| Vol. 10 | No. 4 | Halaman 783 - 797
Oktober 2022

## Perancangan, Optimasi dan Analisis
High Isolation Dual-Band MIMO 5G Antena untuk Implementasi pada Smartphone

## RIZCKY GANDARRITYAZ, MUHAMMAD FAUZAN EDY PURNOMO, FAKHRIY HARIO PARTIANSYAH
Departemen Teknik Elektro, Universitas Brawijaya, Indonesia Email: rizcky.gandar@gmail.com, rizckyg@student.ub.ac.id
Received 11 Mei 2022 | Revised 10 Juni 2022 | Accepted 14 Juli 2022

## ABSTRAK
Pemerintah telah menyiapkan kandidat spektrum frekuensi 700 MHz, 2,3 GHz dan 26 GHz/28 GHz untuk teknologi 5G di Indonesia. Dibutuhkan desain antena dengan isolasi  tinggi,  mampu  bekerja  secara  MIMO  dengan  struktur  yang  ringkas  agar tidak menghabiskan ruang yang besar pada sirkuit smartphone. Pada penelitian ini dilakukan perancangan dan optimasi elemen antena folded monopole meander line dengan dimensi 31,5 x 16 mm yang dapat bekerja secara dual-band yaitu pada frekuensi  700  MHz  dan  2,3  GHz.  Kemudian  diimplementasikan  dalam  dua rancangan konfigurasi 8 ports MIMO antena yang berbeda posisi penempatan port- nya. Hasil simulasi menunjukkan konfigurasi 1 memiliki isolasi tinggi dan kinerja lebih optimal dibandingkan dengan konfigurasi 2, di mana RL < -10 dB pada kedua frekuensi  kerja,  isolasi  tinggi  tanpa  adanya  tambahan  elemen  decoupling  yaitu >20,64 dB dan >16,94 dB pada frekuensi 700 MHz dan 2,3 GHz secara berurutan, ECC<0,1  dan  efisiensi  antena  mencapai  71,4%  dan  84,6%  pada  frekuensi  700 MHz dan 2,3 GHz secara berurutan.
Kata kunci : 5G, antena, MIMO, dual-band, 700 MHz, 2,3 GHz, isolasi tinggi

## ABSTRACT
The Indonesian government has prepared frequency spectrum candidates for 5G technology at 700 MHz, 2.3 GHz and 26 GHz/28 GHz. It takes antenna design with high  isolation,  MIMO  and  compact  structure.  In  this  research,  the  design  and optimization  of  an  antenna  element  with  a  folded  monopole  meander  line geometric shape with dimensions of 31.5 x 16 mm which can work in dual-band at  frequency  700  MHz  and  2.3  GHz.  The  antenna  design  implemented  in  two configuration of 8  ports MIMO antenna with different  port placement  positions. The  simulation  results  show  that  configuration  1  has  high  isolation  and  more optimal performance than configuration 2, where RL < -10 dB at both frequencies, ECC<0.1, high isolation without additional decoupling elements at >20.64 dB and >16.94 dB and antenna efficiency reached 71.4% and 84.6% at frequency 700 MHz and 2.3 GHz, respectively.
Keywords : 5G, MIMO, dual-band, 700 MHz, 2.3 GHz, high isolation

