## Subarray 4×4 untuk Antena MIMO 5G dengan Elemen yang Menerapkan Teknik Parasitic
Fitri Amillia 1,4 , Eko Setijadi 2 , Gamantyo Hendrantoro 3
1,2,3 Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Elektro dan Informatika Cerdas, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Kampus ITS, Keputih, Surabaya 60111 (tel.: 031-594 7302; fax: 031-593 1237; email: 1 07111860010009@mhs.its.ac.id, 2 ekoset@ee.its.ac.id, 3 gamantyo@ee.its.ac.id)
4 Departemen Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau, Jl. H.R. Soebrantas No. 1551 KM.15 Simpang Baru Panam Pekanbaru 28293 (tel.: 0761-562051; fax: 0761-562052; email: 4 fitriamillia@uin-suska.ac.id)
[Diterima: 10 Oktober 2022, Revisi: 26 Desember 2022] Corresponding Author : Eko Setijadi
INTISARI — Multiple-input multiple-output (MIMO)  merupakan  sistem komunikasi nirkabel yang menggunakan banyak antena  di  sisi  pemancar  maupun  penerima.  Sistem  ini  dapat  meningkatkan  kualitas  komunikasi  nirkabel  pada  jaringan teknologi  5G.  Teknologi  5G  memiliki  kecepatan  data  yang  sangat  tinggi  dan  tunda  ( delay )  yang  sangat  rendah. Jaringan 5G di Indonesia menggunakan frekuensi menengah, yaitu pada pita frekensi 3,5 GHz. Antena merupakan perangkat yang penting di jaringan nirkabel sistem MIMO . Oleh karena itu, penelitian ini mengusulkan perancangan elemen tunggal menggunakan teknik parasitic untuk memperlebar lebar bidang ( bandwidth ) guna memenuhi kebutuhan antena MIMO dan perancangan antena subarray 4×4 untuk MIMO 5G. Metode yang dilakukan pada penelitian ini diawali dengan menentukan spesifikasi  target  antena,  kemudian  melakukan  perancangan  elemen  tunggal  dengan parasitic  patch .  Penggunaan  teknik parasitic patch pada elemen antena bertujuan untuk memperlebar bandwidth supaya memenuhi spesifikasi target. Frekuensi resonansi  antena  mikrostrip  dipengaruhi  oleh  penambahan  jumlah parasitic  patch .  Banyaknya  frekuensi  resonansi  yang timbul menghasilkan bandwidth yang lebar. Kemudian, elemen tunggal dengan parasitic patch disusun menjadi subarray 4×4.  Semua  elemen  disusun  dalam  satu  substrat  yang  sama  dengan  jarak  antarelemen  dari  titik  pencatuan  satu  ke  titik pencatuan lainnya sebesar 64,28 mm atau 0,75 λ . Desain subarray sudah memenuhi target spesifikasi antena jika elemen subarray sudah  mempunyai fractional  bandwidth lebih dari  20%  dan mutual  coupling kurang dari  −20 dB.  Bahan yang digunakan dalam desain dan fabrikasi antena adalah substrat FR-4 ( epoxy ) dengan konstanta dielektrik ( 𝜀 𝑟 ) 4,3 dan ketebalan substrat ( h ) 1,6 mm. Hasil menunjukkan bahwa diperoleh bandwidth sebesar 735 MHz atau fractional bandwidth sebesar 20,35%, return loss − 14,65 dB, mutual coupling − 30,05 dB, dan gain 16,86 dB. Dengan demikian, subarray 4×4 untuk antena MIMO yang dirancang sudah memenuhi spesifikasi yang diinginkan.
KATA KUNCI — MIMO, Subarray , 5G, Mikrostrip, Parasitic .

## I. PENDAHULUAN
Sistem multiple-input  multiple-output (MIMO)  menjadi salah  satu  kunci  utama  dari  teknologi  5G  [1],  [2].  Teknologi MIMO  berawal  dari  teknologi antenna diversity pada komunikasi  nirkabel  dan  antena  cerdas.  Sistem  ini  adalah kombinasi  dari multiple-input  single-output (MISO)  dan single-input multiple-output (SIMO) yang memiliki kelebihan dan  karakteristik  dari  keduanya.  Sistem  MIMO  mengandung beberapa  pemancar  dan  penerima  yang  memiliki  antena masing-masing [3]. Sistem ini memiliki beberapa keuntungan, antara  lain  kecepatan  data,  keandalan,  dan efisiensi  spektrum yang tinggi [4].
Antena  merupakan  perangkat  yang  penting  dalam mendukung kinerja sistem MIMO teknologi nirkabel 5G. Salah satu  alokasi  frekuensi  5G  yang  direkomendasikan  adalah frekuensi  menengah,  yaitu  frekuensi  3,5  GHz.  Frekuensi  ini akan  digunakan  di  Indonesia  karena  memiliki  cakupan  yang luas,  sehingga  menghemat  biaya  pengembangan  jaringan  [5]. Dalam merealisasikan sistem antena MIMO, diperlukan desain antena  dengan bandwidth yang  lebar,  yang  mendukung berbagai  layanan  sistem,  dan gain yang  tinggi  [6].  Antena MIMO  sering  dirancang  menggunakan  teknologi  mikrostrip karena  biayanya  murah ,  low  profil , compact ,  dan  mudah diintegrasikan.  Akan  tetapi,  antena  jenis  ini  mempunyai kekurangan,  yaitu bandwidth yang  sempit  serta gain dan directivity yang kecil [7].
