## Journal of Scientech Research and Development
Volume 4, Issue 2, December 2022 P-ISSN: 2715-6974            E-ISSN: 2715-5846 Open Access at: http://idm.or.id/JSCR

## DESIGN OF MICROSTRIP PATCH ANTENNA RECTANGULAR AT 2400MHz FOR LTE APPLICATIONS

## DESAIN ANTENA RECTANGULAR PATCH PADA FREKUENSI 2400MHz UNTUK APLIKASI LTE
Rapha Nichita Kaikatui 1 , Roberto  Corputty 2 1 Program Studi Teknik  Elektro,  Fakultas Teknik, Universitas Musamus E-mail: kaikatui_ft@unmus.ac.id 1 , roberto@unmus.ac.id 2
ARTICLE  INFO

## ABSTRACT
Correspondent:
Rapha  Nichita  Kaikatui kaikatui_ft@unmus.ac.id Key words:
antenna, microstrip, rectangular patch, 2400mhz, gain, cst studio Website: https://idm.or.id/JSCR/inde x.php/JSCR page: 419 - 425
Developments  in  the  field  of  telecommunications  and advances  in  communication  technology  must  be accompanied by faster  data transfer capabilities so that they are  more  efficient  when  sending  large  data.  The  4th generation,  namely  4G  LTE  (Long  Term  Evolution),  is  still the  best  choice  as a service  provider  technology  with good spectrum  efficiency  and  provides  high  quality  mobile broadband  services for  its users. As an effort  to support  the application of 4G technology,  additional devices are needed in the form  of antennas that function  as receivers  as well as senders.  This  study  of  the  rectangular  patch  microstrip antenna was designed using CST Studio Suite 2019 software to  obtain  an  antenna  that  can  work  at  a  frequency  of 2400MHz.  The  microstrip  antenna  is  designed  with  FR-4 Epoxy  material  with  a  dielectric  constant  (εr)  of  4.3  and  a thickness  (h)  of  1.6  mm.  Simulations  were  conducted  by experimenting with changing the dimensions of the antenna to  obtain  the  best  parameter  results.  The  parameter specifications used  are  return  loss with a  value  of  ≤ -10  dB, VSWR  <2,  gain  >2  dB  with  the  resulting  radiation pattern that is omdirectional. After several simulations, the results of antenna  parameter  measurements  obtained  are  VSWR  of 1.1442,  return  loss  of  -23.442  dB,  gain  of  3.712  dBi,  and omnidirectional antenna radiation pattern.

## INFO ARTIKEL
ABSTRAK
Koresponden
Rapha  Nichita  Kaikatui kaikatui_ft@unmus.ac.id Kata kunci: antena, mikrostrip, rectangular patch
2400mhz, gain, cst studio
Website: https://idm.or.id/JSCR/inde x.php/JSCR hal: 419 - 425 Perkembangan dalam bidang telekomunikasi dan kemajuan teknologi  komunikasi harus dibarengi  dengan kemampuan transfer  data yang lebih  cepat sehingga  lebih efisien  ketika mengirim  data  yang  besar.  Generasi  ke  4  yakni  4G  LTE (Long  Term  Evolution)  masih  menjadi  pilihan  terbaik sebagai  teknologi  penyedia  layanan  dengan  efisiensi spektrum  yang  baik  dan  menyediakan  kualitas  layanan mobile broadband tinggi bagi penggunanya. Sebagai upaya dalam  mendukung pengaplikasian  teknologi 4G, dibutuhkan  perangkat  tambahan  berupa  antena  yang berfungsi  sebagai  penerima  juga  pengirim.  Penelitian  ini antena mikrostrip rectangular patch didesain menggunakan software  CST Studio Suite 2019 untuk mendapatkan antena yang  dapat  bekerja  pada  frekuensi  2400MHz.  Antena microstrip  dirancang dengan  material  FR-4  Epoxy  dengan konstanta dielektrik (εr)  sebesar 4.3 dan ketebalan (h) adalah 1.6 mm. Simulasi dilakukan  dengan melakukan percobaan mengubah  dimensi  antena  sehingga  didapatkan  hasil parameter  yang  terbaik.  Spesifikasi  parameter  yang digunakan yaitu return loss dengan nilai ≤ -10 dB, VSWR <2, gain  >2  dB  dengan  pola  radiasi  yang  dihasilkan  yaitu omdirectional.  Setelah  beberapa  kali  melakukan  simulasi didapat hasil pengukuran parameter antena yang diperoleh yaitu  VSWR  sebesar  1.1442, return  loss sebesar  -23.442 dB, gain  sebesar  3.712  dBi,  dan  pola  radiasi  antena omnidirectional. Copyright © 2022  JSCR. All rights reserved.