## 1. PENDAHULUAN
Seiring  dengan  perkembangan  zaman  yang  pesat  khususnya  di  Indonesia,  kebutuhan masyarakat terhadap internet yang meningkat harus diimbangi dengan kecepatan akses data yang dapat memenuhi kebutuhan internet yang semakin hari semakin bertambah. Pengguna internet saat ini menginginkan kecepatan data yang lebih cepat dan layanan yang lebih andal. Berdasarkan  hal  tersebut  lahirlah  teknologi 5th  Generation  (5G).  Dengan  5G,  pengguna seharusnya dapat mengunduh film definisi tinggi dalam waktu kurang dari satu detik (tugas yang  dapat  memakan  waktu  10  menit  pada  4G  LTE).  Teknologi  ini  nantinya  juga  akan mendorong perkembangan teknologi baru lainnya, seperti kendaraan otonom, virtual reality, dan Internet of Things (IoT) (Nordrum & Clark, 2017).
Pemerintah  Indonesia  telah  menyiapkan  kandidat  spektrum  frekuensi  700  MHz  (lapisan frekuensi  rendah),  2,3  GHz  (lapisan  frekuensi  menengah)  dan  26  GHz/28  GHz  (lapisan frekuensi tinggi) untuk teknologi 5G di Indonesia. Apabila Indonesia telah efektif melakukan ASO ( Analog Switch Off) dan beralih ke TV Digital pita frekuensi 700 MHz sebanyak 328 MHz hanya  akan  terpakai  176  MHz  dan  cadangan  40  MHz  (478-694  MHz),  sementara  112  MHz (694-806 MHz) sisanya dapat dialokasikan untuk keperluan lain termasuk penerapan jaringan 5G  di  Indonesia.  Kementerian  Komunikasi  dan  Informatika  (Kominfo)  beberapa  waktu  lalu membuka  lelang  penggunaan  pita  frekuensi  2,3  Ghz  pada  rentang  2.360  -  2.390  Mhz. Frekuensi tersebut dapat digunakan untuk mendorong adopsi jaringan 5G oleh operator seluler (Burhan, 2020).
Antena  yang  diimplementasikan  pada smartphone  semakin  berkembang  dengan mengutamakan  bentuknya  yang  ringkas  sehingga  lebih  efisien  dan tidak memakan banyak ruang  namun  tetap  memiliki  kehandalan  yang  tinggi.  Desain  antena  mikrostrip  mampu memenuhi kebutuhan hal tersebut. Selain karena bentuknya yang ringkas, antena mikrostrip dapat dioptimasi sesuai dengan kebutuhan pengguna dan juga memiliki biaya pembuatan yang relatif murah. Desain antena mikrostrip yang dapat bekerja pada lebih dari satu pita frekuensi juga lebih dapat menghemat ruang pada smartphone. Mendesain antena yang dapat bekerja pada lebih dari satu frekuensi kerja ( dual-band atau multi-band) dan memiliki isolasi antena yang tinggi serta bentuk yang ringkas menjadi salah satu fokus yang akan dikembangkan oleh banyak peneliti saat ini. (Desai, dkk, 2020) (Gong, dkk, 2019) (Satyanarayana, dkk, 2019) (Yuan, dkk, 2020)
Penggunaan frekuensi rendah (<1 GHz) akan berakibat pada ukuran antena yang cukup besar, dikarenakan rancangan antena akan digunakan pada smartphone yang memiliki ruang yang terbatas  maka  penggunaan  antena monopole  dengan  teknik  miniaturisasi  berupa  melipat ( folding) atau bisa juga disebut dengan meander line antena diharapkan dapat menjadi solusi. Meander line antena telah banyak digunakan pada penelitian sebelumnya sebagai solusi untuk meringkas dimensi antena monopole λ/4 konvensional, terutama pada penggunaannya untuk frekuensi  rendah.  Penggunaan  antena monopole  relatif  lebih  banyak  digunakan  selain bentuknya yang sederhana dan dapat dimodifikasi sedemikian rupa sehingga memiliki dimensi yang lebih ringkas, antena ini juga dapat dimodifikasi untuk bekerja secara dual-band. (Al- zayed & Shameena, 2016) (Choi, dkk, 2018) (Paga, dkk, 2018)
Dibutuhkan desain antena yang mampu bekerja secara MIMO ( Multiple Input Multiple Output). MIMO adalah salah satu teknologi yang menjanjikan untuk teknologi jaringan 5G. Sistem MIMO ini  terdiri  dari  satu  atau  lebih  elemen  antena  yang  dapat  bekerja  sebagai transmitter  dan receiver, sehingga dapat meningkatkan  kapasitas  kanal  (channel capacity)  serta  kecepatan data ( data rate) dengan pengiriman dan penerimaan informasi secara paralel dan multipath. Selain itu dibutuhkan struktur yang ringkas agar tidak menghabiskan ruang yang besar pada
sirkuit smartphone.  Namun,  jika  beberapa  antena  diletakkan  pada  posisi  yang  berdekatan dapat  menimbulkan mutual  coupling  yang  menurunkan  efisiensi  dan  kualitas  parameter antena. (Chen, dkk, 2018) (Nirmal, dkk, 2017)
Beberapa  metode  telah  digunakan  untuk  meningkatkan  isolasi  antena  antara  lain  dengan menambahkan  elemen decoupling,  orthogonal  polarization (Parchin,  dkk,  2019) , neutralization  line (Wong,  dkk,  2016) ,  DGS  (Defected  Ground  Structure) (Ghalib  & Sharawi,  2017) , electromagnetic  band  gap  (EBG) (Ma  &  Zhao,  2014) ,  multimode decoupling (Xu, dkk, 2017) , two asymmetrically mirrored gap (Wong, dkk, 2017) dan lain- lain, namun sebagian besar dari metode tersebut dikembangkan hanya untuk sistem dengan dua elemen antena saja, yang mana hal tersebut tidak dapat bekerja dengan baik untuk sistem MIMO dengan memiliki elemen antena lebih banyak dalam satu baris. Selain itu, beberapa metode tersebut menggunakan tambahan elemen isolasi yang menyebabkan efisiensi antena menurun secara signifikan (Zhao & Ren, 2019) .
Sedangkan salah satu metode decoupling yang lebih konvensional dan tidak adanya tambahan elemen isolasi adalah optimasi jarak dan konfigurasi antar elemen antena. Beberapa penelitian telah dilakukan terkait perancangan model 8 ports antena MIMO 5G dengan bentuk geometri folded monopole yang dapat bekerja secara dual-band dengan rentang frekuensi 3,5 – 6 GHz dan menggunakan optimasi jarak dan konfigurasi antena sebagai decoupling method. (Gong, dkk,  2019)  (Satyanarayana,  dkk,  2019)  (Yuan,  dkk,  2020)  (Zabetiakmal,  dkk, 2019)
Saat ini masih sedikit penelitian mengenai model antena yang menggabungkan bentuk yang ringkas,  dapat  beroperasi  secara dual-band  dan  juga  memiliki  isolasi  antena  yang  tinggi terutama yang bekerja pada frekuensi 700 MHz dan 2,3 GHz. Oleh sebab itu, pada penelitian ini diusulkan susunan 8 ports MIMO antena mikrostrip folded monopole meander line  yang dapat  bekerja  secara dual-band  pada  frekuensi  700  MHz  dan  2,3  GHz  dengan  melakukan optimasi jarak dan konfigurasi antar elemen sebagai decoupling method memanfaatkan spatial diversity,  angle  diversity  dan  polarization  diversity  untuk  meningkatkan  isolasi  antena  dan meminimalkan  efek mutual  coupling  antar  elemen  antena (Molisch,  2011) .  Diharapkan antena yang diusulkan ini selain memiliki isolasi antena yang tinggi juga akan memiliki bentuk yang  ringkas  sehingga  tidak  menghabiskan  ruang  yang  besar  pada  sirkuit smartphone. Parameter minimum yang harus dipenuhi pada rancangan MIMO antena ini yaitu: VSWR ≤ 2, RL < -10 dB, ECC < 0,3, Efisiensi antena >50% dan koefisien isolasi antena > -15 dB.

