JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) Vol. 12 No. 3, pISSN: 2303-0577 eISSN: 2830-7062              http://dx.doi.org/10.23960/jitet.v12i3.4880

## PENGARUH  BENDING  PADA  ANTENNA  MIKROSTRIP FLEKSIBEL UNTUK APLIKASI IOT
Farrah Vauzia 1* , Nurista Wahyu Kirana 2
1,2 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung; Jl. Gegerkalong Hilir, Ciwaruga, Kec. Parongpong, Kabupaten Bandung Barat, Jawa Barat; 022 – 2013789
Received: 11 Juli 2024 Accepted: 31 Juli 2024 Published: 7 Agustus 2024
Keywords: Microstrip ; Patch Antenna ; Flexible Antenna ; IoT; Return Loss
Corespondent Email: farrah.vauzia@polban.ac.id
Abstrak. Penggunaan antena fleksibel pada aplikasi Internet of Things (IoT) semakin  diminati  untuk  mengatasi  keterbatasan  antena  mikrostrip konvensional  yang  berbahan  kaku.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk merealisasikan antena fleksibel yang bekerja pada frekuensi IoT 2.4 GHz dan menganalisis  pengaruh bending pada  antena  tersebut.  Pemilihan  material antena  mikrostrip  harus  mempertimbangkan  karakteristik  elektris  dan mekanis.  Material  FR9111  dipilih  karena  memiliki  permitivitas  relatif  yang hampir  sama  dengan  material  fleksibel  lainnya  namun  lebih  kuat  secara mekanis. Sebelum disimulasikan, dimensi patch antena dan feedline terlebih dahulu  dihitung  secara  matematis.  Berdasarkan  hasil  simulasi,  antena memiliki dua frekuensi kerja yaitu 0.885 MHz dengan return loss -16.81 dB dan 2.4 GHz return loss -14 dB. Antena mikrostrip kemudian difabrikasi dan diukur  dengan  kondisi  awal  0°  atau  datar.  Selanjutnya  antena  dilekukkan ( bending )  dengan  sudut  30°,  60°,  dan  90°  untuk  diukur  kembali.  Hasil pengukuran  menunjukkan  bahwa  antena  mikrostrip  memiliki  dua  frekuensi kerja  yang  berbeda  tergantung  sudut bending.  Bending pada  antena  juga berpengaruh terhadap return loss dan bandwidth .
Abstract. The use of flexible antennas in Internet of Things (IoT) applications is  increasingly  in  demand  to  overcome  the  limitations  of  conventional microstrip antennas made from rigid materials. This research aims to realize a flexible antenna that works at the 2.4 GHz IoT frequency and analyze the bending effect on the antenna. The choice of microstrip antenna material must consider electrical and mechanical characteristics. The FR9111 material was chosen because it has a relative permittivity almost the same as other flexible materials  but  is  stronger  mechanically.  Before  being  simulated,  the dimensions  of  the  antenna  patch  and  feedline  are  first  calculated mathematically. Based on the simulation results, the antenna has two working frequencies, 0.885 MHz with a return loss of -16.81 dB and 2.4 GHz with a return loss of -14 dB. The microstrip antenna is then fabricated and measured with an initial condition of 0° or flat. Next, the antenna is bent at angles of 30°, 60°, and 90° to be measured again. The measurement results show that the  microstrip  antenna  has  two  different  working  frequencies  depending  on the  bending  angle.  The  bending  of  the  antenna  also  affects  return  loss  and bandwidth.

