Jurnal Telematika, vol.
19 no.
Institut Teknologi Harapan Bangsa.
Bandung e-ISSN: 2579-3772 Perancangan Antena MIMO Rectangular Patch Double Layer pada Frekuensi 2,35 GHz Eva Y.
Utami#1.
Asra Gupita#2.
Yuyu Wahyu*3 Program Studi Teknik Elektro.
Universitas Kristen Satya Wacana Jl.
Diponegoro 52-60.
Salatiga.
Jawa Tengah.
Indonesia utami@uksw.
2muhamadasragupita@gmail.
Pusat Riset Telekomunikasi.
Badan Riset, dan Inovasi Nasional Jl.
Sangkuriang.
Bandung.
Jawa Barat.
Indonesia 3yuyu002@brin.
AbstractAi A MIMO microstrip antenna 2x2 with a double layer at a working frequency of 2.
35 GHz is designed and realized in this The structure of the proposed MIMO antenna consists of two symmetrical rectangular patches made of copper and a substrate made of FR4 Epoxy, which has a relative permittivity of 4.
3 and a thickness of 1.
6 mm.
The proposed 2x2 MIMO antenna is designed with two layers, one main layer and one parasitic layer above the main layer, with a particular air gap.
The single-layer and doublelayer antenna designs are simulated with software.
The simulation results show that the gain of the single-layer antenna is 2.
8 dB, while the double-layer antenna reaches 4.
55 dB.
The bandwidth obtained on the single-layer antenna is 69.
8 MHz, and on the double-layer is 64 MHz.
Thus, there is an increase in gain of 62.
5% and an increase in bandwidth reaching 47% on the double-layer antenna.
The designed and simulated antenna has been successfully fabricated at a frequency of 2.
35 GHz.
The measurement results of the fabricated antenna show an increase in gain of 12.
5% and an increase in bandwidth of 18.
KeywordsAi microstrip, double layer antenna, parasitic layer.
LTE, rectangular patch AbstrakAi Antena mikrostrip MIMO 2C2 dengan double layer pada frekuensi kerja 2,35 GHz dirancang dan direalisasikan dalam penelitian ini.
Struktur antena MIMO usulan terdiri atas dua patch rectangular simetris berbahan tembaga dan substrat berbahan FR4 Epoxy yang memiliki permitivitas relatif 4,3 dan ketebalan 1,6 mm.
Antena MIMO 2C2 yang diusulkan dirancang bertingkat dengan dua layer, yaitu satu layer utama dan satu layer parasitik di atas layer utama dengan jarak pemisah .
ir ga.
Rancangan antena single layer dan double layer disimulasikan dengan software.
Hasil simulasi menunjukkan gain antena pada single layer sebesar 2,8 dB, sedangkan pada antena double layer mencapai 4,55 dB.
Bandwidth yang diperoleh pada antena single layer sebesar 69,8 MHz dan pada double layer sebesar 102,64 MHz.
Dengan demikian terjadi peningkatan gain sebesar 62,5% dan peningkatan bandwidth mencapai 47% pada antena double layer.
Antena yang dirancang dan disimulasikan telah berhasil difabrikasi pada frekuensi 2,35 GHz.
Hasil pengukuran antena yang telah difabrikasi menunjukkan adanya peningkatan gain sebesar 12,5% dan peningkatan bandwidth sebesar 18,84%.
Kata KunciAi mikrostrip, antena double layer, parasitic layer, patch persegi panjang PENDAHULUAN Dalam beberapa dekade terakhir antena mikrostrip telah perkembangan teknologi komunikasi nirkabel dan komunikasi Hal ini dikarenakan antena mikrostrip memiliki berbagai keunggulan, seperti bentuk yang sederhana, dapat disesuaikan dengan permukaan planar maupun nonplanar, biaya yang rendah dalam fabrikasi, serta teknologi printedcircuit yang modern dan kuat secara mekanik jika dipasang pada permukaan yang kaku.
Selain itu, bila dipilih bentuk dan mode yang tepat, antena mikrostrip sangat dapat disesuaikan dalam hal frekuensi resonansi, pola radiasi, polarisasi, dan impedansi .
Salah satu pengembangan teknologi antena mikrostrip sejak komunikasi bergerak generasi keempat dan disusul generasi kelima adalah multiple input multiple output (MIMO).
Menurut Ammai dkk.
, keunggulan penting dari teknologi MIMO adalah dapat meningkatkan kapasitas saluran tanpa menambah bandwidth maupun peningkatan daya transmisi .
