## SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP RECTANGULAR PATCH ARRAY 1X2 UNTUK ACCESS POINT TP-LINK
FREKUENSI 2.4 GHz
Oleh : Arief Rinaldi 1 , Yenniwarti Rafsyam 2 , Jonifan 3
1,2 Program Studi D3 Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta Jalan Prof. Dr. G.A Siwabessy, Kota Depok, 16424, Indonesia
(3) Universitas Gunadarma Jakarta. Jl. Margonda Raya No. 100 Pondok Cina. Depok E-mail:  yenniwarti.rafsyam@elektro.pnj.ac.id 2

## Abstrak
Antena mikrostrip merupakan antena kecil berbentuk lempengan yang dapat dibuat dari plat PCB yang terdiri  atas  tiga  elemen,  yaitu  paradiasi  (radiator),  elemen  substrat  (substrate)  dan  elemen  pertanahan (ground). Antena berfungsi untuk memberikan akses internet pada jaringan lokal yang terhubung dengan access point TP-link untuk proses transmisi data. Antena yang digunakan pada access point merupakan antena  mikrostrip  rectangular  patch  array  1x2  yang  bekerja  pada  frekuensi  2.4  GHz,  dirancang menggunakan software CST 2019. Hasil simulasi antena untuk parameter return loss menunjukkan nilai sebesar  -35.80  dB  dan  VSWR  sebesar  1.03  dengan  nilai  gain  sebesar  5.12  dB.  Hasil  simulasi  antena mikrostrip  rectangular  patch  array  1x2  sesuai  dengan  spesifikasi  yang  diperlukan  sebagai  antena pengganti access point TP-link untuk mengirimkan data kadar garam dan suhu aquarium ikan badut.
Kata kunci : Antena mikrostrip, CST 2019, Gain, Return loss, VSWR.

## Abstract
Mikrostrip antenna is a small slab shaped antenna tht can be made from PCB plates consisting of three elements, namely radiation, subtrate, and ground element. The anntenas serves to provide internet access on  the  local  netwrok  connected  to  the  Tp-Link  access  point  for  the  data  transmission  process.  The antenna used is a 1x2 rectangular patch array microstrip antenna that works at a frequency of 2.4 GHz, designed using CST 2019 software. The antenna simulation results for the return loss parameter show a value  of  -35.80  dB  and  a  VSWR  of  1.03  with  a  gain  value  of  5.12  dB.  Smulation  result  of  rectangular patch  array  1x2  microstrip  antenna  to  replace  the  Tp-link  access  point  to  transmit  salt  content  and temperature data for the clown fish aquarium.
Keywords : Microstrip antenna, CST 2019, Gain, Return loss, VSWR.

## 1.     Pendahuluan
Antena  merupakan  perangkat  keras yang  berguna  sebagai  pemancar  maupun penerima gelombang elektromagnetik (Bagus  dkk.,  2020).  Antena  mengubah sinyal listrik menjadi gelombang elektromagnetik, kemudian memancarkannya  ke  ruang  bebas  atau sebaliknya  yaitu  menangkap  gelombang elektromagnetik  dari  ruang  bebas  dan mengubahnya menjadi sinyal listrik (Christyono dkk., 2016). Antena mikrostrip merupakan antena kecil berbentuk lempengan yang dapat dibuat dari plat PCB yang terdiri atas tiga elemen, yaitu paradiasi (radiator),  elemen  substrat  ( substrate )  dan elemen pertanahan ( ground ) yang berfungsi
sebagai  perantara  sistem tp-link dengan user agar  saling  bertukar  data  (Dewantoro, 2011).  Namun  antena  mikrostip  memiliki bandwitdh yang tidak luas dan menghasilkan  nilai gain yang  kecil.  Untuk meningkatan bandwitdh dan nilai gain -nya, maka dilakukan teknik array agar bandwidth yang  dihasilkan  semakin  luas dengan  nilai gain yang  lebih  besar.  Antena array adalah  suatu  antena  yang  dibentuk oleh  susunan  sejumlah  elemen  antena tunggal  yang  merupakan  gabungan  dari beberapa elemen peradiasi yang membentuk  suatu  jaringan  (Irtawaty  dkk., 2018).

