## PERANCANGAN ANTENA DENGAN CIRCULAR LINE PATCH DAN THICK LINE UNTUK LTE FREKUENSI 1.8 GHZ
Yusnita Rahayu, Kurnia Alfikri, Rhendy Theopilus Silalahi Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Riau Jl. HR Subantas KM 12.5, Simpang Baru, Tampan, Kota Pekanbaru, Riau 28293 Email: yusnita.rahayu@lecturer.unri.ac.id       kurnia.alfikri@student.unri.ac.id rhendy.theopilus@student.unri.ac.id
Abstrak -- Antena Circular line patch memiliki bentuk patch circular dan antena Thick line memiliki patch rectangular.  Kedua  antena  ini  mampu  bekerja  secara  optimal  pada  frekuensi  1.8  GHz.  Software  CST digunakan  dalam  perancangan  dua  antena  ini  dan  dilakukan  beberapa  kali  pengkarakterisasian. Untuk antenna circular line patch, didapat hasilnya yaitu pada frekuensi kerja 1.8 GHz dengan return loss -24.36 dB, bandwidth 160 MHz,  dan gain   2.457 dBi. Antena thick line patch  dan circular slot, didapat  hasilnya  yaitu  pada  frekuensi  1.8  GHz  dengan  return  loss  -26.493  dB,  bandwidth  213  MHz, dan gain   2.26 dBi.
Kata Kunci : Circular line; Microstrip Antenna; Thick line; Return loss
Abstract -- Circular line patch antenna has a circular shape and thick line antenna has a rectangular patch. Both of  antennas able to work optimally at frequency 1.8 GHz. CST software are used in this design and performed several time characterization. For circular line patch antenna work at frequency 1.8 GHz with a return loss -24.36 dB, bandwidth 160 MHz and    2.457 dBi gain. Thick line antenna work at frequency 1.8 GHz with a return loss -24.493 dBi, bandwidth 213 MHz, and   2.26 dBi gain
Keyword : Circular line; Microstrip Antenna; Bandwidth; Thick line; Return loss

## PENDAHULUAN
Informasi  dan  komunikasi  yang  terus berkembang  pesat  dari  waktu  ke  waktu merupakan  kebutuhan  masyarakat  Indonesia. Sehingga teknologi dan peralatan telekomunikasi  dituntut  untuk  berkembang dengan  cepat  oleh  pihak  penyedia  jasa layanan telekomunikasi seluler, agar kebutuhan konsumennya terpenuhi. Teknologi terus  tumbuh,  diimulai  dari  generasi  pertama, yakni  era  AMPS  ( Advanced  Mobile  Phone Service ),  generasi  kedua  yaitu  GSM  ( Global System  for  Mobile  Comunication ),  generasi ketiga  yaitu  CDMA  ( Code  Division  Multi Access )  dan  generasi  keempat  yaitu  LTE ( Long Term Evolution ).
Frekuensi  LTE  ( Long Term  Evolution ) yang  dipakai  adalah  700  MHz,  900  MHz,  1800 MHz,  2100  MHz,  2300  MHz,  2600  MHz. Teknologi  terbaru  seperti  LTE  tentu  harus menggunakan  perangkat  yang  baru.  Selain kecepatan yang berbeda, frekuensi yang dipakai juga tentunya harus disesuaikan.
Beberapa penelitan serupa telah dilakukan.  Pandit et.  al. (2015)  telah  meneliti antenna  yang  memiliki  nilai  yang  lebih  baik  dari referensi  yang  diambil,  s ekitar  perbaikan  - 30.35dB  dan  -29,9  dB.  Selain  itu, Khattak et.  al (2010)  mengupayakan  antenna  mikrostrip patch
lingkaran elemen tunggal yang dirancang mampu bekerja pada range frekuensi 1.8 GHz. Penelitian lain,  menghasilkan  antenna  dualband,  yakni dengan  bandwidth  pertama  728MHz  -  978MHz dan  yang  kedua  1.63GHz  to  2.95GHz  dengan gain 12 dBi (Liu, 2016). Penelitian lain juga telah menghasilkan  UWB  ( Ultra  Wide  Band )  dengan frekuensi  5  GHz,  6.5  GHz  dan  9  GHz  dengan gain diatas -11 dBi (Kumar, 2015).
