InComTech: Jurnal Telekomunikasi dan Komputer vol.10, no.3, Desember 2020, 171-176 http://publikasi.mercubuana.ac.id/index.php/Incomtech P-ISSN: 2085-4811 E-ISSN: 2579-6089

## Perancangan Antena Reflectarray pada Frekuensi 38 GHZ
Maharani Oktavia , Mudrik Alaydrus *
1 Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana, Jl. Meruya Selatan, Jakarta 11650, Indonesia *mudrikalaydrus@yahoo.com
Abstrak: Teknologi milimeterwave (mmWave) merupakan salah satu teknologi  pendukung  yang  dalam  mewujudkan  teknologi 5G.  Teknologi  ini  memanfaatkan  frekuensi  di  panjang gelombang  antara  10  sampai  dengan  1  milimeter.  Dalam penerapan  teknologi  ini  dibutuhkan  antena  yang  dapat memenuhi  kualifikasi  tersebut  dan  dapat  bekerja  pada frekuensi  30-300GHz.  Salah  satu  antena  yang  bisa memenuhi  spesifikasi  tersebut  yaitu  Antena  Mikrostrip. Namun  antena  mikrostrip  masih  memiliki  banyak kekurangan,  diantaranya bandwidth yang  sempit  dan  gain yang  rendah.  Oleh  karena  itu,  pada  penelitian  ini, dirancanglah  sebuah  antena  Reflectarray  13x13  Elemen, dibuat  dengan  menggunakan  PCB  Roger  RT4003C  yang bekerja  pada  frekuensi  38  GHz  dengan  ketebalan  0.51mm dan  nilai kontanta dielektrik sebesar 3,55 dan bersifat high gain. Proses perancangan antena ini menggunakan Software Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) v.15.0. Namun, sebelum merancang antena 13x13 elemen, terlebih dahulu  hanya  merancang  dengan  satu  elemen  tunggal kemudian baru dengan 13x13 elemen yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh elemen terhadap nilai Gain dan faktor refleksinya.  Berdasarkan  hasil  simulasi  dan  pengukuran menunjukan bahwa antena dapat bekerja pada frekuensi 38 GHz  dengan  gain  sebesar  23,67  dBi  dan  hasil  polaradiasi yaitu Unidurectional yang hanya memancarkan kesatu arah tertentu yaitu pada sudut 0 o .
This is an open access article under the CC BY-NC license
Katakunci: Mikrostrip; Millimeter wave; Reflectarray ; High gain ;

## Riwayat Artikel:
Diserahkan 4 Agustus 2020 Direvisi 4 Oktober 2020 Diterima 20 Oktober 2020 Dipublikasi 15 Desember 2020
DOI : 10.22441/incomtech.v10i3.9191

## 1. PENDAHULUAN
Teknologi  komunikasi  jaringan  di  Indonesia  saat ini  sudah  menginjak  sampai generasi 5G dengan rentang frekuensi diatas 6 GHz yang kualitasnya sudah sangat jauh  dibanding  dengan  generasi  sebelumnya  atau  dapat  dikatakan  sebagai ultra
high .  Untuk  menunjang  teknologi  5G  diperlukan  teknologi  pendukung  salah satunya adalah teknologi millimeter wave . Teknologi millimeter wave (mmWave) merupakan  teknologi  yang  memiliki  frekuensi  di  panjang  gelombang  milimeter antara  10  sampai  1  milimeter.  Dalam  penerapan  teknologi  millimeter  wave  ini dibutuhkan antena yang dapat bekerja pada rentang frekuensi 30 GHz  - 300 GHz [1][2]. Akan tetapi, berbagai alokasi frekuensi kerja ditawarkan sebagai frekuensi utama komunikasi 5G salah satunya adalah 38 GHz.
Antena mikrostrip merupakan antena yang dapat memenuhi kualifikasi tersebut. Karena ukurannya yang kecil, tipis dan ringan memudahkan antena tersebut untuk ditempatkan di manapun. Namun kekurangan dari antena  ini yaitu bandwidth yang dihasilkan sempit dan keterbatasan dalam gain- nya yang kecil [3][4].
Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan merancang antena mikrostrip reflectarray. Generasi baru antena dengan gain tinggi fitur low-profile dan berbiaya rendah dalam satu antena sehingga memiliki karakteristik pemancaran sinyal point-to-point dengan arah pancaran terfokus ke satu arah [5, 6, 7, 8].
Antena reflectarray pertama kali diperkenalkan pada tahun 1963 oleh Berry et al.  [8].  Antena  ini  merupakan  antena  yang  menggabungkan  fitur  reflektor  dan konfigurasi array dalam satu antena sehingga memiliki karakteristik pemancaran sinyal point to point dan pancaran lebih terfokus pada satu arah. Menurut [8] Reflectarray adalah antena dengan permukaan pemantul datar yang terdiri dari ratusan elemen antena pada aperture dan feed antena yang menerangi. Prinsip  operasinya  mirip  dalam  konsep  antena  reflektor sehubungan  dengan penerangan  spasial,  dan  sekali  lagi  mirip  dalam  konsep  untuk  antena array sehubungan dengan fase sintesis dan sinar collimation. Antena reflectarray merupakan antena yang terdiri dari feed sebagai pencatu dan sebuah  aperture  datar  yang  terdiri  dari  ratusan  patch  yang  bersusun  secara array dan berfungsi sebagai reflektor. Aperture reflectarray didesain untuk merefleksikan gelombang yang dipancarkan feed sehingga dihasilkan beam yang terkolimasi serta memberikan penguatan. Feed dan aperture reflectarray terpisah sejauh focal length yang optimal [8].
Oleh  karena  itu,  tulisan  ini  membahas  perancangan  antena reflectarray pada Frekuensi 38 Ghz. Antena ini diaplikasikan pada frekuensi 38 GHz termasuk pada range frekuensi  teknologi  5G.  Hasil  perancangan  disimulasikan  menggunakan Software Ansoft High Frequency Structure Simulator ( HFSS ) v.15.0 [9]. Beberapa Analisa dilakukan untuk mengetahui perfomansi hasil rancangan tersebut.

