## Desain dan Manufaktur Antena Heliks Oktafilar Pada Frekuensi 436,5 MHz Untuk Sistem Komunikasi Satelit

## ABSTRAK
Antena heliks oktafilar  merupakan antena modifikasi dari antena heliks. Proyek akhir ini berfokus pada perancangan dan pembuatan antena heliks bifilar pada frekuensi 436,5 MHz. Frekuensi 436,5 MHz merupakan  frekuensi  UHF-Band  yang  sering  diaplikasikan  dalam    sistem  komunikasi  satelit  saat  ini. Hasil simulasi antena menunjukkan bahwa antena ini dapat bekerja pada frekuensi 436,5 MHz.
Antena  heliks  oktafilar    didesain  menggunakan  perancangan  optimum  berdasarkan  spesifikasi yang  telah  ditetapkan  dan  dilakukan  simulasi  antena  dengan    menggunakan  software  CST  Microwave Studio 2011 dengan hasil return loss sebesar  -32,656 dB pada diameter kawat 1,5 mm dan  bandwidth sebesar  7,33  MHz.  sedangkan  pada  diameter  kawat  1,5  mm,  hasil  return  loss  sebesar  -23,545 dB  pada diameter  kawat  1,7  mm  dan   bandwidth  sebesar  8,35  MHz.  Nilai  VSWR  pada  diameter  1,5  mm  adalah 1,0477. Untuk diameter 1,7 mm VSWR sebesar 1,1425 dan gain yang diperoleh dari hasil simulasi pada diameter 1,5 mm adalah sebesar 1,99 dBi, sedangkan untuk gain pada diameter 1,7 mm sebesar 2,07 dBi.
Hasil  realisasi  antena  pada  antena  heliks  oktafilar  menghasilkan  return  loss  sebesar  -11,21  dB pada diameter kawat 1,5 mm dan  bandwidth sebesar 60,954 MHz. sedangkan hasil return loss sebesar  - 11,07 dB pada diameter kawat 1,7 mm dan  bandwidth sebesar 90,007 MHz. Nilai VSWR pada diameter 1,5  mm  adalah  1,76.  Untuk  diameter  1,7  mm  VSWR  sebesar  1,79  dan  gain  yang  diperoleh  dari  hasil simulasi  pada  diameter  1,5  mm  adalah  sebesar  3,63  dBi  .sedangkan  untuk  gain  pada  diameter  1,7  mm sebesar 4,15 dBi.
Kata kunci : antena heliks oktafilar, frekuensi 436,5 MHz ____________________________________________________________________________________ 1. Pendahuluan
Saat  ini  sistem  komunikasi  satelit  semakin berkembang.  Seiring  perkembangan  tersebut, untuk  membangun  komunikasi  satelit  diperlukan antena  sebagai  perangkat  yang  berfungsi  untuk mengubah  sinyal  listrik  menjadi  gelombang elektromagnetik  dan  sebaliknya.  Antena  memiliki beberapa  parameter  sehingga  dapat  digunakan untuk  menunjang  sistem  komunikasi  satelit,  salah satu  parameter  penting  dari  kinerja  suatu  antena adalah  polarisasi.  Jenis  polarisasi  suatu  antena ditentukan oleh arah medan listrik yang dipancarkan  oleh  antena    tersebut.  Dengan menggunakan sistem telekomunikasi satelit seringkali  terjadi  gangguan  dalam  transmisi dikarenakan  sinyal  mengalami  interferensi  yang menyebabkan berubahnya polarisasi. Dalam
kondisi  tersebut,  untuk  mengurangi  interferensi dari sinyal yang tidak diinginkan, maka diperlukan antena  dengan gain yang  baik  dan  memiliki polarisasi sirkular.