MIMO
merupakan sistem yang terdiri atas sejumlah antena pengirim dan penerima pada perangkat transceiver sistem komunikasi nirkabel, dengan setiap antena mengirimkan data secara independen dan simultan .
Penggunaan antena MIMO menjadi penting pada teknologi seluler long term evolution (LTE) dan juga wireless local area network (WLAN).
Untuk sebagian besar negara di dunia.
LTE-E 2300 .
0Ae2400 MH.
dan LTE-D 2600 .
0Ae2640 MH.
merupakan pita frekuensi yang paling banyak diadopsi, terutama di beberapa negara Asia .
Di Indonesia, pemerintah telah menambahkan frekuensi 2,3 GHz yang sebelumnya menggunakan frekuensi 1,8 GHz pada LTE.
Antena MIMO berjenis antena mikrostrip, diwujudkan dengan cara mencetak dua atau lebih patch, sesuai ukuran antena MIMO, pada satu board bahan substrat.
Masing-masing patch diberikan saluran pencatu dan diberi jarak yang cukup agar mutual coupling antara kedua patch dapat ditekan.
Hal ini Perancangan Antena MIMO Rectangular Patch Double Layer pada Frekuensi 2,35 GHz dapat ditunjukkan pada beberapa penelitian antena MIMO jenis mikrostrip yang telah ada sebelumnya.
Penelitian dan perancangan antena mikrostrip MIMO untuk sistem komunikasi LTE telah dilaporkan pada .
dengan bentuk patch rectangular pada frekuensi 2,35 GHz menghasilkan bandwidth 48,1 MHz dan gain 2,87 dB pada simulasi, serta bandwidth sebesar 68 MHz dan gain bernilai 4,99 dB pada pengukuran.
Pada penelitian .
bentuk patch persegi panjang MIMO 2C2 juga telah diteliti dan dihasilkan gain sebesar 3,035 dB pada simulasi dan 3,483 dB pada pengukuran, serta bandwidth sebesar 90 MHz dan 60 MHz, masing-masing pada simulasi dan pengukuran.
Penelitian .
tersebut menggunakan patch bentuk rectangular tunggal untuk setiap elemen antena MIMO dengan ukuran MIMO 2 antena pengirim dan 2 antena penerima, atau MIMO 2C2.
Hasil perancangan yang didapatkan, terutama untuk bandwidth adalah di bawah 100 MHz, sementara rentang frekuensi operasi LTE pada frekuensi 2,3 GHz adalah dari 2,3 GHz sampai dengan 2,4 GHz.
Pengembangan antena MIMO 2C2 dengan patch berbentuk lingkaran pada frekuensi 2,35 GHz untuk LTE dilaporkan pada .
, dengan hasil bandwidth dan gain yang lebih baik daripada patch rectangular, namun bandwidth hanya mencapai 74 MHz.
Pada penelitian-penelitian tersebut, elemen antena MIMO adalah berupa patch tunggal.
Elemen antena MIMO dapat juga berupa susunan beberapa patch yang biasa disebut array, dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja dari antena pada setiap elemen MIMO.
Hal ini dapat ditemukan pada penelitian .
yang merancang antena MIMO 2C2, dengan membandingkan antara antena MIMO berbentuk patch lingkarang tunggal, patch lingkaran array 1C2 dan patch lingkaran array 1C4.
Antena dirancang pada frekuensi 2,4 GHz.
Penerapan antena array memberikan peningkatan hasil pada parameter gain dan bandwidth.
Metode lain untuk meningkatkan kinerja antena adalah dengan penambahan layer parasitik.
Pada suatu antena mikrostrip, patch peradiasi dicetak pada satu lembar atau satu board bahan dielektrikum .
isalnya FR4.
Duroid, dan sebagainy.
sebagai layer utama lalu ditambahkan patch yang dicetak pada board lainnya secara berlapis atau bertingkat sebagai elemen parasitiknya dengan jarak pemisah .
ir ga.
Rancangan antena seperti ini disebut multilayer sebagaimana dilaporkan pada penelitian .
Antena yang mendapatkan catuan hanya antena utama, sementara elemen parasitiknya memperoleh eksitasi dari kopling elektromagnetik medan dekat dari antena utama .
Pada penelitian .
tersebut telah direalisasikan antena multilayer parasitic yang terdiri dari antena utama dan dua layer parasitik yang ditumpuk di atas layer utama pada frekuensi 2,4 GHz.