## 2.     Tinjauan Pustaka
Antena Mikrostrip adalah antena yang tersusun  dari  tiga  lapisan  elemen,  yaitu patch,  subtrat, dan groundplane. Antena mikrostrip array memiliki  bentuk  susunan dari  beberapa  antena  mikrostrip,  bertujuan untuk  meningkatkan  nilai  parameter  yang dinginkan  (Amri  dkk.,  2017).  Lapisan antena mikrostrip, ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Lapisan Elemen Antena Mikrostrip.
Untuk  mengetahui  kinerja  dari  antena yang  dirancang,  maka  dilihat  dari  nilai parameternya.  Adapun  beberapa  parameter antena  yang  digunakan  untuk  menganalisis suatu  antena  adalah return  loss , Voltage Wave  Standing  Ratio (VSWR), bandwith , dan gain . Return Loss digambarkan sebagai perbandingan antara amplitudo dari perbandingan antara amplitudo dari gelombang  yang  direfleksikan  terhadap amplitudo  gelombang  yang  dikirimkan, dimana peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan dibanding dengan gelombang (Trisnawan dkk,. 2017).
Nilai return  loss yang  baik  adalah  sebesar lebih kecil atau sama dengan -9,54 dB.
Voltage  Standing  Wave  Ratio (VSWR) adalah  perbandingan  antara  amplitudo gelombang  berdiri  maksimum  (|V|max) dengan  minimum  (|V|min)  yang  bekerja pada  frekuensi  yang  diinginkan  (Fadhli, 2013).

## VSWR =
Nilai  VSWR  yang  baik  pada  suatu antena adalah lebih kecil atau sama dengan dua.  Nilai bandwidth dapat  diketahui apabila nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas,  dimana  frekuensi  bawah  adalah  nilai frekuensi  awal  dari  frekuensi  kerja  antena, sedangkan  frekuensi  atas  merupakan  nilai frekuensi  akhir  dari  frekuensi  kerja  antena (Puspitasari dkk., 2015).
BW =
Gain merupakan  penguatan  antena terhadap  sinyal  hasil  tangkapan  ataupun sinyal  hasil  pancaran.  Besarnya gain suatu antena dapat dihitung dengan
membandingkan intensia radiasi maksimum suatu  antena  dengan  intensitas  radiasi antara sumber dengan daya input yang sama (Jalaluddin dkk., 2020).
Untuk  melakukan  perancangan  antena, ditentukan  terlebih  dahulu  spesifikasi  dan parameter  antena  yang  diinginkan  yang ditampilkan pada Tabel 1 dan Tabel 2.

## Tabel 1 Parameter Antena
Parameter Spesifikasi Gain ≥ 5 dB Frekuensi Kerja 2.4 GHz VSWR 1≤ VSWR ≤ 2 Return Loss ≤ -10 dB Bentuk Patch Rectangular array 1x2
Pada  Tabel  1,  menunjukan  parameter antena  yang  akan  dirancang,  memiliki spesifikasi Gain lebih  besar  sama  dengan lima  yang  bekerja  pada  frekuensi  2.4  GHz. Suatu  antena  bekerja  baik  jika  memiliki nilai  VSWR  sama  dengan  1,  yang  artinya semua sinyal terpancarkan/terkirim seluruhnya, tanpa ada sinyal yang dikembalikan,  sedangkan  nilai  parameter return  loss  (s-parameter) bernilai  kurang lebih atau sama dengan ( ≤ -10 dB).

