## Antena Mikrostrip Rectangular Array 4x2
Elemen dengan Metode Inset Feed pada Frekuensi 3,5 GHz untuk Aplikasi 5G
Hanny Madiawati # , Asep Barnas Simanjuntak Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir,Ciwaruga, Kec. Parongpong, Kabupaten Bandung Barat, Jawa Barat, Indonesia
# hannymadiawati@polban.ac.id

## Abstrak
Pemenuhan  kebutuhan  pengguna  dalam  sistem  komunikasi  untuk  menunjang  kegiatan  sehari-hari  semakin meningkat,  sehingga  membuat  perkembangan  teknologi  bidang  telekomunikasi  pun  berkembang  semakin  pesat. Semakin  besarnya  kebutuhan  pengguna  dalam  sistem  telekomunikasi  di  era  sekarang  membuat  kebutuhan  transmisi data pun harus semakin cepat dengan bandwidth yang lebar. Oleh karena itu, hadir teknologi 5G yang bertujuan untuk menyempurnakan  generasi-generasi  pendahulunya  dan  diharapkan  dapat  mengatasi  permasalahan  tersebut.  Salah  satu perangkat  penting  untuk  penunjang  kinerja  jaringan  5G  ini  adalah  antena  yang  memiliki bandwidth dan gain yang cukup besar. Pada penelitian ini telah direalisasikan antena mikrostrip menggunakan metode array dengan konfigurasi 4x2  dan  metode inset  feed pada  pencatuan  antena  untuk  aplikasi  5G  menggunakan  material  dielektrik  FR4 Epoxy . Desain antena ini menggunakan metode array guna meningkatkan nilai gain dan  juga menggunakan metode pencatuan inset  feed guna  mempermudah  dalam matching  impedance .  Antena  ini  dibuat  pada  aplikasi  5G  ini  berhasil direalisasikan dan mampu bekerja pada frekuensi 3,5 GHz, bandwidth 100 MHz pada return loss 10dB, dan gain lebih besar dari 9 dB.
Kata kunci: antena, mikrostrip, array , inset feed , 5G

## Abstract
The  fulfillment  of  user  needs  in  communication  systems  to  support  daily  activities  is  increasing,  thus  making  the development  of  technology  in  the  telecommunications  sector  grow  more  rapidly.  The  greater  the  needs  of  users  in telecommunications  systems  in  the  current  era,  the  need  for  data  transmission  must  also  be  faster  with  a  wide bandwidth.  Therefore,  5G  technology  is  present  which  aims  to  perfect  its  predecessor  generations  and  is  expected  to overcome these problems. One of the important devices to support the performance of this 5G network is an antenna that  has  a  fairly  large  bandwidth  and  gain.  In  this  research,  a  microstrip  antenna  has  been  realized  using  the  array method with a 4x2 configuration and the inset feed method for antenna feeding for 5G  applications using FR4  Epoxy dielectric material. This antenna design uses the array method to increase the gain value and also uses the inset feed method  to  make  it  easier  to  match  impedance.  This  antenna  was  made  in  this  5G  application  and  is  successfully realized and is able to work at a frequency of 3.5 GHz, a bandwidth of 100 MHz at a return loss of 10dB, and a gain greater than 9 dB.
Keywords: antenna, microstrip, array, inset feed, 5G

## I. P ENDAHULUAN
Teknologi  jaringan  terus  menerus  mengalami berbagai  perubahan,  baik  perubahan  yang  kecil hingga perubahan yang massive sekalipun . Permintaan dan kebutuhan layanan data yang cepat sangat diperlukan di era sekarang. Spesifikasi yang
sangat  penting  dalam  setiap  generasi  teknologi jaringan yaitu kecepatan transmisi data dan latency [1].  Teknologi  5G  menjadi  generasi  yang  paling baru  dengan  spesifikasi  yang  jauh  lebih  baik  dari generasi
sebelumnya.