Hasil penelitian tersebut menunjukkan peningkatan gain sebesar 166,5% dan peningkatan bandwidth mencapai 22,7% setelah ditambahkan parasitic layer.
Parasitic layer juga pernah diteliti pada antena multiband pada penelitian .
Penelitian .
juga menunjukkan bahwa perancangan antena yang terdiri dari dua layer atau double layer mampu meningkatkan gain dan bandwidth antena.
Perbedaan antena array dengan antena multilayer adalah bahwa pada antena mikrostrip array, patch peradiasi yang jumlahnya lebih dari satu dicetak pada sebuah board substrat dielektrikum sehingga ukuran antena menjadi lebih memanjang, melebar, atau meluas tergantung ukuran array-nya.
Antena dengan beberapa layer atau multilayer, patch peradiasi dicetak pada beberapa board kemudian ditumpuk atau disusun ke atas sehingga ukuran panjang dan lebar tidak jauh berbeda dengan rancangan satu layer, tetapi antena menjadi lebih tebal.
Selain itu, pada array terdapat perancangan saluran pencatu yang lebih rumit, sedangkan pada antena multilayer cukup memberikan pencatu pada antena layer utama.
Keunggulan antena multilayer memberikan motivasi untuk meneliti pengembangan antena ini.
Karena pada literatur yang telah disebutkan sebelumnya, belum diteliti penggunaan antena multilayer ini untuk antena MIMO.
Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk merancang antena MIMO 2C2 dengan elemen antena patch tunggal yang ditambah dengan satu parasitic layer untuk meningkatkan bandwidth dan gain.
Karena terdapat satu layer antena utama dan satu parasitic layer, maka antena ini disebut antena double layer.
Patch pada setiap layer dan setiap elemen MIMO 2C2 berbentuk II.
METODOLOGI
Tahapan Perancangan Perancangan yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri atas beberapa tahapan yang ditunjukkan dalam Gambar 1.
Spesifikasi antena yang dirancang adalah pada frekuensi 2,35 GHz.
Nilai parameter antena yang baik, yaitu VSWR < 2 dan koefisien refleksi < -9,54 dB harus dipenuhi .
Mutual coupling merupakan parameter isolasi antar elemen antena MIMO yang besarnya ditentukan kurang dari -20 dB.
Gain tipikal yang biasanya diperoleh dari antena elemen tunggal adalah 3 dB lalu dibandingkan antara antena MIMO yang hanya terdiri dari satu layer atau single layer dengan antena MIMO yang telah ditambahkan layer parasitik yang selanjutnya disebut double layer.
Bahan substrat yang digunakan dalam rancangan antena adalah FR4 epoxy dengan konstanta dielektrik sebesar 4,3 dan ketebalan 1,6 mm.
Setelah menentukan spesifikasi, maka dimensi antena dihitung berdasarkan Persamaan .
sampai dengan Persamaan .
Untuk melakukan perhitungan diperlukan informasi nilai awal, yaitu frekuensi kerja antena pada 2,35 GHz.
bahan substrat yang digunakan, yaitu FR4 epoxy sebesar 1,6 dan permitivitas relatif substrat sebesar 4,3.
Hasil perhitungan dimensi antena dengan persamaan matematis digunakan dalam rancangan awal antena pada software simulasi antena.
Pada rancangan awal, dibuat antena elemen tunggal terlebih Software akan menjalankan proses penghitungan dan menampilkan secara grafis nilai parameter antena.
Jika hasil simulasi belum mencapai spesifikasi, maka dilakukan optimasi dengan memodifikasi dimensi antena sampai diperoleh hasil yang paling mendekati spesifikasi.
Hasil optimasi single patch terbaik dipilih untuk kemudian diduplikasi menjadi antena MIMO 2y2, yaitu dua antena mikrostrip dalam satu layer substrat dan masing-masing diberikan saluran pencatu.
Perancangan Antena MIMO Rectangular Patch Double Layer pada Frekuensi 2,35 GHz Simulasi dan optimasi kembali dilakukan sampai diperoleh hasil terbaik yang mendekati spesifikasi.
Rancangan antena MIMO yang dihasilkan ini adalah antena satu layer.
Maka kemudian dibuat simulasi untuk dua layer dengan dimensi dan bentuk yang sama persis.
Tahapan berikutnya adalah kembali menyimulasikan antena double layer dan optimasi sampai diperoleh hasil terbaik.
Optimasi pada setiap tahapan dilakukan dengan mengubah-ubah dimensi tertentu dari antena.