Sementara  itu,  Amirullah  (2008)  meneliti antenna  dengan  DGS,  dimana  antenna  ini memiliki return  loss  optimum dari  pengukuran sebesar  -40.081  dB. Gain sebesar    19.314 dengan  frekuensi  2.6  GHz.  Sedangkan,  Hendra (2015)  memiliki  hasil  penelitian  berupa  antenna mikrostrip patch lingkaran  elemen  tunggal  yang dirancang  mampu  bekerja  pada range frekuensi 2,252-2,415  GHz  dengan impedance  bandwidth pada VSWR ≤  1,9  sebesar  163  MHz  (6,9  %). Dan  pada VSWR ≤  1,5,  antenna  ini  mampu bekerja  pada range frekuensi  2,280-2,383  GHz dan  memiliki impedance  bandwidth sebesar  135 MHz  (5,7  %).  Sebuah  penelitian  tentang  LTE juga menyimpulkan perancangan antena mikrostrip  yang  bekerja  pada  frekuensi  2,6  Ghz untuk  aplikasi  LTE.  Hasil  simulasi  menunjukan bahwa nilai return loss antena sebesar -22.16 dB dan  nilai VSWR nya  sebesar  1,169  dB. Sedangkan  pola  radiasi  antenna  bersifat omni
directional dan  antena  mendekati  matching terlihat  dari  simulasi  impedansi  masukan  yang mendekati  50  Ohm  (Herudin,  2012).  Penelitian tentang  antena  mikrostrip Rectangular dengan DGS  dihasilkan  daerah  kerjanya  pada  frekuensi 3300 –  3400  dengan VSWR minimum  1,143, dengan  bentuk  yang  kompak  dan  dapat diimplementasikan untuk aplikasi receiver. Bandwidth  Dengan  DGS  adalah  90  MHz, Sedangkan Tanpa  DGS  adalah  50  MHz  (Ahmad Yusyandi, 2011).
Sebuah  penelitian  lain  telah  menghasilkan perancangan antenna mikrostrip patch segiempat array 8  elemen  dengan  pembentukan  pola radiasi  diperoleh  antenna  yang  bekerja  pada frekuensi kerja dan bandwidth yang cukup, yakni frekuensi  yang  diperoleh    adalah  3.29  GHz  - 3.47GHz dengan gain sebesar 9,085dBi (Wardana dan Rahmadyanto, 2009). Sudipta et. al. (2015) mencoba mengoptimalkan  ground  yang  bekerja  pada frekuensi  3.3  GHz  dengan return  loss sebesar 12.39  dB.  Optimalisasi patch juga  dilakukan dengan  bekerja  pada  frekuensi  2.6  GHz, gain 2.12  dBi  dan bandwidth 1100  MHz  (Lamia  dan Tlili,  2013).  Serta  Lin et.  al. (2015)  meneliti antenna dengan frekuensi 1.82GHz, return loss - 10dB, bandwidth 0.646 GHz.
Tulisan  ini  menawarkan  perancangan antenna  menggunakan software simulator CST.  Perancangan  antena  ini  menghasilkan keuntungan  dibandingkan  dengan patch yang lainnya.  Antena  mikrostrip circular  patch dan rectangular patch modifikasi untuk menghasilkan  jarak return  loss , gain ,  pola radiasi dan frekuensi kerja yang baik.
Pada perancangan kedua antenna mikrostrip  ini  dapat  diaplikasikan  untuk  LTE yang  bekerja  pada  frekuensi  1.8  GHz  dengan menggunakan software CST.  Proses  ini mendapatkan bandwidth yang  lebar  (200 MHz),  rancangan  ini  menggunakan microstrip upright yang  terdiri  dari  slot  yang  berbentuk robot  head untuk  memperoleh  pola  radiasi dan gain ≥ 2.26 dBi.