The World Radiocommunication  Conference  (WRC)  tidak menentukan frekuensi tertentu yang akan digunakan,  namun  terdapat  kesamaan  untuk
peluncuran  5G  di  Eropa  dan  Asia  bahwa  akan menggunakan spektrum frekuensi 3.5 GHz termasuk  Indonesia.  Frekuensi  ini  ideal  untuk dikembangkan untuk layanan pada daerah perkotaan  dengan  kebutuhan  kinerja  trafik  data yang  tinggi  [2],  [3].  Kecepatan download 5G diprediksi  dapat  meningkat  secara  signifikan dibandingkan  dengan  4G.  Dewasa  ini  teknologi telekomunikasi banyak yang menggunakan komukasi wireless termasuk  jaringan  5G.  Masalah yang sering terjadi pada komunikasi wireless antara Base  Transceiver  Station (BTS)  dengan mobile station yaitu  rendahnya power  receive sehingga berdampak  pada throughput yang  semakin  rendah [4].  Hal  ini  diakibatkan  oleh gain antena  yang rendah.  Antena  yang  digunakan pada  teknologi  5G harus  mempunyai  karakteristik  yang  handal  dan spesifikasi  yang  mumpuni  sehingga  transmisi  data dapat berjalan dengan baik.
Salah  satu  jenis  antenna  yang  dapat  digunakan adalah  antena  mikrostrip.  Antena  ini  memiliki karakteristik gain yang  rendah.  Namun  untuk meningkatkan gain bisa dilakukan dengan menggunakan  metode array [5],  teknik parasitic [6],  [7],  dan proximity  coupling [8],  [9].  Terdapat beberapa antena mikrostrip yang telah dikembangkan  pada  penelitian  sebelumnya  dengan menggunakan metode array [10], [11]. Akan tetapi gain yang dihasilkan masih memiliki nilai di bawah 9  dB  [12],  [13].  Dengan  demikian,  hasil  ini  masih dapat  ditingkatkan  kembali  dengan  menambahkan jumlah patch .  Untuk  mendapatkan matching impedance yang lebih baik, maka solusi yang dapat dilakukan  adalah  dengan  digunakan  metode pencatuan inset  feed seperti  yang  dilakukan  pada penelitian [14] dan [15].
Pada  penelitian  ini,  telah  dirancang  dan diralisasikan  sebuah  antena  mikrostrip array dengan konfigurasi 4x2 yang disusun secara planar dengan  bentuk  patch rectangular dan  digunakan pada  frekuensi  5G    dengan  band  frekuensi  3,56- 3,66  GHz.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah, pertama,  melakukan  simulasi  mikrostrip patch rectangular  array dengan  konfigurasi  4x2  yang digunakan  untuk  aplikasi  5G.  Kedua,    melakukan realisasi antena dengan menggunakan substrat FR4 Epoxy .  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,  pertama  yang  dilakukan  adalah menentukan  frekuensi  kerja  yang  akan  digunakan pada  antena.  Dalam  hal  ini band frekuensi  kerja yang  akan  digunakan  yaitu  3,56-3,66  GHz. Langkah  selanjutnya  yaitu  memilih  jenis patch yang  akan  digunakan.  Setelah  itu  langkah berikutnya yaitu menentukan dimensi-dimensi pada antena  dengan  cara  mengitungnya  menggunakan formula  yang  ada  sesuai  dengan  dpesifikasi  pada Tabel  1  dengan  konfigurasi  seperti  ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 1. Diagram alir perancangan dan realisasi
antena Tabel 1. Spesifikasi antena mikrostrip array Parameter Nilai Frekuensi (GHz) 3,56-3,66 Bandwidth (MHz) 100 Return Loss (dB) ≥ 10 Gain (dB) > 9
Gambar 2. Antena array konfigurasi  4x2 elemen
Gambar 3. Blok diagram sistem
Substrat yang  menjadi  pilihan  dalam  penelitian ini  adalah  FR4 Epoxy . Substrat ini  merupakan bahan  yang  populer  dan  mudah  diperoleh  di pasaran.  Karakteristik substrat  FR4 Epoxy  yang digunakan adalah permitivitas relatif dielektrik ( 𝜀 𝑟 ) 4,4,  ketebalan  dielektrik  (h)  1,6  mm,  ketebalan konduktor (t) 0,035 mm, dan tangent loss 0,024.