Dengan  antena  berpolarisasi  sirkular  tidak diperlukan lagi penyesuaian antara antena pengirim  dan  penerima,  karena  antena  dapat menerima  sinyal  dalam  polarisasi  horisontal, vertikal, dan miring. Selain itu, dalam pengembangan  system  komunikasi  satelit  nano digunakan  frekuensi  kerja  yang  berada  pada  band radio  amatir  UHF,  sehingga  dalam  penelitian  ini akan  dirancang  dan  dibuat  antena  heliks  oktafilar yang  bekerja  pada  frekuensi  436,5  MHz  serta memiliki  polarisasi  sirkular  dan  pola  radiasi directional .  Antena  heliks  oktafilar  memiliki  8 buah filar, dimana masing-masing filar membentuk

## Heri Agus Susanto
Jurusan Teknik Elektro – Institut Teknologi Sepuluh November (ITS) Surabaya Jl. Raya ITS, Keputih, Sukolilo, Kota Surabaya, Jawa Timur 60111, INDONESIA E-mail : heriagus273@gmail.com
½  lilitan  sehingga  membuat  dimensi  antena menjadi tidak terlalu lebar.

## 2. Antena Heliks Oktafilar
Antena  heliks  oktafilar  terdiri  dari  empat heliks  bifilar  identik  yang  diatur  koaksial  dengan 45 o untuk  setiap  pemisahan  ruang.  Gambar  2.13a menunjukkan  struktur  konfigurasi  dari  setengah belokan  dari  antena  heliks  oktafilar.  Satu  lengan dari  antena  heliks  oktafilar  disebut  bifilar  yang terdiri  dari  dua  diagonal  strip  tipis  berlawanan mengelilingi  sekitar  silinder  yang  melingkar  dan bentuk dua elemen  heliks identik terhubung radial pada  bagian  atas.  Unsur  bifilar  terdiri  dari konduktor  berkelanjutan,  yang  mana  terbuka  pada pusat  radial  dari  bagian  bawah.  Dua  konduktor terbuka  yang  akhir  menyediakan  terminal feed untuk heliks. Koordinat persegi panjang dari setiap titik sembarang pada elemen bifilar dapar dihitung dengan persamaan (1) – (3) [1] :
Dimana p=0 dan p=2  untuk dua lengan  heliks. u merupakan sudut dari sumbu x, dimulai dari u=0 and  dan  berakhir  pada  u=2πN,  N  merupakan jumlah lilitan. Ro merupakan radius heliks. Untuk satu  lilitan  C  merupakan circumference (2πRo), dan  jarak  antar  lilitan  S=C  tan  α,  Untuk 𝛼 merupakan pitch angle yang dibentuk oleh garis singgung  ke  kawat  heliks  dan  sebuah plane tegak lurus dengan sumbu heliks. H merupakan  panjang aksial  (NS).  Empat  heliks  identik  yang  digunakan pada  antena  heliks  oktafilar  merupakan feed dari ujung  bawah  oleh  jaringan phasing menghasilkan perkembangan fase dari 45 o sehingga berguna pada pengendalian phasing yang  mana  antena meradiasikan dalam mode back fire atau end fire .
Untuk contoh desain antena heliks oktafilar seperti pada gambar  1 [1] :
a. Tampilan Atas
b. Bentuk 3D
c.  Setengah lilitan 1 bifilar heliks
Gambar 1. Desain Antena Heliks Oktafilar
Dari  hasil  perhitungan  dimensi  antena, diperoleh  nilai  dimensi  antena  seperti  dalam  tabel 1.
Tabel 1. Dimensi antena heliks oktafilar  hasil perancangan Parameter Ukuran (d=1,5mm) Ukuran (d=1,7 mm) Radius heliks ( 𝑅 𝑎 ) 40,31 mm 40,31 mm Panjang aksial ( 𝐻) 182,13 mm 182,13 mm Tinggi lilitan ( 𝐿 𝑎 ) 141.801 mm 143.821 mm Panjang filar (Perimeter) 2749,2 mm 2749,2 mm Pitch angle ( 𝛼) 59,35 o 59,35 o

## 3. Desain antena
Dalam desain dari antena, ada beberapa kriteria yang harus dipenuhi untuk desain dari antena agar dapat bekerja dengan baik yaitu axial ratio < 3 dB, return loss < -10 dB dan VSWR < 2. Pada tabel 2 terdapat spesifikasi dari antena [4] [5].