## 1. PENDAHULUAN
Internet  of  Things (IoT)  merupakan teknologi telekomunikasi yang memungkinkan pengguna  dan  perangkat  terintegrasi  melalui internet [1]. Saat ini teknologi IoT berkembang sangat  pesat  dan  digunakan  untuk  berbagai aplikasi  seperti  pengontrol  lampu  [2],  sistem pengamanan [3][4], dan monitoring cuaca [5].
Salah  satu  bagian  utama  dalam  proses telekomunikasi antara pengguna dan perangkat yaitu  antena  yang  berfungsi  mengirim  dan menerima  sinyal  informasi.  Jenis  antena  yang banyak  digunakan  pada  frekuensi  IoT  yaitu antena  mikrostrip  [6].  Antena  mikrostrip konvensional  seperti  FR4  berbahan  kaku sehingga hanya  bekerja pada permukaan yang datar  [7].  Antena  fleksibel  banyak  diminati untuk mengatasi keterbatasan antena mikrostrip konvensional  [8]  serta  cocok  digunakan  untuk aplikasi IoT karena karakteristiknya yang kecil, ringan, mudah dibuat, dan dapat menyesuaikan dengan tempat dimana antena tersebut diletakkan [9][10].
Beberapa  penelitian terkait  antena  fleksibel diantaranya  [11]  yang  menggunakan  material Ultralam 3850 yang bekerja pada frekuensi 2.1 GHz  dengan  gain  6  dB  dan  [12]  yang menggunakan  substrat  transparan  dengan material  polikarbonat  yang  bekerja  pada frekuensi 2.4 GHz.
Performa  antenna  sangat  bergantung  pada jenis  material  substrat  yang  digunakan  [13].
Perubahan konstruksi mekanis seperti
pembengkokan atau
bending dapat
memengaruhi performa antena [14][15].
Tujuan penelitian ini adalah untuk merealisasikan  antena  fleksibel  yang  bekerja pada  frekuensi  IoT  2.4  GHz  dan  menganalisis pengaruh bending pada antena tersebut. Adapun jenis substrat yang digunakan adalah FR9111.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Antena Mikrostrip
Antena  mikrostrip  terdiri  atas  patch (potongan  kecil)  berbahan  logam  yang ditempatkan  diatas  bahan  substrat.  Jenis mikrostrip bermacam-macam tergantung jumlah  lapisannya.  Salah  satunya  adalah mikrostrip double  layer yang  memiliki  dua lapisan  konduktor  yang  menempel  pada substrat  seperti  ditunjukkan  pada  gambar  1.
Lapisan  konduktor  bagian  atas  digunakan sebagai  jalur  antena  sedangkan  lapisan konduktor  bagian  bawah  digunakan  sebagai groundplane .
Gambar 1. Antena mikrostrip double layer
Frekuensi  kerja  antena  sangat  ditentukan oleh dimensi antena. Pada antena patch seperti gambar  1,  terdapat  beberapa  parameter  fisik yaitu  Panjang  patch  (L),  lebar  patch  (W), ketebalan konduktor (t), ketebalan substrat (h), dan permitivitas relative substrat. L ditentukan seperti pada persamaan (1) dimana panjangnya harus  mendekati  setengah  panjang  gelombang efektifnya.
𝐿 = [ 𝑐 2𝑓 𝑟 √𝜀 𝑒𝑓𝑓 ] − 2∆𝐿 (1)
dimana L = Panjang elemen (mm) c = kecepatan cahaya (3 x 10 8 m/s) f r = frekuensi resonansi (Hz) ε eff = konstanta dielektrik efektif
Konstanta  dielektrik  efektif  dapat  dihitung dengan persamaan (2) sebagai berikut:
𝜀 𝑒𝑓𝑓 = ( 𝜀 𝑟 +1 2 ) + ( 𝜀 𝑟 −1 2 ) [1 + 12 ℎ 𝑊 ] − 1 2 (2)
dimana h = ketebalan substrat (mm) W = Lebar elemen (mm) ε r = permitivitas relatif
Sedangkan untuk dimensi lebar antena (W) digunakan persamaan (3)
𝑊 = ( 𝑐 2𝑓 𝑟 ) ( 𝜀 𝑟 +1 2 ) −0.5 (3)
dimana
c
= kecepatan cahaya (3 x 10 8 m/s)
f r = frekuensi resonansi (Hz)
ε r = permitivitas relatif
Selain  dimensi  antena,  hal  lain  yang  perlu dipertimbangkan  dalam  merancang  antena adalah  pencatuan.  Teknik  pencatuan  yang sering  digunakan  yaitu  teknik  pencatuan feedline  yang  langsung  terhubung  ke  patch. Panjang  feedline  dapat  ditentukan  dengan persamaan berikut:
∆𝐿 ℎ = 0.412 (𝜀 𝑒𝑓𝑓 +0.3)( 𝑊 ℎ +0.264) (𝜀 𝑒𝑓𝑓 −0.258)( 𝑊 ℎ )+0.8 (4)
dimana
ΔL = penambahan line patch (mm) h = ketebalan substrat (mm) W = Lebar elemen (mm)
ε eff = konstanta dielektrik efektif

