Tujuan dari perancangan antenna mikrostrip ini adalah untuk memperlebar bandwidth dan meningkatkan gain dengan menggunakan metode rectangular dual array 9 ring slot untuk aplikasi Wireless Fidelity pada frekuensi kerja 2400 MHz. Antena yang diusulkan menggunakan FR4 Epoxy dengan (εr) 4,3, ketebalan substrat (h) 1,6 mm dan loss tangen (tan δ) sebesar 0,0265. Antena dirancang dengan menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office. Metode ini digunakan untuk memaksimalkan lebar bandwidth dan nilai gain. Dari Hasil pengukuran diperoleh nilai return loss -17.294 dB, VSWR 1.316 dan nilai Gain 5.66 dB pada frekuensi kerja dengan lebar bandwidth 220 MHz ( 2556 MHz – 2336 MHz).
The purpose of designing this microstrip antenna is to widen the bandwidth and increase gain by using the 9 ring slot rectangular dual array method for Wireless Fidelity applications at 2400 MHz working frequency. The proposed antenna uses Epoxy FR4 with (εr) 4.3, substrate thickness (h) 1.6 mm and loss tangent (tan δ) of 0.0265. The antenna is designed using AWR Microwave Office software. This method is used to maximize bandwidth width and gain value. From the measurement results obtained the return loss value of -17.294 dB, VSWR 1.316 and Gain value of 5.66 dB at work frequency with a bandwidth of 220 MHz (2556 MHz - 2336 MHz).
&nbsp