## PENDAHULUAN
Perkembangan dalam bidang telekomunikasi merupakan hal mutlak dalam kemajuan teknologi dan komunikasi di era digital saat ini. Kemajuan teknologi harus didukung dengan kemampuan transfer data yang lebih cepat sehingga dapat lebih efisien ketika mengirim  data yang besar. Saat ini  industri dalam negeri sedang mengembangkan teknologi 4G untuk memenuhi akses informasi atau data yang lebih cepat sehingga mampu menghadapi tantangan global. Teknologi 4G merupakan pengembangan dari teknologi  sebelumnya  yaitu  teknologi  3G.  Menurut  penjelasan IEEE  ( Institute  of- Electrical and-Electronics Engineers ) nama formal dari 4G ialah “3G and-beyond ” (Fauzi, dkk., 2012).
Generasi ke 4 atau dikenal dengan 4G LTE ( Long Term Evolution ) adalah teknologi yang mendukung kecepatan pengiriman data hingga 100 Mbps untuk downlink dan 50 Mbps pada uplink . Teknologi 4G merupakan layanan dengan efisiensi spektrum yang baik, peningkatan kapasitas radio dan menyediakan kualitas layanan mobile broadband tinggi akan tetapi dalam penggunaan teknologi  4G  seringkali  terjadi penurunan kualitas sinyal  4G hingga hilangnya sinyal  4G ketika  kita  berada di  daerah yang jauh dari coverage area sinyal 4G. Masalah ini mengarah pada dibutuhkannya suatu perangkat
tambahan yang dapat mendukung implementasi teknologi 4G dalam mengirim sinyal gelombang radio sebagai transmitter dan juga menangkap gelombang tersebut sebagai receiver yaitu antena.
Antena merupakan sebuah komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan dan menerima  gelombang  elektromagnetika  (Abdurrahman, 2018). Antena merupakan perangkat yang berfungsi  dalam mengirimkan  informasi  dengan mengolah sinyal listrik menjadi gelombang elektromagnetik dan gelombang elektromagnetik tersebut dikirim  melalui  udara.  Sebaliknya,  antena  juga  berfungsi  menerima  gelombang elektromagnetik dari  udara kemudian mengolahnya kembali  menjadi sinyal  listrik (Simangunsong, 2020).
Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang berbentuk papan tipis yang mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Antena mikrostrip dibuat dengan menggunakan sebuah  substrat  yang  mempunyai  tiga  buah  lapisan  struktur  dari substrat tersebut. Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri  atas dua kata, yaitu micro  (sangat  tipis/kecil)  dan  strip  (bilah/potongan).  Antena  mikrostrip  dapat didefenisikan  sebagai  salah  satu  jenis  antena  yang  mempunyai  bentuk  seperti bilah/potongan yang mempunyai ukuran sangat tipis/kecil. Gambar 1 menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip. Secara umum, antena mikrostrip terdiri atas 3 bagian,  yaitu  patch, substrat,  dan  ground  plane.  Patch  terletak  di  atas  substrat, sementara ground plane terletak pada bagian paling bawah (B. A. B. Ii and T. Pustaka, 2005).
Gambar 1. Struktur  Antena Mikrostrip  (B. A. B. Ii and T. Pustaka, 2005)
Penelitian  tentang  antena mikrostrip  dipole  yang  disusun  secara  array  dengan  4 elemen berstruktur gap folded dipole dengan menggunakan teknik pencatuan microstrip feedline dan  bahan substrate FR-4 Epoxy menunjukkan  hasil  perancangan antena frekuensi  1800 MHz dengan nilai VSWR sebesar  1.29 dengan bandwidth sebesar 58 MHz. Nilai return loss sebesar -17.75 dB. Nilai gain antena sebesar 2.375 dBi dengan pola radiasi omnidireksional (Dewi, dkk., 2020).
Dalam penelitian ini  penulis  mendesain antena dengan bentuk papan tipis, bentuk yang kecil dan beban yang ringan serta memiliki kelebihan bekerja di frekuensi yang sangat tinggi sehingga akan dilakukan desain dan simulasi Antena mikrostrip dengan bentuk  patch persegi  menggunakan software CST studio  suite yang  bekerja  pada frekuensi 2400MHz untuk aplikasi 4G.