## 2.2. Parameter Antena Mikrostrip

## 2.2.1. Return Loss
Return  loss  (RL) adalah  parameter  yang
menunjukkan berapa banyak daya yang hilang pada beban dan tidak kembali sebagai pantulan akibat  impedansi  antena  dan  saluran  transmisi yang  tidak match .  Besarnya return  loss dapat dihitung dengan persamaan:
𝑅𝐿  = 20 log Γ (5)
dengan
Γ = 𝑉 − 𝑉 + (6)
dimana
Γ = koefisien pantulan V - = tegangan pantulan V + = tegangan maju ( forward voltage )
Oleh  karena  itu,  agar matching sempurna antara transmitter dan antena, maka nilai Γ = 0 dan RL = ∞, yang berarti tidak ada daya yang dipantulkan, sebaliknya jika Γ = 1 dan RL = 0 dB maka semua daya dipantulkan. Suatu antena memiliki performa yang baik apabila mempunyai  nilai return  loss dibawah  -10  dB,
yaitu 90 % sinyal dapat diserap oleh beban, dan hanya 10 % sinyal yang terpantulkan kembali.

## 2.2.2. Bandwidth
Bandwidth antena  adalah  rentang frekuensi antena  dengan  beberapa  karakteristik,  sesuai dengan standar yang telah ditentukan. B andwidth dinyatakan sebagai selisih frekuensi operasi  atas  ( upper )  dengan  frekuensi  bawah ( lower ) pada kondisi RL dibawah -10 dB.

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1. Pemilihan Material
Agar  antena  memiliki  performa  yang  baik saat ditekuk, material yang dipilih tidak hanya fleksibel  namun  juga  cukup  kuat  secara mekanis.  Tabel  1  menampilkan  perbandingan karakteristik substrat fleksibel.

## Tabel 1. Perbandingan karakteristik substrat fleksibel
Karakteristik FR9111 Ultralam Polikarbonat Ketebalan konduktor (µm) 35 18 25 Ketebalan substrat (µm) 25 50 50 ε r 3 2.9 2.9 tan δ 0.02 0.0025 0.01 Kekuatan Tarik (MPa) 345 200 66
Berdasarkan  karakteristik  pada  tabel  1, material  FR9111  dipilih  karena  memiliki kekuatan  tarik  paling  tinggi  dan  konstanta dielektrik yang tidak jauh berbeda dibandingkan Ultralam dan Polikarbonat.

## 3.2. Perancangan Antena
Perancangan  antena  mikrostrip  dilakukan dengan  menghitung  terlebih  dahulu  Panjang dan lebar patch seperti pada persamaan 1 dan 3. Antena  memiliki feedline untuk  pencatuan secara  langsung.  Teknik  pencatuan  ini  juga mempertimbangkan  penyesuaian  impedansi dengan impedansi input sebesar 50 Ω.
Wg W t W Lg L g X 0

## Gambar 2. Rancangan Antena
Spesifikasi  dimensi  antena  dapat  dilihat  pada tabel 2.
Tabel 2. Dimensi antena Parameter Ukuran (mm) W 44.16 L 36.05 g 0.96 X 0 11.4 W t 0.11 W g 80.2 L g 72.1

## 3.3. Fabrikasi Antena
Setelah  merancang  antena  dan  menguji parameter  antena  dengan  simulasi,  langkah selanjutnya  adalah  proses  pembuatan  atau fabrikasi  mikrostrip  menggunakan  metode Negative  Photoresist  Laminate. Langkah- langkah  fabrikasi  antena  mikrostrip  adalah sebagai berikut:
1. Layout antena dicetak  pada  plastik  film transparan dengan laser printer seperti pada gambar 3.
Gambar 3. Film PCB
2. Plastik film diletakkan di atas bahan FR9111 yang  sudah  disiapkan  sesuai  ukuran  yang dirancang
3. Bahan  FR9111  diletakkan  di  bawah  sinar ultraviolet  (UV)  kurang  lebih  selama  2 menit. Pada proses ini area yang transparan akan menjadi area tembaga dan yang  gelap akan hilang.
4. Proses  pendinginan (anneling) dilakukan selama  kurang  lebih  10  menit,  selanjutnya FR9111  dibersihkan  dalam  wadah  yang berisi  cairan Natrium  Hidroksida  (NaOH) dan  kemudian  dibersihkan  lagi  dengan  air sampai FR9111 benar-benar bersih.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  simulasi  yang  ditampilkan  pada gambar  4  menunjukkan  antena  memiliki  dua frekuensi  kerja  yaitu  885  MHz  dan  2.4  GHz. Hal  ini  ditunjukkan  dengan return  loss yang berada  dibawah  -10  dB  pada  kedua  frekuensi tersebut. Pada frekuensi 0.885 MHz, return loss yang  dihasilkan  adalah  -16.81  dB  dan  pada frekuensi 2.4 GHz return loss yang dihasilkan adalah -14 dB.