Dalam setiap perubahan dimensi dilakukan running software untuk melihat nilai parameter kinerja antena.
Hal ini dilakukan berkali-kali sampai diperoleh nilai terbaik.
Hasil rancangan terbaik difabrikasi menjadi bentuk fisik antena.
Pengukuran antena diperlukan untuk memastikan bahwa hasil fabrikasi sesuai dengan spesifikasi.
Penentuan panjang patch (L) memerlukan parameter OIL yang merupakan pertambahan panjang akibat adanya fringing Pertambahan panjang (OIL) tersebut dirumuskan dengan ycO OIya = 0,412 Oo Ea ycO .
uAycyceyceyce Oe0,.
( Ea 0,.
dengan h adalah tebal substra dan yuAycyceyceyce adalah permitivitas relatif efektif yang dirumuskan sebagai:
yuA 1 yuA Oe1 yuAycyceyceyce = yc2 yc2 ( Perhitungan Dimensi Antena Dimensi dasar dari patch rectangular adalah panjang dan Berikut ini adalah perhitungan untuk merancang antena mikrostrip berbentuk patch rectangular .
Menentukan lebar patch (W):
ycO= .
uAycyceyceyce 0,.
( Ea 0,.
Oo1 12 Panjang patch efektif dirumuskan dengan:
yayceyceyce = 2yce ycu OoyuAycyceyceyce maka panjang gain (L) diberikan oleh:
uA .
2yce0 Oo yc ya = yayceyceyce Oe 2OIya dengan c adalah kecepatan cahaya di ruang bebas, yaitu sebesar 3y108 m/s, f0 adalah frekuensi kerja antena, dan yuAyc adalah permitivitas relatif bahan substrat.
Untuk menentukan panjang dan lebar dimensi minimal ground plane dilakukan perhtitungan berikut:
yayci Ou .
y E.
yaycy ycOyci Ou .
y E.
ycOycy .
Apabila impedansi karakteristik yang diinginkan maupun permitivitas relatif telah diketahui, perhitungan lebar dimensi saluran mikrostripnya adalah sebagai berikut .
8yce ya ycyce ycOycy yce 2yaOe2 aA Oe 1 Oe ln.
yaA Oe .
yuAyc Oe1 yuAyc aA Oe .
0,39 Oe
0,61
ycOycy yuAyc dengan yuAycyceyceyce adalah permitivitas relatif substrat, wf adalah lebar saluran pencatu.
Wp adalah lebar patch, dan h adalah tebal Nilai A dan B sebagai berikut .
yuA 1
yuA Oe1
0,11
ya = 60ycu Oo yc2 yuAyc 1 .
,23 yuA ) 60yuU2 ycu OoyuAyc yaA= ycs sedangkan untuk menentukan panjang saluran mikrostrip adalah sebagai berikut:
yayce = 4yce ycu OoyuAycyceyceyce Gambar 1 Diagram alir tahapan perancangan antena mikrostrip MIMO 2C2 double layer Desain dan Simulasi Perancangan Antena MIMO Rectangular Patch Double Layer pada Frekuensi 2,35 GHz Sesuai dengan penjelasan tahapan perancangan sebelumnya, maka simulasi dan optimasi rancangan antena dilakukan dalam tiga tahapan, yaitu simulasi antena elemen tunggal, simulasi antena MIMO 2C2 single layer, dan simulasi antena MIMO 2C2 double layer.
Simulasi dan Optimasi Elemen Tunggal Elemen antena MIMO 2C2 dalam perancangan ini berbentuk patch rectangular atau persegi panjang.
Dengan memasukkan nilai-nilai frekuensi kerja, kecepatan gelombang di udara, dan permitivitas relatif yang sudah diketahui, dengan Persamaan .
diperoleh lebar patch.
Hasil perhitungan ini bersama dengan ketebalan bahan substrat digunakan untuk menghitung permitivitas relatif efektif pada Persamaan .
yang kemudian digunakan untuk menentukanpanjang patch pada persamaanpersamaan berikutnya.
Setelah dimensi antena ditentukan melalui perhitungan, dilakukan simulasi rancangan antena berdasarkan ukuran hasil perhitungan.
Karena nilai parameter kinerja antena yang dihasilkan pada simulasi berdasarkan ukuran antena dari perhitungan matematis belum memenuhi spesifikasi, maka dilakukan optimasi.
Hasil optimasi antena digambarkan pada Gambar 2.