Beberapa  desain  antena  untuk  meningkatkan bandwidth telah  diusulkan,  misalnya  desain  antena circular metode stacked  patch dengan bandwidth yang  meningkat  7,3%  [8]. Selain  itu,  terdapat  desain  antena  tunggal  dengan  metode
modifikasi parasitic  patch dengan slot  patch [9];  dan  desain elemen  tunggal  dengan  kombinasi  metode u-shaped dengan metode parasitic yang  berhasil  meningkatkan bandwidth sebesar 10,3% [10].
Referensi [11] membahas tentang desain antena yang terdiri atas  lapisan substrat dengan  empat parasitic  patch yang ditempatkan pada lapisan atas antena, sedangkan aplikasi array diwujudkan  dengan  menggunakan  kombinasi  dua  teknik decoupling dengan  menyusun  antena  2×2.  Dua  teknik  yang digunakan adalah decoupling walls dan neutralized networks . Metal  wall tidak  hanya  membuat  dua parasitic  patch akan mudah mengalami short-circuit , tetapi juga bertindak sebagai decoupling  walls untuk  mengurangi mutual  coupling antara elemen-elemen antena yang merugikan. Selanjutnya, decoupling sederhana dengan short-circuit stepped impedance structures (SSIS) sebagai jaringan penetral ditambahkan untuk menekan mutual coupling . Antena  ini  terdiri atas  dua lapisan substrat dengan ketebalan masing-masing 1,5 mm dan 2 mm. Struktur antena berupa rectangular cavity yang dibentuk metal via as sidewalls . Di sini, pada dua lapisan substrat digunakan teknik decoupling dengan SSIS dalam konfigurasi array . Hal ini  menyebabkan  fabrikasi  antena  menjadi  lebih  mahal  dan dimensi  antena  kurang  kompak.  Desain  ini  beroperasi  pada rentang frekuensi 3,35  GHz hingga 3,95  GHz  atau fractional bandwidth 16%, gain 13,6 dB, dan mutual coupling di bawah −38 dB.
Referensi  [12]  menjelaskan  desain subarray dua  elemen menggunakan  lima parasitic  patch yang  ditempatkan  pada lapisan  atas  antena  dan  satu  lapisan  substrat.  Rancangan disimulasikan dan disusun pada bidang-H dengan jarak 0,75 𝜆 ,
yang  menghasilkan mutual  coupling sebesar  −29,76  dB  dan bidang-E sebesar −33,56 dB. Di sisi lain, mutual coupling pada bidang-E untuk jarak 0,5 λ tidak memenuhi kriteria. Fractional bandwidth yang  diperoleh  sebesar  17%,  dengan  rentang frekuensi  yang  dihasilkan  adalah  609,9  MHz  sampai  616,4 MHz  untuk  semua  variasi  jarak  elemen  yang  cocok  untuk aplikasi 5G.
Kemudian,  referensi  [6]  meneliti  efek  elemen parasitic patch pada kinerja antena MIMO. Beberapa elemen parasitic patch persegi  panjang  ditambahkan  di  dekat  masing-masing elemen patch persegi  panjang.  Elemen parasitic ini memengaruhi distribusi medan elektromagnetik dan akibatnya mengurangi mutual coupling . Selain itu, bandwidth yang lebih lebar  juga  tercapai.  Desain  yang  diusulkan  tersusun  dari  dua antena MIMO yang digabungkan dalam bidang-H dan bidang- E dengan bandwidth terukur sebesar 14%.
Pada  makalah  ini  diusulkan  elemen  menggunakan  teknik parasitic patch untuk diimplementasikan pada desain subarray 4×4 pada antena sistem MIMO dengan frekuensi kerja 3,5 GHz. Selanjutnya, penelitian ini mengembangkan teknik penambahan parasitic  patch pada  lapisan  atas  untuk menghasilkan beberapa frekuensi resonansi yang menghasilkan bandwidth yang  lebih  lebar  [6],  [12]−[15]. Jumlah parasitic  patch yang  digunakan  pada  penelitian sebelumnya adalah sebanyak tiga parasitic patch [6], [14], [15] , empat parasitic  patch [13],  dan  lima parasitic  patch [12]. Sementara itu, pada penelitian ini diterapkan sepuluh parasitic patch .  Kebutuhan bandwidth 5G  untuk  frekuensi  3,5  GHz minimum  adalah  500  MHz,  sesuai  standar  ETSI  [16], kemudian mutual coupling harus  lebih kecil  dari  −20 dB [6]. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan bandwidth lebih besar  dari  600  MHz  atau fractional  bandwidth sekitar  20% serta mutual  coupling yang  lebih  kecil  dari  −20  dB.  Setelah didapatkan desain elemen yang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, elemen- elemen tersebut disusun menjadi s ubarray 4×4  untuk  sistem  antena  MIMO  dengan  jarak  antarelemen berdasarkan titik feeding sebesar 0,75 λ . Selanjutnya, dilakukan evaluasi  kinerja subarray antena  MIMO  dengan  parameter- parameter return  loss , bandwidth , mutual  coupling , gain , beamwidth , dan side lobe level (SLL).