## Gambar 4. Frekuensi kerja antena
Bandwidth antena pada frekuensi 885 MHz yaitu 32 MHz seperti ditampilkan pada gambar 5 dengan batas frekuensi bawah f L = 881 MHz dan frekuensi atas f H = 913 MHz.

## Gambar 5.  Hasil simulasi pada frekuensi 885 MHz
Bandwidth  antena  pada  frekuensi  2.4  yaitu 10  MHz  seperti  ditampilkan  pada  gambar  6 dengan batas frekuensi bawah f L = 2.44 GH dan frekuensi atas f H = 2.45 GHz.
Gambar 6. Hasil simulasi pada frekuensi 2.4 GHz
Antena  yang  telah  difabrikasi  dipasang konektor  RSMA jack  male  pin  thru  hole vertikal  dengan  impedansi  50  Ω  pada  bagian feedline agar antena dapat dihubungkan dengan kabel seperti ditampilkan pada gambar 7. Kabel yang  digunakan  adalah  kabel pigtail dengan ujung konektor RSMA male dan di ujung yang lainnya adalah konektor tipe-N.

## Gambar 7. Realisasi antena
Pada  kondisi  awal,  antena  diukur  dari kondisi  datar  atau  sudut  0°  kemudian  antena dilekukkan  ( bending )  dengan  sudut  30°,  60°, dan  90°  seperti  pada  gambar  8  dan  diukur kembali.
(a) (b) (c)
Gambar 8. Sudut bending antena (a) 30° (b) 60° (c) 90°
Hasil  pengukuran  antena  ditampilkan  pada gambar 9.
(a) (b)
(c)

## (d)
Gambar 9. Hasil pengukuran antena dengan sudut bending yang berbeda (a) 0° (b) 30° (c) 60° (d) 90°
Hasil  pengukuran  menunjukkan  terdapat pergeseran frekuensi kerja dibandingkan dengan simulasi. Pada kondisi antena datar 0°, terdapat dua frekuensi resonansi yaitu 2.17 GHz dan  2.9  GHz.  Namun  demikian, bandwidth pada  antena  yang  telah  direalisasikan  lebih lebar dibandingkan dengan simulasi.
Pada  sudut  bending  30°,  60°,  90°  terdapat pegeseran  frekuensi  kerja  yang  berbeda-beda. Selain  itu,  sudut  bending  juga  memengaruhi return  loss dan  juga bandwidth seperti ditampilkan pada tabel 3.
Tabel 3. Hasil pengukuran antena
Pada  band  frekuensi  1,  nilai return  loss terbaik diperoleh pada sudut 60° sebesar -39,63
dB  dan  frekuensi  resonansi  2.019  GHz. Sedangkan  pada  band  frekuensi  2  nilai return loss terbaik  diperoleh  pada  sudut  0°  sebesar  - 34.18  dB.  Bandwidth  paling  lebar  yaitu  200 MHz yang diperoleh pada sudut bending 90°