𝑥 = 𝑅 𝑜 cos(𝑢 + 𝜋𝑝 2 ) (1) 𝑦 = 𝑅 𝑜 sin(𝑢 + 𝜋𝑝 2 ) (2)
𝑧 = 𝑅 𝑜 𝑢 tan 𝛼
(3)
Tabel 2 . Spesifikasi antena
Parameter Spesifikasi Frekuensi 436,5 MHz Bandwidth 7,6 kHz – 100 MHz Axial Ratio < 3 dB Polarisasi Sirkular Return Loss < -10 dB VSWR < 2

## 4. Simulasi dan Hasil Parameter Antena
Simulasi  pada  antena  heliks  oktafilar  dengan menggunakan software CST  Microwave  Studio 2011  dilakukan  variasi  jenis  diameter  kawat tembaga (d) yaitu 1,5mm dan 1,7 mm. Feeder dari antena  heliks  oktafilar  menggunakan discreate port dengan  impedansi  input  dibuat  normalisasi sebesar  50  Ohm  dan  mengcompile  proses menggunakan transcient solver .
Gambar 2 . Konstruksi dari antena heliks oktafilar
Konstruksi  antena  heliks  oktafilar  pada CST  Microwave  Studio  2011  dibuat  berdasarkan dimensi  hasil  perhitungan  seperti  pada  tabel  1. Dalam  simulasi  dapat  dihasilkan  nilai  dari beberapa  parameter  seperti return  loss ,  VSWR, gain, axial ratio , pola radiasi dan  polarisasi. Hasil dari  simulasi  pada  antena  heliks  oktafilar  seperti berikut :
1. Return Loss
Nilai return  loss yang  dijadikan  acuan adalah  -10  dB.  Hasil  simulasi  Pada  d  =  1,5mm menunjukkan bahwa nilai return loss di bawah -10 dB  mulai  dari  frekuensi  432,84  MHz  hingga 440,17  MHz  dan  pada  frekuensi  kerja  436,5  MHz nilai return loss -nya adalah -32,656 dB.
Gambar 3. Grafik S11 OHA d=1,5mm
Untuk  d = 1,7  mm  pada  hasil  simulasi menunjukkan bahwa nilai return loss di bawah -10 dB  mulai  dari  frekuensi  432,43  MHz  hingga  440, 78  MHz.  Dan  pada  frekuensi  kerja  436,5  MHz nilai return loss -nya adalah -23,574 dB.
Gambar 4. Grafik S11 OHA d=1,7 mm

## 2. VSWR
Nilai  VSWR  maksimum  yang  dapat ditoleransi adalah 2. Hasil simulasi pada d=1,5mm menunjukkan nilai VSWR di bawah 2 adalah pada frekuensi  432,68  MHz  sampai  440,36  MHz  dan pada  frekuensi  kerja  436,5  MHz  nilai  VSWRnya adalah 1,0477.
Hasil  simulasi  pada  d=1,7  mm  menunjukkan nilai  VSWR  di  bawah  2  adalah  pada  frekuensi 432,54  MHz  sampai  440,56  MHz  dan  pada frekuensi kerja 436,5 MHz nilai VSWRnya adalah 1,1425.
Return Loss 𝐿 𝑎 𝑹 𝒂 S- para meter (dB)
Frekuensi (MHz) Return Loss Frekuensi (MHz) S- para meter (dB) V S W R Frekuensi (MHz)
Gambar 5. Grafik VSWR OHA d=1,5 mm
Gambar 6. Grafik VSWR OHA d= 1,7 mm
3. Pola Radiasi
Hasil  simulasi  pada  d=1,5  mm  menunjukkan pola radiasi antena heliks oktafilar hasil rancangan adalah directional dengan main  lobe  magnitude sebesar 1,986 dB pada sudut 0 o .
