar 5 menunjukkan, pada frekuensi resonansi 924 MHz antena konfigurasi EMA menghasilkan nilai return loss sebesar -41,056 dB. Ditunjukkan juga bahwa pada marker 1 yaitu frekuensi 758,9 MHz, merupakan batas frekuensi bawah yang memenuhi nilai return loss ≤ 9,54  dB,  dan  pada  marker  2  merupakan  frekuensi  batas  atasnya  yaitu  1400  MHz. Dengan demikian bandwidth yang diperoleh pada rancangan antena ini sebesar 641,1 MHz. Sementara  pada  Gambar  6,  VSWR  pada  frekuensi  resonansi  924  MHz  didapatkan  nilai sebesar 1,0179. Hasil simulasi Smith Chart pada Gambar 7 memperlihatkan nilai impedansi antena  sebesar  50,026  +  j0,885  Ω.  Nilai  return  loss,  VSWR  dan  impedansi  tersebut  telah memenuhi  spesifikasi.  Dapat  dilihat  pada  Gambar  8  bahwa  pada  frekuensi  924  MHz antena printed monopole konfigurasi EMA mendapatkan nilai gain sebesar 2,533 dB.
Gambar 8. Gain pada antena printed monopole konfigurasi EMA setelah dioptimasi
Sementara hasil optimasi antena printed monopole konfigurasi EMB dapat dilihat pada Gambar 9 - 12.
Gambar 9. Return loss pada antena printed monopole konfigurasi EMB setelah dioptimasi
Perancangan Antena Printed Monopole Patch Elips dengan Konfigurasi EMA dan EMB untuk Pembaca RFID pada Frekuensi UHF Fransiska Melathi Cahyaningtyas, Eva Yovita Dwi Utami, Andreas Ardian Febrianto
Gambar 10. VSWR pada antena printed monopole konfigurasi EMB setelah dioptimasi
Gambar 11. Impedansi masukan pada antena printed monopole konfigurasi EMB setelah dioptimasi
Berdasarkan  Gambar  9,  pada  frekuensi  resonansi  924  MHz  antena  konfigurasi  EMB menghasilkan  nilai  return  loss  sebesar  -48,044  dB,  batas  frekuensi  bawah  berada  pada marker  2  dengan  frekuensi  776,66  MHz  dan  batas  frekuensi  atas  berada  pada  marker  3 dengan  frekuensi  1117,2  MHz,  merupakan  batas  return  loss  yang  memenuhi  spesifikasi. Maka  bandwidth  yang  diperoleh  pada  antena  konfigurasi  EMB  ini  sebesar  340,54  MHz. Sementara pada Gambar 10, VSWR pada frekuensi resonansi 924 MHz  didapatkan  nilai sebesar 1,008. Hasil simulasi Smith Chart pada Gambar 11 menunjukkan nilai impedansi antena 50,132 + j0,374 Ω. Nilai VSWR, return loss dan  impedansi  ini telah sesuai dengan spesifikasi. Sementara itu, nilai gain yang diperoleh pada frekuensi 924 MHz untuk antena printed  monopole  konfigurasi  EMB  adalah  sebesar  2,181  dB  seperti  ditunjukkan  pada Gambar 12, juga telah memenuhi spesifikasi.
Gambar 12. Gain pada antena printed monopole konfigurasi EMB setelah dioptimasi
Nilai  parameter  kinerja  antena  printed  monopole  konfigurasi  EMA  dan  EMB  hasil simulasi dirangkum pada Tabel 3. Hasil simulasi menunjukkan gain dan bandwidth pada konfigurasi EMA lebih baik daripada konfigurasi EMB. Kedua hasil konfigurasi rancangan antena tersebut telah memenuhi spesifikasi sehingga dapat direalisasikan atau difabrikasi.
Tabel 3. Nilai parameter hasil optimasi antena konfigurasi EMA dan EMB
Parameter Konfigurasi EMA Konfigurasi EMB Spesifikasi Return Loss -41,056 dB -48,044 dB < -9,54 dB VSWR 1,0179 1,008 ≤ 2 Bandwidth 641,1 MHz 340,54 MHz > 130 MHz Impedansi Antena 50,026 + j0,885 Ω 50,132 + j0,374 Ω 50 Ω Gain 2,533 dB 2,181 dB ≥ 2 dB

## 4. Hasil Fabrikasi dan Pembahasan

## 4.1.   Fabrikasi Antena
Dari simulasi perancangan antena menggunakan software CST 2018, didapatkan nilai parameter  yang  diinginkan.  Selanjutnya  akan  dilakukan  fabrikasi  antena  seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  13.  Dimensi  fisik  antena  printed  monopole  patch  elips  dengan konfigurasi  EMA  sebesar  173,3  mm×158,6  mm,  sementara  untuk  dimensi  fisik  antena konfigurasi  EMB  adalah  180,6  mm×60  mm.  Pengujian  parameter  return  loss,  VSWR, impedansi  masukan,  gain,  dan  pola  radiasi  antena  dilakukan  di  Pusat  Penelitian Elektronika  dan  Telekomunikasi  (PPET)  –  Lembaga  Ilmu  Pengetahuan  Indonesia  (LIPI) Bandung.