## Tabel 2 Spesifikasi Substrat Antena
Jenis Substrat Spesifikasi Bahan FR-4 Epoxy Konstanta Dielektrik Relatif 4.4 Ketebalan Substrat 1.6 mm Ketebalan Konduktor 0.035 mm Impedansi Beban Saluran 50 Ohm
Pada  Tabel  2,  bahan  substrat  yang digunakan  terbuat  dari PCB  yang  berbahan FR-4 Epoxy, dengan  nilai  konstanta dielektrik relatif senilai 4.4 dengan ketebalan  substrat  1.6  mm.  Pada  bagian ketebalan  konduktor  setebal  0.035  mm dengan impedansi beban saluran 50 Ohm.
Untuk  mendapatkan  akses  internet, antena  dipasang  pada  perangkat access point.  Access  point merupakan  perangkat yang menghubungkan perangkat lain secara wireless ,  dengan  menggunakan  teknologi Wireless Fidelity (Wi-Fi), sehingga perangkat  yang  terhubung,  mendapatkan akses internet (Sumpena dkk., 2020).

## 3. Metodologi Penelitian
Antena patch rectangular juga  sering dimodelkan seperti saluran transmisi mikrostrip  dengan  panjang  (L),  lebar  (W), ketebalan  substrat  (h),  dan  konstanta dielektrik ( 𝜀 r).
Lebar patch (L) meggunakan persamaan (1)
𝑊 = √ (1)
𝑊 √

## 𝑊
Dimana: W: lebar konduktor c : kecepatan cahaya di ruang bebas (3×10 8 ) fr : frekuensi kerja antena
Panjang patch (L)
Untuk  mendapatkan  panjang patch , terlebih  dahulu  dilakukan  perhitungan  nilai dielektrik  efektif  ( 𝜀𝑒 )  dengan  persamaan (2).
𝜀 eff = + – *        ( ) + (2)
𝜀 [       ( )]

## 𝜀
Kemudian dilakukan perhitungan panjang  efektif  ( Leff )  dan extended  length (ΔL)  dengan  menggunakan  persamaan  (3) dan (4).
𝐿 𝑒 = √ (3)
𝐿 𝑒 = √ 𝐿 = 30.92 mm Δ 𝐿 = 0.412 ℎ (4)
𝐿 ( )
( )

## 𝐿
Jika  nilai  Leff  dan  ΔL  sudah  diketahui, maka L dapat dicari dengan persamaan (5).
L = 𝐿 𝑒 - 2Δ 𝐿 (5)
L = 30,92 – 2 x 0,7388 L = 29,4 mm L 29 mm Teknik pencatuan pada antena
mikrostrip  cukup  beragam  dimana  salah satu  yang  paling  umum  digunakan  adalah menggunakan  teknik  pencatuan microstrip line . Lebar saluran catuan utama didapatkan dengan menggunakan persamaan (6).
Besar saluran pencatu 50 Ohm
√ (6)

## √
Besar saluran pencatu 70 Ohm

## √
Berdasarkan  persamaan  tersebut,  nilai lebar feedline didapatkan dengan persamaan (7):
𝑊 𝑧 = , * +- (7)
𝑊
[ ]

## 𝑊
Impedansi antena merupakan impedansi input  yang  diberikan  antena  terhadap rangkaian  luar  atau  saluran  transmisi menuju antena. Impedansi tersebut perbandingan antara tegangan dan arus atau medan  listrik  dan  medan  magnet  yang sesuai  dengan  orientasinya.  Hubungan antara  impedansi  input  (Zin)  dengan impedansi  saluran  transmisi  (Zo)  akan menentukan besarnya nilai koefisien refleksi.
Dimana 𝜆 d merupakan panjang gelombang  pada  bahan  dielektrik  yang besarnya  dapat  dihitung  dengan  persamaan (8):
𝜆 d = √ (8)
𝜆
√