Kinerja antena yang dicapai untuk hasil optimasi antena elemen tunggal, yaitu nilai koefisien refleksi -15,98 dB, nilai VSWR sebesar 1,37, nilai impedansi masukan sebesar 50,1 j16,03 , dan gain yang dicapai adalah 2,82 dB.
Simulasi Antena MIMO 2C2 Langkah selanjutnya adalah merancang MIMO 2y2 dari simulasi elemen tunggal.
Antena MIMO 2y2 terdiri dari dua rectangular patch yang berada dalam satu ground plane dan Tiap patch memiliki pencatu sendiri-sendiri sehingga harus ada isolasi untuk mencegah adanya korelasi antar patch.
Untuk membuat isolasi antar patch bisa dilakukan dengan memberi jarak antara patch satu dengan patch lain sehingga nilai mutual coupling O -20 dB.
Gambar 3 menunjukkan rancangan antena mikrostrip MIMO 2 y 2 beserta ukurannya yang sudah dioptimasi.
Gambar 4 memperlihatkan grafik parameter S yang menunjukkan nilai koefisien refleksi sebesar -22,05 dB dan mutual coupling ber- nilai -28,56 dB pada frekuensi kerja, yang berarti nilai koefisien refleksi dan mutual coupling sudah lebih baik dari -9,54 dB.
Dari Gambar 5 dapat diketahui VSWR yang diperoleh adalah 1,17.
Gambar 6 menunjukkan impedance bandwidth antena mencapai 69,8 MHz dengan batas frekuensi terendah bernilai 2,3153 GHz dan frekuensi tertinggi bernilai 2,3851 GHz.
Impedansi ditunjukkan pada Gambar 7 dengan nilai 50,69j7,83 A.
Pada Gambar 8 didapatkan gain mencapai 2,8 dB.
Simulasi Antena MIMO 2y2 double layer Setelah antena MIMO 2y2 disimulasikan dan hasilnya memenuhi spesifikasi tahap selanjutnya adalah menambahkan layer parasitik, untuk meningkatkan gain dan Bandwidth.
Pada tahap ini akan dirancang dua layer, layer pertama adalah base layer dan yang kedua adalah parasitic layer.
Rancangan antena MIMO 2y2 dengan parasitic layer dilihat dari atas dittunjukkan pada Gambar 9, sementara jika rancangan antena dilihat dari depan ditunjukkan pada Gambar Pada gambar tersebut terlihat jarak atau air gap antara base layer dan parasitik layer.
Simulasi yang dilakukan pada rancangan ini belum menghasilkan kinerja antena yang hendak ditingkatkan dari rancangan sebelumnya.
Dilakukan optimasi dengan mengubah- Gambar 3 Tampilan Rancangan antena MIMO 2y2 hasil optimasi satu layer pada software simulasi Gambar 4 Hasil Optimasi koefisien refleksi (S11.
dan mutual coupling (S12.
rancangan antena MIMO 2y2 single layer Gambar 2 Rancangan antena elemen tunggal rectangular patch pada software Gambar 5 Hasil Optimasi VSWR rancangan antena MIMO 2y2 single layer Perancangan Antena MIMO Rectangular Patch Double Layer pada Frekuensi 2,35 GHz ubah ukuran patch, panjang inset feed, dan jarak antara base layer dengan parasitic layer untuk mendapatkan bandwidth dan gain.
Hal ini ditunjukkan pada Gambar 11.
Optimasi yang dilakukan dengan mengubah ukuran patch dan inset fed menghasilkan ukuran Wp= 42,3 mm.
Lp =28,6 mm, dan Y0 =3,7 mm.
Dengan ukuran tersebut, didapatkan nilai koefisien refleksi terbaik, seperti ditunjukkan pada Gambar 12, sebesar -39,58 dB dan nilai mutual coupling sebesar -24,54 dB pada frekuensi kerja.
Bandwidth yang diperoleh sebesar 102,64 MHz dengan frekuensi terentang dari 2,3004 GHz sampai dengan 2,403 GHz ditunjukkan pada Gambar 13.
Impedansi ditunjukkan pada Gambar 14 dengan nilai 50,23Ae j0,63.
Pada Gambar 15.
VSWR yang didapat adalah 1,02 yang berarti sudah memenuhi spesifikasi O 2.
Gambar 16 memperlihatkan gain yang diperoleh bernilai 4,55 dB.
Hal ini menunjukkan bahwa nilai gain lebih tinggi daripada antena single layer.