(a)                          (b)
Gambar 13. Hasil fabrikasi antena printed monopole patch elips dengan (a) Konfigurasi EMA dan (b) Konfigurasi EMB

## 4.2.   Hasil Pengujian Antena Printed Monopole Patch Elips Konfigurasi EMA
Hasil  pengujian  parameter  return  loss,  VSWR,  dan  impedansi  antena  dengan konfigurasi  EMA  ditunjukkan  pada  Gambar  14.  Pada  Gambar  14(a)  marker  1  (MKR01) berada  pada  frekuensi  924  MHz  dengan  nilai  return  loss  sebesar  -43,912  dB,  marker  2 (MKR02) pada frekuensi 811,750 MHz dengan nilai return loss sebesar -9,884 dB, sementara marker 3 (MKR03) di frekuensi 1,864 GHz mendapatkan nilai return loss sebesar -9,869 dB. Pada Gambar 14(b) marker 1 (MKR01) berada pada frekuensi 924 MHz dengan nilai VSWR sebesar 1,013, marker 2 (MKR02) pada frekuensi 811,750 MHz dengan nilai VSWR sebesar 1,944,  sementara  marker  3  (MKR03)  di  frekuensi  1,864  GHz  mendapatkan  nilai  VSWR sebesar 1,945.  Dengan melihat batas frekuensi bawah dan frekuensi atas yang memenuhi return  loss  <  -9,54  dB  dan  VSWR  <  2  maka  diperoleh  bandwidth  sebesar  1,053  GHz. Sementara  pada  Gambar  14(c)  dapat  diketahui  bahwa  impedansi  yang  diperoleh  pada frekuensi 924 MHz adalah sebesar 50,505 + j4,930 mΩ.
Hasil  pengujian  antena  berikutnya  adalah  parameter  gain.  Dengan  melakukan pengukuran sepuluh kali dengan antena uji sebagai antena penerima diperoleh rata-rata gain  sebesar  6,41  dB.  Gambar  15  menunjukkan  hasil  pengujian  pola  radiasi  pada  sudut azimuth  dan  sudut  elevasi  pada  antena  printed  monopole  patch  elips  dengan  konfigurasi EMA dan dibandingkan dengan pola radiasi hasil simulasinya. Berdasarkan Gambar 15, antena  printed  monopole  patch  elips  dengan  konfigurasi  EMA  ini  memiliki  pola  radiasi omnidireksional pada bidang azimuth, sedangkan bidang elevasinya memiliki pola radiasi bidireksional.
Perancangan Antena Printed Monopole Patch Elips dengan Konfigurasi EMA dan EMB untuk Pembaca RFID pada Frekuensi UHF Fransiska Melathi Cahyaningtyas, Eva Yovita Dwi Utami, Andreas Ardian Febrianto
(a) (b)
(c)
Gambar 14. Grafik hasil pengujian antena printed monopole dengan konfigurasi EMA: (a) Return loss, (b) VSWR,
(c) Impedansi.
(a)
(b)
Gambar 15. Grafik pola radiasi (a) Azimuth dan (b) Elevasi perbandingan hasil simulasi dengan hasil pengujian antena konfigurasi EMA.