## 𝜆
Panjang  saluran  (LT)  dengan  persamaan (9):
𝐿 𝑇 = ¼ 𝜆 d (9)
𝐿𝑇

## 𝐿𝑇
𝜆 o  merupakan  panjang  gelombang  di udara bebas, dengan persamaan:
𝜆 = (10)
𝜆

## √
Setelah  dilakukan  perhitungan  elemen antena  diatas,  disusun  kembali  dalam bentuk  tabel,  seperti  ditunjukkan  pada Tabel 3.
Tabel 3. Parameter Awal Simulasi Antena Simbol Parameter Nilai Parameter (mm) Keterangan x1 5 E-Shape 1 x0 3 E-Shape 2 wq 93 Lebar Ground wf2 1.43 Lebar T Junction 70 ohm wf 2.5 Lebar feed 50 ohm w 38 Lebar Patch t 0.035 Tebal Konduktor r 15 Jarak antar patch lg 80 Panjang Ground lf 15 Panjang feed 50 ohm l 29 Panjang patch h 1.6 Tebal Dielektrik pv 5 Tinggi E- Shape
Tabel  3  menunjukkan  parameter  awal antena  yang  akan  digunakan  sebagai  acuan dalam  merancang  dan  melakukan  simulasi antena dengan menggunakan software CST Studio  Suite  2019.  Berdasarkan  parameter tersebut,  dapat  dilihat  pada  Gambar  2 menunjukkan hasil desain antena mikrostrip rectangular patch array 1x2.
Gambar 2  Desain antena mikrostrip rectangular patch array 1x2.

## 4. Hasil dan Pembahasan
Simulasi  antena  dilakukan  dengan memasukkan  nilai-nilai  parameter  dimensi antena  ke  dalam  tabel  parameter software CST Studio Suite 2019 agar spesifikasi dan ukuran  antena  yang  dirancang  sesuai dengan nilai yang telah dihitung sebelumnya. Hasil simulasi parameter yang dilihat  yaitu return  loss ,  VSWR, gain, dan pola radiasi. Data hasil simulasi return loss ditampilkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Hasil Simulasi Return Loss
Gambar 3 Menunjukan nilai return loss yang  dihasilkan  adalah  -23.423956,  sudah memenuhi  syarat  dimana  nilai Return  Loss ≤10  dB.  Hasil  tersebut  dikatakan  baik  dan sudah  memenuhi  spesifikasi  dari  parameter antena yang diinginkan. Data hasil simulasi VSWR ditampilkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Hasil Simulasi VSWR
Gambar  4  menunjukkan  VSWR  antena mikrostrip  sebesar  yang  dihasilkan  pada frekuensi  2.4  GHz  yaitu  1.14.  Hasil  yang didapati  sudah  memenuhi  syarat  dimana VSWR ≤ 2.  Data  hasil  simulasi Gain ditampilkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Hasil Simulasi Gain
Gambar  5  menunjukkan gain antena mikrostrip  yang  dihasilkan  sebesar  5.13 dBi, dimana dalam hal ini sudah memenuhi persyaratan parameter dimana gain ≥ 5 dBi. Data hasil simulasi pola radiasi ditampilkan pada Gambar 6.