## METODE PENELITIAN
Perancangan antena mikrostrip berbentuk rectangular dengan slot  pencatuan inset yang beroperasi pada band frekuensi 2400 MHz untuk aplikasi LTE. Dalam merancang
suatu  antena,  dibutuhkan  diagram  alur  yang  merupakan  langkah-langkah perancangan agar proses  menjadi lebih  efisien.  Langkah pertama yang  dilakukan dalam  proses  perancangan  antena  adalah  menentukan  spesifikasi  antena  yang diinginkan  dan  menentukan  nilai  dari  setiap  variabel  yang  dibutuhkan  seperti panjang, lebar dan parameter lainnya kemudian dilakukan perancangan dan simulasi menggunakan software CST studio suite. Proses simulasi dilakukan dengan mengubah dimensi antena sehingga menemukan nilai parameter yang sesuai dengan yang telah ditentukan seperti nilai return loss , Voltage Standing Wave Rasio (VSWR), gain , dan pola radiasi.

## Parameter Antena
Voltage Standing  Wave  Ratio (VSWR)  merupakan  perbandingan antara amplitudo gelombang  berdiri  ( standing wave )  maksimum  dengan  minimum.  Pada  saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan yakni tegangan yang dikirimkan dan  tegangan yang  direfleksikan.  Kondisi  yang  paling  baik  adalah ketika  VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna, akan tetapi dalam praktiknya nilai ini sulit untuk diperoleh. Oleh karena itu  nilai  standar VSWR  yang  diijinkan  untuk  pabrikasi  antena adalah VSWR  ≤  2 (Samsul, 2015).
Return  Loss didefinisikan  sebagai perbandingan antara tegangan yang datang atau yang direflesikan dengan tegangan yang keluar. Perbandingan tersebut dinamakan koefesien  refleksi  tegangan yang  dilambangkan dengan  𝑙 . Dengan menggunakan nilai  VSWR  ≤  2  maka diperoleh  nilai return  loss yang dibutuhkan  adalah ≤ -10  dB . Dengan nilai ini,  dapat dikatakan bahwa nilai gelombang  yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah dapat dianggap matching (Pramudita, 2018).
Gain (penguatan) antena dapat didefenisikan sebagai rasio  intensitas radiasi dalam arah tertentu dari antena dengan total daya yang dipancarkan antena kemudian dibagi dengan 4 π . Pola radiasi adalah bentuk pancaran dari antena yang berbentuk koordinat bola kemudian direpresentasikan oleh fungsi ( ɵ , ɸ ). Pola radiasi antena dibagi menjadi 3 jenis yaitu directional (satu arah) dan omnidirectional (segala arah).

## Perancangan Antena
Perancangan  antena  mikrostrip rectangular  patch dengan  frekuensi  2400MHz berdasarkan dimensi fisik antena awal dapat dilihat pada Table 1.
Tabel 1. Spesifikasi Perancangan Antena Spesifikasi Parameter Keterangan Dimensi (mm) Dimensi Substract X 80 Dimensi Susbstract Y 80 Dimensi Antena X 41 Dimensi Antena Y 30.2 Transmission Line X 2.98 Dimensi Inset X 1.5 Dimensi Inset Y 8
Jenis substrat yang digunakan adalah FR4-Epoxy dengan parameter sebagai berikut:
Tabel 2. Spesifikasi Material PCB FR4-Epoxy Parameter Spesifikasi Konstanta Dielektrik  (εr) 4.3 Loss Tangent (tan δ) 0.002 Tebal bahan dielektrik  (h) 1.6mm
Perancangan  antena  mikrostrip  untuk  penelitian  ini  didesain  pada  frekuensi 2400MHz. Pada tahap ini dilakukan perancangan berdasarkan nilai-nilai yang didapat dari  rumus  perancangan antena mikrostrip  untuk  membuat  antena dasar  untuk mengetahui nilai  dimensi substract x,  dimensi substract y, dielectric height , dimensi antena x, dimensi antena y, transmission line , dimensi inset x, dan dimensi inset y. Gambar 2 menunjukkan hasil perancangan antena mikrostrip menggunakan CST studio suite.
Gambar 2. Desain Antena Mikrostrip Rectangular  Patch

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  dilakukan  perancangan  antena  mikrostrip  sesuai  dengan  dimensi  hasil penrhitungan antena, selanjutnya parameter antena yang diuji adalah VSWR, return loss,  gain dan  pola  radiasi  dengan  menggunakan software  CST studio  suite 2019.
Gambar 3 merupakan hasil pengujian VSWR dari antena penguat 4G.