PERANCANGAN ANTENA DAN KONFIGURASI Beberapa  perhitungan  dilakukan  untuk mendapatkan perancangan antenna dan konfigurasi yang optimal. Perhitungan difokuskan pada  kalkulasi  antenna  mikrostrip rectangular patch. Beberapa  proses  perancangan  yang dilakukan dibahas pada bagian berikut ini.
Perhitungan Lebar Patch (W) Perhitungan  Lebar patch dihitung  dengan menggunakan Persamaan (1), yaitu:
(1)
Keterangan c = Kecepatan cahaya (3x10 8 m/s ) fr = Frekuensi kerja antena Ɛr = Konstanta dielektrik substrat
Sedangkan untuk  menentukan  panjang patch ( l ) diperlukan parameter ∆ l yang merupakan pertambahan  panjang  dari l akibat  adanya fringing  effect .  Pertambahan  panjang  dari l ( ∆ l ) tersebut dirumuskan pada Persamaan (2), yaitu:
(2)
dimana h merupakan  tinggi  substrat  dan ɛ reff adalah konstanta dielektrik efektif yang dirumuskan dengan Persamaan (3), sebagai:
(3)
dimana  dengan  menghitung length dirumuskan pada Persamaan (4), sebagai:
(4)
dimana  dengan  panjang patch (l)  diberikan  oleh Persamaan (5), yaitu:
(5)
Perhitungan Dimensi Patch Dimensi  dari patch yang  berbentuk  slot garis dan lingkaran ditunjukkan pada Gambar 1.
(b)
Gambar 1. Bentuk Patch Circular Line (a) Tampak depan (b) Tampak belakang
Kemudian, didesain ulang bentuk antenna sesuai dengan  nilai  frekuensi  yang  diinginkan  yakni  1.8 GHz  dengan  menggabungkan patch persegi. Desain  terdiri  dari patch persegi  pada  substrat FR4  dengan  ground  parsial  seperti  ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Bentuk Patch Thick Line

## Menenentukan Spesifikasi
Penentuan  spesifikasi  antena  bertujuan agar antena yang disimulasikan memiliki sebuah hasil  yang  diinginkan.  Antena  yang  didesain merupakan  antena mikrostrip  circular  patch dan rectangular patch

## Perancangan Antena
Perhitungan  nilai  dimensi  antenna  yang diperlukan  untuk  proses  desain  antena.  Ukuran dimensi antena sangat mempengaruhi karakteristik  antena  yang  akan  direalisasikan. Nilai frekuensi kerja yang digunakan menentukan fisik  dari  dimensi  antena,  semakin  tinggi frekuensi  maka  dimensi  antena  akan  semakin kecil.  Frekuensi  yang  digunakan  pada  penelitian ini adalah 1.8 GHz dengan bandwidth > 160 MHz
(frekuensi  untuk  4G).  Untuk  itu  perhitungan dimensi  pada  antena  terlebih  dahulu  ditetapkan sebagaimana ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Dimensi Antena Hasil Optimasi Spesifikasi Antenna 1 Antena 2 Bahan substrat FR4 (lossy) FR4 (lossy) Lebar substrat 22.6 mm 38 mm Panjang substrat 27.5 mm 45 mm Tebal substrat 1.6 mm 1,5 mm Ground 14.75 x 14.75 mm 42 x 29.5 mm

## Menentukan Jenis Substrat yang Digunakan
Perancangan  ini  menggunakan  substrat jenis  FR4  ( lossy )  dengan  ketebalan  1.6  mm untuk antenna Circular Pacth dan 1.5 mm untuk antenna  Thick  Line  dengan  spesifikasi  pada table 2.