## Gambar 6 Polaradiasi Antena
Gambar  6  menunjukkan  pola  radiasi pada  bidang  horizontal  (azimut)  dimana untuk  frekuensi  2,4  GHz  lebar beamwidth sebesar  101.3°  dengan  daya main  lobe sebesar 5.24 dB pada sudut 8°.
Berdasarkan  data  pada  simulasi  tersebut, dapat  diketahui  nilai  yang  dihasilkan  untuk return  loss,  VSWR,  dan gain sudah memenuhi spesifikasi antena yang
diharapkan, namun perlu dilakukan optimasi agar mendapatkan hasil yang lebih baik lagi.
Optimasi dilakukan dengan cara mengubah  dimensi  atau  nilai  parameter antena  hingga  mendapatkan  hasil  simulasi yang  memenuhi  spesifikasi.  Karena  begitu banyak  simulasi  optimasi  yang  dilakukan, maka dapat dilihat pada Tabel 4 menunjukkan nilai optimasi akhir parameter antena.
Tabel 4. Parameter Akhir Simulasi Antena mikrostrip rectangular patch array 1x2.
Simbol Parameter Nilai Parameter (mm) Keterangan x1 5 E-Shape 1 x0 3 E-Shape 2 wq 93 Lebar Ground wf2 1.43 Lebar T Junction 70 ohm wf 2.5 Lebar feed 50 ohm w 37.84 Lebar Patch t 0.035 Tebal Konduktor r 15 Jarak antar patch lg 80 Panjang Ground lf 15 Panjang feed 50 ohm l 28.87 Panjang patch h 1.6 Tebal Dielektrik pv 5 Tinggi E- Shape
Data hasil simulasi return loss ditampilkan pada Gambar 7
Gambar 7 Menunjukan nilai retrun loss yang dihasilkan adalah tampak Nilai return loss yang  dihasilkan  adalah  -35.8017,  yang telah  memenuhi  syarat  dimana  nilai Return Loss ≤10  dB.  Hasil  tersebut  sudah dikatakan baik dimana frekuensi kerja pada frekuensi  kerja  yang  diinginkan  yaitu  2,4 GHz. Data hasil simulasi VSWR ditampilkan pada Gambar 8.

## Gambar 8 Hasil Simulasi VSWR
Gambar  8  menunjukkan  VSWR  yang dihasilkan  pada  frekuensi  2.4  GHz  yaitu Nilai VSWR yang dihasilkan pada frekuensi  2.4  GHz  yaitu  1.03.  Hasil  yang didapati  sangat  baik  dan  sudah  memenuhi syarat  dimana  VSWR ≤ 2.  Data  hasil simulasi Gain ditampilkan pada Gambar 9.
Gambar 9 Hasil Simulasi Gain
Gambar  9  menunjukkan gain antena mikrostrip  yang  dihasilkan  sebesar  5.13 dBi, dimana dalam hal ini sudah memenuhi persyaratan parameter dimana gain ≥ 5 dBi. Data hasil simulasi polaradiasi ditampilkan pada Gambar 10.
Gambar 10 Hasil Simulasi Polaradiasi
Gambar  10  menunjukkan  pola  radiasi pada  bidang  horizontal  (azimut)  dimana untuk  frekuensi  2,4  GHz  lebar beamwidth sebesar  78.8°  dengan  daya main  lobe sebesar 8.27 dBi pada sudut 10°. Berdasarkan  data  pada  simulasi  tersebut, dapat  diketahui  nilai  yang  dihasilkan  untuk return  loss ,  dan  VSWR  telah  memenuhi persyaratan  dari  perancangan  parameter, dan  ditampilkan  nilai  perbandingan  hasil parameter antena pada Tabel 5.

## Gambar 5 Perbandingan Hasil Simulasi saat Sebelum dan Sesudah Optimasi
Parameter Spesifikasi Sebelum Optimasi Sesudah Optimasi Return loss ≥ 5 dB -23.4239 dB -35.80 dB VSWR 1 ≤ VSWR ≤ 2 1.1445 1.03 Gain < -10 dB 5.13 dB 5.12 dB
Tabel  5  menunjukkan  perbandingan hasil  simulasi  pada  saat  sebelum  dan sesudah optimasi dimana dapat dilihat hasil yang  diperoleh  pada  optimasi  akhir  telah memenuhi  spesifikasi  yang  ditetapkan sebelumnya  sehingga  didapatkan  desain akhir  antena  mikrostrip rectangular patch array setelah  dioptimasi  seperti  pada Gambar 11.
Gambar 11 Desain Akhir Antena Mikrostrip Rectangular Patch Array 1x2

