## ANTENA DUAL-BAND BERBASIS METODE DUALl-SLOT
Oleh : Yenniwarti Rafsyam (1) ,Nuhung Suleman (2) , Jonifan (3)
(1) dan (2) Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta Jl. Prof. Siwabessy, Depok,
(3) Staf Pengajar Universitas GunadarmaJakarta, Jl. Margonda Raya No. 100 Pondok Cina Depok.

## Abstrak
Pada  makalah  ini  dibahas  perancangan  antena  mikrostrip  dual-band  menggunakan  metode  dual-slot. Perancangan ini dilakukan dengan memodifikasi rancangan antena mikostrip patch konvensional (MPK) yang  kemudian  ditambahkan  dual-slot  sehingga  menghasilkan  antena  mikrostrip  dual-slot(MDS). Software  Advance  Design  System  (ADS)  dipergunakan  untuk  perancangan  antena  microstrip  ini.  Hasil simulasi antena MPK menunjukkan bahwa antena tersebut bekerja pada frekuensi kerja 2,45 GHz yang merupakan  frekuensi  wireless  LAN  (WLAN)  dengan  nilai  return  loss  (S 11 )  sebesar  -18,637  dB  serta memiliki bandwidth 18 MHz dan gain sebesar 5,432 dBi. Sebagai keterbaruan pada penelitian ini, antena MPK  ditambahkan  dual-slot  sehingga  menghasilkan  dua  buah  frekuensi  kerja.  Karakteristrik  frekuensi pertama yaitu 2,175 GHz dengan nilai return loss (S 11 )  sebesar  -14,121 dB serta memiliki bandwidth  9 MHz  dan  gain  sebesar  4,667  dBi.  Kemudian  karakteristik  frekuensi  kedua  yaitu  2,6  GHz  dengan  nilai return  loss  (S 11 )  sebesar  -17,441  dB  serta  memiliki  bandwidth  7  MHz  dan  gain  sebesar  1,191  dBi. Simulasi ini membuktikan bahwa penambahan dual-slot dapat menjadikan antena bekerja pada frekuensi dual-band.
KataKunci :antena, mikrostrip, dual-band , dual-slot .

## 1. Pendahuluan
Akses  internet  dan  aplikasi  multimedia yang  semakin  mudah  mendorong  pesatnya perkembangan sistem telekomunikasi nirkabel.  Aplikasi  multimedia  tersebut memiliki platform yang beragam. Sehingga, saat ini mulai banyak dilakukan pengembangan  komunikasi  nirkabel  yang memiliki  kemampuan  mengintegrasikan dua perangkat komunikasi dengan platform yang berbeda.
Salah  satu  penelitian  yang  dilakukan  untuk mendukung sistem dengan paltform wireless yang berbeda tersebut, diantaranya dilakukanperancangan  antena  yang  mampu bekerja dengan frekuensi dual-band .
Antena ini biasanya didesain dari mikrostrip  [1]  karena  mikrostrip  memiliki berat yang  ringan, compact ,  mudah dipabrikasi, dan murah [2]. Antena mikostrip patch konvensional (MPK) sederhana terlihat pada Gambar 1.
Terdapat beberapa metode untuk merancang sebuah antena mikrostrip
dengan  dua  frekuensi yang  berbeda diantaranya dengan menambahkan resonator  [3],  metode  ini  dapat  membuat
antena  bekerja  pada  dua  frekuensi  yang berbeda akan tetapi  memiliki  dimensi  yang besar.  Metode  lainnya  yaitu  menggunakan apetured  coupling [4]  dan  menggunakan substrat  yang  tebal  [5].  Metode-metode tersebut  dapat  menjadikan  ukuran  antena menjadi  lebih  kompleks  dan  pabrikasinya membutuhkan biaya
Terdapat  sebuah  metode  sederhana  untuk merancang antena mikrostrip dengan beberapa  frekuensi  kerja  seperti  yang diusulkan [6], dimana dipergunakan metode slot, sehingga menjadikan ukuran antena compact ,  sederhana  serta  harganya lebih  murah.  Selain  itu,  metode  ini  juga memiliki  keunggulan  berupa  independensi antar frekuensinya.
Sebagai state of  the art , pada penelitian ini digunakan  metode dual-slot pada  antena
W L h Gambar 1. Antena mikostrip patch konvensional (MPK)
W L h W 1 W 2 L 1 L 2
Gambar 2. Antena Mikrostrip dual-slot (MDS) [ State of the art ]
mikrostrip  sehingga  dapat  menghasilkan dua  buah  frekuensi  kerja.  Perancangan indilakukan
dengan
memodifikasi rancangan antena
mikostrip patch konvensional (MPK) yang kemudian ditambahkan dual-slot
sehingga menghasilkan  antena  mikrostrip dual-slot (MDS),  namun  biaya  lebih  mahal,  secara lebih  lengkap  ditunjukkan  seperti  pada Gambar 2.
Sementara  itu, Software  Advance  Design System (ADS)  dipergunakan  untuk  validasi dan simulasi perancangan antena microstrip ini.