Menentukan Jenis Patch yang Digunakan Perancangan  ini  menggunakan  patch Cooper ( pure )  dengan  ketebalan  0,025  mm. Spesifikasi patch yang  digunakan  diperlihatkan pada Tabel 2 Tabel 2. Spesifikasi Patch Spesifikasi Antenna 1 Antena 2 Bahan Patch Cooper (pure) Cooper (pure) Lebar Patch 15 mm 15 mm Panjang Patch 15,6 mm 15.6 mm Tebal Patch 0.025 mm 0.025 mm HASIL DAN PEMBAHASAN Antena dengan dimensi sebelum
dioptimasi,    setelah  disimulasikan  tidak  bekerja pada  rentang  frekuensi  yang  telah  ditentukan.
Nilai-nilai  parameter  yang  diamati  juga  belum mencapai spesifikasi yang diharapkan. Perubahan  dimensi  antena  akan  mempengaruhi nilai parameter yang diamati.
Pada  penelitian  ini  parameter  yang digunakan  adalah  karakterisasi  dari  dimensi ground  untuk  antenna Circular  Line  Patch dan ukuran    pencatu,  ukuran patch untuk  antena Thick  Line dalam  rangka  untuk  mengetahui  nilai return loss , bandwidth serta gain .
Return Loss dan Bandwith Pada antenna Circular Line Patch bandwith dapat  dihitung  apabila  frekuensi  tinggi dan  frekuensi  rendah  dari  suatu  antena  sudah diketahui  dan return  loss adalah  perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan  terhadap  amplitudo  gelombang yang  dikirimkan. Return  loss dapat  terjadi  akibat
adanya  diskontinuitas  antara  saluran  transmisi dengan impendasi dari beban antena.
Ground untuk  antena Circular  Line  Patch pada  Gambar  1  dan  panjang  pencatu  serta  X8 untuk  antena Thick  Line pada  Gambar  3 digunakan  sebagai  parameter.  Hal  ini  dilakukan untuk  mendapat  frekuensi  yang  optimal.  Tabel  3 memperlihatkan  hasil  perbandingan  simulasi  S- parameter pada antenna circular patch.
Tabel 3. Return Loss dan Bandwidth Karakteristik ground pada Antena Mikrostrip dengan Patch
Circular Patch Dimensi W1 (mm) Return loss (dB) BW (MHz) Frek (Hz) 13.25 -23.08 132 1.7711 13 -23.09 136 1.7747 14.75 -24.36 166 1.8
Gambar 3. Return Loss setelah Optimisasi
Gambar 3 adalah hasil simulasi antena mikrostrip dan Tabel 3 menunjukkan nilai return loss -24.36 dB  dan bandwidth -nya  160  MHz  dengan karakteristik ground 14.75  x  14.75  yang  terbaik dari parameter ini.
Gambar 4. Simulasi patch X8
Setelah  proses  optimasi  dilakukan  pada dimensi  antena  maka  didapatkan  hasil  berupa nilai  nilai  parameter  yang  berbeda  dari  hasil simulasi  menggunakan  nilai  dimensi  dari  hasil
perhitungan.
Adapaun parameter yang digunakan  adalah  menghitung  nilai patch X8. Hasil  pengoptimalisasian  X8  diperlihatkan  pada Gambar 4.
Gambar 5. Simulasi S-Parameter dengan mengubah nilai X8
Dapat  dilihat  pada  Gambar  5  bahwa frekuensi  tengah,  yaitu  pada  frekuensi  1.8  GHz dengan  panjang patch X8,  memiliki return  loss sebesar  -26,493  dB  dan bandwidth  213 MHz, maka  panjang patch X8  yang  sesuai  dengan frekuensi  tengah  yang  kita  inginkan  adalah  15  x 15.6 mm dan panjang X8 4.23 mm
Variasi  panjang patch yang  dibuat  adalah nilai dari panjang patch X8 dengan turun sebesar 0.2  mm  dan  parameter  yang  tetap  adalah Dimensi patch.