Setelah  dilakukan  perancangan,  untuk  tahapan realisasi  dan  pengujian  dilakukan  seperti  blok diagram  yang  ditunjukkan  Gambar  3.  Perangkat yang  digunakan  adalah signal  generator ,  antena mikrostrip  yang  dirancang,  dan spectrum  analyzer . Gelombang  sinyal  akan  dihasilkan  dari signal generator kemudian diterima oleh antena mikrostrip array dengan  jumlah  elemen  peradiasi sebanyak  8  buah,  kemudian  parameternya  akan diukur menggunakan spectrum analyzer .

## B. Perhitungan Dimensi Antena
Sebelum  melakukan  proses  simulasi,  dilakukan proses  perhitungan  dimensi patch , microstrip  line , groundplane ,  dan  jarak  antar  elemen  dengan menggunakan persamaan yang merujuk pada  [16]. Adapun  persamaan  yang  digunakan  adalah sebagai berikut.
1. Perhitungan lebar patch (W)
W = 𝑐 2 𝑓𝑐 √ 2 𝜀𝑟+1
(1)
2. Perhitungan panjang patch (L)
ε reff = 𝜀𝑟+1 2 + 𝜀𝑟−1 2 ([1 + 12ℎ 𝑊 ] −1/2 ) (2) ∆𝐿 ℎ = 0.412 (𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓+0.3)( 𝑊 ℎ +0.264)
(𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓−0.258)( 𝑊 ℎ +0.8) (3)
L = 𝑐 2 𝑓𝑐√𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 - 2ΔL (4)
d = 𝜆 𝑜 4 (5)
3. Perhitungan saluran microstrip line
𝑊𝑓1 ℎ = 8𝑒 𝐴 𝑒 2𝐴 −2 (6)
dimana
A = 𝑍 0 60 √ 𝜀𝑟+1 2 + 𝜀𝑟−1 𝜀𝑟+1 (0,23 + 0,11 𝜀𝑟 ) (7)
4. Perhitungan groundplane Lebar: Wg = 6h + 4W (8) Panjang: Lg = 6h + 2L (9)
Tabel 2. Dimensi antena hasil perhitungan
Parameter Nilai (mm) Keterangan W 25,2513 Lebar patch L 19,266 Panjang patch Wg 173,98 Lebar groundplane Lg 82,226 Panjang groundplane d 25,125 Jarak antar elemen y 0 8,56 Panjang inset feed 𝑥 0 1,25 Lebar inset feed

## Gambar 4. Dimensi antena mikrostrip

## 5. Perhitungan inset feed
Panjang:
𝐺 1 = 1 90 [ 𝑊 𝜆𝑜 ] 2 (10)
𝑅 𝑖𝑛 = 1 2 𝐺1 𝑐𝑜𝑠 2 ( 𝜋 𝐿 y 0 ) (11)
Lebar:
𝑥 0 = 𝐿 𝜋 𝑐𝑜𝑠 −1 √ 𝑍𝑜 𝑅𝑖𝑛 (12)
Hasil perhitungan dimensi antena secara keseluruhan  dapat  dilihat  pada  Tabel  2,  sedangkan dimensi  antenna  yang  dirancang  dapat  dilihat  pada Gambar 4.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
A. Simulasi Sebelum direalisasikan terlebih dahulu dilakukan  simulasi  untuk  melihat  parameter  yang dihasilkan.  Sebelumnya berikut hasil parameter S 11 untuk  antena  1 patch tanpa  menggunakan  metode inset feed dan menggunakan metode inset feed pada frekuensi  3,5  GHz  dapat  dilihat  pada  Gambar  5 dengan gain yang ditampilkan pada Gambar 6.