Alam, Syah

Santoso, Ragil Iman

Surjati, Indra

English

Jurnal Elektro

Ragil Iman Santoso, Syah Alam,Indra Surjati, Rectangular 9 Ring Slot Array‘…’  55     PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP RECTANGULAR 9 RING SLOT DUAL ARRAY UNTUK APLIKASI WIFI    Ragil Iman Santoso1, Syah Alam2, Indra Surjati3 1,2,3Program Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti Jakarta e-mail: 1ragilimansantoso86@gmail.com, 2syah.alam@trisakti.ac.id, 3indra@trisakti.ac.id     ABSTRAK   Tujuan dari perancangan antenna mikrostrip ini adalah untuk memperlebar bandwidth dan meningkatkan gain dengan menggunakan metode rectangular dual array 9 ring slot untuk aplikasi Wireless Fidelity pada frekuensi kerja 2400 MHz. Antena yang diusulkan menggunakan FR4 Epoxy dengan (εr) 4,3, ketebalan substrat (h) 1,6 mm dan loss tangen (tan δ) sebesar 0,0265. Antena dirancang dengan menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office. Metode ini digunakan untuk memaksimalkan lebar bandwidth dan nilai gain. Dari Hasil pengukuran diperoleh nilai return loss -17.294 dB, VSWR 1.316 dan nilai Gain 5.66 dB pada frekuensi kerja dengan lebar bandwidth 220 MHz ( 2556 MHz – 2336 MHz).  Kata kunci: mikrostrip, antenna, rectangular, ring slot, dual array   ABSTRACT   The purpose of designing this microstrip antenna is to widen the bandwidth and increase gain by using the 9 ring slot rectangular dual array method for Wireless Fidelity applications at 2400 MHz working frequency. The proposed antenna uses Epoxy FR4 with (εr) 4.3, substrate thickness (h) 1.6 mm and loss tangent (tan δ) of 0.0265. The antenna is designed using AWR Microwave Office software. This method is used to maximize bandwidth width and gain value. From the measurement results obtained the return loss value of -17.294 dB, VSWR 1.316 and Gain value of 5.66 dB at work frequency with a bandwidth of 220 MHz (2556 MHz - 2336 MHz).  Keywords: mikrostrip, antenna, rectangular, ring slot, dual array   PENDAHULUAN Pada sistem komunikasi nirkabel dibutuhkan antena dalam proses transmisi data ke dan dari udara, agar gelombang elektromagnetik dapat dipancarkan dan diterima secara efektif. Salah satu teknologi komunikasi nirkabel adalah Wireless Local Area Network (WLAN) yang diaplikasikan pada area lokal misalnya dalam satu gedung atau satu kantor. Terdapat dua alokasi frekuensi yang digunakan yaitu 2,4 GHz dan 5 GHz. Frekuensi 2,4 GHz digunakan oleh standar protokol IEEE 802.11b/g untuk wireless fidelity (Wi-Fi).  56  JURNAL ELEKTRO, Vol.12, No.1, April 2019: 55-62  Kekuatan sinyal Wi-Fi bervariasi terhadap tempat, sehingga dimungkinkan terdapat sejumlah tempat yang sinyalnya lemah sehingga membutuhkan antena dengan gain tinggi. Dalam mendesain antena tersebut, ukuran dan biaya pembuatan juga harus dipertimbangkan.[10]   Antena mikrostrip dapat memberikan solusi karena ukurannya yang kecil, ringan, harganya murah, dapat difabrikasi oleh teknologi printed-board modern serta mudah diintegrasikan dengan microwave integrated circuits (MICs). Namun antena tersebut memiliki efisiensi dan gain yang relatif kecil sehingga harus digunakan metode-metode tertentu untuk meningkatkannya, misalnya dengan menyusun elemen antena dalam bentuk array.  Antena mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah system telekomunikasi modern saat ini. Hal ini disebabkan karena ukuran antena mikrostrip yang kecil dan beratnya yang ringan membuat jenis antena ini sederhana untuk dibuat dan mudah untuk diintegrasikan. Gain dari antena mikrostrip dapat diperbesar dengan menambahkan patch secara array, sehingga membentuk antena mikrostrip array. Antena mikrostrip array adalah pengembangan dari antena mikrostrip yang merupakan gabungan dari beberapa elemen peradiasi yang membentuk suatu jaringan. Antena mikrostrip array dapat berbentuk seri, paralel, atau gabungan keduanya. Kelebihan antena mikrostrip array ini dibandingkan antena mikrostrip biasa yaitu memiliki bandwidth dan gain yang lebih besar. Antena yang dirancang pada penelitian ini adalah antena mikrostrip rectangular 9 ring slot dibuat secara susun (array). Antena ini diharapkan untuk mendapatkan hasil yang memenuhi karakteristik antena yang berada pada frekuensi 2,4 GHz untuk aplikasi wifi. Material substrat PCB yang digunakan jenis Epoxy FR4 dengan ketebalan 1,6 mm dan konstanta dielektrik 4,3. Untuk rancang bangun antena di gunakan metode simulasi menggunakan perangkat lunak AWR 2009. Hasil rancang bangun antena susun dua patch diharapkan tercapai target parameter gain diatas 5dB serta memperoleh lebar bandwidth yang lebih baik.  