Makalah ini disusun menjadi lima bagian. Bagian pertama adalah pendahuluan, bagian kedua menjelaskan tentang antena mikrostrip  dan  teknik parasitic ,  bagian  ketiga  membahas tentang  desain  antena,  bagian  keempat  merupakan  hasil  dan analisis, serta bagian akhir berisikan tentang kesimpulan.

## II. ANTENA MIKROSTRIP

## A. ANTENA MIKROSTRIP RECTANGULAR PATCH
Antena  mikrostrip rectangular  patch merupakan  jenis antena mikrostrip yang paling banyak digunakan karena jenis antena  ini  lebih  mudah  untuk  dianalisis.  Struktur  antena mikrostrip rectangular  patch memiliki  tebal h ,  lebar W ,  dan terbentang sepanjang L . Struktur antena mikrostrip terdiri atas patch (tambalan) , substrat, dan ground plane (lapisan bawah), seperti diperlihatkan pada Gambar 1(a).
Dalam  mendesain  antena  mikrostrip rectangular  patch , parameter  yang  perlu  diketahui  adalah L dan W .  Untuk mendapatkan L dan W , dapat digunakan (1) sampai (4) sebagai berikut [17], [18].
𝑊 = 𝑐 2𝑓 𝑟 √ 2 𝜀 𝑟 +1 (1)
𝐿 = 𝐿 𝑒𝑓𝑓 − 2∆𝐿 (2)
𝐿 𝑒𝑓𝑓 = 𝑐 2𝑓 𝑟 √𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 (3)
∆𝐿 =  0,412 ℎ (𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 +0,3)+( 𝑊 ℎ +0,264) (𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 +0,258)+( 𝑊 ℎ +0,8) (4)
dengan 𝑓 𝑟 = frekuensi resonansi atau frekuensi kerja antena (Hz)
𝑐 = kecepatan cahaya (3×10 9 m/s)
ℎ = ketebalan substrate (mm)
𝜀 𝑟 = konstanta dielektrik substrat 𝐿 𝑒𝑓𝑓 = panjang patch efektif (mm) 𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 = konstanta dielektrik efektif.
Sementara  itu,  panjang  dan  lebar ground  plane dapat dihitung menggunakan (5) dan (6) sebagai berikut [18], [19].
𝐿 𝑔 = 𝑥ℎ + 𝐿 (5)
𝑊 𝑔 = 𝑥ℎ + 𝑊 (6)
dengan
𝐿 𝑔 = panjang ground plane (mm) 𝑊 𝑔 = lebar ground plane dan substrate (mm) 𝑥 = faktor pengali dengan nilai ≥ 6.
Pada pencatuan jenis coaxial probe , titik pencatuan antena sangat  memengaruhi  kinerja  antena.  Titik  pencatuan  antena dihitung menggunakan (7) sampai (9) [18], [20].
𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 = (𝜀 𝑟 +1) 2 + (𝜀 𝑟 −1) 2 [1 + 12 ℎ 𝑊 ] − 1 2 (7)
𝑋 𝑓 = 𝐿 2√𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 (8)
𝑌 𝑓 = 𝑊 2 (9)
dengan 𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 = konstanta dielektrik efektif 𝜀 𝑟 = konstanta dielektrik substrat
ℎ = ketebalan substrat (mm)
𝑊 = lebar patch (mm) 𝑋 𝑓 = titik pencatuan sisi panjang (mm) 𝑌 𝑓 = titik pencatuan sisi lebar (mm).

## B. TEKNIK PARASITIC
Teknik parasitic  patch diterapkan  dengan  menambahkan patch atau menempatkan patch di dekat tepi antena patch asli. Patch baru ini, yang disebut parasitic patch , dapat terhubung ke  antena patch utama  secara  elektromagnetik.  Teknik  ini merupakan  salah  satu  cara  untuk  meningkatkan bandwidth antena mikrostrip [21].
(a)
(b)
Gambar  1 . Antena  mikrostrip,  (a)  antena  mikrostrip rectangular  patch ,  (b) konfigurasi antena dengan empat elemen parasitic patch [13].
Setiap parasitic  patch dapat  dirancang  dengan  cara  yang yang  sama  dengan  antena patch asli.  Perancangan parasitic patch dilakukan  berdasarkan  perhitungan  dari  beberapa persamaan matematis yang telah disebutkan pada (1) sampai (9) serta disesuaikan dengan spesifikasi material yang digunakan. Panjang  dan  lebar parasitic  patch menentukan  frekuensi resonansi dan bandwidth yang dihasilkan [13].
Parasitic patch memperoleh arus listrik akibat induksi dari patch utama. Patch utama dicatu dengan arus listrik, kemudian arus listrik yang berada di patch utama menyebabkan induksi di sisi parasitic patch yang meradiasi. Dimensi parasitic patch yang  berbeda  memengaruhi  perubahan  frekuensi  resonansi. Coupling antar- parasitic  patch dipengaruhi  oleh  jarak  antar- parasitic  patch yang  dapat  mengontrol matching  impedance antena. Kemudian, konfigurasi elemen parasitic patch 1, 2, dan 3 disusun secara horizontal, seperti ditunjukkan pada Gambar 1(b).