Gambar 5. Perbandingan parameter S 11 1 patch hasil simulasi
Gambar 6. Gain 1 patch hasil simulasi
Parameter  yang  diamati  yaitu return  loss , Voltage  Standing  Wave  Ratio (VSWR),  pola radiasi,  dan gain antena  mikrostrip  seperti  yang ditunjukan  Gambar  7,  Gambar  8,  dan  Gambar  9. Parameter  tersebut  adalah  tolak  ukur  dalam mengetahui kinerja antena sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.
Seperti  pada  Gambar  5,  hasil  simulasi  antena  1 patch diperoleh  nilai bandwidth untuk  yang  tanpa metode inset  feed 160  MHz,  sedangkan  dengan menggunakan  metode inset  feed 190,5  MHz. Berdasarkan  perbandingan  ini  diperoleh  kenaikan bandwidth sebesar  19,06%  dengan  mengunakan inset  feed dan  dalam  hal matching  inpedance diperoleh  hasil  lebih  baik.  Berdasarkan  Gambar  6, hasil simulasi menunjukkan antena 1 patch metode inset feed ini diperoleh gain 3,762 dB.
Gambar 7. Return loss hasil simulasi
Gambar 8. VSWR hasil simulasi
Berdasarkan Gambar 7, hasil simulasi
menunjukkan  antena  ini  bekerja  pada band 3,48- 3,61  GHz  dengan bandwidth sebesar  130  MHz. Nilai VSWR yang dihasilkan dalam simulasi antena mikrostrip  8  elemen  adalah  1,13  pada  frekuensi 3,55 GHz seperti pada Gambar 8. Berdasarkan hasil simulasi  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  9,  pola radiasi antena  mikrostrip  8  elemen  dengan  metode inset feed ini adalah jenis pola radiasi unidirectional .  Berdasarkan  hasil  simulasi  yang ditunjukkan  pada  Gambar  10, gain antena mikrostrip 8 elemen diperoleh sebesar 10,47 dB dan sudah memenuhi spesifikasi yang diinginkan.

## B. Realisasi dan Pengujian
Setelah  memperoleh  data  simulasi  karakteristik antena  mikrostrip  4x2 patch dengan  metode inset feed ini,  selanjutnya  dilakukan  realisasi  antena dengan  melakukan  pencetakan  dan  kemudian dilakukan  pengujian  langsung  dengan  melakukan pengukuran return  loss ,  VSWR,  pola  radiasi,  dan gain .  Adapun  hasil  realisasi  antena  dapat  dilihat pada  Gambar  11  untuk  tempak  depan  dan  Gambar 12 untuk tempak belakang.
Gambar 9. Pola radiasi hasil simulasi
Gambar 10. Gain 8 elemen hasil simulasi
Gambar 11. Antena mikrostrip 4x2 patch tampak depan
Gambar 12. Antena mikrostrip 4x2 patch tampak belakang
-50.00 -40.00 -30.00 -20.00 -10.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340350 E Plane H plane
Gambar  13  dan  Gambar  14  menunjukkan perbandingan  hasil  simulasi  dan  hasil  pengukuran parameter  antena return  loss dan  VSWR.  Gambar 13  menunjukkan  hasil  pengukuran return  loss dimana band frekuensi  antena  yang  diperoleh adalah  3,56-3,66  GHz  dengan bandwidth sebesar 100  MHz.  Dari  perbandingan  hasil  simulasi  dan pengukuran diperoleh penurunan terhadap bandwidth dan  pergeseran  band  frekuensi.  Hal  ini bisa terjadi karena nilai 𝜀𝑟 yang ada di simulasi dan saat  pabrikasi  berbeda.  Untuk  hasil  pengujian  pola radiasi ditunjukkan pada Gambar 15.