Hasil tersebut merupakan hasil yang terbaik dalam perancangan antena MIMO 2y2 double Gambar 9 Tampilan sisi atas hasil optimasi rancangan antena MIMO 2y2 double layer Gambar 10 Tampilan dari sisi samping hasil optimasi rancangan antena MIMO 2y2 double layer Gambar 2 Gambar 6 Hasil optimasi bandwidth rancangan antena MIMO 2y2 single layer Gambar 11 Optimasi rancangan antena MIMO 2y2 double layer Gambar 7 Hasil optimasi impedansi rancangan antena MIMO 2y2 single Gambar 12 Hasil optimasi nilai koefisien refleksi (S.
dan mutual coupling rancangan antena MIMO 2y2 double layer Gambar 8 Hasil optimasi gain rancangan antena MIMO 2y2 single layer Gambar 13 Hasil optimasi nilai bandwidth rancangan antena MIMO 2y2 double layer Perancangan Antena MIMO Rectangular Patch Double Layer pada Frekuensi 2,35 GHz Dari simulasi dan optimasi rancangan antena MIMO 2y2 single layer dan double layer dapat ditunjukkan peningkatan kinerjanya pada Tabel I.
Berdasarkan Tabel I hasil simulasi rancangan antena dengan menambahkan parasitic layer, diperoleh peningkatan bandwidth sebesar 47% dan peningkatan gain sebesar 62,5%.
Kinerja antena juga terlihat meningkat dengan turunnya nilai VSWR dan koefisien refleksi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah simulasi pada software sesuai spesifikasi yang diinginkan, maka antena difabrikasi dan diperoleh hasil seperti ditunjukkan pada Gambar 17.
Gambar 17.
merupakan layer utama antena mikrostrip MIMO 2 y 2 sebelum dipasang parasitic layer.
Pengukuran antena single layer dilakukan pada antena ini.
Tampak pada layer utama ini, antena MIMO dengan setiap elemen antena MIMO mempunyai saluran pencatu pada port masing-masing.
Gambar 17.
menunjukkan layer parasitic yang telah dipasang di atas layer utama dengan dihubungkan menggunakan empat spacer di setiap sudut sehingga menjadi struktur antena double layer.
Pada layer parasitic ini tidak ada saluran pencatu.
Gambar 17.
menunjukkan ground plane antena yang berada di balik/di bagian bawah dari layer utama.
Untuk mengetahui kinerja antena yang telah difabrikasi, ma-
TABEL I
PERBANDINGAN ANTENA SINGLE LAYER DENGAN DOUBLE LAYER
PADA SIMULASI
Parameter Lebar patch (W.
Panjang patch (L.
Panjang inset feed (Y.
VSWR
Koefisien refleksi
Mutual coupling Impedansi
Bandwidth
Gain
Nilai Hasil Simulasi Antena
MIMO 2x2 Double MIMO 2x2
Layer
43 mm 42,3 mm 29,5 mm 28,6 mm 8,3 mm 3,7 mm 1,17 -22,05 dB
-28,56 dB
50,69 Ae j7,83 2,8 dB
1,02
-39,58 dB -24,54 dB 50,23 Ae j0,63 102,64 MHz 4,55 dB .
Gambar 3 Hasil optimasi nilai VSWR antena MIMO 2y2 double layer .
Gambar 15 Hasil optimasi impedansi antena MIMO 2y2 double layer .
Gambar 17 Hasil fabrikasi antena MIMO 2y2: .
layer utama antena MIMO dengan setiap patch diberikan saluran pencatu .
layer parasiti ditumpuk di atas layer utama menggunakan empat spacer pada tiap-tiap sudut, masingmasing patch tanpa pencatu, .
ground plane pada sisi paling bawah dari layer Gambar 16 Hasil optimasi gain antena MIMO 2y2 double layer Perancangan Antena MIMO Rectangular Patch Double Layer pada Frekuensi 2,35 GHz maka dilakukan pengukuran parameter kinerja antena.
Parameter antena tersebut adalah nilai VSWR, koefisien refleksi mutual coupling, impedansi masukan, dan gain.
Pada pengukuran antena dilakukan dua pengukuran berbeda, yaitu pengukuran antena single layer .
anya antena layer utam.
dan pengukuran antena double layer, dengan layer kedua diletakkan di atas layer utama.
Hasil pengukuran pada hasil fabrikasi antena single layer menunjukkan koefisien refleksi terbaik bernilai -37,84 dB, seperti terlihat pada Gambar 18.