Karena  jarak parasitic  patch yang  berdekatan  satu  sama lain,  pada parasitic  patch di  sisi  yang  tidak  meradiasi  timbul arus  listrik  sebagai  akibat  induksi  dari parasitic  patch di  sisi yang meradiasi. Hal ini terjadi karena medan listrik pada tepi yang tidak meradiasi tidak seragam, sedangkan pada tepi yang meradiasi medan listriknya seragam. Selanjutnya, konfigurasi elemen parasitic  patch 4,  2,  dan  5  disusun  secara  vertikal, seperti ditunjukkan pada Gambar 1(b).
Konfigurasi  antena  mikrostrip  dengan coupling empat elemen parasitic  patch menggabungkan  dua  metode,  yaitu coupling melalui tepi yang meradiasi dan coupling melalui tepi yang tidak meradiasi. Hal ini dapat meningkatkan bandwidth , seperti diperlihatkan pada Gambar 1(b).

## III. DESAIN AN T ENA
Desain  antena  diawali  dengan  desain  elemen  tunggal menggunakan parasitic  patch yang  selanjutnya  akan  disusun dalam bentuk subarray dengan  konfigurasi  4×4 untuk  antena sistem  MIMO  5G.  Teknik  pencatuan  yang  digunakan  pada antena adalah probe feeding coaxial.
Spesifikasi  yang  ditargetkan  adalah  antena  sistem  MIMO dengan frekuensi kerja pada 3,5 GHz, sesuai dengan kebutuhan 5G  [5], bandwidth ≥  600  MHz  [16], fractional  bandwidth ≥ 20% , return loss ≤ −10 dB, mutual coupling ≤ −20 dB [6], [11], [12], dan gain > 3 dB [6]. Bahan yang digunakan dalam desain dan fabrikasi antena adalah substrat FR-4 ( epoxy ) dengan (ε r ) = 4,3 dan ℎ = 1,6 mm.
Selanjutnya, pada tahap awal ini dilakukan desain elemen tunggal  berbentuk rectangular tanpa parasitic  patch yang sesuai  spesifikasi  yang  diharapkan,  yaitu  bekerja  pada frekuensi  3,5  GHz.  Untuk  mendesain  elemen  tunggal menggunakan teknik parasitic patch guna mendapatkan kinerja antena yang diinginkan, perlu dilakukan optimasi pada desain antena  dengan  melakukan  perubahan  parameter-parameter pada parasitic  patch .  Pada  optimasi  antena  ini,  dilakukan beberapa perubahan pada dimensi parasitic patch dengan cara mengurangi  lebar  dimensi  dan  menambahkan  beberapa parasitic  patch sedemikian  rupa,  sehingga  mampu  tercapai spesifikasi sesuai target, antara lain frekuensi kerja, gain , dan bandwidth .
Setelah elemen tunggal yang menggunakan parasitic patch memenuhi  target,  elemen  tersebut  disusun  dalam  struktur subarray 4×4.  Desain subarray dianggap  sudah  memenuhi target  jika  elemen subarray sudah  mempunyai fractional bandwidth lebih dari 20% dan kriteria parameter antena sudah terpenuhi. Antena subarray disusun menggunakan konfigurasi
planar 4×4.  Semua  elemen  disusun  dalam  satu  substrat  yang sama dengan jarak antarelemen dari titik pencatuan satu ke titik pencatuan  lainnya  sebesar  64,28  mm  atau  0,75 λ .  Jarak  antar elemen ini sudah memenuhi target, yaitu menghasilkan mutual coupling kurang dari −20 dB.
Setelah  desain  elemen  tunggal  dan subarray 4×4  sesuai target  spesifikasi  antenna,  dilakukan  fabrikasi  desain  antena tersebut.  Selanjutnya,  dilakukan  simulasi  dan  pengukuran antena  di  ruang anechoic  chamber untuk  elemen  tunggal, sedangkan pada subarray 4×4 hanya dilakukan simulasi.