## 2. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  dirancang  sebuah  antena reflectarray. Antena  ini  bekerja pada frekuensi 38 GHz dengan unit sell yang ditunjukan pada Gambar 1.
Gambar 1. Rancangan Awal Unit Cell Reflectarray Huruf I
Antena reflectarray dirancang dengan dengan patch bagian tengah dicetak pada substrat Roger RT4003C dengan ketebalan h1 = 0.51mm, permitivitas εr = 3.55. Tiap unit  cell reflectarray tentu  mempunyai  peran  penting  untuk  merefleksikan gelombang  yang  diterima  dengan  baik  pada  antenna reflectarray. Selain  itu,  untuk mendapatkan gain yang  tinggi,  tiap  unit  cell  harus  memiliki  faktor  refleksi  yang amplitudo mendekati 0 db[10, 11, 12]. Dimana unit cell tersebut memiliki parameter (N) dengan menvariasikan panjang tertentu, Titik N ini berfungsi sebagai titik utama sebagai karakteristik parameter tambahan sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 1 [10].
Tabel 1. Dimensi Varibael Antena No Nama Variabel Hasil Perhitungan 1 Lg ( lebar ground dan substrate ) 5,63 mm 2 Wg ( panjang ground dan substrate ) 5,63 mm 3 N ( panjang patch ) 3,00 mm 4 Nn ( lebar patch ) 0,5 mm
Selanjutnya, dilakukan optimasi pada parameter (N) yang merupakan unit cell dalam antena reflecarray [13, 14, 15,16] . Proses optimasi ini menghasilkan nilai fasa. Nilai fasa ini diperlihatkan pada Gambar 2.
(a)
(b)
Gambar 2. (a) Hasil Fasa Simulasi HFSS, (b) Susunan Fasa Unit Cell Reflectarray

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Elemen-elemen  dirancang  dan  disimulasikan  menggunakan  perangkat  lunak simulasi HFSS. Gambar 3 menunjukkan konfigurasi lengkap terdiri dari feed horn sebagai pemancar dihadapkan ke reflectarray yang dimiringkan sebesar 45°. Pola radiasi tiga dimensi  yang  disimulasikan diberikan  terlihat pada Gambar.  4.  Hasil gain yang diperoleh 23,67 dBi dengan pola radiasi vertical (unidirectional) . Tahap terakhir melakukan pengukuran setelah antenna di fabrikasi, seperti Gambar 5.
(a)
(b)
Gambar 3. Desain full antenna Reflectarray 167 unit cell dan simulasi pada Server
Gambar 4. Hasil Simulasi Gain dan Polaradiasi
Gambar 5. Hasil Fabrikasi Dan Pengukuran Akhir
Pola radiasi yang diperoleh dari simulasi dan pengukuran  yaitu unidirectional yang artinya antenna reflectarray hanya memancarkan ke satu arah tertentu namun terjadi pergeseran saat pengukuran di beberapa titik tertentu. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Grafik Pola Radiasi Vertikal (xz) Antena Reflectarray

## 4. KESIMPULAN
Pada penelitian ini dirancang sebuah antenna reflectarray 13x13 Elemen, dibuat dengan menggunakan PCB Roger RT4003C yang bekerja pada frekuensi 38 GHz dengan ketebalan 0.51mm dan nilai kontanta dielektrik sebesar 3,55 dan bersifat high  gain.  Hasil  rancangan  telah  diuji  menggunakan  Software  Ansoft High Frequency  Structure  Simulator (HFSS)  v.15.0.  Berdasarkan  hasil  pengujian didapatkan  bahwa  nilai  fasa  yang  berbeda  tiap  unit  cell  dengan  fasa  maksimal sebesar 269,8083 deg pada titik focus 0 o dengan gain sebesar 23,67 dBi.

