AMPLIFIERJurnal Ilmiah Bidang Teknik Elektro dan Komputer

Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Antena Mikrostrip Bentuk Segiempat 1,8 GHz Menggunakan Metode Parsial Ground Untuk Aplikasi 4 G LTE

Junas Haidi, Anizar Indriani, Andri Agus Pratama

Studi Penggunaan Pasir Pantai Sebagai Sumber Energi Pada ThermoelectricZulhayadi Can, Afriyastuti Herawati, Novalio Daratha, Ika Novia Anggraini

Penggunaan Radio Frekuensi Pada Sistem Pengamanan Kendaraan di Sisi Penggunadi Sisi Pengguna

Faisal Hadi, Irnanda Priyadi, Satria Rahmadi

Desain dan Analisa Antena Mikrostrip Multiband 3 Patch Bentuk Segiempat Menggunakan Array

Junas Haidi

Peningkatan Arus Listrik Keluaran Baterai Air Laut Memanfaatkan Alat Destilasi Air Laut Energi Matahari

Reza Satria Rinaldi, Anizar Indriani, Rosihan AnwarReza Satria Rinaldi, Anizar Indriani, Rosihan Anwar

Vol. 7 No. 2, November 2017 ISSN: 2089-2020

Jurnal Ilmiah Bidang Teknik Elektro dan Komputer

AMPLIFIER

Pelindung

Dekan Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Penanggung Jawab

Ketua Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Ketua Redaksi

Novalio Daratha, S.T., M. Sc., Ph.D.

Wakil Ketua Redaksi

Ika Novia Anggraini, S.T., M.Eng

Anggota Redaksi

Irnanda Priyadi, S.T., M.T. Faisal Hadi, S.T., M.T.

Anizar Indriani, S.T., M.T.

Mitra Bestari

Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng. (Institut Teknologi Sepuluh Nopember) Ir. Juningtyastuti, M.T. (Universitas Diponegoro)

Dr. Eng. Hendra, S.T., M.T. (Universitas Bengkulu) Faisal Hadi, S.T., M.T. (Universitas Bengkulu)

Layout dan Grafis

Anom Ontowiryo, S.T.

Administrasi dan Kesekretariatan

Dahlia Julita, S.Pd.

Penerbit

Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Alamat Redaksi

Program Studi Teknik Elektro Gedung Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Jalan W.R. Supratman, Kandang Limun, Bengkulu 38123 Telp. (0736) 344087, Fax. (0736) 22105

E-mail: jurnalamplifier@gmail.com Blog: www.te.unib.ac.id/jurnalamplifier

Volume 7 Nomor 2 Tahun VII, November 2017

Antena Mikrostrip Bentuk Segiempat 1,8 GHz Menggunakan Metode Parsial Ground Untuk Aplikasi Antena 4G LTE

Junas Haidi, Anizar Indriani, Andri Agus Pratama

1 – 7

Studi Penggunaan Pasir Pantai Sebagai Sumber Energi Pada Thermoelectric

Zulhayadi Can, Afriyastuti Herawati, Novalio Daratha, Ika Novia Anggraini

8 – 19

Penggunaan Radio Frekuensi Pada Sistem Pengamanan Kendaraan di Sisi Pengguna

Faisal Hadi, Irnanda Priyadi, Satria Rahmadi

20 – 24

Desain dan Analisa Antena Mikrostrip Multiband 3 Patch Bentuk Segiempat Menggunakan Array

Junas Haidi

25 – 29

Peningkatan Arus Listrik Keluaran Baterai Air Laut Memanfaatkan Alat Destilasi Air Laut energi Matahari

Reza Satria Rinaldi, Anizar Indriani, Rosihan Anwar

30 – 34

25

Desain Dan Analisa Atena Mikrostrip Multiband 3 Patch Bentuk Segiempat Menggunakan Array

Junas Haidi1

1Program Studi Teknik Elektro, Universitas Bengkulu, *email : junas.haidi@unib.ac.id

ABSTRACT

This paper describes a rectangular microstrip antenna with 3 patches for multiband resonance frequencies using arrays. From the results of research using CST software simulation, the resonance frequency is 1.8 GHz, 2.4 GHz, 3.3 GHz, 4.4 GHz, 6 GHz, 6.8 GHz and 8.6 GHz with omnidirectional radiation pattern. The design of multiband antenna is in line with the antenna operational standard of return loss value exceeding the minimum limit of -10 dB and VSWR of <2. By combining several patches of different size, one with the other, by means of arraying, it will generate the desired multiband on the antenna, while making the slot on the patch antenna will decrease the return loss value so that the antenna performance will be better.