Adapun  perbandingan  antara  spesifikasi  yang hendak dicapai, hasil simulasi, dan hasil pengujian, dapat dilihat pada Tabel 3. Berdasarkan perbandingan  diperoleh  bahwa  baik  simulasi maupun  eksperimen  diperoleh  parameter  antena sesuai dengan spesifikasi yang dihendaki.
Gambar 13. Return loss hasil simulasi dan pengujian
Gambar 14. VSWR hasil simulasi dan pengujian
Gambar 15. Pola radiasi hasil pengujian
Tabel 3. Perbandingan spesifikasi, hasil simulasi, dan
hasil pengujian Parameter  Spesifikasi Hasil simulasi Hasil pengujian Frekuensi (GHz) 3,56-3,66 3,48-3,61 3,56-3,66 Bandwidth (MHz) ≥ 100 130 100 Return loss (dB) ≥ 10 23,84 25,13 Gain ( dB ) > 9 10,47 9,4

## IV. K ESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  telah  berhasil    dilakukan desain  dan  realisasi  antena  mikrostrip rectangular array 4x2  elemen  dengan  metode inset  feed untuk aplikasi  5G.  Hasil  simulasi  satu  elemen  diperoleh bandwidth sebesar  190,5  MHz  sedangkan  hasil simulasi  desain  4x2  elemen  menunjukkan  antena memiliki bandwidth sebesar  130  MHz  sehingga terjadi penurunan bandwidth sebesar 31,7%. Untuk hasil  pengujian  secara  langsung  menunjukkan antena  memiliki bandwidth sebesar  100  MHz. Kemudian  diperoleh  nilai gain pada  hasil  simulasi satu  elemen  sebesar  3,672  dB  sedangkan  hasil simulasi  4x2  elemen  sebesar  10,47  dB  sehingga terjadi kenaikan gain sebesar 185,13%. Untuk hasil pengukuran  diperoleh  nilai gain sebesar  9,4  dB. Hasil  dari  simulasi  baik  pengukuran  untuk parameter  pola  radiasi  pun  sudah  sesuai  yaitu diperoleh  pola  radiasi  jenis unidirectional .Untuk penelitian  selanjutnya,  akan  dilakukan  relaisasi antena  dengan  metode proximity  couple untuk memperlebar bandwidth .
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 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 350360 E Plane H Plane

## R EFERENSI
[1] M.  R.  Sumpena,  H.  Madiawati,  and  Elisma, “Desain  Antena  Susun  Mikrostrip  Rectangular Patch  4x2  Untuk  Aplikasi  5G”, Prosiding  11 th IRWNS , vol. 11, no. 1, 2020.
[2] H. U. Mustakim, “Tantangan Implementasi 5G di Indonesia”, Journal  of  Information  Technology: INTEGER , vol. 4, no. 2, pp. 1-10, 2019.
[3] D.  Paragya  and  H.  Siswono,  “3.5  GHz Rectangular  Patch  Microstrip  Antenna  with Defected  Ground  Structure  for  5G”, Jurnal Elkomika , vol. 8, no. 1, pp. 31-42, 2020.
[4] O.  S.  Baskoro,  I.  P.  Ardana,  and  P.  K.  Sudiarta, “Karakterisasi  Antena  Susun  Mikrostrip  Patch Sirkular untuk Komunikasi Long Term Evolution Frekuensi 1,8 Ghz”, Seminar Nasional
Microwave, Antena dan Propagasi , no.10, pp. 37- 42, 2018.
[5] S.  Alam  and  R.  F,  Nugroho,  “Perancangan
Antena Mikrostrip Array 2x1 Untuk
Meningkatkan  Gain  Untuk  Aplikasi  LTE  Pada Frekuensi  2,3  GHz”, Jurnal  Teknik  dan  Ilmu Komputer, vol. 07, no. 28, pp. 365-378, 2018.