## A. Desain Elemen Tunggal
Elemen  tunggal  didesain  dengan  menambahkan  sepuluh parasitic  patch yang  bekerja  pada  frekuensi  3,5  GHz. Penggunaan  teknik parasitic  patch pada  elemen  tunggal dimaksudkan  untuk  memperlebar bandwidth .  Penambahan parasitic  patch [13] dilakukan  dengan  membuat  beberapa perubahan pada parasitic patch terutama pada dimensi Wp dan Lp , Wp1 dan Lp 1, Wp2 dan Lp2 , Wp3 ,  dan Lp3 , serta penambahan parasitic  patch dengan  dimensi Wp4 dan Lp4 , Wp5 dan Lp5 , Wp6 dan Lp6 , yang ditunjukkan pada Gambar 2(a).  Panjang  dan  lebar parasitic  patch serta  penempatan parasitic  patch secara  horizontal  (bidang-H)  dan  vertikal (bidang-E)  menentukan  frekuensi  resonansi  baru,  yang  dapat meningkatkan bandwidth [6], [12]−[15]. Letak parasitic patch dengan  dimensi 𝑊𝑝4 dan 𝐿𝑝4 , 𝑊𝑝5 dan 𝐿𝑝5 ,  serta 𝑊𝑝6 dan 𝐿𝑝6 ditunjukkan  pada  Gambar  2(a). Parasitic  patch mendapatkan  arus  listrik  akibat  induksi  dari parasitic  patch dimensi 𝑊𝑝 dan 𝐿𝑝 . Pada awalnya, patch dimensi 𝑊𝑝 dan 𝐿𝑝 dicatu  dengan  arus  listrik,  kemudian  arus  listrik  yang  ada  di parasitic  patch dimensi 𝑊𝑝 dan 𝐿𝑝 menyebabkan  induksi  di sisi parasitic  patch yang  meradiasi.  Karena  jarak parasitic patch yang berdekatan satu sama lain, pada parasitic patch di sisi yang tidak meradiasi akan timbul arus listrik akibat induksi dari parasitic patch di sisi yang meradiasi tersebut. Penambahan parasitic patch dilakukan untuk mendapatkan dimensi  dengan  lebar  dan  panjang  yang  perlu  dioptimasi supaya  memberikan  kinerja  yang  lebih  optimal  sesuai spesifikasi  antena  yang  diharapkan.  Dimensi  desain  elemen tunggal  dengan  sepuluh parasitic  patch dihasilkan  dari perhitungan  matematis  mengikuti  (1)  sampai  (9)  [17],  [18]. Dimensi tersebut ditunjukkan pada Tabel I, sedangkan desain dalam  bentuk  geometri  dan  hasil  fabrikasinya  diperlihatkan pada  Gambar  2.  Kemudian,  desain  tersebut  disusun  menjadi subarray 4×4, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

## B. Desain Subarray 4×4
Subarray 4×4, seperti tampak pada Gambar 3, terdiri atas 16 elemen.  Jarak  antarelemen  yang  bersebelahan,  berdasarkan lokasi titik pencatuan masing-masing, adalah 0,75 λ atau 64,28 mm. Lebar jarak antarelemen tersebut ditetapkan berdasarkan dimensi elemen yang cukup besar setelah penambahan sepuluh
T ABEL I D IMENSI E LEMEN T UNGGAL Simbol Nilai (mm) Simbol Nilai (mm) Simbol Nilai (mm) 𝑊𝑠 68,71 𝑊𝑝1 10,31 𝑊𝑝4 17,77 𝐿𝑠 68,49 𝐿𝑝1 18,27 𝐿𝑝4 15,00 𝑊𝑝 10,25 𝑊𝑝2 13,13 𝑊𝑝5 17,77 𝐿𝑝 20,11 𝐿𝑝2 16,97 𝐿𝑝5 20,00 𝑋𝑓 6,09 𝑊𝑝3 20,39 𝑊𝑝6 17,77 𝑌𝑓 2,80 𝐿𝑝3 18,89 𝐿𝑝6 10,00
parasitic patch . Di lain pihak, jarak yang cukup lebar tersebut diharapkan  akan  mampu  menekan  efek mutual  coupling . Desain subarray sudah  memenuhi  spesifikasi  antena  jika elemen subarray sudah mempunyai fractional bandwidth lebih dari  20%  dan mutual  coupling kurang  dari  −20  dB.  Maka, dihasilkan dimensi desain subarray sebesar 𝑊𝑠 = 261,55 mm, 𝐿𝑠 = 261,33 mm. Geometri subarray ditunjukkan pada Gambar 3(a).

## IV. HASIL DAN ANALISIS
Pada  bagian  ini  hasil  simulasi  dianalisis,  dengan dibandingkan  terhadap  hasil  pengukuran.  Simulasi  dilakukan menggunakan Computer Simulation Technology (CST), yang merupakan perangkat lunak untuk simulasi antena; dalam hal ini,  CST  digunakan  untuk  mendesain  elemen  tunggal  dan subarray 4×4. Parameter kinerja antena yang diamati meliputi return loss (S 11 ), bandwidth , mutual coupling (S 21 ), SLL, dan gain .

## A. KINERJA PARAMETER S
Hasil  fabrikasi  elemen  tunggal  ditunjukkan  pada  Gambar 2(b), sedangkan hasil fabrikasi subarray 4×4 ditunjukkan pada Gambar  3(b).  Hasil  simulasi  dan  pengukuran  S 11 dan bandwidth dari desain elemen tunggal dan subarray 4×4 pada frekuensi 3,5 GHz ditunjukkan pada Gambar 4.
Hasil simulasi elemen tunggal untuk parameter S 11 adalah −14,99  dB,  sedangkan bandwidth antena  dapat  dihitung  dari nilai  S 11 di  bawah  −10 dB.  Diperoleh bandwidth sebesar  732 MHz dan fractional bandwidth adalah 20,52%. Sementara itu, pengukuran  menghasilkan  parameter  S 11 adalah  −18,42  dB, bandwidth sebesar 722 MHz, dan fractional bandwidth 19,83%. Kemudian,  hasil  simulasi  desain subarray 4×4  untuk parameter  S 11 adalah  −14,65  dB,  dengan bandwidth sebesar 733  MHz  dan fractional  bandwidth sebesar  20,49%.  Sebagai pembanding,  hasil  pengukuran  desain subarray 4×4  untuk parameter S 11 adalah −14,59 dB, bandwidth sebesar 735 MHz, dan fractional bandwidth adalah 20,35%.