a. Bentuk 3D               b. Bentuk Polar Gambar 7. Pola radiasi OHA pada  d=1,5mm
Dalam  koordinat  polar,  pola  radiasi  antena heliks  oktafilar  memiliki  HPBW  sebesar  203,1 o pada  d=1,5  mm.  Sedangkan,  ketika  d=1,7  mm menunjukkan  pola  radiasi  antena  heliks  oktafilar hasil  rancangan  adalah directional dengan main lobe magnitude sebesar 2,067 dB pada sudut 0 o .
a. Bentuk 3D                 b. Bentuk Polar
Gambar 8. Pola radiasi  OHA pada d=1,7 mm . 4. Polarisasi Hasil simulasi polarisasi ditunjukkan oleh nilai
axial  ratio dalam  fungsi  sudut.  Nilai  axial  ratio sendiri  merupakan  perbandingan  antara  nilai medan  E  pada  posisi  horizontal  dengan  nilai medan  E  pada  posisi  vertikal  seperti  pada persamaan ( 2.12 - 2-15).
a) d=1,5 mm        b) d=1,7 mm
Gambar 9. Axial ratio OHA hasil simulasi
Grafik axial  ratio dalam  simulasi  pada d=1,5 mm menunjukkan bahwa pada sudut 0 o nilai axial ratio dari antena heliks oktafilar adalah 2,165 dB.  Nilai axialratio dibawah  3  dB  menunjukkan bahwa  antena  heliks  oktafilar  hasil  simulasi memiliki polarisasi sirkular.
Grafik axial  ratio dalam  simulasi  pada d=1,7 mm menunjukkan bahwa pada sudut 0 o nilai axial ratio dari antena heliks oktafilar adalah 2,723 dB.  Nilai axial  ratio dibawah  3  dB  menunjukkan bahwa  antena  heliks  oktafilar  hasil  simulasi memiliki polarisasi sirkular.
Dari  simulasi  juga  dapat  diketahui  bahwa hasil  rancangan  antena  heliks  oktafilar  pada
V S W R
Frekuensi (MHz)
diameter  kawat  tembaga  (d)  =  1,5  mm  memiliki polarisasi  sirkular  jenis  RHCP  karena  nilai gain pada  right  polarization  lebih  besar  dari  pada  left polarization  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  10. Dimana nilai gain pada saat LHCP sebesar -0,3916 dB,  sedangkan gain pada  RHCP  adalah  sebesar 0,9487 dB.
a. Right polarization           b. Left polarization Gambar 10. Polarisasi sirkular 3D d=1,5 mm
Sedangkan,  hasil  simulasi  antena  heliks oktafilar  pada  diameter  kawat  tembaga  (d)  =  1,7 mm  memiliki  polarisasi  sirkular  jenis  RHCP karena  nilai gain pada  right  polarization  lebih besar  dari  pada  left  polarization  yang  ditunjukkan pada  Gambar  11.  Dimana  nilai gain pada  saat LHCP  sebesar  -0,2558  dB,  sedangkan gain pada RHCP adalah sebesar 0,8720 dB.
a. Right polarization    b. Left polarization
Gambar 11. Polarisasi sirkular 3D d=1,7 mm

## 5. Hasil  Realisasi Antena
Berikut  ini  merupakan  hasil  realisasi  antena yang  tersusun  dari  bahan  kawat  tembaga  dengan diameter 1,5 mm dan 1,7 mm.
(a) Diameter (d) =1,5 mm     (b). Diameter (d) =1,7 mm
Gambar 12. Hasil realisasi antena OHA
6.  Pengujian A. Return Loss Hasil  pengujian  nilai return  loss dapat dilihat  pada  gambar  20.  Dari  hasil  pengujian  nilai return loss antena heliks oktafilar dengan diameter kawat  1,5  mm  diperoleh  pada  frekuensi  436,5 MHz  memiliki  nilai return  loss -11,21  dB.  Nilai tersebut sesuai dengan kriteria desain dimana nilai S11  pada  frekuensi  kerja  (436,5  MHz)  harus  di bawah -10 dB.