## Gambar 3. Hasil VSWR  Antena Mikrostrip
Berdasarkan Gambar 3, hasil simulasi menunjukkan nilai VSWR pada antena dengan frekuensi kerja 2400MHz adalah 1.1442. Hasil VSWR ini sudah memenuhi syarat dari parameter desain antena yaitu ≤ 2, nilai VSWR ini  menunjukkan bahwa impedansi
input terhadap saluran feeder tidak ada refleksi saat saluran dalam keadaan matching sempurna. Selanjutnya dilakukan simulasi untuk mengetahui nilai return loss antena.
Gambar 4. Hasil Return  Loss Antena Mikrostrip
Gambar 4  menunjukkan bahwa hasil return loss antena setelah dioptimasi  dengan frekuensi  2400MHz yaitu -23.442 dB. Hasil return  loss sudah sesuai  dengan syarat parameter desain antena yaitu <-10 dB.
Gambar 5. Hasil Gain Antena Mikrostrip
Gambar 6. Pola Radiasi  Antena Mikrostrip
Gambar 5 memperlihatkan hasil simulasi gain menggunakan CST 2019 pada frekuensi 2400MHz yaitu sebesar 3.712 dBi. Pola radiasi untuk antena dengan nilai gain 3.712 dBi ini memiliki  pola pancaran ke seluruh arah atau omnidirectional yang daoat dilihat pada Gambar 6.
Dari hasil simulasi,  nilai VSWR, return loss, gain , dan pola radiasi yang didapatkan ditunjukkan pada Tabel 3.

## Tabel 3. Hasil Simulasi  Antena Mikrostrip

## SIMPULAN DAN SARAN
Desain  dan  simulasi  antena mikrostrip  untuk  teknologi  4G  dapat mencapai nilai VSWR  dan return  loss yang  baik  perlu  dilakukan  optimasi  pada dimensi  antena. Antena mikrostrip hasil  rancangan masih menghasilkan gain  yang kecil  walaupun nilai VSWR dan return loss sudah memenuhi nilai syarat parameter antena, oleh karena itu perancangan antena dapat menambah jumlah antena secara array dengan harapan akan memperbesar gain dari antena.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdurrahman, F.  (2018). Desain Antena Microstrip Rectangular untuk  WIFI  pada Frekuensi 2,462 GHz dan 5, 52 GHz.
B. A. B. Ii and T. Pustaka, (2005). Manpower, material, machines, method, money, pp.
6 – 25.
Dewi,  D.  T.  T.,  Nurdin,  A.,  &  Ziad,  I.  (2020,  November).  Perancangan  antena mikrostrip  dipole  4  elemen  pada frekuensi  1800 MHz untuk  aplikasi  4G. In Prosiding Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif (SENTRINOV) (Vol. 6, No. 1, pp. 244-251).
Fauzi, F., HARLY, GS., HANRAIS, HS. (2012). Analisis penerapan teknologi jaringan LTE 4G di Indonesia. Majalah ilmiah UNIKOM.
Pramudita A A, Solihin. Ciksadan (2018). Analisis dan Design Antena Tool Komputasi Numerik,  Pelatihan  Antenna  Mikrostrip.  Politeknik  Negeri  Sriwijaya. Palembang.
Samsul, M. S. (2015). Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz Untuk Aplikasi  Lte  (Long  Term  Evolution),"  2015.  [Online].  Available: https://dokumen.tech/document/perancangan-antena-mikrostrip-pada- frekuensi-23-ghzuntuk- aplikasi-lte- long.html. [Accessed 19 Oktober 2021].
Simangunsong, A. M., Imansyah, F., & Suryadi, D. (2020). Rancang bangun antena array  mikrostrip  patch  square-circular  untuk  aplikasi  wireless  local  area network (WLAN). Jurnal Teknik Elektro Universitas Tanjungpura, 1(1)
Parameter Simulasi VSWR 1.1442 Return Loss -23.442 dB Gain 3.712 dBi Pola Radiasi Omnidirectional