Selanjutnya,  Gambar  5  menunjukkan  perbandingan  hasil simulasi dan pengukuran parameter S S 11 dan S 21 untuk desain subarray 4×4 pada frekuensi 3,5 GHz. Karena elemen-elemen pada  subarray  membentuk  simetri  seperti  yang  ditunjukkan pada Gambar 5, hasil yang dilaporkan untuk mewakili subarray 4×4  tersebut  adalah  elemen  ke-1,  ke-2,  ke-5,  dan  ke-6.  Hasil simulasi  S 11 adalah  −14,65  dB,  S 22 adalah  −15,10  dB,  S 55 adalah  −14,97 dB,  S 66 adalah  −15,19  dB.  Hasil  simulasi  S 21 adalah −30,23 dB, S 65 adalah −30,62 dB, S 62 adalah −29,41 dB, dan  S 51 adalah  −30,71  dB.  Hasil  pengukuran  S 21 adalah −30,05 dB, S 65 adalah −32,81dB, S 62 adalah −24,76 dB, dan S 51 adalah −24,81 dB. Pada elemen 3, 7, 9, dan 10, mutual coupling dengan elemen-elemen berdekatan seperti S 67 mirip dengan S 21 , S 65 ; S 610 mirip dengan S 62 , S 51 ; S 23 mirip dengan S 21 , S 65 ; S 59 mirip  dengan  S 62 ,  S 51 .  Hal  ini  terjadi  karena  elemen-elemen tersebut pada subarray 4×4 membentuk simetri dengan elemen yang lainnya, seperti tampak pada Gambar 3(a).

## B. KINERJA POLA RADIASI
Hasil  simulasi  pola  radiasi far-field 3D  dan gain ditunjukkan  pada  Gambar  6(a)  untuk  antena  elemen  tunggal dan  Gambar  6(b)  untuk subarray 4×4.  Kekuatan  nilai parameter gain ditampilkan  dengan  degradasi  warna. Degradasi warna biru memperlihatkan gain rendah, kemudian degradasi  warna  merah  memperlihatkan gain tertinggi. Gain untuk antena elemen tunggal adalah 4,36 dB, sedangkan gain untuk subarray 4×4 adalah 16,86 dB.
Gambar 7 menunjukkan pola radiasi elemen tunggal pada frekuensi  3,5  GHz yang  bersifat directional .  Pada  bidang  E dengan phi = 90°, main lobe mempunyai magnitudo sebesar 4 dB, main lobe direction 10°, angular beamwidth (3 dB) sebesar 87°, dan SLL sebesar −9,3 dB. Pada bidang H dengan phi = 0°, dihasilkan main lobe dengan magnitudo sebesar 4,27 dB, main lobe  direction 14°, angular  beamwidth (3  dB)  sebesar  70,6°, dan SLL sebesar −17,0 dB.
Perbandingan  pola  radiasi  elemen  tunggal  antara  hasil simulasi  dan  pengukuran  diperlihatkan  pada  Gambar  7. Simulasi  memberikan gain sebesar  4,36  dB,  lebih  kecil daripada gain hasil  pengukuran,  yaitu  5,34  dB. Gain antena elemen tunggal sudah melebihi spesifikasi desain antena yang ditargetkan.
Gambar  8  menunjukkan  pola  radiasi subarray 4×4  pada bidang  polar.  Pola  radiasi  bidang  E  dengan  phi  =  90° mempunyai  magnitudo main  lobe sebesar  16,9  dB, angular
(a) (b) Gambar 2 . Elemen tunggal, (a) desain, (b) hasil fabrikasi.
(a) (b) Gambar 3 . Subarray 4×4, (a) desain, (b) hasil fabrikasi.
Gambar 4 . Hasil simulasi dan hasil pengukuran return loss dan bandwidth pada elemen tunggal dan subarray 4×4.
beamwidth (3  dB)  sebesar  17,2°,  dan  SLL  sebesar  −12,9  dB. Pola radiasi bidang H dengan phi = 0° menghasilkan magnitudo main lobe sebesar 16,9 dB, angular beamwidth (3 dB) sebesar 17,3°,  dan  SLL  sebesar  −12,7  dB.  Perbandingan  pola  radiasi elemen tunggal dan subarray 4×4 hasil simulasi pada Gambar 8 menunjukkan peningkatan gain pada subarray 4×4.
Seluruh hasil simulasi dan pengukuran kinerja parameter S dan pola radiasi ditabulasi pada Tabel II. Subheader Sim dan Ukur  pada  Tabel  II  menunjukkan  simulasi  (Sim)  dan pengukuran  (Ukur).  Hasil  pengukuran subarray 4×4 menunjukkan bahwa bandwidth lebih lebar 13 MHz, fractional bandwidth meningkat  0,52%,  dan gain lebih  tinggi  12,5  dB
Gambar 5 . Hasil simulasi dan hasil pengukuran parameter S pada elemen tunggal dan subarray 4×4.
(a) (b) Gambar 6 . Gain , (a) elemen tunggal, (b) subarray 4×4.