Berdasarkan  data  hasil  simulasi,  diketahui bahwa  nilai return  loss terbaik  diperoleh  pada panjang patch 15.6  x  15  mm  dan  memiliki frekuensi  tengah  di  1.8  GHz  dengan return  loss sebesar -26,493 dB.

## Karakteristik Dimensi Panjang Pencatu Ip
Berdasarkan  data  hasil  simulasi,  diketahui bahwa  nilai return  loss terbaik  diperoleh  pada panjang patch 15.6  x  15  mm  dan  memiliki frekuensi  tengah  di  1.8  GHz  dengan return  loss sebesar  -26,493  dB.  Namun,  dari  hasil  ini  dapat disimpulkan  bahwa  karakterisasi  pada  panjang patch ada  pengoptimalisasi  perubahan  maka simulasi  kali  ini  sudah  mencapai  syarat-syarat seperti return loss -10 dB telah terpenuhi.
Pada  Gambar  6  terlihat  bahwa  pada  nilai return loss dibawah -10 dB impedansi bandwidth antena berada pada rentang 1.6899 GHz sampai 1.9095  GHz  dengan  frekuensi  puncak  1.8  GHz dengan return loss -26.493dB.
Gambar 6. Simulasi S-Parameter dengan mengubah nilai Panjang pencatu
Gain dan Pola Radiasi Hasil  simulasi gain dan  pola  radiasi diperlihatkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Gain dan Pola Radiasi antenna Circular Patch
Nilai Gain dan  Pola  Radiasi  pada  Gambar  8, memiliki  nilai    hasil  simulasi  dari  pola  radiasi  3D adalah  2.23  dBi.  Sedangkan  pola  radiasinya adalah bersifat omnidirectional.
Gambar 8. Gain dan Pola Radiasi antenna thick line
Untuk  pola  radiasi  terlihat  bahwa  antenna memiliki  pola omni  directional dengan  nilai gain 2,26. dBi terbukti bahwa syarat nilai gain > 2 dBi.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan dan proses  simulasi  antenna  diperoleh  kesimpulan sebagai  berikut.  Nilai Bandwith untuk  antenna circular  patch didapat  pada  rentan  frekuensi  1.8 Ghz  yaitu  160  Mhz. Returnloss yang  didapat bernilai  -24.36  dB.  Sedangkan  hasil  dari VSWR yang  didapat  ≤  1.1345  dan Gain yang  diperoleh bernilai  2.23dBi.  Secara  umum  dapat  dikatakan bahwa pola radiasi bersifat omnidirectional. Sedangkan  untuk  antenna thick  line, dirancang  antena  mikrostrip patch 1.6899  GHz sampai  1.9095  GHz  dengan  frekuensi  kerja  1.8 GHz  dengan  lebar bandwidth 213  MHz.  Nilai return loss dari hasil simulasi untuk nilai pencatu Wp  dan  Ip  yang  diubah  adalah  panjang  Ip  15.  6 mm  dengan  kenaikan  0.5  yaitu  pencatu  Ip  18.1 mm  sebesar  -25.876  dB,  untuk  pencatu  Ip  17.6 mm  sebesar  -26.430  dB,  untuk  pencatu  Ip  17.1 mm  sebesar  -26.483dB,  untuk  pencatu  Ip  16.6 mm  sebesar  -26.486dB,  untuk  pencatu  Ip 16.1mm  sebesar  -26.489 dB dan untuk pencatu Ip 15.6 mm sebesar -26.493 dB. Pada antena ini memiliki gain sebesar  2,26  dB  Nilai gain antena dari  hasil  simulasi  adalah  2.26  dBi.  Perubahan dimensi  antena  juga  mempengaruhi  nilai return loss , gain dan  besarnya bandwidth yang diperoleh.  Semakin  kecil  dimensi  antena  maka semakin  tinggi  nilai  frekuensi  yang  didapatkan, sebaliknya  semakin  besar  dimensi  antenanya maka semakin rendah frekuensi yang didapatkan.