## 4.3.  Hasil Pengujian Antena Printed Monopole Patch Elips Konfigurasi EMB
Hasil  pengujian  parameter  return  loss,  VSWR,  dan  impedansi  antena  dengan konfigurasi  EMB  ditunjukkan  pada  Gambar  16.  Pada  Gambar  16(a)  marker  1  (MKR01) berada  pada  frekuensi  924  MHz  dengan  nilai  return  loss  sebesar  -32,409  dB,  marker  2 (MKR02)  pada  frekuensi  668,250  MHz  dengan  return  loss  sebesar  -9,918  dB,  sementara marker 3 (MKR03) di frekuensi 1,252 GHz mendapatkan nilai return loss sebesar -9,980 dB. Pada Gambar 16(b) marker 1 (MKR01) berada pada frekuensi 924 MHz dengan nilai VSWR sebesar 1,049, marker 2 (MKR02) pada frekuensi 668,250 MHz dengan nilai VSWR sebesar 1,938,  sementara  marker  3  (MKR03)  di  frekuensi  1,252  GHz  mendapatkan  nilai  VSWR sebesar  1,928.  Dengan  memperhatikan  batas  frekuensi  bawah  dan  atas  yang  memenuhi return loss < -9,54 dB dan VSWR < 2, dapat diketahui bahwa antena dapat beroperasi pada bandwidth  584  MHz.  Pada  Gambar  16(c)  marker  1  (MKR01)  menunjukkan  bahwa  pada frekuensi  924  MHz  diperoleh  impedansi  sebesar  48,635  +  j1,907  Ω.  Sementara  hasil pengujian gain yang dilakukan sepuluh kali dengan antena uji sebagai antena penerima, diperoleh rata-rata gain sebesar 6,2 dB.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Azimuth Antena Konfigurasi EMA EMA Simulasi EMA Pengujian 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Elevasi Antena Konfigurasi EMA EMA Simulasi EMA Pengujian
(a) (b)                                                                     (c)
Gambar 16. Grafik hasil pengujian antena printed monopole dengan konfigurasi EMB: (a) Return loss, (b) VSWR,
(c) Impedansi.
Berdasarkan  Gambar  17(a),  ditunjukkan  bahwa  antena  printed  monopole  patch  elips dengan konfigurasi EMB hasil simulasi dan hasil pengujian pada bidang azimuth memiliki pola  radiasi  omnidireksional,  sedangkan  berdasarkan  Gambar  17(b),  pada  bidang elevasinya memiliki pola radiasi bidireksional. Pada bidang elevasi beamwidth antena hasil pengujian lebih melebar dibandingkan hasil simulasi.
(a) (b)
Gambar 17. Grafik pola radiasi (a) Azimuth dan (b) Elevasi hasil simulasi dan hasil pengujian antena konfigurasi EMB.
Keseluruhan hasil simulasi dan pengujian, baik pada konfigurai EMA maupun EMB, dirangkum  pada  Tabel  4  berikut.  Dari  hasil  simulasi  dan  pengukuran,  keduanya menunjukkan gain dan bandwidth untuk konfigurasi EMA lebih baik daripada EMB. Jika dilihat  dari  pola  yang  dihasilkan,  keduanya  menghasilkan  pola  radiasi  omnidireksional pada  bidang  azimuth  dan  pola  bidireksional  pada  bidang  elevasi.  Jika  dibandingkan bentuk dan dimensi fisik, maka antena EMA lebih melebar, sementara EMB lebih ramping. Pada simulasi maupun pengujian, bandiwidth yang dihasilkan oleh antena printed monopole memiliki fractional bandwidth lebih dari 20%, sehingga dapat dikembangkan untuk antena ultra wide band pada penelitian-penelitian selanjutnya.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Azimuth Antena Konfigurasi  EMB EMB Simulasi EMB Pengujian 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Elevasi Antena Konfigurasi EMB EMB Simulasi EMB Pengujian
Perancangan Antena Printed Monopole Patch Elips dengan Konfigurasi EMA dan EMB untuk Pembaca RFID pada Frekuensi UHF Fransiska Melathi Cahyaningtyas, Eva Yovita Dwi Utami, Andreas Ardian Febrianto
Tabel 4. Perbandingan nilai parameter hasil simulasi dengan hasil pengujian antena konfigurasi EMB. Parameter Konfigurasi EMA Konfigurasi EMB Spesifikasi Hasil Simulasi Hasil Pengujian Hasil Simulasi Hasil Pengujian Return Loss -41,056 dB -43,912 dB -48,044 dB -32,409 dB < -9,54 dB VSWR 1,0179 1,013 1,008 1,049 ≤ 2 Bandwidth 641,1 MHz 1,053 GHz 340,54 MHz 584 MHz > 130 MHz Gain 2,533 dB 6,41 dB 2,181 dB 6,2 dB > 2 dB Impedansi Antena 50,026 + j0,885 Ω 50,505 Ω + j4,930 mΩ 50,132 + j0,374 Ω 48,635 + j1,907 Ω 50 Ω Pola Radiasi Azimuth Omnidireksional Omnidireksional Omnidireksional Omnidireksional Pola Radiasi Elevasi Bidireksional Bidireksional Bidireksional Bidireksional