Nilai mutual coupling mencapai -25,43 dB, seperti ditunjukkan pada Gambar 19.
Bandwidth yang diperoleh sebesar 86,25 MHz dengan frekuensi terendah pada 2,3075 GHz dan frekuensi tertinggi pada 2,39375 GHz.
Nilai VSWR terbaik adalah 1,112.
Gain yang didapat antena tanpa parasitik layer adalah 3,553 dB.
Untuk hasil pengujian antena dengan double layer didapatkan koefisien refleksi sebesar -31,57 dB dan mutual coupling bernilai -30,438 dB.
Bandwidth yang diperoleh meningkat menjadi 102,5 MHz dengan frekuensi bawah pada 2,30125 GHz dan frekuensi atas pada 2,40375 GHz.
Nilai VSWR yang didapat adalah 1,054.
Gain yang didapat antena dengan double layer meningkat menjadi 3,996 dB.
Gambar 18 Grafik hasil pengukuran koefisien refleksi antena single layer dengan batas koefisien refleksi pada bandwidth Tabel II meringkas hasil pengujian antena yang menunjukkan bahwa antena dengan double layer mempunyai gain dan bandwidth yang lebih besar daripada antena single Hal ini menunjukkan bahwa dengan penggunaan parasitic layer dapat memperbesar bandwidth dan gain.
Gain yang semula 3,553 dB menjadi 3,993 dB dan peningkatan bandwidth yang semula 86,25 MHz menjadi 102,5 MHz.
Nilai parameter kinerja lainnya yang mengalami perbaikan adalah VSWR dan mutual coupling.
Hasil yang diperoleh ini, jika dibandingkan dengan penelitian .
secara umum, memiliki perbaikan pada parameter bandwidth.
VSWR, dan koefisien refleksi.
Parameter gain pada simulasi lebih baik daripada .
dan sebaliknya, lebih rendah pada nilai gain pengukuran.
Jika dibandingkan dengan metode array pada .
, kinerja antena double layer lebih baik daripada array 1y2, tetapi lebih rendah dibandingkan array 1y4.
Meskipun hasil perancangan antena mikrostrip double layer mampu meningkatkan bandwidth, namun masih terdapat kelemahan yang masih dapat dikembangkan lebih lanjut.
Permasalahan yang perlu dipecahkan adalah perbaikan gain yang belum signifikan.
Selain itu, masih perlu dikembangkan jumlah layer maupun desain patch yang optimal untuk meningkatkan kinerja antena.
Gambar 20 Grafik hasil pengukuran koefisien refleksi antena double layer dengan batas koefisien refleksi pada bandwidth Gambar 19.
Grafik hasil pengukuran mutual coupling antena single layer Gambar 21.
Grafik hasil pengukuran mutual coupling antena double layer
Perancangan Antena MIMO Rectangular Patch Double Layer pada Frekuensi 2,35 GHz
TABEL II
HASIL PENGUJIAN ANTENA
Parameter Kinerja VSWR Koefisien Refleksi Mutual coupling 24 Impedansi Bandwidth Gain Nilai Hasil Pengujian Antena MIMO 2x2 MIMO 2x2 Multilayer Parasitic 1,112 1,054 -37,84 dB -31,57 dB -25,43 dB -30,438 dB 50,69 Ae j7,83 50,23 Ae j0,63 86,25 MHz 102,5 MHz 3,553 dB 3,996 dB IV.
SIMPULAN
Berdasarkan hasil simulasi dan pengujian antena yang telah difabrikasi, diperoleh hasil bahwa antena telah dapat beroperasi pada frekuensi 2,35 GHz.
Pada simulasi dan optimasi rancangan antena, terjadi peningkatan nilai bandwidth dari 69,8 MHz pada antena single layer menjadi 102,64 MHz pada antena double layer, atau terjadi peningkatan sebesar 47%.
Perbaikan gain yang diperoleh adalah dari 2,8 dB menjadi 4,55 dB sehingga perbaikan gain pada antena double layer mencapai 62,5%.
Pada pengukuran antena yang telah difabrikasi terjadi kenaikan gain yang semula 3,553 dB menjadi 3,993 dB dan peningkatan bandwidth yang semula 86,25 MHz menjadi 102,5 MHz.
Peningkatan gain yang diperoleh adalah 12,5% dan peningkatan bandwidth sebesar 18,84%.
DAFTAR REFERENSI
Balanis.
Antenna Theory: Analysis and Design, 4th ed.