## 2. Perancangan  Antena  Mikrostrip
Dual-Slot Bentuk slot pada antena mikrostrip sebenarnya  sama  seperti  bentuksegi  empat dengan  panjang  dan  lebar.  Slot  merupakan bagian alternatifdari fungsi elemen peradiasi.  Geometri  dasar  sebuah  antena mikrostripterdiri  dari  elemen  konduktor peradiasi  slot  yang  pencetakan  dilakukan pada substrat. Sedangkan eksitasinya dilakukan  oleh  saluran  mikrostrip,  saluran transmisi koaksial, atau kopling elektromagnetik.
Mikrostrip  slot  antena  memiliki  konsep awal  yaitu  perancangan  slot  antenadengan menggunakan  saluran  mikrostrip.  Bentuk slot antena mempunyai banyakmodel dalam perancangannya  dan  mempunyai  kelebihan yaitu menghasilkan polaradiasi yang memancar  pada  satu  arah  ( unidirectional ) dan  perancanannya  lebih  sederhana.  Pada Gambar 3 menunjukan antena slot sederhana [7].
Gambar 3. Antena mikrostrip slot
Mengacu  pada  Gambar  3,frekuensi  kerja Antena  mikrostrip  slot  ditentukan  oleh panjang slot yang diformulasikan padapersamaan (1) [8].
( )
( )
Dimana merupakan  panjang  gelombang pada slot dan merupakanpanjang gelombang di ruang bebas dengan frekuensi kerja yang diinginkan. Sementara merupakan  panjang  ekivalen  yang dihubungkan  dengan  nilai  induktansi  pada ujung  slot.  Sedangkan h merupakan  tebal substrat  dan W adalah  lebar  slot  yang ditentukan  menggunakan  persamaan  4  [9]. Untuk  menentukan  nilai  permitivitas  relatif efektif  dengan  menggunakan  persamaan berikut ini.
( ) ( )
√
Perumusan  ini  kemudian  diaplikasikan dalam  bentuk  real  dan  disimulasikan menggunakan Software ADS.
Selanjutnya  perancangan  dilakukan  dengan memodifikasi rancangan antena mikr ostrip patch konvensional  (MPK)  yang kemudian  ditambahkan dual-slot sehingga menghasilkan  antena  mikrostrip dual-slot (MDS). Dimensi dan karakteristik rancangan  antena  secara  lebih  lengkap terlihat pada Tabel 1.

## Tabel 1. Dimensi antena
Spesifikasi Dimensi  Keterangan W (mm) 40,6 Patch konvensional L (mm) 32,9 W1 (mm) 7,6 Slot 1 L1 (mm) 19,1 W2 (mm) 6,6 Slot 2 L2 (mm) 13,9
Sementara itu, pada penelitian ini dipergunakan  substrat  dengan  karakteristik seperti terlihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Karakteristik substrat
Spesifikasi  Nilai Keterangan  r 3,55 Konstanta dielektrik H (mm) 0,85 Tebal substrat tan d 0,0021 Loss Tangent