## 2. PERANCANGAN ANTENA
2.1 Diagram Alir Metode Penelitian Perancangan High  Isolation  Dual-Band    MIMO  5G  antena  untuk  implementasi  pada smartphone dilakukan berdasarkan studi literatur dan referensi yang diperoleh dari hasil studi pustaka. Hasil rancangan kemudian dilakukan simulasi dan optimasi menggunakan simulator CST  Studio  Suite  untuk  mengetahui  parameter  antena.  Jika  simulasi  dan  optimasi  sudah mendekati parameter yang diharapkan, maka dilanjutkan dengan analisis dan perbandingan hasil dengan antena lain yang memiliki kesamaan. Setelah itu akan diambil kesimpulan. Berikut adalah diagram alir tahapan penelitian:

## Gambar 1. Diagram Alir Tahapan Penelitian

## 2.2 Perancangan Geometri Antena Elemen Tunggal
Antena monopole  seperempat  gelombang  banyak  digunakan  pada  telepon  seluler  dan  alat komunikasi  nirkabel  lainnya  karena  karakteristiknya  dan  mudah  dibuat.  Persamaan  untuk menentukan  panjang  dan  lebar  elemen  peradiasi  antena monopole  adalah  sebagai  berikut (Paga, dkk, 2018) :
𝐿 = (1)
𝜆 =
(2) 𝑊 = . . − 1.25 𝑥 𝑡 (3) Dimana, c = Kecepatan cahaya di ruang hampa 3 x 10 8 m/s
f r = Frekuensi resonansi λ g = Panjang gelombang datang ε r = Permitivitas relatif L = Panjang elemen peradiasi antena (mm) W f = Lebar saluran pencatu h = ketebalan substrat (mm)
t = ketebalan tembaga (mm)
Pada perancangan ini parameter dasar antena yang harus dipenuhi antara lain adalah nilai VSWR ≤ 2 dan return loss < -10 dB, dan frekuensi kerja antena pada 700 MHz dan 2,3 GHz ( dual-band) dengan bandwidth minimal 30 MHz, sesuai dengan frekuensi kerja komunikasi 5G di Indonesia yang telah ditentukan oleh Kominfo yaitu 2360 – 2390 MHz. FR4-Epoxy dengan ε r = 4,3; loss tangen 0,025 serta ketebalan substrat dan tembaga masing-masing 1,6 mm dn 0,035 mm digunakan sebagai substrat dieletrik karena lebih mudah didapat, harganya yang relatif murah, mudah dibentuk sesuai dengan rancangan dan memiliki kinerja yang relatif baik jika digunakan sebagai antena mikrostrip.
Sesuai persamaan di atas dan jenis substrat yang digunakan dapat dihitung panjang elemen peradiasi antena monopole seperempat gelombang untuk frekuensi kerja 700 MHz dan 2,3 GHz dan lebar saluran pencatunya yaitu:
𝐿 = = ( ) = 107,14 𝑚𝑚 (4) 𝐿 , = = ( , ) = 32,61 𝑚𝑚 (5) 𝑊 = . .
− 1.25 𝑥 𝑡 = . . . − 1.25 𝑥 0.035 = 2,98 𝑚𝑚 (6)
Umumnya,  panjang  elemen  peradiasi  untuk  antena monopole  seperempat  gelombang sederhana yang memiliki panjang ground ideal λ/4 membutuhkan panjang konduktor 107 mm untuk menghasilkan resonansi pada  700 MHz sedangkan panjang sekitar 33 mm untuk 2,3 GHz. Sebuah cabang yang ditempatkan pada elemen peradiasi yang lebih panjang sehingga memiliki  panjang dari  ujung  saluran  pencatu  hingga  ujung  cabangnya  sekitar  33  mm  juga dapat menghasilkan resonansi pada 2,3 GHz. Konsep yang sama diadopsi dalam perancangan antena  pada  penelitian  ini,  namun  pemanfaatan ground  yang  lebih  pendek  akan mengakibatkan penggunaan elemen peradiasi yang lebih panjang (daripada antena monopole seperempat  gelombang  sederhana)  untuk  menghasilkan  resonansi  pada  frekuensi  rendah yang diinginkan (Choi, dkk, 2018) , yaitu pada penelitian ini total menjadi 134 mm. Dimensi antena tersebut relatif besar untuk ruang pada smartphone yang terbatas. Oleh sebab itu akan dilakukan miniaturisasi untuk memperkecil dimensi antena sehingga lebih ringkas agar dapat diimplementasikan pada smartphone yaitu dengan melipat elemen antena (folded monopole) dengan  metode meander  line,  Berikut  adalah  ilustrasi  bentuk  geometri  rancangan  elemen antena tunggal sesuai perhitungan di atas:
Gambar 2. Geometri Elemen Antena Tunggal Sesuai Perhitungan
Dimensi antena elemen tunggal tersebut secara keseluruhan adalah 31,5 x 15 mm. Berikut adalah detail dimensi antena sesuai dengan Gambar 2:
Tabel 1. Dimensi Elemen Antena Sesuai Perhitungan
Nama  Dimensi (mm)  Nama  Dimensi (mm) Nama Dimensi (mm) Fl 5 L8 3 Lebar elemen 1 L1 4.5 L9 11 Lebar Fl 3 L2 9.5 L10 14 Lebar Substrat 28 L3 20 L11 9 Panjang Substrat 30 L4 8 L12 3 Tebal Substrat 1,6 L5 15 L13 8 Tebal Tembaga 0,035 L6 18 L14 10 Lebar Ground 5 L7 13 L15 9 Panjang Ground 28
Rancangan  antena  elemen  tunggal  di  atas  kemudian  akan  disimulasikan  dan  kemudian dilakukan  analisis  pada  S-Parameter  dan  VSWR  lalu  dilakukan  optimasi  agar  memenuhi parameter dasar antena yang telah ditentukan dan memiliki kinerja yang optimal. Optimasi dilakukan  dengan  iterasi  perubahan  dimensi  elemen  peradiasi  antena  dengan mempertimbangkan distribusi arus listrik dan medan elektrik disepanjang elemen peradiasi. Gambar 3 adalah ilustrasi bentuk geometri rancangan elemen antena tunggal hasil optimasi:

## Gambar 3. Geometri Elemen Antena Tunggal Hasil Optimasi
Beberapa perubahan dimensi yang dilakukan pada antena elemen tunggal jika dibandingkan dengan antena elemen tunggal sesuai perhitungan berdasarkan proses iterasi beberapa bagian elemen peradiasi yaitu sebagai berikut:
a. Lebar elemen peradiasi L3 semula 1 mm diubah menjadi 2 mm
b. Lebar elemen peradiasi L4 semula 1 mm diubah menjadi 5,5 mm
c. Panjang elemen peradiasi L15 semula 9 mm diubah menjadi 5,5 mm
d. Lebar Feedline (Fl) semula 3 mm diubah menjadi 4 mm
Dengan adanya beberapa perubahan tersebut dimensi antena elemen tunggal hasil optimasi secara keseluruhan menjadi 31,5 x 16 mm.

## 2.3 Perancangan Konfigurasi 8 Ports MIMO Antena
Antena  elemen  tunggal  hasil  optimasi  kemudian  diimplementasikan  pada  perancangan konfigurasi 8 ports MIMO antena pada papan sirkuit (PCB) smartphone dengan dimensi 150
mm x 75 mm x 1.6 mm dan tinggi bingkai tepi 7 mm di mana merupakan dimensi standar untuk smartphone 5,5 inch pada umumnya. Substrat dielektrik untuk papan sirkuit utama dan bingkai tepi adalah FR-4 Epoxy. Rancangan konfigurasi MIMO antena menggunakan metode optimasi  jarak  dan  konfigurasi  antar  elemen  sebagai decoupling  method  dan  tidak  ada tambahan elemen decoupling. Optimasi dilakukan dengan menitikberatkan pada pemanfaatan spatial diversity, angle diversity dan polarization diversity untuk meningkatkan isolasi antena dan  meminimalkan  efek mutual  coupling  antar  elemen  antena  yang  berdekatan,  yaitu mengatur jarak antar elemen antena.  Selain itu juga dapat dioptimasi dengan cara mengubah posisi elemen antena, yaitu dengan merotasi elemen antena sejauh kelipatan 90 o dan/atau mencerminkannya secara horizontal atau vertikal dengan mempertimbangkan polarisasi dan pola radiasi dari masing-masing elemen antena  sehingga tidak saling menginterferensi dan menurunkan isolasi dan efisiensi antena. Berikut konfigurasi 8 ports antena MIMO yang akan diuji:
(a) (b)
Gambar 4. Konfigurasi 8 Ports MIMO Antena (a) Konfiguasi 1 (b) Konfigurasi 2
Jarak antara elemen antena yang saling berdekatan pada konfigurasi 1 adalah:

## Tabel 2. Jarak Antara Elemen Antena Yang Saling Berdekatan Konfigurasi 1
Elemen Antena Jarak (mm) Elemen Antena Jarak (mm) 1-2 25 5-6 25 2-3 24 6-7 24 3-4 25 7-8 25 4-5 35 1-8 35 3-6 35 2-7 35
Jarak antara elemen antena yang saling berdekatan pada konfigurasi 2 adalah:
Tabel 3. Jarak Antara Elemen Antena Yang Saling Berdekatan Konfigurasi 2
Elemen Antena Jarak (mm) Elemen Antena Jarak (mm) 1-2 21 5-6 21 2-3 24 6-7 24 3-4 21 7-8 21 4-5 38 1-8 38 3-6 26 2-7 26
Perbedaan  kedua  konfigurasi  di  atas  adalah  pada  konfigurasi  1  seluruh  elemen  antena ditempatkan pada sisi bagian atas papan sirkuit dan port dihubungkan dengan ground melalui lubang via  pada  substrat,  dengan  konfigurasi  ini  diharapkan  elemen  antena  dapat  dirotasi
75 m 7 mm 75 mm 7 mm
maupun  dicerminkan  sebagai  optimasi  dalam  meningkatkan  isolasi  antar  elemen  antena dengan  mempertimbangkan  pola  radiasi  masing-masing  elemen  antena.  Sedangkan  pada konfigurasi 2, elemen antena diletakkan lebih ke tepi dan saluran pencatu diletakkan pada sisi bagian dalam dari bingkai, dengan begitu diharapkan jarak antar antena dapat dioptimalkan. Kedua konfigurasi kemudian disimulasikan untuk melihat konfigurasi mana yang memenuhi parameter yang telah ditentukan dan memiliki kinerja lebih optimal.

## 3. HASIL SIMULASI DAN ANALISIS

## 3.1 Hasil Simulasi dan Analisis Antena Elemen Tunggal
Rancangan antena elemen tunggal dengan bentuk geometri folded monopole meander line harus memenuhi parameter dasar antena antara lain adalah nilai VSWR ≤ 2 dan return loss < -10 dB, dan frekuensi kerja antena pada 700 MHz dan 2,3 GHz ( dual-band) dengan bandwidth minimal  30  MHz,  sesuai  dengan  frekuensi  kerja  komunikasi  5G  di  Indonesia  yang  telah ditentukan oleh Kominfo yaitu 2360 – 2390 MHz. Berikut adalah perbandingan S-Parameter dan  VSWR  dari  antena  elemen  tunggal  hasil  perhitungan  dibandingkan  dengan  setelah dilakukan optimasi:
(a)
(b)
Gambar 5. Perbandingan Parameter Antena Elemen Tunggal Hasil Perhitungan dan Hasil Optimasi (a) Grafik S-Parameter (b) Grafik VSWR
Sesuai analisis pada kedua Gambar 5 dapat dilihat bahwa antena hasil optimasi dapat bekerja secara dual-band dan telah memenuhi parameter dasar yang telah ditentukan serta memiliki kinerja yang lebih optimal.
Berikut rincian parameter antena sesuai Gambar 5 :
Tabel 4. Perbandingan Parameter Antena Hasil Perhitungan dan Hasil Optimasi
Parameter Parameter Dasar Antena Hasil Perhitungan Antena Hasil Optimasi Frekuensi Kerja ( Low Band) 670 - 700 MHz 695 – 718 MHz 674 – 705 MHz Frekuensi Kerja ( High Band) 2360 -2390 MHz 2355 – 2399 MHz 2359 – 2470 MHz Bandwidth (Low Band) 30 MHz 23 MHz 31 MHz Bandwidth (High Band) 30 MHz 44 MHz 111 MHz Return Loss (Low Band) -10 dB -21,541 dB pada 706 MHz -20,014 dB pada 690 MHz Return Loss (High Band) -10 dB -10,349 dB pada 2378 MHz -23,367 dB pada 2402 MHz VSWR (Low Band) ≤ 2 1,18 pada 706 MHz 1,221 pada 690 MHz VSWR (High Band) ≤ 2 1,87 pada 2378 MHz 1,146 pada 2402 MHz
(a)
(b)
Gambar 7. Pola Radiasi dan Gain Antena (a) Frekuensi 700 MHz (b) Frekuensi 2,3 GHz
Sesuai  dengan  Gambar  7,  rancangan  antena  elemen  tunggal  memiliki  pola  radiasi omnidirectional dan polarisasi linear.

## 3.2 Hasil Simulasi dan Analisis Konfigurasi 8 Ports MIMO Antena
Parameter yang diamati  yaitu  S-Parameter, ECC,  Efisiensi dan  isolasi  untuk  elemen  antena yang berdekatan yaitu antara antena 1 dan antena 2 (S 21 ), antena 2 dan antena 3 (S 32 ), antena 3 dan antena 4 (S 43 ), antena 2 dan antena 7 (S 72 ), serta antena 1 dan antena 8 (S 81 ). Berikut adalah grafik perbandingan S-Parameter Konfigurasi 1 dan Konfigurasi 2 MIMO Antena:
(a) (b) (c) (d) (e)
Gambar 8. Perbandingan S-Parameter Konfigurasi 1 Dan Konfigurasi 2 MIMO Antena (a) Isolasi Antena 1-2 (b) Isolasi Antena 2-3 (c) Isolasi Antena 3-4 (d) Isolasi Antena 2-7 (e) Isolasi Antena 1-8
S-Parameter di atas menggambarkan baik Return Loss (RL) maupun isolasi antena dari kedua konfigurasi MIMO antena. RL antena 1 – antena 8 seluruhnya memenuhi parameter minimum yaitu RL < -10 dB pada kedua frekuensi kerja 700 MHz dan 2,3 GHz walaupun terdapat sedikit pergeseran frekuensi akibat interaksi antara antena yang saling berdekatan. Tabel 5 adalah tabel  perbandingan  isolasi  antena  pada  kedua  konfigurasi  sesuai  yang  digambarkan  pada grafik S-Parameter di atas:

## Tabel 5. Perbandingan Nilai Isolasi Antena Konfigurasi 1 dan Konfigurasi 2
Elemen Antena Kurva Isolasi Antena (dB) Konfigurasi 1 Konfigurasi 2 700 MHz 2,3 GHz 700 MHz 2,3 GHz Antena 1 dan Antena 2 (S 21 ) -26,13 -18,28 -21,26 -21,04 Antena 2 dan Antena 3 (S 32 ) -25,68 -20,25 -21,88 -18,97 Antena 3 dan Antena 4 (S 43 ) -20,64 -16,94 -13,63 -14,29 Antena 1 dan Antena 8 (S 81 ) -30,42 -18,15 -31,37 -14,26 Antena 2 dan Antena 7 (S 72 ) -28,70 -17,10 -21,38 -20,69
Isolasi antena pada konfigurasi 1 cukup tinggi, di mana seluruhnya bernilai di bawah – 15 dB. Sedangkan pada konfigurasi 2, terdapat isolasi antena dengan nilai di atas – 15 dB, yaitu pada S 32 yaitu -13,63 dB dan -14,26 dB pada frekuensi 700 MHz dan 2,3 GHz secara berurutan. Hal tersebut  karena  kedua  elemen  antena  tersebut  diposisikan  memiliki  arah  yang  sama  dan jaraknya  sangat  dekat  (24  mm)  sehingga  pola  radiasi  kedua  elemen  antena  saling berinterferensi.
Secara umum isolasi antena pada konfigurasi 1 lebih tinggi dibandingkan pada konfigurasi 2 dikarenakan untuk meningkatkan isolasi antena, selain dapat mengatur jarak antar elemen antena ( spatial diversity), optimasi juga dapat dilakukan dengan merotasi dan mencerminkan elemen  antena  dengan  mempertimbangkan  arah  polarisasi  dan  pola  radiasi  antena  yang berdekatan sehingga tidak berinterferensi ( angle diversity dan polarization diversity).
Envelope Correlation Coefficient  (ECC) menunjukkan seberapa independen pola radiasi dua antena. ECC disimulasikan di antara dua elemen antena yang saling berdekatan yaitu antara antena 1 dan antena 2 (S 21 ), antena 1 dan antena 8 (S 81 ), antena 2 dan antena 7 (S 72 ), antena 2 dan antena 3 (S 32 ), serta antena 3 dan antena 4 (S 43 ). Gambar 9 adalah hasil simulasi ECC pada kedua konfigurasi:
(a) (b)
Gambar 9. ECC (a) Konfigurasi 1 (b) Konfigurasi 2
Sesuai Gambar 9,  ECC bernilai cukup baik pada konfigurasi 1 dan konfigurasi 2 untuk kedua frekuensi kerja memiliki nilai  di bawah 0,1 atau berada di bawah nilai minimum yang dapat diterima yaitu 0,3. Hanya  pada antena 2 – antena 3 pada konfigurasi 2 untuk frekuensi kerja 700 MHz nilai ECC di atas 0,1, hal tersebut dikarenakan pola radiasi horizontal (Gambar 7.(a)) antar antena pada arah tersebut saling berinterferensi.
Tabel 6. Perbandingan ECC Konfigurasi 1 dan Konfigurasi 2
Elemen Antena ECC Konfigurasi 1 Konfigurasi 2 700 MHz 2,3 GHz 700 MHz 2,3 GHz Antena 1 dan Antena 2 0,0033 0,0001 0,0361 0,0003 Antena 1 dan Antena 8 0,0027 0,0003 0,0497 0,0099 Antena 2 dan Antena 3 0,0119 0,0001 0,1207 0,0077 Antena 2 dan Antena 7 0,0004 0,0009 0,0021 0,0108 Antena 3 dan Antena 4 0,0027 0,0003 0,0335 0,0004
Kedua konfigurasi memiliki nilai ECC yang baik, namun secara umum ECC pada konfigurasi 1 lebih  baik  dibandingkan pada  konfigurasi  2,  karena  semakin  nilai ECC mendekati  nol maka dapat  dikatakan  pola  radiasi  elemen  antena  semakin  independen  dan  tidak  saling menginterferensi. Hal tersebut dikarenakan pada konfigurasi 1 optimasi dengan merotasi dan mencerminkan elemen antena menyebabkan pola radiasi antena yang berdekatan tidak saling menginterferensi ( angle diversity).
Simulasi terhadap total efficiency (%) dilakukan hanya pada elemen antena yang berada pada posisi  sejajar  (antena  1  sampai  dengan  antena  4),  dikarenakan  nilai  efisiensi  antena  yang berada pada sisi yang berseberangan memiliki nilai yang relatif sama. Gambar 10 adalah hasil simulasi total efficiency (%) pada kedua konfigurasi:
(a) (b)

## Gambar 10. Total Efficiency (%) (a) Konfigurasi 1 (b) Konfigurasi 2;
Sesuai Gambar 10 dapat diamati bahwa konfigurasi 1 memiliki efisiensi antena bervariasi mulai 33% hingga 71% pada Low Band (LB) dan 53% hingga 85% pada High Band (HB). Sedangkan efisiensi antena pada konfigurasi 2 untuk kedua frekuensi kerja bernilai di bawah 50% atau di bawah parameter minimum yang ditentukan.