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengukuran, sudut
bending pada  antena  mikrostrip  dengan  bahan fleksibel  FR9111  memberikan  pengaruh  pada pergeseran frekuensi resonansi, return loss , dan bandwidth .  Dari  parameter  tersebut  antena mikrostrip  dapat  bekerja  pada dual  band frekuensi  dengan  nilai return  loss dan bandwidth yang  memenuhi  kriteria  spesifikasi antena  ideal.  Antena  ini  dapat  dikembangkan untuk aplikasi wearable antenna .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  S.  K.  V.  Das  and  T.  Shanmuganantham, “Design of multiband microstrip patch antenna for  IOT  applications,”  in 2017  IEEE International  Conference  on  Circuits  and Systems  (ICCS) ,  Dec.  2017,  pp.  87–92.  doi: 10.1109/ICCS1.2017.8325968.
[2]  Y. Tambing, “Prototype Sistem Kontrol Lampu Berbasis Internet of Things ( Iot ) Menggunakan Nodemcu,” J. Inform. dan Tek. Elektro Terap. ,
vol. 12, no. 1, 2024,
doi:
10.23960/jitet.v12i1.3702.
[3]  F.  Gamaliel  and  P.  Y.  D.  Arliyanto, “Implementasi  Alat  Alarm  Pengaman  Pc Berbasis  Internet  of  Things  (Iot),” J.  Inform. dan Tek. Elektro Terap. , vol. 11, no. 3s1, 2023, doi: 10.23960/jitet.v11i3s1.3561.
[4]  F.  Aryunita,  N.  Rasjid,  and  M.  F.  Mansyur, “Rancang Bangun Sistem Monitoring Keamanan Kandang Ayam Bloiler Menggunakan Esp32-Cam Berbasis Iot Dengan
Aplikasi Android,” J. Inform. dan Tek. Elektro Terap. , vol. 12, no. 1, 2024, doi: 10.23960/jitet.v12i1.3699.
[5]  M.  bahrul  Ulum,  “Sistem  Monitoring  Cuaca Dan  Peringatan  Banjir  Berbasis  Iot  Dengan Menggunakan  Aplikasi  Mit  App  Inventor,” J.
Inform. dan Tek. Elektro Terap. , vol. 11, no. 3, pp. 319–328, 2023, doi: 10.23960/jitet.v11i3.3088.
[6]  A.  A.  Elijah  and  M.  Mokayef,  “Miniature microstrip antenna for IoT application,” Mater. Today Proc. , vol.  29, no. November 2018, pp. 43–47, 2019, doi: 10.1016/j.matpr.2020.05.678.
[7]  M. S. Shakhirul, M. Jusoh, A. H. Ismail, M. I. Jais,  M.  R.  Kamarudin,  and  M.  N.  Osman,
“Analysis  of  circular  polarization  textile antenna  in  bending  condition,” I4CT  2015  -
2015 2nd Int. Conf. Comput. Commun. Control
Technol. Art Proceeding , no. I4ct, pp. 360–363, 2015, doi: 10.1109/I4CT.2015.7219598.
[8]  N.  I.  Zaidi et  al. ,  “Analysis  on  Bending Performance  of  the  Electro-Textile  Antennas with  Bandwidth  Enhancement  for  Wearable Tracking  Application,” IEEE  Access ,  vol.  10, pp. 31800–31820,
2022, doi:
10.1109/ACCESS.2022.3160825.
[9]  B.  Hu,  B.  Fisher,  A.  Guerra,  and  J.  P.  T.  Mo, “Design of microstrip antenna and RF circuit for robust  wireless  communication  of  IoT  devices under partial shield installation,” 2020 30th Int. Telecommun.  Networks  Appl.  Conf.  ITNAC 2020 , pp.
5–8, 2020,
doi: 10.1109/ITNAC50341.2020.9315107.
[10] D.  Singh,  K.  R.  Jha,  and  S.  K.  Sharma,  “Low Cost  Flexible  Antenna  for  IoT  Applications,” 2020 IEEE Int. Symp. Antennas Propag. North Am. Radio Sci. Meet. IEEECONF 2020 - Proc. ,
pp.
1929–1930, 2020, doi:
10.1109/IEEECONF35879.2020.9329548.
[11] F.  Asadallah,  G.  Shehadeh,  J.  Costantine,  Y. Tawk, A. Eid, and M. M. Tentzeris, “A Digitally Tuned Flexible Reconfigurable Antenna for IoT Devices,” 2020  IEEE  Int.  Symp.  Antennas Propag. North Am. Radio Sci. Meet. IEEECONF 2020 - Proc. , pp. 1803–1804, 2020, doi: 10.1109/IEEECONF35879.2020.9329456.
[12] Y.  Koga  and  M.  Kai,  “A  Transparent  Double Folded  Loop  Antenna  for  IoT  Applications,” Proc. 2018 8th IEEE-APS Top. Conf. Antennas
Propag. Wirel. Commun. APWC 2018 , pp. 762– 765, 2018, doi: 10.1109/APWC.2018.8503801.
[13] M.  A.  S.  M.  Al-Haddad,  N.  Jamel,  and  A.  N. Nordin,  “Flexible  Antenna:  A  Review  of
Design, Materials, Fabrication, and
Applications,” J. Phys. Conf. Ser. , vol. 1878, no.
1, 2021, doi:
10.1088/1742-
6596/1878/1/012068.
[14] N.  Prasad  Gupta,  M.  Kumar,  and  R. Maheshwari,  “Development  and  performance analysis  of  conformal  UWB  wearable  antenna under  various  bending  radii,” IOP  Conf.  Ser. Mater.  Sci.  Eng. ,  vol.  594,  no.  1,  2019,  doi: 10.1088/1757-899X/594/1/012025.
[15] M.  U.  A.  Khan,  R.  Raad,  F.  Tubbal,  and  P.  I. Theoharis, “The impact of bending on radiation characteristics of polymer-based flexible antennas  for  general  iot  applications,” Appl. Sci. , vol. 11, no. 19, 2021, doi: 10.3390/app11199044.