Keywords− Microstrip Antenna, Multiband, Array.

ABSTRAK Paper ini menjelaskan antena mikrostrip

bentuk segi empat dengan 3 patch untuk frekuensi resonansi multiband dengan menggunakan array. Dari hasil penelitian dengan menggunakan simulasi software CST didapatkan 8 frekuensi resonansi yaitu 1,8 GHz, 2,4 GHz, 3,1 GHz, 3,3 GHz, 4,4 GHz, 6 GHz 6,8 GHz dan 8,6 GHz dengan pola radiasi omniderctional. Antena multiband yang telah didesain telah seuai dengan standar syarat operasional antena yaitu nilai return loss telah melebihi batas minimal -10 dB dan nilai VSWR < 2. Dengan menggabungkan beberapa patch yang ukurannya berbeda satu dengan yang lainnya, dengan cara diarray maka akan menimbulkan multiband yang diinginkan pada antena tersebut, sedangkan membuat slot pada patch antena akan menurunkan nilai return loss sehingga kinerja antena akan lebih baik.Kata kunci : double tuned filter, high pass filter, THDi, filter pasif Kata kunci− Microstrip Antenna, Multiband, Array.

1. PENDAHULUAN Antena adalah suatu alat yang sangat penting bagi

alat telkomunikasi terutama untuk mendukung perkembangan tekonologi yang sangat cepat. Teknologi telkomunikasi yang berkembang saat ini tidak hanya satu frekuensi resonansi tetapi mempunyaki banyak frekuensi resonansi misalnya 1,8 GHz untuk 4G LTE, 2,4 GHz

untuk WiFi dan Bluetooth, 3,3 WiMax dan masih banyak yang lainnya lagi. Sehingga frekuensi multiband tersebut diaplikasikan dalam satu peralatan misalnya pada hand phone.

Desain antena dengan menggunakan array dapat membuat antena bekerja lebih dari satu frekuensi resonansi[1][2][3][4][5]. Antena mikrostrip bentuk segi empat dengan diberi slot juga bisa membuat nilai retun loss menjadi lebih baik[6].

Penelitian ini difokuskan menggabungan dua metode untuk menghasilkan output multiband pada antena mikrostrip bentuk segi empat dengan cara diarray dan diberi slot pada patch dengan bantuan software CST.

2. DESAIN ANTENA MIKROSTRIP

A. Desain Antena Mikrostrip Bentuk Segi Empat. Antena yang didesain adalah antena mikrostrip

bentuk segi empat dengan menggunakan array dengan jenis substrat yang digunakan adalah FR-4 (Efoxy) dengan ketebalan substrat 1,6 mm, konstanta dielektrik relatifnya 4,3 dan impedansi antena yang didesain adalah 50 Ω.

Karena antena yang akan didesain adalah antena multiband maka akan dibuat antena mikrostrip tunggal bentuk segi empat sebagai dasar untuk melakukan penelitian. Antena yang dibuat adalah antena yang akan beresonansi difrkeuensi resonansi 1,8 GHz, 2,4 GHz 3,3 GHz dan frekuensi resonansi dari tambahan slot yang akan dibuat pada patch antena yang akan didesain.

Untuk mendesain antena mikrostrip bentuk segi empat tunggal dengan frekuensi resonansi tunggal maka ada beberapa ukuran dari desain antena mikrostrip tunggal yang harus ditentukan sesuai dengan frekuensi kerja antena yang didesain. Adapun ukuran antena tersebut adalah lebar patch segi empat (W), panjang patch segi empat (L) dan lebar saluran transmisi (w).

Untuk mendapatkan lebar patch antena bentuk segi empat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1) sedangkan untuk menghitung panjang patch pada antena mikrostrip bentuk segi empat menggunakan persamaan (2) dan persamaan (3). Untuk menghitung lebar saluran transmisi menggunakan persamaan (4) dan persamaan (5).