Bidang E
Bidang H (a) (b) Gambar 7 . Perbandingan hasil simulasi dan hasil pengukuran pola radiasi pada elemen tunggal, (a) bidang E, (b) bidang H.
dibandingkan  dengan  elemen  tunggal. Subarray 4×4 menunjukkan  nilai return  loss yang  lebih  kecil,  tetapi  masih memenuhi  target  spesifikasi  antena.  Kemudian, mutual coupling subarray 4×4 adalah −30,05 dB, lebih kecil dari −20 dB,  sehingga  sesuai  dengan  target  yang  diharapkan.  Maka, tidak diperlukan metode lain untuk melakukan reduksi mutual coupling . Dengan demikian, elemen tunggal dan subarray 4×4 menghasilkan bandwidth mencapai  700  MHz  atau fractional bandwidth meningkat hingga 20%, sehingga sudah memenuhi target spesifikasi antena yang diinginkan.

## V. KESIMPULAN
Antena subarray 4×4  yang  terdiri  atas  elemen-elemen menggunakan teknik parasitic untuk MIMO 5G pada frekuensi 3,5  GHz  sudah  didesain  dan  diuji,  baik  dengan  simulasi maupun pengukuran. Setiap elemen antena mempunyai bentuk rectangular patch yang  ditambah  dengan  sepuluh parasitic patch .  Elemen-elemen  tersebut  selanjutnya  disusun  menjadi sebuah subarray 4×4.  Penambahan parasitic  patch pada  tiap elemen  diharapkan  dapat  meningkatkan bandwidth sekaligus memperbesar dimensi maupun jarak elemen, sehingga mutual coupling tidak  lagi  menjadi  masalah.  Berdasarkan  hasil simulasi  dan  pengukuran,  desain  antena  sudah  memenuhi spesifikasi  target  yang  diinginkan,  antara  lain bandwidth meningkat  hingga  20,35%, gain mencapai  16,86  dB,  dan mutual  coupling adalah  −30,05  dB.  Jadi,  semua  kinerja parameter elemen tunggal meningkat setelah disusun menjadi subarray 4×4.

## KONFLIK KEPENTINGAN
Penulis  menyatakan  bahwa  tidak  terdapat  konflik kepentingan dalam penelitian dan penulisan artikel ini.

## KONTRIBUSI PENULIS
Konseptualisasi, Fitri Amillia, Eko Setijadi, dan Gamantyo Hendrantoro; metodologi, Fitri Amillia; penulisan—
penyusunan  draf  asli,  Fitri  Amillia,  Eko  Setijadi,  dan Gamantyo Hendrantoro; penulisan—peninjauan dan penyuntingan,  Eko  Setijadi  dan  Gamantyo  Hendrantoro; pengawasan, Eko Setijadi ; corresponding author .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Studi  doktoral  Fitri  Amillia  didanai  oleh  Kementerian Agama  Republik  Indonesia  melalui  Program  Beasiswa Ministry  of  Religious  Affairs  (MORA)  5000  Doktor  nomor 2644/DJ.I/Dt.I.III/PP.04/08/2018.  Penelitian  yang  dilaporkan didanai  oleh  Kementerian  Riset,  Teknologi,  dan  Pendidikan Tinggi  Republik  Indonesia  melalui  hibah  penelitian Konsorsium  Riset  Unggulan  Perguruan  Tinggi  (KRUPT) nomor 705/PKS/ITS/2019.

## REFERENSI
[1]  D.  Borges,  P.  Montezuma,  R.  Dinis,  dan  M.  Beko,  “Massive  MIMO Techniques  for  5G  and  Beyond—Opportunities  and  Challenges,” Electron. , Vol. 10, No. 14, hal. 1–29, Jul. 2021, doi: 10.3390/electronics10141667.
[2]  K. Jones A.S., L. Olivia N., dan B. Syihabuddin, “Perancangan Antena MIMO 2×2 Array Rectangular Patch dengan U-Slot untuk Aplikasi 5G,” J. Nas. Tek. Elektro, Teknol. Inf. , Vol. 6, No. 1, hal. 93-98, Feb. 2017, doi: 10.22146/jnteti.v6i1.299.
[3]  Q.  Wang  dkk.,  “5G  MIMO  Conformal  Microstrip  Antenna  Design,” Wirel.  Commun.,  Mob.  Comput. ,  Vol.  2017,  hal.  1-11,  Des.  2017,  doi: 10.1155/2017/7616825.
[4]  N.L. Nguyen, “Gain Enhancement in MIMO Antennas Using Defected Ground Structure,” Prog. Electromagn. Res. M , Vol. 87, hal. 127–136, Des. 2019, doi: 10.2528/pierm19091102.
[5]  Tim  Peneliti  Puslitbang  SDPPI, Studi  Lanjutan  5G  Indonesia  2018 Spektrum  Outlook  dan  Use  Case  untuk  Layanan  5G  Indonesia ,  E.A. Maranny, H.R. Sekar H., and A. Anggorosesar, Eds., Jakarta, Indonesia: Puslitbang  Sumber  Daya,  Perangkat,  dan  Penyelenggaraan  Pos  dan Informatika, Badan Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Manusia, Kementerian Komunikasi dan Informatika, 2018.
[6]  H.H. Tran dan N. Nguyen-Trong, “Performance Enhancement of MIMO Patch  Antenna  Using  Parasitic  Elements,” IEEE  Access ,  Vol.  9,  hal. 30011–30016, Feb. 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3058340.