## Tabel 7. Perbandingan ECC Konfigurasi 1 dan Konfigurasi 2
Elemen Antena Efiesiensi Antena (%) Konfigurasi 1 Konfigurasi 2 700 MHz 2,3 GHz 700 MHz 2,3 GHz Antena 1 32,69 62,78 31,81 30,69 Antena 2 71,39 52,78 34,43 29,79 Antena 3 34,07 84,62 34,60 29,85 Antena 4 32,69 68,11 31,77 30,84
Secara umum efisiensi antena pada konfigurasi 1 lebih tinggi dibandingkan pada konfigurasi 2.  Konfigurasi 2 memiliki efisiensi antena yang relatif rendah dikarenakan pengaruh mutual coupling dengan antena yang berdekatan yang memiliki polarisasi sama dan pola radiasi yang saling berinterferensi. Selain itu, dikarenakan rancangan elemen antena yang diusulkan sensitif terhadap perubahan bentuk dan dimensi elemen antena, maka perubahan bentuk antena di mana  posisi  penempatan ground  dan  saluran  pencatu  yang  tegak  lurus  dengan  elemen peradiasi mengakibatkan pergeseran puncak frekuensi kerja dari yang diinginkan (700 MHz dan 2,3 GHz) sehingga pada frekuensi tersebut efisiensi antena kurang baik. perubahan bentuk tersebut juga meningkatkan koefisien refleksi antena yang juga menurunkan efisiensi antena.
Rancangan konfigurasi MIMO antena konfigurasi 1 yang memiliki isolasi antena yang relatif tinggi dan efisiensi antena yang cukup baik jika dibandingkan dengan MIMO antena referensi penelitian sebelumnya. Tabel 8 adalah tabel perbandingan dengan MIMO antena referensi:

## Tabel 8. Perbandingan MIMO Antena Usulan Dengan MIMO Antena Referensi
Referensi Dimensi (mm x mm) Frekuensi Kerja Isolasi (dB) ECC Efisiensi (%) (Yuan, dkk, 2020) 6,9 x 6,6 3,5 GHz 5 GHz >14,5 <0,2 LB: 42 HB: 50 (Gong, dkk, 2019) 21,6 x 6,0
19,6 x 5,2 3,5 GHz 5 GHz >11 <0,17 LB: 60-70 HB: 52-60 (Satyanarayana, dkk, 2019) 12,5 x 6,0 3,5 GHz 4,9 GHz >13-22 <0,1 LB: 76 HB: 49 (Zabetiakmal, dkk, 2019) 26,0 x 8 3,5 GHz 5,5 GHz >15 <0,1 LB: 60 HB: 80 Antena Usulan 31,5 x 16,0 700 MHz 2,3 GHz >17-30 <0,01 LB: 33-71 HB: 53-85

## 4. KESIMPULAN
Rancangan elemen antena dan konfigurasi antena yang diusulkan dapat dijadikan kandidat untuk  diimplementasikan  pada smartphone  5G  khususnya  di  Indonesia.  Rancangan  antena elemen tunggal dengan bentuk geometri folded monopole meander line dengan dimensi 31,5 x 16 mm dapat bekerja secara dual-band yaitu pada frekuensi 700 MHz dan 2,3 GHz. Antena tersebut memenuhi parameter dasar yang telah ditentukan yaitu return loss < 10 dB, VSWR < 2, dan bandwidth > 30 MHz.
Rancangan antena tersebut kemudian diimplementasikan dalam dua konfigurasi 8 ports MIMO antena.  Hasil  simulasi  menunjukkan  konfigurasi  1  memiliki  isolasi  tinggi  dan  kinerja  lebih optimal dibandingkan dengan konfigurasi 2, di mana return loss < -10 dB pada kedua frekuensi kerja, isolasi tinggi ( high isolation) yaitu >20,64 dB dan >16,94 dB pada frekuensi 700 MHz dan 2,3 GHz secara berurutan tanpa adanya tambahan elemen decoupling, ECC < 0,1 dan efisiensi  antena  mencapai 71,4%  dan 84,6%  pada  frekuensi 700  MHz  dan  2,3  GHz secara berurutan.
Merotasi dan mencerminkan elemen antena dengan memperhatikan pola radiasi dan polarisasi antena  ( angle  diversity dan  polarization  diversity)  lebih efektif  meningkatkan isolasi antena dan menurunkan efek mutual coupling antara elemen antena yang berdekatan dibandingkan dengan  hanya  mengatur  atau  memperlebar  jarak  antar  elemen  antena  ( spatial  diversity), terutama pada sirkuit smartphone yang terbatas.