2

12

rof

cW

(1)

26

TABEL 1. UKURAN PATCH ANTENA YANG DIDESAIN DENGAN

MENGGUNKAN PERSAMAAN 1 SAMPAI PERSAMAAN 5. Frekuensi Resonansi

(GHz) Patch

L (mm)

W (mm)

Transmisi W (mm)

1,8 1 39,43 50,72 3,06 2,4 2 29,44 38,04

3,3 3 21,24 27,66

8,0258,0

)264,0)(3,0(412,0

h

Wh

W

hL

eff

eff

(2)

LLL ff 2 (3)

12 0,611 ln(2 1) ln( 1) 0,39

2r

r r

hW B B B

(4)

60 2

roZB

(5)

Antena mikrostrip bentuk segi empat yang didesain adalah tiga buah anten tunggal bentuk segi empat dengan frekuensi resonansi 1,8 GHz, 2,4 GHz dan 3,3 GHz. Dengan menggunakan persamaan 1 sampai persamaan 5 maka didapatkan ukuran antena mikrostrip bentuk segi empat. Ukuran antena mikrostrip yang dihitung dengan menggunakan persamaan 1 sampai dengan persamaan 5 dapat dilihat pada tabel 1. Dari tabel 1 dapat dilihat bentuk antena tunggal mikrostrip yang didesain. Untuk antena frekuensi resonansi 1,8 GHz dapat dilihat pada Gambar 1, untuk antena frekuensi resonansi 2,4 GHz dapat dilihat pada Gambar 2 dan untuk antena frekuensi resonansi 3,5 GHz dapat dilihat pada Gambar 3. B. Metodelogi Penelitian

Antena mikrostrip bentuk segi empat tunggal pada desain awal ada tiga buah patch yang didesain dan telah dilakukan iterasi sehingga didaptkan ukuran patch untuk frekuensi resonansi 1,8 GHz, 2,4 GHz dan 3,3 GHz. Untuk membuat antena menjadi multiband dari Gambar 1 sampai dengan Gambar 3 digabungkan dengan metode array dengan percabangan T junction dan stiap patch diberi slot untuk menambah frekuensi resonansi yang lain. Gambar hasil desain dan simulasi antena mikrostrip bentuk segi empat dengan menggunakan slot dan array dapat dilihat pada Gambar 4.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil desain antena mikrostrip bentuk segi empat menggunkan slot dan array didapatkan 8 band yaitu pada frekuensi 1,8 GHz, 2,4 GHz, 3,1 GHz, 3,3 GHz, 4,4 GHz, 6 GHz, 6,8 GHz dan 8,6 GHz dapat dilihat pada Tabel 2. Untuk grafik return loss hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 2. Sedangkan grafik VSWR, impedansi dan Directivity dari hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 3, Gambar 4 dan Gambar 5.

Gambar 1. Antena segi empat frekuensi resonansi 1,8 GHz

Gambar 2. Antena segi empat frekuensi resonansi 2,4 GHz

Gambar 3. Antena segi empat frekuensi resonansi 3,3 GHz

Gambar 4. Desain antena mikrostrip bentuk segi empat dengan

menggunakan slot dan array.

Gambar 2. Grafik return loss antena dari hasil simulasi

Amplifier Vol. 7 No. 2, November 2017 ISSN:2089-2020

27

Gambar 3. Grafik VSWR antena dari hasil simulasi

Gambar 4. Smith Chart impedansi antenna

Gambar 5. Directivity antena multiband

Dari hasil simulasi perancangan antena multiband

untuk ferkuensi resonansi 1,8 GHz didapatkan return loss -17,59 dB, VSWR 1,30 dan Impedansi antena 47,32 Ω. Dari data simulasi pada Gambar 6 maka bandwidth pada frekuensi resonansi 1,8 GHz sebesar 37,6 MHz. Dengan bendwidth yang didapatkan dari hasil simulasi tersebut apabila ingin digunakan untuk aplikasi 4G LTE maka belum memenuhi syarat lebar bandwidth. Dimana 4G LTE bekerja di 1,8 GHz dengan bandwidth 100 MHz sampai 200 MHz. Sedangkan utuk nilai VSWR 1,3 dapat dilihat pada Gambar 7. Dengan data yang telah didapat pada frekuensi resonansi 1,8 GHz antena tersebut telah memenuhi standar parameter antena yang telah ditetapkan yaitu VSWR < 2, Return loss < -10 dB sehingga antena tersebut dinyatakan matcing atau rugi-rugi daya yang dipancarkan sangat rendah.