DESAIN ANTENA Pada penelitian ini, desain antena menggunakan rectangular patch dengan dimensi lebar (W) dan panjang (L). Antena yang dirancang pada satu lapis substrat dengan nilai relatif permitifitas (εr) = 4.3, ketebalan substrat (h) = 1.6 mm, dan tangen loss (tan δ) = 0.0265.[9] Dimensi antena patch segiempat diberikan oleh [9] sebagai berikut.   (1)  (2)  (3)  (4)  (5)   Pada penelitian ini, iterasi antena mikrostrip rectangular 9 ring slot dilakukan dalam 2 tahapan. Tahapan pertama antena mikrostrip rectangular diberikan beban 9 ring slot di 9 beban slot. Setelah itu patch antena dibuat secara susun (array) dengan diberikan jarak antar patch sebagai iterasi 1,   Ragil Iman Santoso, Syah Alam,Indra Surjati, Rectangular 9 Ring Slot Array‘…’  57  dengan rumus penentuan jarak antar patch diberikan oleh [3]. Sebagai berikut.  (6)  Untuk frekuensi kerja 2.4 GHz :  (7)   (8)  Pada gambar 1 (a), (b) dan (c) menunjukan proses iterasi antena mikrostrip rectangular 9 ring slot. Dan pada gambar 2 dapat dilihat hasil perbandingan simulasi dari masing-masing iterasi. Desain akhir dari antena mikrostrip rectangular 9 ring slot array diberi notasi K₂.              Gambar 1. Proses Rectanguler 9 Ring Slot Array  Dari gambar 1 diatas dapat dilihat proses modifikasi dari rectangular patch 9 slot beban menjadi rectangular 9 ring slot iterasi 1 = K₁, dan iterasi terakhir = K₂. Grafik perbandingan nilai parameter return loss, VSWR dan nilai gain  untuk masing-masing iterasi dari antena mikrostrip dapat dilihat pada gambar 2 dibawah ini.   (a)   (b)   (c) Gambar 2 Perbandingan Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Rectanguler 9 Ring Slot Array. (a) Return Loss, (b) VSWR, (c) Nilai Gain  Dari gambar 2 (a), (b) dan (c) diatas, dapat dilihat bahwa penambahan 9 buah ring slot pada iterasi K₂, setelah dilakukan penyesuaian jarak antar patch  dalam simulasi menghasilkan nilai return loss sebesar -29.44 dB, nilai VSWR sebesar 1.07 dan nilai gain sebesar 6.012 dB pada frekuensi kerja 2.4 GHz. Rangkuman semua 58  JURNAL ELEKTRO, Vol.12, No.1, April 2019: 55-62  perbandingan dari iterasi antena mikrostrip rectangular dapat dilihat pada table 1 dibawah ini.  Tabel 1. Perbandingan Hasil Proses Rectanguler 9 Ring Slot Array   Dari table diatas, dapat dilihat bahwa dengan penambahan patch pada setiap slot dan menyusun  patch antena mikrostrip tersebut menjadi rectangular 9 ring slot array, dengan mengatur jarak antar patch sesuai dengan persamaan (6), (7), (8). Maka dimensi antena mikrostrip berubah bertambah lebar sekitar 300% dari dimensi awal antena itu sendiri. Kemudian dilakukan iterasi K₂ dimana dilakukan penyesuaian pada jarak antara patch  yang di array tersebut. Sehingga hasilnya dapat dilihat bahwa penyesuaian jarak tersebut menghasilkan bentuk serta dimensi antena mikrostrip yang hanya dua kali lipat dari antena mikrostrip yang sebelum diberi patch pada setiap  slot. Selain itu juga, ternyata dengan menggunakan metode array dapat mebuktikan bahwa pada gambar 2 (c) nilai gain dapat meningkat dan dari gambar 2 (a) dapat dilihat kenaikan dari lebar bandwidth yang cukup signifikan yaitu sebesar 323 MHz (2242 MHz – 2565 MHz).  Antena mikrostrip tersebut juga tetap bisa mempertahankan bentuk dimensinya yang kecil dan  compact serta dapat bekerja pada frekuensi kerja 2.4 GHz untuk aplikasi wifi. Desain akhir dari antena mikrostrip rectangular 9 ring slot dapat dilihat pada gambar 3 (a) dan 3 (b), sedangkan dimensi antena mikrostrip tersebut dapat dilihat pada tabel 2 dibawah ini.   