## REFERENSI
[1] A. F. S. Admaja, "Kajian Awal 5G Indonesia", Buletin Pos dan Telekomunikasi , vol. 13, no. 2, pp. 97-114, 2015, DOI: 10.17933/bpostel.2015.130201
Simulasi Pengukuran
[2] S. I. Naqvi et al., "An Integrated Antenna System for 4G and Millimeter-Wave 5G Future Handheld  Devices,"  in  IEEE  Access,  vol.  7,  pp.  116555-116566,  2019,  DOI:  10.1109/ ACCESS.2019.2936513.
[3] A. Hamid Mohammed, M. Maad Hamdi, S. Abduljabbar Rashid and A. Muhi Shantaf, "An Optimum Design of Square Microstrip Patch Antenna Based on Fuzzy Logic Rules," 2020 International  Congress  on  Human-Computer  Interaction,  Optimization  and  Robotic Applications  (HORA),  Ankara,  Turkey,  2020,  pp.  1-7,  DOI:  10.1109/HORA49412.2020. 9152890.
[4] M. Alaydrus, Antena Prinsip & Aplikasi , Yogyakarta: Graha Ilmu. 2011
[5] M.  Min  dan  L.  Guo,  “Design  of  a  Wideband  Single-Layer  Reflectarray  Antenna  Using Slotted Rectangular Patch with Concave Arms”, IEEE Access , vol. 7, pp. 176197-176203. 2019 , DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2957840.
[6] S.  Kausar,  S.  Shad,  A.  Kausar  and  H.  Mehrpouyan,  "Design  of  High  Gain  Single  Layer Reflectarray  Antenna  using  Ring  and  Double  Square  Elements," 2019  IEEE  International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting , Atlanta, GA, USA, 2019, pp. 293-294, DOI: 10.1109/APUSNCURSINRSM.2019.8888476.
[7] Y. Zhang, P. Zhao, S. Chen, K. Xu, Y. Hu and G. Wang, "Design of a Broadband Microstrip Reflectarray  Antenna  Using  Phoenix  Element,"  2018  IEEE  International  Conference  on Computational  Electromagnetics  (ICCEM),  Chengdu,  2018,  pp.  1-2,  DOI:  10.1109/ COMPEM.2018.8496591.
[8] Y.  Yulindon  dan  F.  Firdaus, Teori  dan  Perencanaan  Antena ,  Padang:  Politeknik  Negeri Padang, 2017.
[9] F. Tanansyah, P. Ansini, dan S. Ibnutoro, 24 jam Mahir Ansoft HFSS , ISTN, 2017.
[10] P. Nayeri,  F. Yang,  and A.  Z. Elsherbeni, Reflectarray  Antennas:  Theory,  Designs, and Application , John Wiley & Sons Ltd. 1-8. 2018.
[11] M. Alaydrus, Teknik Frekuensi Radio dan Gelombang Mikro , Yogyakarta: Teknosain, 2019.
[12] G. Kumar, Broadband Microstrip Antennas , Boston: Artech House, 2003.
[13] M.  A.  Maula, Rancang  Bangun  dan  Realisasi  Antena  Mikrostrip  Menggunakan  Metode Array Pada Frekuensi 2,6 -2,7 GHz untuk Aplikasi LTE , Bandung: Institut Teknologi Telkom Bandung, 2012
[14] I.  Salim  dan  I.  Krisnadi,  “Kajian  Regulasi  Alokasi  Spektrum  Frekuensi  Millimeter-Wave Band Untuk Akses Komunikasi 5G”, Makalah , Universitas Mercu Buana, 2014.
[15] G.  Gampala  and  C.  J.  Reddy,  "Design  of  millimeter  wave  antenna  arrays  for  5G  cellular applications  using  FEKO," 2016  IEEE/ACES  International  Conference  on  Wireless Information Technology and Systems (ICWITS) and Applied Computational Electromagnetics  (ACES) ,  Honolulu,  HI,  2016,  pp.  1-2,  DOI:  10.1109/ROPACES. 2016.7465426.
[16] NN, “Tabel Alokasi Spektrum Frekuensi Radio Indonesia”, Peraturan Mentri Komunikasi dan Informatika Republik, No. 25 Tahun 2014, 2014.