Gambar 13. Grafik S11 parameter OHA 1,5 mm  hasil pengujian
Pada hasil pengujian pada Gambar 14, nilai return loss antena heliks oktafilar dengan diameter kawat  1,7  mm  diperoleh  pada  frekuensi  436,5 MHz  memiliki  nilai return  loss -11,07  dB.  Nilai tersebut sesuai dengan kriteria desain dimana nilai return  loss pada  frekuensi  kerja  (436,5  MHz) harus di bawah -10 dB.
s11 (dB) Frekuensi (MHz)
Gambar 14 . Grafik S11 parameter OHA 1,7 mm hasil pengujian
B. VSWR
Gambar 15. VSWR OHA 1,5 mm hasil pengujian
MK1  menyatakan  nilai VSWR yang  berada pada  frekuensi  436,5  MHz  sebesar  1,76.  MK2 adalah  marker  yang  menandai  nilai VSWR pada frekuensi  421,924  MHz  sebesar  1,95.    Sedangkan MK3 adalah marker yang menujukkan nilai VSWR pada  frekuensi  482,878 MHz  sebesar  1,95.  MK2 dan MK3 adalah nilai return loss pada -10 dB.
Gambar 16 . VSWR OHA 1,7 mm hasil pengujian
MK1  menyatakan  nilai VSWR yang  berada pada  frekuensi  436,5  MHz  sebesar  1,79.  MK2 adalah  marker  yang  menandai  nilai VSWR pada frekuensi  500,487  MHz  sebesar  1,95.    Sedangkan MK3 adalah marker yang menujukkan nilai VSWR pada  frekuensi  410,480  MHz  sebesar  1,95.  MK2 dan MK3 adalah nilai return loss pada -10 dB.
C. Gain Pada gambar 17 didapatkan hasil pengukuran gain antena heliks oktafilar dengan diameter kawat tembaga  1,5  mm  pada  frekuensi  436,5  MHz sebesar  3,63 dBi.
Gambar 17. Grafik plot menggunakan matlab untuk  hasil pengukuran gain d=1,5 mm.
Pada gambar 18 didapatkan hasil  pengukuran gain antena heliks oktafilar dengan diameter kawat
431 432 433 434 435 436 437 438 439 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Grafik Return Loss d=1,5 mm Frekuensi (MHz) G a in ( d B ) d=1,5 mm Frekuensi (MHz) s11 (dB) Frekuensi (MHz) VSWR Frekuensi (MHz) VSWR
1,7  mm  pada  frekuensi  436,5  MHz  sebesar    4,18 dBi.
Gambar 18. Grafik plot menggunakan matlab untuk  hasil pengukuran gain d=1,7 mm
D. Pola Radiasi
Gambar 19. Pola radiasi OHA bidang E dan bidang H pada d=1,5 mm
Gambar 20. Pola radiasi OHA bidang E dan bidang H pada d=1,7  mm
Dari  gambar  pola  radiasi  diatas  terlihat bahwa  garis  berwarna  merah  mewakili  hasil pengukuran  level  daya  yang  diterima  oleh  antena dan garis berwarna hitam adalah letak -3 dB.
Magnitude  yang  di- plot pada  setiap  sudut merupakan  hasil  normalisasi  daya  yang  terukur. Antena  heliks  oktafilar  mempunyai  daya  yang paling besar ketika berada pada sudut 85 derajat.
Tabel 3. Perbandingan Hasil Simulasi Pengukuran Param eter Hasil Simulasi Hasil Pengukuran d=1,5 mm d=1,7 mm d=1,5 mm d=1,7 mm 432,84 MHz 432,43 MHz 421,92 4  MHz 410,4 8 MHz
431 432 433 434 435 436 437 438 439 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Grafik Return Loss d=1,7 mm Frekuensi (MHz) G a in ( d B ) d=1,7 mm
kerja 440,17 MHz 440,78 MHz 482, 878 MHz 500 ,48 7 M Hz Return loss (436,5 MHz) -32,656 dB -23.545 dB  -11,21 dB - 11,07 dB Bandw idth 7,33 MHz 8,35 MHz 60,954 MHz 90,00 7 MHz Axial ratio 2,15 dB 2,72 dB 1,28 dB 1,59 dB VSWR 1,0477 1,1425 1,76 1,79 Gain 1,986 dBi 2,067 dBi 3,63dBi 4,15 dBi

## 7. Kesimpulan
1. Antena  heliks  oktafilar  bekerja  pada range frekuensi 436,5 MHz
menghasilkan  return  loss    -11,21  dB pada    d=1,5  mm  dan  menghasilkan return  loss  pada  d=1,7  mm  sebesar  - 11,07 dB.