Gambar 3. (a) Tampak Atas Antena Mikrostrip Rectanguler 9 Ring Slot Array     Gambar 3. (b) Tampak Bentuk 3 Dimensi              Ragil Iman Santoso, Syah Alam,Indra Surjati, Rectangular 9 Ring Slot Array‘…’  59  Tabel 2. Ukuran Dimensi Antena Mikrostrip Rectanguler 9 Ring Slot Array   Penelitian ini menggunakan 2 tipe saluran mikrostrip dengan dua nilai impedansi yang berbeda, saluran mikrostrip pertama (W1) dengan nilai 70.7 Ω dan saluran mikrostrip (W2) dengan nilai 50 Ω [3]. Saluran mikrostrip yang pertama akan langsung terhubung dengan  patch  antena sedangkan saluran mikrostrip yang kedua terhubung langsung dengan konektor 50 Ω. Untuk menghitung dimensi dari kedua saluran mikrostrip tersebut digunakan persamaan dibawah ini, dimana panjang saluran mikrostrip tersebut didapatkan dari hasil iterasi.  (9)  (10)  Serta dalam penelitian ini untuk mengukur nilai gain antena mikrostrip  menggunakan persamaan sebagai berikut:  (11) HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN Setelah mendapatkan hasil terbaik dari desain akhir antena mikrostrip melalui proses iterasi, tahap selanjutnya adalah melaksanakan pabrikasi antena mikrostrip rectangular 9 ring slot array yang sudah di dessain tersebut. Tipe substrat yang digunakan untuk pabrikasi antena adalah FR4 Epoxy dua lapis dengan ɛᵣ = 4.3, h = 1.6 mm dan  tipe konektor yang digunakan adalah Female SMA konektor dengan impedansi 50 Ω. Hasil pabrikasi antena mikrostrip dapat dilihat pada gambar 4 (a) dan 4 (b) dibawah ini.   (a)   (b)  Gambar 4. Hasil Pabrikasi Antena Mikrostrip Rectangular 9 Ring Slot Array (a) Tampak Atas (b) Tampak Bawah 60  JURNAL ELEKTRO, Vol.12, No.1, April 2019: 55-62  Langkah selanjutnya melakukan pengukuran dan observasi terhadap antena mikrostrip yang sudah di pabrikasi dengan mengukur parameter  return loss, VSWR dan gain. Hasil dari proses pengukuran tersebut akan dibandingkan dengan hasil simulasi yang sudah dilakukan sebelumnya menggunakan perangkat lunak AWR. Perbandingan hasil pengukuran dengan hasil simulasi dapat dilihat pada gambar 5 dan gambar 6. Proses pengukuran return loss dan VSWR antena dilakukan dengan menggunakan Vector Network Analyzer.    Gambar 5. Perbandingan Hasil Pengukuran dengan Hasil Simulasi Parameter Return Loss    Gambar 6. Perbandingan Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran Parameter VSWR  Pada gambar 5 dan gambar 6 dapat dilihat bahwa dari hasil pengukuran diperoleh nilai return loss sebesar -17.294 dB dan nilai VSWR sebesar 1.316 pada frekuensi kerja 2.4 GHz. Serta dari hasil pengukuran tersebut diperoleh juga lebar bandwidth sebesar 220 MHz (2336 MHz – 2556 MHz). Dan sesuai dengan persamaan (11), maka diperoleh nilai gain sebesar 5.66 dBi. Rangkuman dari perbandingan hasil simulasi dan hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 3 dibawah ini.  Tabel 3. Hasil Perbandingan Parameter Return Loss, bandwidth, VSWR dan Nilai Gain   Dari tabel 3 diatas, dapat dilihat bahwa nilai parameter return loss, bandwidth, VSWR dan gain pada hasil pengukuran mengalami penurunan yang cukup signifikan bila dibandingkan dengan hasil simulasi. Hal ini disebabkan nilai loss tangen (tan δ) dari substrat FR4 masih cukup besar. Ada beberapa factor lain yang dapat menurunkan nilai parameter return loss, bandwidth, VSWR dan gain yaitu pada saat pabrikasi, penyambungan antara antena dengan konektor dan pada saat pengukuran di laboratorium itu sendiri. Dan pada gambar 7 (a) dan 7 (b) dibawah ini dapat dilihat nilai dari hasil impedansi masukan antara hasil simulasi dengan hasil pengukuran.   Ragil Iman Santoso, Syah Alam,Indra Surjati, Rectangular 9 Ring Slot Array‘…’  61    Gambar 7 (a) Nilai Parameter Impedansi Masukan Hasil Simulasi    Gambar 7 (b) Nilai Parameter Impedansi Masukan Hasil Pengukuran  Pada gambar 7 (a) dan 7 (b) dapat dilihat hasil impedansi masukan dimana pada hasil simulasi didapatkan nilai parameter impedansi sebesar 0.961506 x 50 Ω = 48.075 Ω dan pada hasil pengukuran didapatkan hasil impedansi masukan sebesar 49.635 Ω. Dimana kedua hasil tersebut hampir mendekati nilai 50 Ω dan dapat dikatakan hasil dari simulasi dan pabrikasi antenna mikrostrp rectangular 9 ring slot array ini dalam keadaan matching serta dapat bekerja pada frekuensi 2.4 GHz untuk aplikasi wifi. Dari semua hasil parameter yang diperoleh baik hasil simulasi maupun hasil pengukuran antena mikrostrip tersebut. Dengan menggunakan metode susun (array) untuk patch pada antena mikrostrip dapat dibuktikan bahwa metode susun (array) ini dapat meningkatkan nilai gain dan dapat memperoleh bandwidth yang lebih lebar dengan menyesuaikan jarak antar patch dan posisi saluran pencatu antena mikrostrip itu sendiri. Yaitu nilai gain pada simulasi sebesar 6.012 dBi sedangkan, pada hasil pengukuran sebesar 5.66 dBi dan lebar bandwidth yang diperoleh pada simulasi sebesar 323 MHz (13.46%), sedangkan pada hasil pengukuran diperoleh sebesar 220 MHz (9.17%) pada frekuensi kerja 2.4 GHz untuk aplikasi wifi.  