## Desain  ini  kemudian  diaplikasikan  pada
Software ADS.  Hasil  perancangan  terlihat pada  Gambar  4  yang  menunjukkan  Desain ADS  Antena  mikostrip patch konvensional (MPK) dan Gambar 5 Desain  ADS  Antena mikrostrip dual-slot (MDS).
Gambar 4. Desain ADS antena mikrostrip patch konvensional (MPK)
Tahapan  selanjutnya  yaitu  mensimulasikan desain tersebut untuk validasi nilai
frekuensi kerja, return loss , bandwidth , dan Gain.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pada bagian ini akan dibahas hasil simulasi desain  seperti  yang  telah  ditunjukkan  pada Gambar 4 dan Gambar 5.
Gambar 5. Desain ADS antena mikrostrip dual-slot (MDS)

## 3.1. Hasil Simulasi Antena MPK
Pada  Gambar  6  memperlihatkan  hasil simulasi return  loss (S 11 )  dan  frekuensi tengah antena MPK. Hasil return loss (S 11 ) pada  frekuensi  tengah  yaitu  sebesar  -17,07 dB.  Sementara  itu,  terlihat  juga  nilai bandwidth antena  tersebut  yaitu  sebesar  18 MHz (2,460 MHz – 2,442 MHz).
Gambar 6. Simulasi return loss dan frekuensi tengah antenna MPK
Gambar  7  menunjukkann  hasil  simulasi gain antena MPK yakni sebesar 5,432 dBi.
Gambar  7. Simulasi gain antena MPK
Sementara itu pada Gambar 8
memperlihatkan  karakteristik  lebih  lengkap dari  antena  MPK  yang  meliputi power
Antena Dual-Band Berbasis……………Yenniwarti Rafsyam (1) ,Nuhung Suleman (2) , Jonifan (3)
radiasi,  sudut  efektif  pancaran,  serta  nilai directivity -nya.  Desain  MPK  kemudian ditambahkan  dua  buah  slot  menjadi  antena MDS,  hasil  simulasi  nya  terlihat  pada Gambar 9.
Gambar  8. Simulasi power radisi serta directivity antena MPK.
Gambar  9. Simulasi return loss dan frekuensi tengah antena MDS

## 3.2. Hasil Simulasi Antena MDS
Pada  Gambar  9  memperlihatkan  hasil simulasi return  loss (S 11 )  dan  frekuensi tengah antena MDS, dimana terlihat bahwa terjadi  dua  buah  grafik  yang  menurun,  hal ini  menandakan  bahwa  antena  tersebut bekerja pada dua buah frekuensi kerja.
Pada frekuensi kerja pertama, hasil return loss (S 11 )  pada  frekuensi  tengah  yaitu sebesar  -14,121  dB.  Sementara  itu,  dari Gambar  9  tesebut  juga  terlihat  nilai bandwidth antena  tersebut  yaitu  sebesar  9 MHz  (2,180  MHz    –  2,171  MHz). Pada frekuensi  kerja  kedua, hasil return loss (S 11 )  pada  frekuensi  tengah  yaitu sebesar-17,441  dB.  Nilai  bandwidth  antena tersebut yaitu sebesar 7 MHz (2,603 MHz – 2,596 MHz).
Sementara itu, Pada Gambar 10a memperlihatkan hasil simulasi  gain antena MDS,  yaitu  nilai  Gain  pada  frekuensi pertama  sebesar  4,667  dBi.  Pada  Gambar 10b,  memperlihatkan  gain  pada  frekuensi kedua sebesar 1,191 dBi.
Sementara itu pada Gambar 11 memperlihatkan  karakteristik  lebih  lengkap dari  antena  MDS  yang  meliputi power radiasi,  sudut  efektif  pancaran,  serta  nilai directivity -nya.
(a) (b) Gambar  10. Simulasi gain antena MDS (a) frekuensi pertama, (b) frekuensi kedua
(a) (b)
Gambar    11.  Simulasi power radisi  serta directivity antena MDS.(a) frekuensi pertama, (b) frekuensi kedua
Tabel 3 menunjukkan kinerja hasil simulasi dan nilai dimensinya. Hal ini memperlihatkan  bahwa  dengan  dimensi yang  sama  mampu  dihasilkan  dua  buah frekuensi kerja.