## DAFTAR RUJUKAN
Al-zayed,  A.  S.,  &  Shameena,  V.  A.  (2016).  Planar  Dual-Band  Monopole  Antenna  with  an
Extended  Ground  Plane  for  WLAN  Applications. Hindawi  Publishing  Corporation International Journal of Antennas and Propagation, 2016, 10.
Burhan,  F.  A.  (2020). Menteri  Kominfo  Ungkap  Progres  Pengembangan  5G  di  Indonesia.
https://www.kominfo.go.id/content/detail/31384/menteri-kominfo-ungkap-progres- pengembangan-5g-di-indonesia/0/sorotan_media
Chen, X., Zhang, S., & Li, Q. (2018). A Review of Mutual Coupling in MIMO Systems. IEEE Access, 6(June), 24706–24719. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2830653
Choi, S., Sheikh, F. A., Choi, I., & Kim, H. D. (2018). Small-Size Modified Meander Line Antenna for  Dual-Band  (  433  .  92MHz  and  2  .  45GHz  )  Operation. Proceedings  of  2018  IEEE International RF and Microwave Conference, (pp.135–138).
Desai, A., Patel, R., Upadhyaya, T., Kaushal, H., & Dhasarathan, V. (2020). Multiband inverted
E and U shaped compact antenna for Digital broadcasting, wireless, and sub 6 GHz 5G applications. AEU  -  International  Journal  of  Electronics  and  Communications,  123,
153296. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2020.153296
Ghalib, A., & Sharawi, M. S. (2017). TCM Analysis of Defected Ground Structures for MIMO Antenna Designs in Mobile Terminals. IEEE Access, 5, 19680–19692.
Gong, X. Q., Ban, Y. L., Wang, X. Y., & Zheng, J. W. (2019). Dual-band eight-element antenna array  for  5G  smartphone  applications. 2019  International  Applied  Computational Electromagnetics Society Symposium-China, ACES 2019, 5, 5–6.
Ma,  N.,  &  Zhao,  H.  (2014).  Reduction  of  the  mutual  coupling  between  aperture  coupled microstrip  patch  antennas  using  EBG  structure. 2014  IEEE  International  Wireless Symposium, IWS 2014, 4–7. https://doi.org/10.1109/IEEE-IWS.2014.6864201
Molisch,  A.  F.  (2011).  Wireless  Communications:  Second  Edition.  In IEEE  Wireless Communications (Vol. 19, Nomor 1). Wiley, IEEE.
Nirmal, P., Nandgaonka, A. B., & Nalbalwa, S. L. (2017). A MIMO antenna : Study on reducing mutual coupling and improving isolation. 2016 IEEE International Conference on Recent
Trends in Electronics, Information and Communication Technology, RTEICT 2016, (pp.
1736–1740).
Nordrum, A., & Clark, K. (2017). Everything You Need to Know About 5G. IEEE Antennas and
Wireless  Propagation  Letters.  https://spectrum.ieee.org/video/telecom/wireless/ everything-you-need-to-know-about-5g
Paga, P., Nagaraj, H. C., & Rukmini, T. S. (2018). Design and analysis of a Dual band Monopole
Antenna  for  resonating  between  Wi  -  Fi  &  Wi  -  Max  Applications. Research  India Publications, 13(16), 12570–12581.
Parchin, N. O., Al-Yasir, Y. I. A., Noras, J. M., & Abd-Alhameed, R. A. (2019). Dual-Polarized
MIMO Antenna Array Design Using Miniaturized Self-Complementary Structures for 5G Smartphone  Applications. 13th  European  Conference  on  Antennas  and  Propagation, EuCAP 2019, EuCAP, (pp. 11–14).
Satyanarayana, B., Srivastava, S. K., & Meshram, M. K. (2019). Eight-element dual-band MIMO antenna  system  for  Sub-6  GHz  5G  smartphone  applications. 2019  IEEE  Indian Conference on Antennas and Propagation, InCAP 2019, 1, (pp. 4–7).
Wong, K.-L., Lu, J. Y., Chen, L.-Y., Li, W. Y., & Ban, Y. (2016). 8-Antenna And 16-Antenna
Arrays Using The Quad-Antenna Linear Array As A Building Block For The 3.5-GHz LTE
MIMO Operation In The Smartphone. Microwave and Optical Technology Letters, 55(11),
2562–2568. https://doi.org/10.1002/mop
Wong, K. L., Tsai, C. Y., & Lu, J. Y. (2017). Two Asymmetrically Mirrored Gap-Coupled Loop
Antennas  as  a  Compact  Building  Block  for  Eight-Antenna  MIMO  Array  in  the  Future Smartphone. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 65(4), 1765–1778.
Xu, H., Zhou, H., Gao, S., Wang, H., & Cheng, Y. (2017). Multimode Decoupling Technique with  Independent  Tuning  Characteristic  for  Mobile  Terminals. IEEE  Transactions  on Antennas and Propagation, 65(12), 6739–6751.
Yuan, X. T., Chen, Z., Li, J., & Yuan, T. (2020). A Compact Dual-Band and High-Isolation MIMO
Antenna  System  for  5G  Smartphone  Applications. 2020  IEEE  MTT-S  International Microwave  Workshop  Series  on  Advanced  Materials  and  Processes  for  RF  and  THz
Applications, IMWS-AMP 2020, (pp. 58–60).
Zabetiakmal, M., Moradi, G., Sohrabi, M., Jamshidi, K., & Plettemeir, D. (2019). Design side- edge frame dual-band 8 × 8 MIMO antenna array for 5G mobile phone. IEEE 5G World Forum, 5GWF 2019, (pp. 496–501).
Zhao,  A.,  &  Ren,  Z.  (2019).  Size  Reduction  of  Self-Isolated  MIMO  Antenna  System  for  5G
Mobile Phone Applications. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 18(1), 152–
156. https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2883428