Dari hasil metode susun (array) dapat menghasilkan bandwidth yang lebih lebar dan nilai gain yang meningkat. Jika dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Perbandingan dengan hasil penelitian sebelumnya dapat dilihat pada tabel 4 dibawah ini.   Tabel 4. Perbandingan Nilai Parameter Return Loss, Bandwidth, VSWR, Gain dengan Penelitian Sebelumnya.   KESIMPULAN  Dengan metode susun (array) pada antena mikrostrip yang sudah di desain menggunakan program AWR dan sudah juda selesai di pabrikasi. Dari pengukuran diperoleh nilai parameter Return Loss sebesar -17.294 dB, VSWR sebesar 1.316 dan Impedansi Masukan sebesar 49.615 Ω. Desain antena mikrostrip susun (array) ini dapat 62  JURNAL ELEKTRO, Vol.12, No.1, April 2019: 55-62  memperoleh nilai Bandwidth sebesar 220 MHz dengan jarak frekuensi (2336 Mhz- 2556 Mhz) dan Nilai Gain sebesar 5.66 dB. Sehingga dengan metode susun (array) ini terbukti dapat meningkatkan nilai gain dan bandwidth dengan  tetap mempertahankan bentuk dan dimensi antena mikrostrip yang kecil serta compact & dapat digunakan untuk aplikasi wifi pada frekuensi kerja 2.4 GHz.   DAFTAR PUSTAKA  [1] Alam, S., Surjati, I., Ferawan, A., Firmansyah, T. 2018. Design and Realization of Compact Microstrip Antenna Using Fracctal Sierpenski Carpet For Wireless Fidelity Application. Jakarta: Indonesian Journal of Electrical Engineering and Informatics (IJEEI), Vol. 6, N0. 1. [2] Alam, S., Nugroho. R.R. 2018. Perancangan Antena Mikrostrip Array 2x1 Untuk Meningkatkan Gain Untuk Aplikasi LTE Pada Frekuensi 2300 Mhz. Jakarta: Jurnal Teknik dan Ilmu Komputer. [3] Alam, Syah. 2015. Perancangan Dan Realisasi Antena Mikrostrip Segiempat Array Triple Band Untuk Aplikasi Wimax. Jakarta: Jurnal Teknik dan Ilmu Komputer. [4] Ardiyanto, F.W., Renaldy, S., Lanang, F.F., Yunita, T. 2019. Desain Antena Mikrostrip Rectangular Patch Array 1x2 dengan U-Slot Frekuensi 28 GHz. Bandung: Elkomika, Vol.7, No.1, Hal. 43 – 56. [5] Firmasnyah, T., Herudin., Suhendar., Wiryadinata, R., Santoso, M.I., Denny, Y.R., Supriyanto, T. 2017. Bandwidth and Gain Enhancement of MIMO Antenna by Using Ring and Circular Parasitic with Air-Gap Microstrip Structure. Jakarta: TELKOMNIKA, Vol. 15, No. 3. [6] Hendra, J.R., Rahayu, Y., Safrianti, E. 2015. Analisis Antena Mikrostrip Array Bentuk Lingkaran Dan Persegi Panjang Menggunakan Simulasi Untuk Aplikasi LTE Frekuensi 2.3 GHz. Jom FTEKNIK, Vol.2, No.1. [7] Ihsan, M., Rambe, H.A. 2014. Analisis Antena Mikrostrip Patch Segiempat Dengan Teknik Linear Array. Medan: SINGUDA ENSIKOM, Vol. 7, No. 2. [8] Nugraha, I.P.E.D., Surjati, I,. Alam, S. 2017. Miniaturized Minkowski-Island Fractal Microstrip Antenna Fed by Proximity Coupling for Wireless Fidelity Application. Jakarta: TELKOMNIKA, Vol. 15, No. 3. [9] Surjati, I., Ningsih, Y.K., Alam, S. 2017. Peripheral Slits Microstrip Antenna Using Log Periodic Technique for Digital Television Broadcasting. Jakarta: TELKOMNIKA, Vol. 15, No. 2. [10] Utami, E.Y.D., Setiaji, F.D., Pebrianto, D. 2017. Rancang Bangung Antena Mikrostrip Persegi Panjang 2,4 GHz Untuk Aplikasi Wireless Fidelity (Wi-fi). Jurnal Nasional Teknik Elektro, Vo: 6, No. 3. [11] Varsney, H.K., Kumar, M., Jaiswal, A.K., Saxena, R., Kumar, A. 2014. Design Characterization of Rectangular Microstrip Patch Antenna for Wi-Fi Application. India: International Journal of Current Engineering and Technology, Vol. 4, No. 2. 

PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP RECTANGULAR 9 RING SLOT DUAL ARRAY UNTUK APLIKASI WIFI

https://ejournal.atmajaya.ac.id/index.php/JTE/article/download/911/435

PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP RECTANGULAR 9 RING SLOT DUAL ARRAY UNTUK APLIKASI WIFI

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Jurnal Elektro