2. Bandwidth  pada  d=1,5  mm  sebesar 60,954  MHz  dan    pada  d=1,7  mm menghasilkan bandwidth  sebesar 90,007 MHz.
3. Pada  kedua  diameter  kawat  tembaga pada  antena  heliks  oktafilar  mempunyai polarisasi sirkular karena nilai axial ratio kurang dari 3 dB.
4. Gain  yang  dihasilkan  dari  realisasi antena  lebih  besar  dari  hasil  simulasi yaitu pada d=1,5 mm menghasilkan gain 3,63 dBi dan pada d=1,7 mm menghasilkan gain sebesar 4,15 dBi.
5. Perbedaan  hasil  pengukuran  yang  tidak sesuai  dengan  hasil  simulasi  dapat disebabkan  oleh  kesalahan  pada  proses fabrikasi  yang  mengakibatkan  adanya ketidakpresisian proses pembuatan antena,  terutama  dari  segi  dimensi, sehingga hal tersebut sangat berpengaruh pada hasil pengukuran.

## Referensi
[1]   Saber H. Zainud-Deen, Hend A. Malhat  dan Kamal  H.  Awadalla,  “Octafilar    Helical Antenna    for    Portable  UHF-RFID  Reader” ,
International Journal of Engineering Business Management Special Issue on Radio Frequency Identification and Wireless Sensor Networks, 2012.
[2]    Violita, Desain  Antena  Heliks  Quadrifilar pada  Frekuensi  2,4  GHz  Untuk  Perangkat Ground  Station  Satelit  Nano .  Jurnal  Teknik
POMITS Vol. 2, 2013.
[3]   C. A. Balanis, “Broadband Antenna”, Chapter 10 in Antennas Theory, IEEE PRESS,  2001
[4] G. I. McKerricher, and J. S. Wight, “ Quadrifilar  Helical Antenna for UHF RFID”, in Proc. IEEE Antenna  and Propagation Soc. Int. Symp., Vol. 1, June 2010.
[5]    S. H. Zainud-Deen, N. M. Salem, S. M.
Ibrahem, and H. A. Moaafy," Investigation of an octafilar helix antenna," 9th International Symposium on Antennas Technology and Applied Electromagnetics, ANTEM, pp. 542-
545, July 2002, Manitoba, Canada.
[6]    Amrullah Y.S., Desain Antena Monopole UHF untuk Uplink pada Satelit Iinusat-02 , Jurnal Teknik ITS Vol.1, 2012.
[7]    Alan Sujadi, Desain Antena Microstrip dengan Tapered Peripheral Slits Untuk Payload Satelit Nano Pada Frekuensi 436,5
MHz , Jurnal Teknik ITS Vol.1, 2012.
[8]    Maxwell M.W., Chapter 22 “ The Quadrifilar Helix Antenna” in ARRL book “Reflection” , CQ Communications, Inc., 1991.
[9]    Marais S.J., Chapter 2 “The Quadrifilar Helix Antenna” in book “The Quadrifilar Helix Antenna and its Application to Wide Angle Phase-Steered Arrays” ,Stellenbosch University, 2007.
[10]  S. H. Zainud-Deen, N. M. Salem, S. M. Ibrahem, and H. A. Moaafy,ʺ Octafilar helix antennas for mobile satellite handsets,ʺ in
Proc. IEEE Antennas and Propagation Soc. Int. Symp., Vol. 1, June 2003, USA.
[11]  Budi Aswoyo, ” Studi Perbandingan Efisiensi
Bahan Pada Pembuatan Antena Horn Sektoral Bidang Medan Listrik (E)” , PENS- ITS, Surabaya, 2007. tena Microstrip dengan
Tapered Peripheral