## 5. Kesimpulan
Perancangan  akhir  setelah  dilakukan optimasi pada antena mikrostrip rectangular  patch  array 1x2  menggunakan software CST  2019,  didapatkan  hasil  akhir yang  bekerja  pada  frekuensi  2.4  GHz,
memiliki nilai return loss sebesar -35.80 dB dan  VSWR  sebesar  1.03  dengan  nilai gain sebesar 5.13 dB. Berdasarkan beberapa kali optimasi  yang  telah  dilakukan,  dapat diketahui
bagian-bagian
yang mempengaruhi parameter spesifikasi antena, seperti perubahan nilai pada ground berpengaruh terhadap nilai direktivitas yang dihasilkan,  sedangkan  ukuran  lebar  saluran pencatu, patch berpengaruh  terhadap  nilai return  loss dan  VSWR.  Selain  itu, pemberian E-Shape memudahkan  untuk membuat  nilai  VSWR  menjadi  lebih  baik. Hasil  simulasi  dari  antena  mikrostrip rectangular  patch  array  1x2, sudah  sesuai dengan  spesifikasi  untuk  antena  Tp-link yang  akan  digunakan,  sehingga,  dapat dilakukan proses fabrikasi antena

## DAFTAR PUSTAKA
Bagus, B. and Bagaskara, A.Y.
(2020) ‘Perancangan Antena   Mikrostrip Rectangular Patch Sebagai Penerima Televisi’, Jurnal Penelitian , 5(1), pp. 11– 20. Christyono, Y., Santoso, I. and
Cahyo, R. D. (2016)   ‘Perancangan antena mikrostrip array pada frekuensi 850  MHz’, Transmisi , 18(2), pp. 87–95. Dewantoro, A. N. (2011) Perancangan Dan Analisis Antena Jaringan Area LokalNirkabel 2,4 Ghz’, pp.  2– 9. Irtawaty, A. S., Ulfah, M. and Hadiyanto,  H.  (2018)  ‘Pengaruh Beamwidth, Gain dan Pola Radiasi terhadap Performansi Antena  Penerima’, JTT  (Jurnal Teknologi Terpadu) , 6(1), p. 14.
Amri,  S.,  Triyono,  J.  and  K,  R.  Y.  R.
(2017)‘Admin-Journal Manager- 22-34 Safrial-Amri- Joko Yuliana’, 3(2), pp. 22–34. Trisnawan, T. and Kristiyana, S. (2017) ‘Rancang Bangun Elemen Antena Patch   Spektrum Sebar Menggunakan Aplikasi  CST
Microwave
Studio’,
Jurnal Elektrikal , 4(2), pp. 11–19.
Fadhli,  J.  (2013)  ‘Analisis  Penerapan
Teknologi  Jaringan  Lte  4G  Di Indonesia  Fadhli  Fauzi,  Gevin Sepria Harly, Hanrais

## Hs’,
Majalah Ilmiah UNIKOM ,   10(2),
pp. 281–290.
Puspitasari, N. F. and Pulungan, R.   (2015)
‘Optimisasi Penempatan Posisi Access Point pada Jaringan  Wi- Fi Menggunakan Metode Simulated Annealing’, Creative Information Technology  Journal , 2(1), p. 51. Jalaluddin, Imansyah, F. and F. Trias, P. W. (2020) ‘Analisis Performansi Jaringan dan Kualitas Sinyal 4G LTE Telkomsel di Area Fakultas Teknik Untan  Pontianak’, Jurnal Teknik Elektro Universitas Tanjungpura , 2(1), pp. 1–10. Sumpena,  M.  R.,  Madiawati,  H.  and Elisma  (2020)  ‘Desain  Antena Susun Mikrostrip Rectangular Patch  4x2  Untuk  Aplikasi  5G’, Prosiding The 11th Industrial Research Workshop and National Seminar , pp. 591–595 .