[7]  W.L.  Stutzman  dan  G.A.  Thiele, Antenna  Theory  and  Design ,  3rd  ed., Charleston, AS: John Wiley & Sons, Inc., 2012.
[8]  Y.  Wen  dkk.,  “Bandwidth  Enhancement  of  Low-Profile  Microstrip Antenna for MIMO Applications,” IEEE Trans. Antennas, Propag. , Vol. 66, No. 3, hal. 1064–1075, Mar. 2018, doi: 10.1109/TAP.2017.2787542.
[9]  M.  H.  Reddy,  R.  M.  Joany,  M.  J.  Reddy,  M.  Sugadev,  dan  E. Logashanmugam,  “Bandwidth  Enhancement  of  Microstrip  Patch Antenna  Using  Parasitic  Patch,” 2017  IEEE Int.  Conf.  Smart  Technol., Manage. Comput. Commun. Controls Energy, Mater. (ICSTM) , 2017, hal. 295–298, doi: 10.1109/ICSTM.2017.8089172.
[10]  X.-P. Chen, N.-W. Liu, dan G. Fu, “A Compact Wideband Microstrip- Fed Patch Antenna Using a U-Shaped Parasitic Element,” 2019 IEEE Int.
Bidang H (a) (b) Gambar 8 . Perbandingan hasil simulasi pola radiasi pada elemen tunggal dan subarray 4×4, (a) bidang E, (b) bidang H.
T ABEL II
K INERJA H ASIL S IMULASI DAN P ENGUKURAN
E LEMEN T UNGGAL DAN S UBARRAY 4×4
Parameter Kinerja Elemen Tunggal Subarray 4×4 Sim Ukur Sim Ukur Return loss (dB) −14,99  −18,42  −14,65  −14,59 Bandwidth (MHz) 732 722 733 735 Fractional bandwidth (%) 20,52 19,83 20,49 20,35 Mutual coupling (dB) N/A N/A −30,23  −30,05 Gain (dB) 4,36 5,34 16,86 -
Conf.  Comput.  Electromagn.  (ICCEM) ,  2019,  hal.  1–3,  doi:
10.1109/COMPEM.2019.8779079.
[11]  K.D. Xu, J. Zhu, S. Liao, dan Q. Xue, “Wideband Patch Antenna Using Multiple  Parasitic  Patches  and  Its  Array  Application  with  Mutual Coupling Reduction,” IEEE Access , Vol. 6, hal. 42497–42506, Jul. 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2860594.
[12]  A.R. Pratiwi, E. Setijadi, dan G. Hendrantoro, “Design of Two-Elements Subarray  with  Parasitic  Patch  for  5G  Application,” 2020  International Seminar on Intelligent Technology and Its  Applications (ISITIA) , 2020, hal. 311–316, doi: 10.1109/ISITIA49792.2020.9163785.
[13]  S.A.R. Parizi, “Bandwidth Enhancement Techniques,” dalam Microstrip Antennas  Trends  in  Research  on  Antennas ,  S.  Chattopadhyay,  Ed. London,  Inggris:  IntechOpen,  2017,  doi:  10.5772/intechopen.70173, access date: 20-Sep-2022.
[14]  K.  Ding,  C.  Gao,  B.  Zhang,  Y.  Wu,  dan  D.  Qu,  “A  Compact  Printed Unidirectional Broadband Antenna with Parasitic Patch,” IEEE Antennas,
Wirel.  Propag.  Lett. ,  Vol.  16,  hal.  2341–2344,  Jun.  2017,  doi: 10.1109/LAWP.2017.2718000.
[15]  K.D. Xu, H. Xu, Y. Liu, J. Li, dan Q.H. Liu, “Microstrip Patch Antennas with  Multiple  Parasitic  Patches  and  Shorting  Vias  for  Bandwidth
Enhancement,” IEEE Access , Vol. 6, hal. 11624–11633, Jan. 2018, doi:
10.1109/ACCESS.2018.2794962. [16]  (2018) "ETSI Deliverable Status," [Online],
https://portal.etsi.org/TB/ETSI-Deliverable-Status,  tanggal  akses:  28- Okt-2022.
[17]  S.K. Jose dan S. Suganthi, “Rectangular Microstrip Antenna for WLAN Application,” 2015  Int.  Conf.  Innov.  Inf.  Embed.,  Commun.  Syst. (ICIIECS) , 2015, hal. 1–5, doi: 10.1109/ICIIECS.2015.7192986.
[18]  C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design , 4th ed., Hoboken, AS: John Wiley & Sons, Inc., 2016.
[19]  S.T.  Thilagam  J.  dan  G.  Babu  T.R.,  “Rectangular  Microstrip  Patch Antenna  at  ISM  Band,” 2018  Second  Int.  Conf.  Comput.  Methodol.,
Commun. (ICCMC) , 2018, hal. 91–95, doi: 10.1109/ICCMC.2018.8487877.
[20]  A.  Majumder,  “Rectangular  Microstrip  Patch  Antenna  Using  Coaxial Probe  Feeding  Technique  to  Operate  in  S-Band,” Int.  J.  Eng.  Trends, Technol. , Vol. 4, No. 4, hal. 1206–1210, Apr. 2013.
[21]  G. Kumar dan K.P. Ray, Broadband Microstrip Antenna . Norwood, AS: Artech House. Inc, 2003.