Untuk frekuensi resonansi 2,4 GHz didapatkan nilai return loss -22,35 dB, VSWR 1,16 dapat dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9. Dari data tersebut maka bandwdth antena yang bekerja pada frekuensi resonansi 2,4 GHz sebesar 69,7 MHz. Dengan melihat data yang didapat maka antena yang bekerja pada frekuensi resonansi 2,4 GHz bisa untuk digunakan sebagai antena WIFI dan antena Blutut dikarenakan syarat parameter antena telah terpenuhi dan lebar bandwidth telah terpenuhi dan antena tersebut bekerja dengan baik pada frekuensi 2,4 GHz atau antena tersebut dinyatakan matcing sempurna.

TABEL 2. HASIL DARI MULTIBAND DESAIN ANTENA MIKROSTRIP

No Frekuensi Resonansi

(GHz)

Return Loss (dB)

VSWR Impedansi

Ω

1 1,8 -17,59 1,30 39,52 2 2,4 -22,35 1,16 52,25 3 3,1 -12,28 1,64 32,62 4 3,3 -22,48 1,16 44,49 5 4,4 -18,44 1,27 40,31 6 6 -16,50 1,35 59,70 7 6,8 -25,05 1,11 44,86 8 8,6 -29,39 1,07 50,63

Gambar 6. Return loss pada frekuensi resonansi 1,8 GHz

Gambar 7. VSWR pada frekuensi resonansi 1,8 GHz

Gambar 8. Return loss pada frekuensi resonansi 2,4 GHz

Gambar 9. VSWR pada frekuensi resonansi 2,4 GHz

28

Gambar 10. Return loss pada frekuensi resonansi 3,1 GHz

Dari hasil desain dan simulasi didapatkan kinerja antena pada frekuensi 3,1 GHz dengan nilai return loss -12,28 dB dan VSWR 1,64 sehingga bandwidth yang didapat sebesar 40,3 MHz lebar bandwidth dapat dilihat pada Gamabr 10 dan gambar VSWR dapat dilihat pada Gambar 11. Dari Gambar 12 dan 13 dapat dilihat nilai return loss sebesar -22,48 dB dan VSWR 1,16 pada antena yang beresonansi difrekuensi 3,3 GHz. sehingga lebar bandwidth didapatkan sebesar 91 MHz. Dari gambar grafik return loss pada gambar 14 dan VSWR pada gambar 15 didapatkan nilai return loss sebesar -18,44 dB dan VSWR sebesar 1,27 sehingga bandwidth antena yang beresonansi pada frekuensi 4,4 GHz sebesar 127,1 MHz.

Dari grafik hasil simulasi pada Gambar 16 dan Gamabar 17 didapatkan nilai return loss sebesar -16,30 dB dan nilai VSWR sebesar 1,35. Sehingga bandwidth antena yang beresonansi pada frekuensi 6 GHz sebesar 722,2 MHz. Dari data yang didapat bahwa antena yang didesain bekerja pada frekuensi 6 GHz bekerja dengan baik sesuai dengan standar antena yang telah ditentukan. Dari hasil simulasi pada grafik Gambar 18 dan 19 nilai return loss yang didapat sebesar -25,05 dB dan nilai VSWR sebesar 1,11 sehingga niai bandwidth dari antena yang berkerja pada resonansi 6,8 GHz sebesar 295,7 MHz. Berdasarkan data dari grafik return loss dan grafik VSWR maka antena tersebut bekerja dengan baik dan sesuai dengan standar operasional antena yang telah ditentukan.