## REFERENSI
Amirullah,  Lestari.  Rancangan  Bangun  Antena Mikrostrip  Dengan  Menggunakann  Teknik Defected  Ground  Structure  (DGS)  Bentuk Dumbbell  Square-Head  Pada  Patch  Segitiga array  Linier. Skripsi  Sarjana .  Teknik  Elektro,
Universitas Indonesia. 2008.
Hendra,  Rio.  Analisis  Antena  Mikrostrip  Array Bentuk  Lingkaran  Dan  Persegi  Panjang Menggunakan  Simulasi  Untuk  Aplikasi  Lte Frekuensi 2.3  GHz. Skripsi  Sarjana .  Fakultas Teknik, Universitas Riau, Indonesia. 2015. Herudin. Perancangan Antena Mikrostrip Frekuensi 2,6 GHz   untuk Aplikasi LTE (Long Term  Evolution). Skripsi  Sarjana. Jurusan Teknik  Elektro,  Universitas  Sultan  Ageng Tirtayasa Cilegon, Indonesia. 2012.
Khattak, M. I., R. M. Edwards, O. A. Ojerinde, C. J.  Panagamuwa  and  M.  Gul.  A  study  of perturbations  in  linear  and  circular  polarized
antennas  in  close  proximity  to  the  human body and dielectric liquid filled rectangular and a  cylindrical  phantom  at  1.8  GHz. 2010 Loughborough Antennas & Propagation
Conference. Loughborough.  2010:  409-412. http://dx.doi.org/10.1109/LAPC.2010.5666295 Kumar,  Nishant.  Design  And  Analysis  Of Frequency Reconfigurable Microstrip
Antennas. Tesis  Master .    Department  of Electronics  and  Communication  Engineering, National  Institute  of  Technology  Rourkela.
2015. Lamia Tchoketch-Kebir, Boutheina Tlili.
Microsrtip  Monopole  Antenna  with  Enhanced Bandwidth  for  LTE  Aplications. Tesis  Master . Electrical  Engineering  Department  Rochester Institute  of  Technology  Dubai,  United  Arab Emirates. 2013.
Lin, Bin., Xian Chen, Hongjian Lin, Jiawei Zheng, Zijian Chen dan Zijian Lin. Design of the New
Wideband Circular Dipole Antenna. Proceeding of 3 rd International Conference on Mechanical Engineering and Intelligent System  (ICMEIS  2015). China.  2015:  689- 693.
http://dx.doi.org/10.2991/icmei-15.2015.128 Liu, Jian. Compact Dual-Broadband Antenna and
Its Array for 2G/3G/LTE Application. The 2016
International Symposium on Computer,
Consumer  and  Control  (IS3C). Xi'an.  2016:
224-226. http://dx.doi.org/10.1109/IS3C.2016.67
Pandit,  N.,  P.  Sharma,  S.  K.  Jha  and  P.  P.
Bhattacharya. Design of a slotted reconfigurable  patch  antenna  for  present-G wireless  communication. Proceeding  of  The 2015  International  Conference  on  Green Computing  and  Internet  of  Things  (ICGCIoT) ,
Noida. 2015: 1134-1138.
http://dx.doi.org/10.1109/ICGCIoT.2015.73806
33
Wardana, Indra dan Rahmadyanto, Heri. Rancang  Bangun  Antena  Mikrostrip  Slot Triangular Array 8 Elemen dengan Pencatuan Microstrip  Feed  Line  Secara  Tidak  Langsung untuk  Aplikasi  CPE  Wimax. Skripsi  Sarjana. Teknik  Elektro,  Fakultas  Teknik,  Universitas Indonesia. 2009.
Yusyandi,  Ahcmad.  Rancang  bangun  antena microstrip  rectangular  dengan  dgs(defected ground  structure)  berbentuk  belah  ketupat pada frekuensi 3.3 ghz-3.4 ghz untuk aplikasi wimax. Skripsi Sarjana. Teknik Telekomunikasi, Fakultas Ilmu Terapan, Universitas Telkom. 2011.