[6] E.  Y.  D.  Utami,  C.  Prabelia,  F.  D.  Setiaji,  Y. Wahyu,  “Peningkatan  Gain  dengan  Teknik Multilayer  Parasitic  pada  Perancangan  Antena Mikrostrip  Persegi  Panjang  2,4  GHz”, Jurnal Teknik Elektro , vol. 11, no. 2, pp. 72-78, 2019.
[7] H.  Satow,  E.  Nishiyama,  and  I.  Toyoda,  “Gain enhancement  of  a  dual  feed  microstrip  array antenna  using  parasitic  elements,” International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), pp. 1-4, 2015.
[8] A.  Akbar,  S.  Alam,  I.  Surjati,  “Perancangan Antena  Mikrostrip  Patch  Circular  (2,45  GHz) Array  dengan  Teknik  Pencatu  Proximity  Sebagai Penguat  Sinyal  Wi-Fi”, Jurnal  Sistem  Kendali Tenaga  Elektronika  Telekomunikasi  Komputer (Setrum) , vol. 6, no. 2, pp. 215-224, 2017.
[9] S.  Saxena  and  N.  Saxena,  “Proximity  Coupled
Microstrip Patch Antenna
for Gain
Enhancement,” International  Conference  on Advances  in  Computing,  Communication  & Materials (ICACCM) , 2020, pp. 423-426.
[10] Y.  Yusfarino  and  E.  Safrianti,  “Simulasi  Antena Mikrostrip H-Shaped  Planar  Array 4  Elemen Menggunakan Circular  Slot Dengan  Pencatuan Microstrip  Line Untuk  Aplikasi  CPE  FIXED WIMAX  Pada  Frekuensi  3,5  GHz  (3,4-3,6 GHz)”, Jom  FTEKNIK, vol.  4,  no.  1,  pp.  1-10, 2017.
[11] H.  Madiawati  and  A.  B,  Simanjuntak,    “Desain dan Realisasi Antena Mikrostrip Patch
Rectangular  Array  dengan  Slit  pada  Frekuensi 2620-2690  MHz  untuk  Aplikasi  LTE”, Jurnal Teknik , vol. 19, no. 2, pp. 110-119, 2020.
[12] N.  Putri,  “Realisasi  Antena  Susun  Mikrostrip RectangularPatch 2x4 Pada Frekuensi 2,7 GHz – 2,9 GHz Untuk Aplikasi Radar Cuaca”, Politeknik Negeri Bandung , Bandung, 2018.
[13]  Y.  Christyono,  I.  Santoso,  and  R.  D.  Cahyo, “Perancangan  Antena  Mikrostrip Array Pada Frekuensi  850  MHz”, Jurnal  e-ISSN  2407–6422, vol. 18, no. 2, pp. 2407-6422, 2016.
[14] P.  A.  Darmawan,  L.  O.  Nur,  and  H.  Wijayanto, “Antena  Mikrostrip  Array  1×4  Inset-Fed  Patch Persegi  Untuk  Wifi  2,4  Ghz  Access  Point”, e- Proceeding of Engineering, vol. 5, no. 1, pp. 321- 330, 2018.
[15] F. Rizqa, D. Arseno, and T. Yunita, “Analisis dan Desain  Antena  Mikrostrip  untuk  Komunikasi Satelit pada Frekuensi Ka-Band”, Jurnal Aviation
Electronics, Information Technology,
Telecommunication,  Electricals,  and  Controls (AVITEC) , vol. 2, no. 1, pp.1-12, 2020.
[16]  C.  A.  Balanis,  “ Antenna  Theory  :  Analysis  and Design”, fourth edition, Jhon Wiley & Sons, Inc, Publisher, New Jersey, 2015.