Berdasarkan grafik pada gambar 20 dan Gambar 21 melihatkan kinerja antena yang beresonansi pada frekuensi kerja 8,6 GHz dengan nilai return loss sebesar -29,39 dB dan VSWR sebesar 1,07 dengan nilai bandwidth sebesar 656 MHz. Berdasarkan data dan hasil perhitungan maka antena yang didesain pada frekuensi resonansi bekerja sangat baik sesuai dengan standar antena. Berdasarkan dari hasil simulasi antena dengan menggunakan Sotware CST yang diperlihatkan pada Gambar 2 dan Gambar 3 maka didapatkan 8 frekuensi yang beresonansi sesuai dengan standar kerja antena. Adapun frekuensi kerja pada antena tersebut adalah 1,8 GHz, 2,4 GHz, 3,1 GHz, 3,3 GHz, 4,4 GHz, 6 GHz, 6,8 GHz dan 8,6 GHz.

Gambar 11. VSWR pada frekuensi resonansi 3,1GHz

Gambar 12. Return loss pada frekuensi resonansi 3,3 GHz

Gambar 13. VSWR pada frekuensi resonansi 3,3GHz

Gambar 14. Return loss pada frekuensi resonansi 4,4GHz

Gambar 15. VSWR pada frekuensi resonansi 4,4GHz

Amplifier Vol. 7 No. 2, November 2017 ISSN:2089-2020

29

Gambar 16. Return loss pada frekuensi resonansi 6 GHz

Gambar 17. VSWR pada frekuensi resonansi 6 GHz

Gambar 18. Return loss pada frekuensi resonansi 6,8 GHz

Gambar 19. VSWR pada frekuensi resonansi 6,8 GHz

Gambar 20. Return loss pada frekuensi resonansi 8,6 GHz

Gambar 21. VSWR pada frekuensi resonansi 8,6 GHz

4. KESIMPULAN

Dari antena mikrostrip yang didesain dengan

menggunakan array dan slot maka dapat disimpulkan bahwa antena yang didesain bekerja pada frekuensi 1,8 GHz, 2,4 GHz, 3,1 GHz, 3,3 GHz, 4,4 GHz, 6 GHz 6,8 GHz dan 8,6 GHz dengan pola radiasi omniderctional dan lebar bandwidth maksimal sebesar 722,2 MHz pada frekuensi resonansi 6 GHz dan bandwidth minimal sebesar 37,6 MHz pada frekuensi resonansi 1,8 GHz. Antena multiband yang telah didesain telah seuai dengan standar syarat operasional antena yaitu nilai return loss telah melebihi batas minimal -10 dB dan nilai VSWR <2. Dengan menggabungkan beberapa patch yang ukurannya berbeda satu dengan yang lainnya dengan cara diarray maka akan menimbulkan multiband yang diinginkan pada antena tersebut, sedangkan membuat slot pada patch antena akan meningkatkan kualitas kerja antena dikarenakan nilai return loss akan semakin kecil.

REFERENSI

[1] S. Prabhakar, Rao Mallikarjuna, “Design of Rectangular Patch Antenna Array with Multiple Slots by Using Mitered Bend Feed Network for Multi-Band Applications,” Int. Conf. Electromagn. Interf. Compat., vol. 6697, no. 5, pp. 5–7, 2016.

[2] R. B. Konda, G. M. Pusbpanjali, N. Mulgi, and P. V Hunagund, “Microstrip Array Antenna for Multiband Operation,” Proc. Int. Conf. Microw., vol. 8, pp. 511–513, 2008.

[3] R. H. A. Qadar Ramli, “Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Array Segi Empat Triple – Band Pada Frekuensi 2,3, 3,3 GHz Dan 5,8 GHz,” pp. 72–77.

[4] K. Fertas, H. Kimouche, M. Challal, H. Aksas, R. Aksas, and E. Nationale, “Multiband Microstrip Antenna Array for Modern Communication Systems,” IEEE, pp. 3–7, 2015.

[5] D. Jabin, A. K. Singh, G. Srinivas, and V. S. Tripathi, “Double U-Slot Loaded Stacked Microstrip Patch Antenna with 2 × 2 Array for Multiband Operation,” IEEE, pp. 4–6, 2014.

[6] K. Alagiyawanna, T. C. Baum, K. Ghorbani, and K. J. Nicholson, “Embroidered Microwave Antennas for Aerospace Applications,” Proc. Asia-Pacific Microw. Conf., pp. 4–7, 2016.