## 3.3. Perancangan Butler Matriks
Rangkaian  utama butler  matrik terdiri  atas 4  buah  hybrid  coupler  dan  2  buah  cros over.Seperti  terlihat  pada  Gambar  12 dibawah ini.
Tabel  3.  Perbandingan  hasil  simulasi  ADS antena MPK dan antena MDS
Spesifikasi Perancangan Antena MPK Antena MDS Frekuensi tengah (GHz) 2,45 2,175 2,6 Return  Loss (dB) -18,637 -14,121 -17,441 Bandwidth (MHz) 18 9 7 Gain (dBi) 5,432 4,667 1,191 Dimensi Total (mm) 40,6 x 32,9 40,6 x 32,9
Gambar 12. Struktur 4 x 4 butler matriks

## Hybrid Coupler
Nilai scatering  matriks dari hybrid  coupler memenuhi persamaan berikut ini.
Sementara  itu,  hasil  perancangan hybrid coupler terlihat seperti Gambar 13.
Gambar13. Desain hybrid coupler

## Cross Over
Nilai  scatering  matriks  dari  cross  over memenuhi persamaan berikut ini.
Sementara itu, hasil perancangan cross over terlihat seperti Gambar 14.
Gambar 14. Desain cross over

## Butler Matriks
Sementara  itu  hasil  perancangan butler matrik terlihat  pada  Gambar  15  dibawah ini.
Gambar 15. Desain lengkap Butler Matriks

## 4. KESIMPULAN
Penelitian  ini  berhasil  menunjukan  bahwa dengan  menggunakan  tambahan dual-slot pada  semua  antena  mikrostrip patch konvensional  maka  dapat  dihasilkan  dua buah frekuensi kerja yang berbeda. Penambahan  slot  ini  tidak  menjadikan dimensi antena bertambah. Hasilnya yaitupada    frekuensi  kerja  2,45  GHz  yang merupakan frekuensi wireless LAN (WLAN)  dengan  nilai return  loss (S 11 ) sebesar-18,637 dB serta memiliki
bandwidth 18  MHz  dan gain  sebesar  5,432 dBi.  Sebagai  keterbaruan  pada  penelitian ini,  pada  antena  MPK  ditambahkan dual- slot sehingga  menghasilkan  dua  buah frekuensi  kerja.  Karakteristrik  frekuensi pertama  yaitu  2,175  GHz  dengan  nilai return  loss (S 11 )  sebesar  -14,121  dB  serta memiliki bandwidth 9  MHz  dan  gain
sebesar  4,667  dBi.  Kemudian  karakteristik frekuensi kedua yaitu 2,6 GHz dengan nilai return  loss (S 11 )  sebesar  -17,441  dB  serta memiliki bandwidth 7  MHz  dan  gain sebesar
1,191 dBi. Simulasi
ini membuktikan  bahwa  penambahan dual- slot dapat  menjadikan  antena  bekerja  pada frekuensi dual-band .  Sehingga  keunggulan desain  antena  mikrostrip  yang  compact dapat dipertahankan.

## DAFTARPUSTAKA
D.  M.  Pozar,  “Microstrip  antennas”,
Proceedings  of  the  IEEE.,  Vol.  80, No.1, pp. 79-91, Jan. 1992.
J.  Bahl  and  P.  Bhartia,  “Microstrip antennas”. Artech House, New Delhi,
1981.
Kumar.  G.  and  K.  C.  Gupta,  “Broad-band microstrip  antennas  using  additional resonators gap-coupled to the radiating  edges”, IEEE, Trans. Antennas  and  Propagate .  Vol.  32, 1375-1379, 1994.
D. M. Pozar, “Microstrip Antenna Aperture Coupled  to  a  Microstrip  line”, Electronics  Lett .,  Vol.  2,  pp.  49-50,
1985.
Nishiayama,  E.  and  M.  Aikawa,  “Wide-
band  and  high  gain  microstrip antenna  with  thick  parasitic  patch substrate”, IEEE Trans. Antennas and
Propagate . pp. 273-276, 2004.
Suryakanth.  B,  Mulgi.  S.  N,  Hunagund  P.
V,  “Design  and  development  of  slot loaded rectangular
microstrip antennas  for  multiband  operation”,
Proceedings  of  NConANT-2012 ,  pp. 178-182, Feb. 2012.