## 5. Kesimpulan
Berdasarkan perancangan, fabrikasi, dan pengujian antena, dapat ditarik kesimpulan bahwa  antena  printed  monopole  patch  elips  dengan  konfigurasi  EMA  dan  EMB  yang dirancang  dengan  frekuensi  kerja  RFID  pada  pita  UHF  telah  dapat  direalisasikan.  Hasil yang diperoleh dari pengujian antena printed monopole patch elips dengan konfigurasi EMA untuk masing-masing parameter yaitu  return loss = -43,912 dB, VSWR = 1,013, impedansi masukan  =  50,505  Ω  +  j4,930  mΩ,  bandwidth  sebesar  1,053  GHz,  dan  gain  =  6,41  dB. Sementara  hasil  pengujian  antena  dengan  konfigurasi  EMB  untuk  masing-masing parameter yaitu return loss = -32,409 dB, VSWR = 1,049, impedansi masukan = 48,635 + j1,907 Ω, bandwidth sebesar 584 MHz, dan gain = 6,2 dB. Sementara, pola radiasi kedua konfigurasi antena printed monopole patch elips  dari  hasil  simulasi  dan  hasil pengujian  menunjukkan pola  radiasi  omnidireksional  pada  bidang  azimuth  dan  pola  bidireksional  pada  bidang elevasi. Dari hasil simulasi dan pengujian antena, didapatkan bahwa kinerja antena printed monopole patch elips konfigurasi EMA lebih baik dibandingkan dengan antena konfigurasi EMB.  Dari  hasil  penelitian  diketahui  bahwa  printed  monopole  memiliki  keunggulan menghasilkan  bandwidth  yang  lebar  tanpa  menambah  luas  antena,  sehingga  pada penelitian yang akan datang, printed monopole akan dikembangkan lagi untuk perancangan antena ultra wide band.

## Daftar Pustaka
[1] C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3 rd ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2005.
[2] W. L. Stutzman and G. A. Thiele, Antenna Theory and Design, 3 rd ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2013.
[3] G. Kumar and K. P. Ray, Broadband Microstrip Antenna. Boston: Artech House, Inc., pp. 362-373, 2003.
[4] K. Finkenzeller, RFID Handbook, 3 rd ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2010.
[5] P. J. Sweeney II, RFID for Dummies. Canada: Wiley Publishing, Inc., h. 65-372, 2005.
[6] H. L. Su, S. L. Chen, H. S. Huang, and C. Y. D. Sim, “An Ellipse-Shaped with Slanted Slot Circularly Polarized Monopole Antenna for UHF RFID Readers”, 2017 IEEE Int. Symp. Antennas Propag. & USNC/URSI Nat. Radio Sci. Meeting, pp. 2443 - 2444, Jul. 2017.
[7] Departemen  Komunikasi  dan  Informatika,  Peraturan  Direktur  Jenderal  Pos  dan Telekomunikasi  Nomor  221/DIRJEN/2007  tentang  Persyaratan  Teknis  Alat  dan Perangkat Radio Frequency Identification (RFID) Reader pada Frekuensi 923-925 MHz.
Techné: Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 1 April 2021 Hal 13 - 26
[8] A. Widiastri, “Rancang Bangun Antena untuk Aplikasi Cognitive Radio pada Alokasi Spektrum 1,8 GHz dan 2,35 GHz,” Skripsi, Jakarta, Universitas Indonesia, 2011.
[9] F. M. Cahyaningtyas dan E. Y. D. Utami, “Simulasi Perbandingan Konfigurasi Patch EMA  dengan  EMB  pada  Antena  Mikrostrip  Elips  untuk  Pembaca  RFID  Frekuensi UHF”, Jurnal Telematika, vol. 14, no. 2, pp. 51-58, 2019.
[10] T. Fujimoto, T. Ishikubo, and M. Takamura, “A Wideband Printed Elliptical Monopole Antenna for Circular Polarization,” IEICE Trans. Commun., vol. 100, no. 2, pp. 203–210, Jan. 2017.
[11] R. Zaker and A. Abdipour, “A Very Compact Ultrawideband Printed Omnidirectional Monopole Antenna”, IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 9, pp. 471-473, 2010.
[12] S.  M.  Wentworth,  Fundamentals  of  Electromagnetic  with  Engineering  Application.  New York: John Wiley & Sons, Inc., 2003.
[13] K. L. Wong, Compact and Broadband Microstrip Antennas. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2002.