New Jersey: John Willey and Son, 2016.
Ammai.
Nur, dan R.
Anwar.
AuPenurunan mutual coupling antena MIMO menggunakan periodic defected ground structure ushape,Ay Tektrika - J.
Penelit.
dan Pengemb.
Telekomun.
Kendali.
Komputer.
Elektr.
dan Elektron.
, vol.
5, no.
2, hlm.
42, 2021.
DOI:
https://doi.
org/10.
25124/tektrika.
Anisah.
Briantoro.
Zainudin, dan D.
Intan Permatasari.
AuImplementasi sistem komunikasi nirkabel OFDM berbasis software defined radio (SDR),Ay JNTETI, vol.
7, no.
2, hlm.
183Ae189, 2018.
DOI:
https://doi.
org/10.
22146/jnteti.
Yang.
Chu, dan C.
Mao.
AuMultiband MIMO antenna for GSM.
DCS, and LTE indoor applications,Ay Ie Antennas Wirel.
Propag.
Lett.
, vol.
15, hlm.
1573Ae1576, 2016.
DOI:
https://doi.
org/10.
1109/LAWP.
Wahyudi.
Nugraha, dan T.
Munthe.
AuAntena mikrostrip multiple input multiple output dengan patch rectangular pada long term evolution,Ay dalam 2nd Seminar Nasional Iptek Terapan (SENIT) 2017, 2017, hlm.
15Ae17.
Utami.
Gupita, dan F.
Setiaji.
AuPerancangan antena mikrostrip MIMO 2x2 patch persegi panjang pada frekuensi 2,3 GHz,Ay Inform.
dan Rekayasa Elektron (JIRE), vol.
4, no.
April, 2021.
DOI: https://doi.
org/10.
36595/jire.
Budi.
Nugraha, dan A.
Agung.
AuPerancangan dan analisis antena mikrostrip mimo circular pada frekuensi 2,35 GHz untuk aplikasi LTE,Ay J.
Infotel, vol.
9, no.
1, hlm.
Feb.
DOI:
https://doi.
org/10.
20895/infotel.
Sabtiawan.
Hidayat.
Saputera, dan N.
Somantri.
AuAntena multiple-input multiple-output (MIMO) array 1y4 axe patch microstip pada frekuensi 2,4 GHz,Ay J.
Tek.
Media Pengemb.
Ilmu dan Apl.
Tek.
, vol.
23, no.
1, hlm.
01Ae15, 2024.
DOI:
https://doi.
org/10.
55893/jt.
Utami.
Prabelia.
Setiaji, dan Y.
Wahyu.
AuPeningkatan gain dengan teknik multilayer parasitic pada perancangan antena mikrostrip persegi panjang 2,4 GHz,Ay Elkha J.
Tek.
Elektro, vol.
2, hlm.
72Ae78, 2019.
Stutzman dan G.
Thiele.
Antenna Theory and Design, 3rd ed.
New Jersey: John Wiley & Sons, 2012.
Faisal.
AuDual-layer microstrip antenna design for wireless communications,Ay Am.
Electr.
Electron.
Eng.
, vol.
6, no.
2, hlm.
66Ae 71, 2018.
DOI: 10.
12691/aje-6-2-3.
DOI:
https://doi.
org/10.
12691/aje-6-2-3 .
Sandi.
Diamah.
Iqbal, dan D.
Fajriah.
AuDouble layer parasitic radiator for S-band antennas to increase gain and bandwidth performances,Ay J.
Phys.
Conf.
Ser.
, vol.
1402, no.
4, 2019.
DOI:
https://doi.
org/10.
1088/1742-6596/1402/4/044030
Eva Yovita Dwi Utami lahir di Pemalang, menyelesaikan pendidikan sarjana di Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Telkom.
Bandung pada tahun 2002 dan pendidikan Magster Teknik Elektro Universitas Indonesia pada tahun 2012.
Saat ini penulis menjadi staf pengajar Program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana dengan bidang penelitian komunikasi nirkabel dan antena dan propagasi gelombang.
Muhamad Asra Gupita lahir di Kabupaten Semarang, menyelesaikan pendidikan sarjana di Program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana.
Salatiga.
Yuyu Wahyu lahir di Kota Bandung, memperoleh gelar sarjana, magister dan doktor dari Sekolah Teknik Elektro dan Informatika.
Institut Teknologi Bandung.
Bekerja di Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi.
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia yang saat ini telah menjadi Pusat Riset Telekomunikasi Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN).