Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz Untuk Aplikasi LTE (Long Term Evolution)

SKRIPSI
Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz Untuk Aplikasi
LTE (Long Term Evolution)
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Strata Satu (SI)
Disusun oleh :
Nama : Moh Sentot Samsul
NIM : 2010210008
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DARMA PERSADA
JAKARTA
2015

i
Lembar Pernyataan
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Moh Sentot Samsul
NIM : 2010210008
Judul Tugas Akhir : Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz
Untuk Aplikasi LTE (Long Term Evolution)
Menyatakan bahwa skripsi ini merupakan tulisan sendiri dari hasil
penelitian dibawah bimbingan Bapak. M Darsono, ST, MT dan bukan merupakan
hasil jiplakan dari hasil karya orang lain.
Dan isi Tugas Akhir ini sepenuhnya menjadi tanggung jawab saya.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Jakarta, September 2015
Penulis
Moh Sentot Samsul

ii
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
Dengan Judul :
Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz Untuk Aplikasi LTE
(Long Term Evolution)
Disusun oleh :
MOH SENTOT SAMSUL
2010210008
Telah diterima dan disahkan sebagai salah satu syarat menyelesaikan program
Strata Satu (S1) untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Jurusan
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Darma Persada
Disahkan Oleh :
Ketua Jurusan Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir
M. Darsono, ST, MT M. Darsono, ST, MT
NIDN. 0302116701 NIDN. 0302116701
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DARMA PERSADA
JAKARTA
2015

iii
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr.Wb.
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-
Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana
strata satu (S1) teknik elektro telekomunikasi Universitas Darma Persada.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada
semua pihak yang telah memberikan bantuan, bimbingan dan semua fasilitas serta
pengarahan-pengarahan yang diberikan kepada penulis selama melaksanakan penyusunan
tugas akhir ini, yaitu kepada yang terhormat :
1. Bapak M. Darsono, ST, MT selaku dosen pembimbing tugas akhir dan sebagai Ketua
Jurusan Teknik Elektro
2. Bapak Ir. Agus Sun Sugiarto, MT selaku dosen Teknik Elektro Universitas Darma
Persada.
3. Seluruh dosen dan staff fakultas teknik Universitas Darma Persada yang tidak bisa
penulis sebutkan satu persatu.
4. Orang tua penulis, ibunda tercinta yang selalu memberikan dorongan dan motivasi
dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
5. Semua pihak yang telah berjasa dalam memberikan saran dan dukungan yang tidak
dapat disebutkan satu persatu, khususnya teman-teman seangkatan Elektro 2010.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak terdapat
kekeurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk
pengembangan dan perbaikan, sehingga penulis dapat mempersembahkan hasil yang lebih
baik lagi kedepannya.
Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi pembacanya.
Wassalamualaikum Wr.Wb
Jakarta, September 2015
Penulis

iv
ABSTRAK
Antena mikrostrip merupakan antena yang saat ini popular karena
memiliki keunggulan sehingga kompatibel dan mudah diintegrasikan. Dengan
adanya teknologi LTE, kebutuhan tidak hanya terbatas pada komunikasi suara
saja, akan tetapi juga dilakukan untuk komunikasi wireless.
Pada tugas akhir ini telah dirancang sebuah antena mikrostrip planar
monopol melalui metode simulasi, pada frekuensi 2,3 Ghz untuk aplikasi LTE.
Perancangan antena menggunakan media substrat RT/Durroid 5880 dengan
konstanta dielektrik ( r ) 2.2, loss tangent ( tan ) 0.002, dan ketebalan substrat
(h) sebesar 1,57 mm.
Rancangan antena dibentuk dalam dimensi substrat 80x80 mm2
dengan
struktur satu lapis menggunakan bidang pentanahan sebagian, serta bentuk
konduktor peradiasi bujur sangkar dengan penambahan celah persegi disisi tengah
patch.
Pencatuan menggunakan saluran transmisi mikrostrip dengan impendansi
50 Ω. Penentuan lebar pencatu menggunakan software PCAAD, sementara
pembentukan dan perancangan antena disimulasikan dengan menggunakan
software AWR Microwave Office.
Melalui pendekatan simulasi, antena dengan jenis antena direksional dan
memiliki polarisasi linier telah disimulasikan dan mendapatkan nilai parameter-
parameter dalam pembuatan antena mikrostrip. Yaitu meliputi return loss, VSWR
dan impedansi masukan.
Hasil simulasi yang dilakukan, diperoleh untuk kerja antena pada return
loss dibawah -10 dB yaitu 26,69 dB dengan jangkuan frekuensi 2.099-2.599 Ghz
membentuk wideband, memiliki lebar bandwidth keseluruhan 500 Mhz yang
tersimulasikan pada VSWR minimum 1.097 pada resonansi 2.3 Ghz dengan
impedansi masukan Zin = 46.31 Ω.
Kata kunci : Mikrostrip, Bujur Sangkar, Direksional, Monopol, Celah Persegi,
LTE (Long Term Evolution).

v
Daftar isi
Lembar Pernyataan ................................................................................... i
Lembar Pengesahan .................................................................................. ii
Kata Pengantar .......................................................................................... iii
Abstrak ...................................................................................................... iv
Daftar Isi .................................................................................................... v
Daftar Gambar ........................................................................................... ix
Daftar Tabel ............................................................................................... xi
Daftar Simbol dan Singkatan .................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1. Latar Belakang ..................................................................... 1
1.2. Tujuan Penelitian ................................................................. 3
1.3. Rumusan Masalah ............................................................... 3
1.4. Batasan Masalah .................................................................. 3
1.5. Metodelogi Penelitian ......................................................... 3
1.6. Sistematika Penulisan .......................................................... 4
BAB II TEORI DASAR ANTENA MICROSTRIP ................................ 6
2.1. Antena Microstrip .................................................................. 6
2.2. Elemen Peradiasi Antena ........................................................ 8
2.2.1. Microstrip Patch Antena .......................................... 9
2.2.1.1. Patch persegi panjang ............................... 9
2.2.2. Microstrip Dipole Antena ........................................ 11
2.2.3. Printed Slot Antena .................................................. 11
2.2.4. Microstrip Travelling Antena ................................... 12
2.3. Teknik Pencatuan Saluran Transmisi Microstrip .................... 14

vi
2.3.1. Microstrip Feed Line ................................................ 14
2.3.2. Coaxial Feed ............................................................ 15
2.3.3. Aperture Coupled Feed ............................................ 16
2.3.4. Proximity Coupled Feed ........................................... 17
2.3.5. Coplanar Feed Line .................................................. 18
2.4. Metoda Analisa ....................................................................... 19
2.4.1. Transmission Line Model ........................................ 19
2.4.2. Cavity Model ........................................................... 20
2.5. Parameter Antena Microstrip ................................................. 21
2.5.1. Return Loss ............................................................. 22
2.5.2. VSWR ..................................................................... 22
2.5.3. Bandwidth ............................................................... 23
2.5.4. Input Impedance ...................................................... 24
2.5.5. Pola Radiasi ............................................................. 24
2.5.5.1. Pola Radiasi Antena Unidirectional ......... 25
2.5.5.2. Pola Radiasi Antena Omnidirectional ....... 26
2.5.6. Polarisasi .................................................................. 26
2.5.7. Gain .......................................................................... 28
2.5.8. Beamwidth ................................................................ 29
2.5.9. Directivity ................................................................. 30
2.5.10. Impedance Karakteristik Saluran Microstrip .......... 30
2.6. Modifikasi Antena Microstrip .................................................. 31
2.6.1. Antena Microstrip Broadband Multiband ................. 31
2.6.2. Antena Microstrip Ultrawideband ............................ 35
2.7. Perkembangan Teknologi LTE ................................................ 36

vii
2.7.1. OFDM ...................................................................... 41
2.7.2. MIMO ...................................................................... 42
2.7.3. Teknologi EPC ......................................................... 43
2.7.4. Perbandingan Karakteristik LTE dan UMTS/HSPA 45
2.7.5. Layanan-layanan LTE ............................................. 46
2.7.6. LTE Link Budget .................................................... 47
2.7.7. Perangkat Pengirim LTE ......................................... 49
2.7.8. Media Propagasi ...................................................... 50
2.7.9. Path Loss Model ...................................................... 50
2.7.10. Faktor Geografis .................................................... 51
2.8. Solusi NSN Untuk Jaringan LTE ............................................ 52
2.9. Produk NSN Untuk Perangkat BTS LTE ................................ 52
2.9.1. Sektor RF Module ..................................................... 53
2.9.2. Flexi Multimedia System Module ............................ 53
2.9.3. Flexi Multiradio BTS with MIMO ........................... 53
2.10. Skenario Migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE ........... 55
2.11. Dasar Acuan Perancangan Antena ......................................... 56
BAB III PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP ............................. 59
3.1. Dasar Perancangan Antena ...................................................... 59
3.2. Media Perancangan Antena ..................................................... 60
3.2.1. Software dan Hardware Perancangan Antena ........... 60
3.3. Perancangan Antena Microstrip .............................................. 62
3.4. Rancangan Dasar Antena ......................................................... 64
3.4.1. Menentukan Lebar Saluran Pencatu .......................... 64
3.4.2. Menentukan Dimensi Patch ....................................... 65

viii
3.4.3. Konfigurasi pada Software Simulasi AWR 2002 ..... 68
3.5. Konfigurasi Rancangan Antena ............................................... 74
3.5.1. Pemodelan Patch Pada Antena Persegi .................... 74
3.5.1.1 Perancangan Antena Persegi Tanpa Modifikasi ...... 75
3.5.1.2 Perancangan Antena Persegi dengan Slot ........... ... 76
3.5.1.3 Pembatasan pada Bidang Ground Plane ................. 79
BAB IV ANALISA PARAMETER ANTENA ......................................... 81
4.1. Konfigurasi Antena Hasil Rancangan ..................................... 81
4.2. Parameter Antena Hasil Rancangan ....... ............................... 84
4.2.1 Parameter Hasil Simulasi ........................................ 84
4.2.1.1 Bandwidth ................................................ 84
4.2.1.2 VSWR ....................................................... 86
4.2.1.3 Impedansi Masukan .................................. 86
4.2.1.4 Polarisasi ................................................... 88
4.2.1.5 Pola Radiasi .............................................. 89
4.3. Spesifikasi Antena Hasil Rancangan ..................................... 90
BAB V KESIMPULAN ............................................................................ 91
Daftar Pustaka ............................................................................................ 92

ix
Daftar Gambar
Gambar 2.1. Struktur Antena Microstrip .................................................. 7
Gambar 2.2. Jenis - jenis Antena Microstrip ............................................ 9
Gambar 2.3. Struktur dan patch antena mikrostrip ................................... 11
Gambar 2.4. Patch bujur sangkar ............................................................. 12
Gambar 2.5. Bentuk dasar antena slot ....................................................... 13
Gambar 2.6. Contoh bentuk Microstrip Traveling-Wave Antena ............. 14
Gambar 2.7. Skema pencatuan microstrip line ......................................... 16
Gambar 2.8. Skema pencatuan probe coaxial ........................................... 17
Gambar 2.9. Skema pencatuan aperture couple ........................................ 18
Gambar 2.10. Skema pencatuan proximity couple ................................... 19
Gambar 2.11. Skema Pencatuan Coplanar Feedline ................................ 20
Gambar 2.12. Saluran transmisi ................................................................ 20
Gambar 2.13. Distribusi muatan dan arus ................................................. 22
Gambar 2.14. Rentang frekuensi bandwidth ............................................. 24
Gambar 2.15. Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional ....................... 26
Gambar 2.16. Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional .................... 27
Gambar 2.17. Polarisasi ellips dengan sudut τ yang dibentuk Ex dan Ey ... 28
Gambar 2.18. Beamwidth antena ............................................................... 30
Gambar 2.19. Macam-macam bentuk celah untuk rancangan kompak ..... 33
Gambar 2.20. Evolusi Perubahan Teknologi Telekomunikasi .................... 36
Gambar 2.21. Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) 41
Gambar 2.22. Evolved packet core dalam arsitektur jaringan LTE ........... 44
Gambar 2.23. Ilustrasi Link Budget LTE .................................................... 48
Gambar 2.24. Wilayah Geografis LTE Jakarta ........................................ 51
Gambar 2.25. Solusi NSN Untuk Setiap Jalur Migrasi LTE ..................... 52
Gambar 2.26. 3-Sector RF module ............................................................ 53
Gambar 2.27. Flexi Multimode System Module ........................................ 53
Gambar 2.28. Flexi Multiradio BTS Dengan MIMO ................................ 54
Gambar 2.29. Skenario Migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE ......... 55

x
Gambar 2.30 Antena LTE 6 Slits ............................................................. 56
Gambar 2.31 Antena Mikrostrip Array Persegi Empat ............................ 57
Gambar 2.32 Antena Mikrostrip Patch Bowtie ........................................ 58
Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan Antena ...................................... 63
Gambar 3.2 Tampilan software PCAAD lebar saluran antena ................. 64
Gambar 3.3 Ukuran Lebar Saluran Pencatu Antena ................................ 65
Gambar 3.4 Ukuran Sisi Patch Persegi .................................................... 68
Gambar 3.5 Tahap awal simulasi pada Software Microwave Office 2002 69
Gambar 3.6 Konfigurasi Ukuran Dimensi Substrate Antena ................... 69
Gambar 3.7 Konfigurasi Layer Dielektrik Antena ................................... 70
Gambar 3.8 Konfigurasi Boundaries Setting pada Antena ....................... 70
Gambar 3.9 Penggunaan Port pada Saluran Pencatu ................................. 71
Gambar 3.10 Pilihan Opsi pada AWR MWO Program Simulasi Antena ... 72
Gambar 3.11 Pilihan perancangan parameter pada Microwave Office ...... 73
Gambar 3.12 Pengaturan Jangkauan Frekuensi pada Perancangan Antena 74
Gambar 3.13 Rancangan antena patch persegi tanpa modifikasi ............. 75
Gambar 3.14 Hasil return loss patch persegi tanpa modifikasi ................. 76
Gambar 3.15 Konfigurasi antena hasil rancangan tampak bawah ............ 77
Gambar 3.16 Konfigurasi awal pemberian celah persegi pada radiator .... 77
Gambar 3.17 Pengurangan dimensi pada slot persegi ............................... 78
Gambar 3.18 Hasil return loss terhadap perubahan pengurangan dimensi 79
Gambar 3.19 Konfigurasi Penambahan Ground Plane ............................. 80
Gambar 3.20 Hasil return loss terhadap penambahan ground plane ......... 80
Gambar 4.1. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak atas ................... 81
Gambar 4.2. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak bawah ............... 82
Gambar 4.3. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak samping ............ 83
Gambar 4.4. Parameter return loss terhadap frekuensi hasil simulasi ....... 84
Gambar 4.5. Parameter VSWR terhadap frekuensi hasil simulasi .............. 86
Gambar 4.6. Grafik Smith Chart impedansi input ...................................... 87
Gambar 4.7 Polarisasi pada power directivity antena dari hasil simulasi ... 88

xi
Gambar 4.8 Radiation pattern pada antena dari hasil simulasi .................. 90

xi
Daftar Tabel
Tabel 2.1. Evolusi Teknologi Telekomunikasi Selular
Tabel 2.2. Klasifikasi layanan mobile pada LTE
Tabel 2.3 Tabel Skenario Propagasi
Tabel 3.1 Spesifikasi media substrate antena mikrostrip
Tabel 4.1 Dimensi ukuran antena hasil perancangan tampak atas
Tabel 4.2 Dimensi ukuran antena hasil perancangan tampak bawah

xii
Daftar Simbol dan Singkatan
3GPP The 3rd Generation Partnership Project
αc Rugi konduktor
αd Rugi dielektrikal
β Beamwidth dari pola radiasi antena
εr Dielektrik konstan
εreff Dielektrik konstan aktif
|E| Resultan magnitude medan listik
λ0 Panjang gelombang di udara saat osilasi
λg Panjang gelombang guide pada saluran
ΓL Koefisien refleksi
η Impedansi intrinsik ruang bebas (377 Ω )
AR Axial Ratio
c Kecepatan cahaya (3xl 08 m / s)
CDMA Code Division Multiple Access
CSFB Circuit Switched Fallback
B Beamwidth
BTS Base Transceiver Station
BW Bandwidth
Eɵ Komponen medan listrik ɵ
Eϕ Komponen medan listrik ϕ
EDGE Enhance Data Rates for GSM Evolution
ƒ0 Frekuensi osilasi
ƒc Frekuensi tengah
ƒH Frekuensi atas untuk penentuan bandwidth
ƒL Frekuensi bawah untuk penentuan bandwidth
FBW Fractional Bandwidth
FCC Federal Communication Commision
FDTD Finite Different Time Domain
FEM Finite Element Methode

xiii
FNBW First Null Bandwidth
G Gain (Penguatan)
GHz Giga Hertz
GPRS General Packet Radio System
h Ketebalan Substrat
HPBW Half Power Beamwidth
I0 Intensitas Radiasi maksimum antena
I Intensitas Radiasi maksimum dari antena referensi
L Panjang patch
Leƒƒ Panjang sisi efektif
LHCP Left Handed Circular Polarization
LTE Long Term Evolution
MHz Mega Hertz
MIMO Multiple Input Multiple Output
MoM Methode of Moment
MTA Microstrip Traveling Wave Antena
MWO Microwave Office
NSN Nokia Siemens Network
PCAAD Personal Computer Aided Antenna Design
PCB Printed Circuit Board
Rin Komponen impedansi real
RFID Radio Frequency Identification
RHCP Right Handed Circular Polarization
RL Return Loss
RNC Radio Network Controller
SVLTE Simultaneous Voice and LTE
t Ketebalan patch
tan δ Dielektrik loss tangent
TDMA Time Division Multiple Access
TE Transverse Magnetic
OFDM Orthogonal Frequency Division Mutiplexing

xiv
UWB Ultrawideband
V0
-
Tegangan yang dipantulkan (Volt)
V0
+
Tegangan yang dikirimkan (Volt)
VSWR Voltage Standing Wave Ratio
VoLTE Voice over LTE
W Lebar patch
w Lebar saluran transmisi
W
/h width to height, rasio lebar patch terhadap ketebalan substrat
WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network
WPAN Wireless Personal Area Network
Xin Komponen impedansi imajiner
Z0 Impedansi saluran
Zin Impedansi masukan
Zt Impedansi beban atau load

1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Telekomunikasi data mobile saat ini sangat diminati oleh masyarakat
karena mereka dapat dengan mudah mengakses data dimana saja dan kapan saja.
Untuk mengimbangi kebutuhan akan akses data yang capat dan berkualitas bagus
maka diperlukan teknologi baru yang lebih handal agar efisiensi penggunaan
frekuensi dapat dipertahankan.
Salah satu elemen penting dari sistem wireless pada perangkat komunikasi
adalah antena. Yang berfungsi sebagai penguat daya pada perangkat penyesuaian
antara sistem pemancar dan penerima. Pada sistem pemancar, antena digunakan
untuk meradiasikan gelombang radio ke udara, dan sebaliknya untuk menangkap
radiasi gelombang radio dari udara antena diterapkan pada sistem penerima.
Teknologi generasi ke-4 (4G) yang menawarkan efisiensi dan akses data
berkecepatan tinggi adalah teknologi Long Term Evolution (LTE). Long Term
Evolution (LTE) merupakan salah satu teknologi jaringan telekomunikasi generasi
keempat (4G).
Pemerintah belum akan mengeluarkan kebijakan penggelaran teknologi
LTE apabila operator telekomunikasi atau operator seluler di Indonesia belum
siap untuk menerapkannya.
Bagi industri Teknologi Informasi dan Komunikasi (TIK) kesiapan
operator seluler memberikan pengaruh produk TIK yang akan dihasilkan. Industri
TIK akan berusaha membuat produk yang menunjang teknologi LTE apabila
operator seluler sudah siap menerapkan teknologi tersebut dan pemerintah sudah
mengeluarkan kebijakan penggelaran LTE.
Penggelaran LTE sangat diinginkan masyarakat karena teknologi LTE
memberikan kualitas pengiriman data yang handal dan cepat melebihi kualitas
yang ditawarkan teknologi 3G (WCDMA dan CDMA- 2000). Dengan demikian

2
semakin banyak peluang bagi masyarakat untuk mengakses data sehingga
kebutuhan informasi dapat terpenuhi.
Dari sisi teknologi, LTE hadir dengan teknologi terkini, baik dari sisi
transmisi, antena maupun jaringan inti berbasis IP. Untuk transmisi, LTE
menggunakan teknologi OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple
Access) untuk downlink.
Sedangkan untuk uplink, LTE menggunakan SC-FDMA (Single Carrier
Frequency Division Multiple Access), teknologi yang dipercaya lebih efisien
dalam hal penggunaan energi. Sementara untuk antena, LTE menggunakan
konsep MIMO (Multiple Input Multiple Output) yang memungkinkan antena
untuk melewatkan data berukuran besar setelah sebelumnya dipecah dan dikirim
secara terpisah.
Dengan LTE, memungkinkan para user maupun subscribers menikmati
beragam media (multimedia), seperti musik, internet, film, sampai game dalam
satu peralatan yang saling terhubung menjadi satu. Tapi, seperti halnya WiMAX,
LTE juga masih menunggu regulasi yang jelas. Terutama dalam hal penggunaan
frekuensi.
Meskipun, 3GPP menjanjikan bahwa LTE bisa dioperasikan dihampir
seluruh frekuensi yang distandarisasi 3GPP, mulai dari 2.5/2.6 GHz, 2.3 GHz, 2.1
GHz, 1900 MHz, 1800 MHz, 1700/2100 MHz, 1500 MHz, 900 MHz, 850 MHz,
700 MHz, hingga 450 MHz.
LTE dirancang untuk mendukung carrier bandwidth yang fleksibel dari
1.4 MHz up to 20 MHz, dibanyak band spectrum dan untuk penyebaran FDD
(frequency division duplexing) dan TDD (time division duplexing).

3
1.2. Tujuan
Tujuan dalam pembuatan penelitian tugas akhir ini adalah untuk membuat
perancangan sebuah antena mikrostrip, yang dapat bekerja pada frekuensi
wideband sebagai antena penerima dan mampu mendukung sistem komunikasi
4G LTE pada frekuensi 2,3 Ghz.
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah :
1. Merancang sebuah antena mikrostrip yang sesuai pada frekuensi untuk
aplikasi LTE.
2. Membuat rancangan antena mikrostrip berbentuk persegi.
3. Sifat material substrat PCB menggunakan Duroid
4. Penentuan rancangan antena dilakukan melalui metode simulasi.
5. Nilai-nilai parameter antena yang menjadi target sebuah rancangan.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam laporan tugas akhir ini adalah :
1. Tidak membahas arsitektur LTE secara menyeluruh, hanya fokus pada
perancangan AMP Persegi untuk frekuensi resonansi 2,3 Ghz pada LTE
dengan metode simulasi.
2. Model rancangan antena dibentuk dengan media substrat RT Duroid 5880,
memiliki spesifikasi ketebalan atau thickness (h) 1,57 mm, konstanta
dielektrik ( r ) 2,2, loss tangent ( tan ) 0,002, ukuran substrat 80x80 mm
dan saluran transmisi mikrostrip dengan impendansi 50 Ω
3. Karakteristik VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ≤ 2, return loss -10
dB, pada frekuensi 2,3 Ghz untuk aplikasi LTE.
1.5 Metodologi Penelitian
a. Study Literatur
Pencarian dan pengumpulan literatur serta kajian yang berkaitan dengan
masalah-masalah yang ada laporan tugas akhir ini, dilakukan untuk

4
mempelajari teori umum yang diperlukan melalui buku-buku referensi,
internet, artikel, jurnal dan web yang berkaitan dengan antena mikrostrip
dan teknologi LTE.
b. Perancangan Pemodelan Simulasi
Melakukan proses perancangan antena mikrostrip melalui alat bantu
software untuk menghasilkan pemodelan antena mikrostrip.
c. Perangkat Lunak Simulasi
Pengukuran antena mikrostrip dengan nilai parameter dengan
menggunakan software AWR Microwave 2002 dan PCCAD 5.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan tugas akhir ini secara sistematis dibagi dalam beberapa bab yang
dapat diuraikan sebagai berikut :
BAB I : Pendahuluan
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, batasan
masalah, tujuan, metodelogi penulisan dan sistematika
penulisan.
BAB II : Teori Dasar Antena Mikrostrip & Teknologi LTE
Bab ini berisi tentang uraian teori dasar antena mikrostrip
dan parameter-parameter umum dan infrastruktur teknologi
LTE.
BAB III : Perancangan Antena Mikrostrip Untuk Aplikasi LTE
2,3 Ghz
Bab ini membahas tentang perancangan antena mikrostrip
meliputi disain, pembuatan, dan pemodelan dengan
Simulator AWR Microwave Office 2002 untuk masing-
masing rancangan.
BAB IV : Hasil Analisis Pengukuran Model Antena Mikrostrip
Untuk Aplikasi LTE 2,3 Ghz
Bab ini akan membahas mengenai hasil analisis pemodelan

5
antena mikrostrip dan membandingkan dengan parameter-
parameter pabrikan.
BAB V : Kesimpulan
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil
pembahasan tugas akhir ini.

6
BAB II
TEORI DASAR ANTENA MIKROSTRIP
2.1. Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas
groundplane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik seperti yang terlihat pada
Gambar.2.1. Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki masa ringan,
mudah difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan
pada hampir semua jenis permukaan dan ukurannya kecil jika dibandingkan
dengan antena jenis lain.
Karena sifat yang dimilikinya, antena mikrostrip sangat sesuai dengan
kebutuhan saat ini sehingga dapat diintegrasikan dengan peralatan telekomunikasi
lain yang berukuran kecil, akan tetapi antena mikrostrip juga memiliki beberapa
kekurangan yaitu: bandwidth yang sempit, gain dan directivity yang kecil, serta
efisiensi yang rendah. [7]
Gambar 2.1. Struktur Antena Microstrip [1]
Antena mikrostrip terdiri dari tiga lapisan. Lapisan tersebut adalah
conducting patch, substrat dielektrik , dan groundplane. Masing-masing dari
bagian ini memiliki fungsi yang berbeda.

7
a. Conducting patch,
Patch ini berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke
udara, terletak paling atas dari keseluruhan sistem antena. Patch terbuat
dari bahan konduktor, misal tembaga. Bentuk patch bisa bermacam-
macam, lingkaran, rectangular, segitiga, ataupun bentuk circular ring.
Bentuk patch tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.2.
b. Substrat dielektrik.
Substrat dielektrik berfungsi sebagi media penyalur GEM dari catuan.
Karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besar parameter-parameter
antena. Pada antena mikrostrip, semakin tinggi besar permitivitas relatif,
ukuran conducting patch akan semakin kecil dan sebagai akibatnya
memperkecil daerah radiasi. Pengaruh ketebalan substrat dielektrik
terhadap parameter antena adalah pada bandwidth. Penambahan ketebalan
substrat akan memperbesar bandwidth. tetapi berpengaruh terhadap
timbulnya gelombang permukaan (surface wave).
c. Ground plane.
Ground plane antena mikrostrip bisa terbuat dari bahan konduktor, yang
berfungsi sebagai reflector dari gelombang elektromagnetik.
Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya
digunakan adalah berbentuk persegi empat dan lingkaran karena bisa lebih
mudah dianalisis. Adapun jenis-jenis antena mikrostrip terlihat pada
Gambar 2.2.

8
Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena wireless yang paling
populer digunakan saat ini. Ada beberapa alasan kenapa antena mikrostrip sangat
terkenal[3]:
1) Sangat mudah difabrikasi,
2) Selaras dengan permukaan nonplanar,
3) Sangat murah karena hanya dengan menggunakan papan cetak sirkuit,
4) Fleksibel sehingga menghasilkan berbagai macam pola dan polarisasi yang
berbeda,
5) Strukturnya sangat kuat.
Gambar 2.2. Jenis - jenis Antena Microstrip [1]
2.2 Elemen Peradiasi Antena
Peradiasi atau patch radiator merupakan komponen utama dari
suatu antena mikostrip, dimana pola propagasi gelombang
elektromagnetik akan dipancarkan pada ruang bebas atau udara. Ada
beberapa model patch antena yang dapat digunakan pada ruang bebas.
Secara keseluruhan dari beberapa bentuk elemen radiator antena
mikrostrip dapat dikategorikan menjadi empat bagian, yaitu mikrostrip

9
patch antena, mikrostrip dipole, printed slot antena, dan mikrostrip
traveling-wave antena [4].
2.2.1 Microstrip Patch Antena
Sebuah patch antena mikrostrip terdiri dari sebuah patch dengan
bentuk geometri planar pada satu sisi substrat dielektrik, serta
bagian pentanahan (grounding) pada sisi yang lain. Terdapat banyak
pola patch untuk antena mikrostrip, namun pada dasarnya bentuk
konfigurasi patch yang dapat digunakan di dalam merancang suatu antena
mikrostrip seperti bujur sangkar, persegi empat, ring dan el1ips.
2.2.1.1 Patch Persegi Panjang
Perancangan sebuah patch peradiasi dari sebuah antena mikrostrip dibuat
pada sisi permukaan lapisan atas dari dielektrik substrate. Salah satu bentuk
umum dari patch peradiasi adalah persegi panjang, disamping bentuk lingkaran
(circular) dan segi tiga (triangular).
Gambar 2.3 memperlihatkan struktur sebuah patch dari antena mikrostrip
pada lapisan permukaan dielektrik substrate dengan ketebalan (h), dimana patch
persegi panjang dengan dimensi ukuran panjang (L) dan lebar (W) dengan
ketebalan (t) konduktor patch. Pada sisi lapisan bawah konduktor dijadikan
sebagai bidang ground.
Bentuk struktur dari patch persegi panjang terhadap frekuensi resonansi
(fr) dipengaruhi oleh mode dominan propagasi gelombang tranverse magnetic
(TM) mn, dimana m dan n mode orde. Sehingga dimensi patch persegi panjang
diperoleh melalui persamaan:

10
Gambar 2.3. Struktur dan patch antena mikrostrip
2/122
2 




















W
n
L
mc
f
r
r

......................................... (1)
Dimana rf adalah frekuensi resonansi dalam Hertz, r adalah konstanta
dielektrik efektif dan c adalah kecepatan cahaya (3 x 108
m/s). Untuk mode
dominan TM10 , maka panjang sisi (L) patch persegi panjang diperoleh melalui
persamaan:
rrf
c
L
2
10  .................................................................... (2)
Untuk sisi panjang efektif patch bujur sangkar dengan pertimbangan
terhadap efek fringing pada sisi tepi peradiasi diperluas dengan menambahkan ΔL
seperti yang terlihat pada gambar 4. Besarnya ΔL dapat diperhitungkan dengan
persamaan:
 
  


























8,0258,0
264,03,0
412,0
h
w
h
w
hL
eff
eff


............................. (3)
Dimana
21
121
2
1
2
1






 



W
hrr
eff

 ..................................... (4)

11
Gambar 2.4. Efek fringing patch radiator
Sehingga panjang efektif untuk sisi patch bujur sangkar diperoleh melalui
persamaan:
LLLeff  2 .................................................................. (5)
Gambar 2.5. Patch bujur sangkar
2.2.2 Microstrip Dipole Antena
Microstrip dipole memiliki geometris yang berbeda dari patch antena
persegi panjang pada ukuran dimensinya. Lebar antena dipol biasanya kurang dari
0.05 λ0. Antena tipe ini sangat cocok untuk frekuensi yang lebih tinggi dengan
substrat elektrik yang tebal sehingga dapat mencapai bandwidth besar, penentuan
pemilihan mekanisme pencatuan juga bagian yang sangat penting sebagai bagian
analisis.
2.2.3 Printed Slot Antena
Antena ini merupakan bentuk modifikasi dari geometri dasar microstrip
patch antena, secara teoritis, sebagian besar bentuk microstrip patch dapat

12
direalisasikan dalam bentuk slot. Seperti halnya patch antena mikrostrip, antena
slot dapat diberikan pencatuan baik oleh saluran microstrip atau coplanar
waveguide. Beberapa bentuk dasar antena slot dapat dilihat seperti pada gambar
2.5 dibawah berikut ini.
Gambar 2.6. Bentuk dasar antena slot
2.2.4 Microstrip Travelling Wave Antenna
Sebuah antena microstrip travelling-wave (MTA) dapat terdiri dari bentuk
susunan patch konduktor atau garis microstrip yang cukup panjang untuk
mendukung mode tranverse electric TE. Ujung lain dari antena traveling-wave
diakhiri dalam beban resistif, teknik ini digunakan untuk menghindari gelombang
berdiri pada antena. MTA dapat dibentuk sedemikian rupa dengan bentuk susunan
patch di segala arah, contoh bentuk antena ini seperti terlihat dalam gambar 2.6.

13
Gambar 2.7. Contoh Bentuk Microstrip Traveling-Wave Antena

14
2.3 Teknik Pencatuan Saluran Transmisi Mikrostrip
Teknik pencatuan digunakan untuk menghasilkan radiasi baik dengan
kontak langsung maupun tidak langsung[7] adalah salah satu metode yang paling
mudah untuk dibuat karena hanya menghubungkan strip konduktor kepada patch
dan oleh karena itu dapat dianggap sebagai patch tambahan[12].
Hal ini mudah dimodelkan dan mudah di-matching dengan mengontrol
posisi inset. Bagaimana kerugian metode ini adalah dengan bertambahnya
ketebalan substrat, gelombang permukaan dan radiasi catuan spurious juga
bertambah yang mengakibatkan bandwidth nya juga menyempit.
Antena patch mikrostrip dapat diberikan saluran dengan berbagai metode.
Metode ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori yaitu kontak langsung
dan tidak kontak langsung. Dalam kategori kontak langsung, daya RF disalurkan
langsung ke patch menggunakan elemen penyambung seperti mikrostrip line.
Dalam skema saluran yang tidak kontak langsung yaitu pengkoplingan
medan elektromagnetik dilakukan untuk men-transfer daya antara mikrostrip line
dan patch yang diradiasi.
Empat teknik yang paling populer digunakan adalah mikrostrip line, probe
koaksial (untuk dua kategori metode saluran), kopling aperture dan kedekatan
pengkoplingan (untuk dua kategori yang tidak kontak langsung).
2.3.1 Microstrip Feed line
Pada jenis saluran ini, sebuah garis langsung terhubung ke tepi dari patch
mikrostrip seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Saluran strip tersebut lebih
kecil jika dibandingkan dengan ukuran patch dan dalam hal ini saluran dapat
dibuat satu sket dengan substrate yang sama dan teknik ini disebut struktur planar.

15
Gambar 2.8. Skema pencatuan microstrip line
Tujuan dari penyisipan cut-in dalam patch ini adalah untuk mencocokkan
impedansi dari saluran terhadap patch tanpa memerlukan penambahan elemen
matching lainnya. Hal ini dapat dicapai dengan benar dengan melakukan kontrol
yang tepat pada posisi penyisipan.
Maka hal ini merupakan skema pembuatan saluran yang mudah, karena
memberikan kemudahan fabrikasi dan kesederhanaan dalam pemodelan serta
pencocokkan impedansi. Namun dengan ketebalan dielektrik substrat yang
digunakan, gelombang permukaan dan penyebaran radiasi saluran juga
meningkat, yang dapat menghambat bandwidth dari antena. Radiasi saluran juga
menghasilkan radiasi terpolarisasi yang tidak diinginkan.
2.3.2 Coaxial Feed
Feed Coaxial atau saluran probe adalah teknik yang sangat umum
digunakan untuk saluran mikrostrip patch antena. Seperti yang terlihat dari
Gambar 8, bagian dalam konduktor dari suatu konektor koaksial melewati bagian
dielektrik substrat dan di solder ke patch radiasi, sedangkan bagian luar
konduktor terhubung ke groundplane.

16
Gambar 2.9. Skema pencatuan probe coaxial
Keuntungan utama dari jenis saluran ini adalah saluran dapat ditempatkan
pada lokasi sesuai kebutuhan di dalam patch agar sesuai dengan impedansi input.
Saluran ini adalah metode yang mudah untuk dibuat dan memiliki sebaran radiasi
yang rendah.
Namun faktor utama kelemahannya adalah bahwa saluran ini bekerja pada
bandwidth yang sempit dan cukup sulit dalam fabrikasi karena lubang harus dibor
pada substrat dan konektor yang menonjol pada bagian luar ground, sehingga
tidak membuat sepenuhnya planar untuk ketebalan substrat (h> 0.02λ0).
Juga untuk substrat yang lebih tebal, peningkatan panjang probe akan
membuat impedansi masukan yang lebih induktif, menjadi masalah utama dalam
matching impedansi.
Hal ini terlihat di atas bahwa untuk substrat dielektrik tebal, yang
menyediakan broadband bandwidth, saluran mikrostrip dan saluran koaksial
mempunyai berbagai kelemahan. Maka untuk menjawab permasalahan tersebut di
atas, solusi selanjutnya akan dibahas pada teknik pencatuan tidak langsung.

17
2.3.3 Aperture Coupled Feed
Dalam jenis teknik saluran ini, radiasi patch dan saluran mikrostrip
dipisahkan oleh groundplane eperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.
Penghubung antara patch dan saluran dilakukan melalui slot atau aperture pada
ground.
Gambar 2.10. Skema pencatuan aperture couple
Celah kopling biasanya berpusat di bawah patch, yang mengarah lebih
rendah dengan konfigurasi simetris pola menyilang. Jumlah kopling dari saluran
untuk patch ditentukan oleh bentuk, ukuran dan lokasi celah. Karena ground
plane memisahkan patch dan saluran, maka radiasi yang tersebar dapat
diminimalkan.
Secara umum, bahan dielektrik yang tinggi digunakan untuk substrat dasar
dan lebih tebal, untuk material yang memiliki konstanta dielektrik yang rendah
digunakan untuk substrat atas agar mengoptimalkan radiasi dari patch.
Kerugian utama dari teknik saluran ini adalah sulit untuk di fabrikasi
karena terdiri dari multiple layer, yang juga dapat meningkatkan ketebalan antena.
Skema saluran ini juga menyediakan bandwidth yang sempit.
2.3.4 Proximity Coupled Feed
Jenis teknik saluran ini juga disebut sebagai skema kopling
elektromagnetik. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.4, digunakan dua substrat

18
dielektrik dan garis saluran diantara kedua substrat tersebut dan radiasi patch
berapa pada bagian atas pada substrat teratas.
Keuntungan utama dari teknik ini adalah bahwa saluran dapat
menghilangkan sebaran radiasi serta dapat menyediakan bandwidth yang sangat
tinggi, dikarenakan oleh kenaikan keseluruhan ketebalan mikrostrip antena patch.
Skema ini juga menyediakan pilihan antara dua bahan media dielektrik yang
berbeda, satu untuk patch dan satu untuk saluran untuk mengoptimalkan performa
individu.
Gambar 2.11. Skema pencatuan proximity couple
Matching dapat dicapai dengan mengontrol panjang garis saluran dan
lebar ke garis rasio patch. Kerugian utama dari skema saluran ini adalah sulit
untuk fabrikasi, karena penggabungan dua layer substrate yang berbeda dielektrik
perlu penggabungan yang akurat. Juga ada peningkatan ketebalan dari
keseluruhan antena.
2.3.5 Coplanar Feedline
Patch mikrostrip secara elektromagnetis dapat digabungkan
dengan saluran kopling, teknik ini cenderung dapat memancarkan

19
gelombang radio lebih banyak karena dicetak pada sisi yang sarna
dengan konduktor, teknik saluran kopling ini digunakan untuk
mendapatkan efisiensi radiasi yang tinggi.
Gambar 2.12. Skema Pencatuan Coplanar Feedline
2.4 Metode Analisa [3][7]
2.4.1 Transmission Line Model
Saluran transimisi merupakan suatu media rambatan bagi gelombang yang
dikirimkan dari sumber ke beban. Bagian dari sistem antena adalah saluran
transmisi yang dihubungkan dengan patch antena.
Ada empat model yang dapat digunakan sebagai saluran pencatu patch
antena, yaitu : rangkaian saluran microstrip planar, probe coaxial, aperture
coupling dan proximity coupling[7].
Karakteristik dan dimensi saluran transmisi mikrostrip ditentukan oleh
nilai konstanta dielektrik relative substrate dan loss tangent.
Gambar 2.13. Saluran transmisi

20
2.4.2 Cavity Model
Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki pita resonansi yang
sempit, keadaan ini disebut juga lossy cavities. Antena mikrostrip menyerupai
lubang-lubang yang dipenuhi oleh bahan dielektrik yang menghasilkan resonansi
pada orde yang tinggi.
Nilai medan yang ternormalisasi di dalam substrate dielektrik yang dapat
dicari dengan lebih akurat dengan mencermati daerah tersebut sebagai lubang
(cavity) yang diselubungi oleh konduktor pada bagian atas dan bawah, serta pada
dinding magnet. Model ini merupakan model pendekatan yang berprinsip pada
impedansi masukan reaktif dan tidak meradiasikan daya.
Ketika antena mikrostrip diberikan energi distribusi muatan dibentuk pada
bagian atas dan bagian bawah permukaan dari pada patch tersebut, dan juga pada
bagian pentanahan (ground). Distribusi muatan dikendalikan oleh dua mekanisme,
yaitu mekanisme atraktif dan mekanisme repulsive.
Mekanisme atraktif terjadi diantara muatan-muatan yang berlawanan pada
bagian bawah patch dan bagian ground yang cenderung untuk mempertahankan
konsentrasi muatan pada bagian bawah patch.
Mekanisme repulsive terjadi diantara muatan-muatan pada bagian bawah
permukaan patch yang memiliki kecenderungan untuk mendorong berupa muatan
pada bagian bawah patch ke bagian atasnya melalui ujung-ujung patch tersebut.
Karena kebanyakan antena mikrostrip memiliki nilai ratio height to width
yang kecil, mekanisme atraktif menjadi dominan dan kebanyakan konsentrasi
muatan berada pada bagian bawah patch. Arus dalam jumlah yang kecil mengalir
melalui ujung patch ke bagian atas permukaan patch.
Aliran arus semakin kecil seiring dengan semakin mengecilnya nilai ratio
height to width. Kedua jenis mekanisme diperlihatkan pada gambar 3 beserta
kerapatan arus (J) dapat diasumsikan bahwa besaran arus yang mengalir ke atas
permukaan patch adalah nol, sehingga tidak menyebabkan adanya medan magnet
tangensial ke ujung patch.

21
Hal ini menyebabkan keempat dinding samping menyerupai permukaan
medan konduksi yang sempurna sehingga tidak mengganggu medan magnetik
menyebabkan distribusi medan elektrik tetap di bawah permukaan patch.
Gambar 2.14. Distribusi muatan dan arus yang berbentuk pada patch mikrostrip
Cavity model merupakan dasar perhitungan yang banyak digunakan untuk
analisis suatu patch antena mikrostrip. Sedangkan bentuk atau metode persamaan
integralnya dinyatakan sebagai Method of Moment (MoM) yang dikenal secara
umum, dimana dalam penerapannya dilakukan dengan pendekatan komputasi
maupun atau dengan cara pendekatan fisik.
Antena mikrostrip mempunyai nilai radiasi yang paling kuat terutama pada
daerah samping di antara tepi patch. Untuk performa antena yang baik, biasanya
substrat dibuat tebal dengan konstanta dielektrik yang rendah.
Hal ini akan menghasilkan efisiensi dan radiasi yang lebih baik serta
bandwidth yang lebih lebar, namun akan menambah ukuran dari antena itu
sendiri.
2.5 Parameter Antena Mikrostrip[2]
Untuk dapat melihat kerja dari antena mikrostrip, maka perlu diamati
parameter – parameter pada mikrostrip. Beberapa parameter umum dijelaskan
sebagai berikut.

22
2.5.1 Return Loss (RL)
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 .
Untuk koefesien refleksi dapat juga dinyatakan dengan persamaan:
L =
 
 TerimaxV
PantulxV
=


V
V
................................................. (6)
Parameter Return Loss dapat juga dikatakan sebagai rugi-rugi pada
transmisi, dikarenakan tidak seimbangnya impedansi karakteristik dengan
impedansi beban. Untuk Return Loss diperoleh dengan persamaan:
)(LossReturn dB = Llog20 .......................................... (7)
2.5.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
Bila impedansi saluran transmisi tidak sesuai dengan transceiver maka
akan timbul daya refleksi ( reflected power) pada saluran yang berinterferensi
dengan daya maju ( forward power). Interferensi ini menghasilkan gelombang
berdiri ( standing wave) yang besarnya bergantung pada daya refleksi.
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (
standing wave) maksimum dengan minimum . Pada saluran transmisi ada dua
komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan dan tegangan
yang direfleksikan . Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan
tegangan yang dikirimkan tersebut sebagai koefisien refleksi tegangan ( Γ) [2]:
VSWR=
min
max
V
V
=
 
 L
L


1
1
.................................................... (8)

23
2.5.3 Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dimana
kerja yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi
masukan, pola radiasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss,
axial ratio) memenuhi spesifikasi standard.
Dengan melihat Gambar 2.7 bandwidth dapat dicari dengan menggunakan
rumus berikut ini[12]:
Gambar 2.15. Rentang frekuensi yang menjadi bandwidth [12]
= 100% (9)
Dimana: f2 = frekuensi tertinggi
f1 = frekuensi terendah
fc = frekuensi tengah
Ada beberapa jenis bandwidth diantaranya:
a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi dimana patch antena berada
pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena
impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai
frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR.

24
Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari
-9.54 dB dan 2, secara berurutan.
b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi dimana beamwidth, sidelobe
atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu.
Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai
bandwidth dapat dicari.
c. Polarization atau axial ratio adalah rentang frekuensi dimana polarisasi
(linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi
melingkar adalah kurang dari 3 dB.
2.5.4 Input Impedance
Sebuah impedansi yang masuk ke terminal antena yang dikondisikan dalam
keadaan seimbang dengan impedansi karakteristik dari saluran transmisi.
Input impedansi dinyatakan dalam persamaan:
in =


1
1
Zo ..................................................................... (10)
Dimana in = Input impedansi terminal (Ohm)
o = Impedansi karakteristik dari antena (Ohm)
 = Refleksi
2.5.5 Pola Radiasi
Pola radiasi adalah representasi grafis sifat-sifat pemancaran antena
sebagai fungsi dari koordinat ruang. Dengan menggunakan model slot peradiasi
diatas, maka berlaku persamaan medan elektrik[2]: untuk
= ̅ untuk | ̅| ≤ (11)

25
Ada dua jenis pola radiasi, yaitu:
a) Mutlak
Pola radiasi mutlak ditampilkan dalam satuan-satuan mutlak kekuatan atau
daya medan.
b) Relatif
Pola radiasi relatif merujuk pada satuan – satuan relatif kekuatan atau daya
medan. Kebanyakan ukuran pola radiasi relatif kepada antena isotropic
dan metode transfer gain dipergunakan untuk menentukan gain mutlak
antena.
Pola radiasi didaerah dekat antena tidaklah sama seperti pola radiasi pada
jarak jauh. Istilah medan dekat merujuk pada pola medan yang berada dekat
antena, sedangkan istilah medan jauh merujuk pada pola medan yang berada di
jarak jauh.
Medan jauh juga disebut sebagai medan radiasi, dan merupakan hal yang
diinginkan. Biasanya, daya yang dipancarkan adalah yang kita inginkan, dan oleh
karena itu pola antena biasanya diukur di daerah medan jauh.
Untuk pengukuran pola sangatlah penting untuk memiliki jarak yang
cukup besar untuk berada di medan jauh diluar medan dekat. jarak dekat
minimum yang diperbolehkan bergantung pada dimensi antena berkaitan dengan
panjang gelombang.
2.5.5.1 Pola Radiasi Antena Unidirectional
Antena unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat
menjangkau jarak yang relative. Gambar 2.8. merupakan gambaran secara umum
bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena unidirectional.

26
Gambar 2.16. Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional
2.5.5.2. Pola Radiasi Antena Omnidirectional
Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi yang digambarkan seperti
bentuk kue donat dengan pusat berimpit. Antena omnidirectional pada umumnya
mempunyai pola radiasi 3600
jika dilihat pada bidang medan magnetnya. Gambar
2.16. merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh
antena omnidirectional.
Gambar 2.17. Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional
2.5.6 Polarisasi
Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh
antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah
gain maksimum. Pada prakteknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi
dengan arah dari tengah antena.

27
Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefenisikan sebagai suatu
keadaan gelombang elektromagnetik yang menggambarkan arah dan magnetudo
vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga
dapat didefenisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh
antena pada suatu arah tertentu.
Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut
waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik
tersebut barada pada jalur lingkar sebagai fungsi waktu kondisi yang harus
dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah :
a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus.
b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitude yang sama.
c. Kedua komponen tersebut harus mempunyai perbedaan fasa waktu
pada kelipatan ganjil 900
.
Polarisasi melingkar terbagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular
Polarization (LHCP), Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi
ketika δ = + π/2, sebaliknya RHCP terjadi ketika δ = - π/2.
Gambar 2.18. Polarisasi ellip dengan sudut τ yang dibentuk Ex dan Ey
dengan amplitude E1 dan E2.

28
Pada gambar diatas bentuk polarisasi elips dengan bagian sumbu pendek
OB dan bagian panjang OA membentuk sudut lancip τ, maka axial ratio dapat
diperoleh dengan persamaan:
AR =
OB
OA
=
Ey
Ex
  AR1 ........................................ (9)
2.5.7 Gain
Gain adalah perbandingan antara rapat daya persatuan unit antena terhadap
rapat daya antena referensi dalam arah dan daya masukan yang sama. Gain suatu
antena berlainan dengan gain kutub empat, gain diperhatikan daya masukan ke
terminal antena. Gain didapat dengan menggunakan persamaan[2]:
G = ƞ x D (13)
Ada dua jenis parameter penguatan (Gain) yaitu absolute gain dan relative
gain. Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara
intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya
yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik.
Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara
tropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi 4π. Absolute gain
ini dapat dihitung dengan rumus[2]:
= 4
( ,∅)
(14)
Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain didefinisikan
sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan
daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga.
Daya masukan harus sama diantara kedua antena itu. Akan tetapi, antena
referensi merupakan sumber isotropik yang lossless ( Pin(lossless)). Secara rumus
dapat dihubungkan sebagai berikut[2]:

29
= 4
( ,∅)
( )
(15)
2.5.8 Beamwidth
Beamwidth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi
radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe
utama. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut:
df
B


1,21
......................................................................... (16)
Dimana B = 3 dB beamwidth (degree)
f = frekuensi (Hz)
d = diameter antena (degree)
Apabila beamwidth mengacu kepada perolehan pola radiasi, maka
beamwidth dapat dirumuskan sebagai:
12   ........................................................................ (17)
Gambar 2.10. menunjukkan tiga derah pancaran yaitu lobe utama (main
lobe, nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor 2) dan lobe sisi belakang
(back lobe, nomor 3).
Half Power Beamwidth (HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi oleh
titik-titik ½ daya atau -3 dB atau 0,707 dari medan maksimum pada lobe utama.
First null beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada
main lobe yang intensitas radiasinya nol.
Gambar 2.19. Beamwidth antena

30
2.5.9 Directivity
Pengarahan ( directivity) adalah sebagai perbandingan antara rapat daya
maksimum pada berkas utama terhadap rapat daya rata – rata yang diradiasikan[2]
= (18)
Intensitas radiasi rata – rata sama dengan jumlah daya yangdiradiasikan
oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi
maksimum merupakan arah yang dimaksud. Directivity ini dapat dirumuskan
sebagai berikut[2]:
= = (19)
Dimana:
D = Keterarahan ( Directivity)
D0 = Keterarahan maksimum
U = Intensitas radiasi
Umax = Intensitas radiasi maksimum
U0 = Intensitas radiasi pada sumber isotropik
Prad = Daya total radiasi
2.5.10 Impedansi Karakteristik Saluran Mikrostrip
Pada prinsipnya antena mikrostrip mempunyai kesamaan dengan saluran
mikrostrip. Dengan memperhatikan adanya kesamaan sifat yang dimiliki sebagai
komponen pasif, maka dalam menentukan impedansi karakteristik antena dapat
dilakukan dengan menggunakan analisis saluran transmisi dalam bentuk
mikrostrip.
Tujuan penentuan impedansi karakteristik antena adalah untuk
menentukan lebar saluran atau elemen radiasinya. Secara matematik besarnya

31
nilai impedansi karakteristik unutk saluran antena mikrostrip dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan berikut[3]:
0 =
√
(Ω) (20)
Dimana: Z0 = impedansi karakteristik (Ω)
εr = permitivitas dielektrik relatif substrat (F/m)
W = lebar elemen radiasi (mm)
h = tinggi bahan substrat (mm)
Impedansi karakteristik merupakan salah satu parameter yang penting
dalam merancang antena mikrostrip, karena apabila impedansi saluran yang tidak
matching dengan impedansi masukan antena akan menyebabkan beberapa
masalah, antara lain timbulnya sinyal pantul, distorsi dan interferensi antar alur
rangkaian.
2.6 Modifikasi Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip telah lama dan banyak dikembangkan untuk
berbagai aplikasi komunikasi wireless, mengikuti tren perangkat
telekomunikasi dengan bentuk sederhana dan minimalis, menuntut
rancangan antena yang kompak dan kompatibel untuk dapat diintegrasikan
pada perangkat telekomunikasi masa kini.
Mengacu pada pola dasar antena mikrostrip, banyak
dieksperimentasikan berbagai modifikasi untuk merancang antena
mikrostrip dengan menjaga geometris yang kecil, namun memungkinkan
untuk penggunaan multi aplikasi.
Pada sub bab ini dijelaskan bermacam teknik yang telah dilakukan
dalam merealisasikan antena mikrostrip, dengan kriteria penggunaan
untuk kebutuhan komunikasi multiband, broadband dan ultrawideband.
Secara umum terdapat beberapa konfigurasi modifikasi antena

32
mikrostrip diantaranya, Microstrip Array, Microstrip Slotted, Planar
Monopole, serta konfigurasi lain dengan bermacam modifikasi, baik
pada patch ataupun pada groundplane.
Penggunaan celah antena pun beragam seperti celah L, celah U,
celah Y, celah lingkaran dan persegi, celah loop melingkar dan kotak,
potongan, dan lain sebagainya. Pada sub bab selanjutnya akan
dibahas teknik-teknik modifikasi antena mikrostrip yang berkaitan dengan
konfigurasi tersebut di atas untuk mendukung teori dan teknik yang
digunakan dalam penelitian ini.
2.6.1 Antena Microstrip Broadband Multiband[6]
Dalam sebuah buku referensi yang disusun oleh K.L Wong [6] telah
diteliti bermacam konfigurasi antena mikrostrip dengan struktur
kompak.
Untuk memperkecil ukuran antena dengan perolehan impedansi
bandwidth yang lebar dapat dilakukan dengan menambahkan celah pada
patch atau disebut dengan istilah slot loading technique, celah pada
groundplane dapat ditambahkan juga untuk memperlebar bandwidth dan
perolehan gain.
Untuk operasi multi band dapat dilakukan dengan menambah celah
atau cuakan tipis pada tepi antena, dalam risetnya bentuk celah V
didemonstrasikan untuk membentuk dual frekuensi pada patch berbentuk
segitiga. Secara umum beberapa pola lain yang diperkenalkan juga oleh
Wong dapat ditunjukan seperti pada gambar 2.21

33
Gambar 2.20. Macam-macam bentuk celah untuk rancangan kompak
Wakabayashi T et al pada tahun 2007 [18], melaporkan hasil
rancangan antena menggunakan celah e pada patch persegi panjang
dan menggunakan saluran transmisi mikrostrip yang dikopel dilapisan
bawah, hasil rancangan tersebut diperoleh kinerja antena dual band pada
2.4-2.52 GHz dan 4.82-6.32 GHz, perolehan impedansi bandwidth tersebut
dilakukan dengan pengaturan lebar celah dan pengaturan posisi celah
terhadap saluran.
PN Misra pada tahun 2011 [19] memperoleh hasil rancangan
antena planar dual band untuk resonansi l.8 GHz dan 2.4 GHz, antena
yang dirancang diperoleh dengan beberapa metoda, menggunakan celah U,
celah V, dan cuak tipis pada patch persegi panjang, substrat yang
digunakan berjenis RT Duroid 5880 dengan dimensi W x L sebesar
65.88 x 55.45 mm.

34
Dalam risetnya tersebut disebutkan pula untuk membentuk dual band
memungkinkan diperoleh dengan melakukan pengaturan posisi saluran.
Struktur antena Couplanar Feedline dengan menghilangkan groundplane
dilaporkan Wen-Chung Liu dan Ping-Chi Kao [20], radiator antena
monopol dibentuk dengan dua saluran berlipat melalui saluran transmisi CPW,
impedansi bandwidth yang diperoleh mencapai 450 MHz pada resonansi
5.8 GHz.
Antena tersebut dirancang untuk aplikasi RFID, bahkan disebutkan
pula dengan perolehan bandwidth yang lebar tersebut memungkinkan
antena dapat diaplikasikan pula untuk WLAN.
Pada 2010 D. Parkash, dan R. Khanna [23] merancang antena
CPW dengan patch persegi panjang yang ditambah dengan beberapa
celah panjang saling menyambung, antena dicetak pada media substrat FR4
dan dengan teknik tersebut diperoleh impedansi bandwidth yang lebar
dengan range dari 3.424 GHz sampai 6.274 GHz yang dapat
diaplikasikan untuk WLAN dan WiMax.
Wang E, et al [21] melaporkan rancangan antena kompak persegi
untuk dual frekuensi yang beresonansi pada 2.4 GHz dan 5 GHz,
perolehan dual band tersebut didapat dengan menambahkan dua celah L
berhadapan simetris pada tengah patch.
Byrareddy C.R et al [22] merancang antena kompak mikrostrip
planar dengan patch persegi panjang menggunakan saluran transmisi
mikrostrip. Antena membentuk dual frekuensi resonansi 2.4 GHz dan 2.8
GHz untuk aplikasi WLAN dan WiMax, dual operasi tersebut diperoleh
dengan menggunakan 3 bentuk patch persegi panjang, dengan salah satu
patch dicatu dan 2 patch dipisahkan dengan celah tipis yang memanjang.
M. Maidurrahaman S, et al pada tahun 2012 [24]
mendemonstrasikan antena kompak multi band, teknik yang digunakan
adalah dengan menambahkan dua celah T dari luar sisi kiri dan
kanan patch persegi panjang.
Dengan penambahan dua celah tersebut dapat mengurangi ukuran

35
antena sampai sekitar 60%, antena tersbut beresonansi pada 3.35 GHz,
5.29 GHz dan 7.65 GHz yang diaplikasikan untuk WiMax, WLAN, dan
aplikasi Microwave C Band.
2.6.2 Antena Mikrostrip Ultrawideband
Ultrawideband (UWB) merupakan istilah yang tren dalam
komunikasi wireless semenjak disepakatinya alokasi penggunaan frekuensi
bebas lisensi oleh sebuah lembaga di USA bernama Federal
Communication Commision (FCC) pada 14 Februari 2002 [16].
FCC memberikan konsep komunikasi nirkabel jarak pendek, dengan
kecepatan yang tinggi menggunakan alokasi wide bandwidth mencapai
7.5 GHz, dengan jangkauan mulai dari 3.1 - 10.6 GHz. Teknologi UWB
tersebut dapat diaplikasikan untuk imaging system, radar system, medical
imaging, indoor comunication dan lain sebagainya.
Antena UWB setidaknya harus memiliki karakteristik bandwidth
yang sangat lebar untuk mendukung penggunaan pulsa pendek yang
memerlukan bandwidh sekitar 500 MHz. Dalam sebuah rancangan antena
banyak bentuk serta konfigurasi untuk mencapai karakteristik UWB
tersebut, disamping penggunaan array antena, printed slot antenna,
bentuk planar monopole banyak didemonstrasikan sebagai struktur
umum mengingat bentuk, ukuran, serta disain yang sederhana.
Antena monopole UWB biasanya dibentuk dalam struktur planar, dengan
penggunaan groundplane sebagian dan ukuran patch sekitar seperempat
panjang gelombang dari frekuensi osilasi antena [9]. Bentuk patch yang
digunakan dapat berbentuk persegi panjang, persegi, e1ips, lingkaran, atau
modifikasi dari bentuk dasar tersebut. Pemilihan struktur planar ini
menjadi tren terutama untuk diintegrasikan pada perangkat-perangkat
mobile yang memiliki disain kompak dan minimalis.
Eng Gee, et al [27] mempresentasikan perkembangan antena
mikrostrip UWB yang dibentuk dalam printed circuit board (PCB), dalam
risetnya tersebut ditampilkan beberapa konfigurasi antena UWB, ciri

36
umum antena diperlihatkan dengan groundplane sebagian.
Antena palanr UWB dicetak dalam single layer PCB dengan 3
struktur, lapisan atas sebagai lapisan konduktor, lapisan tengah sebagai
bahan dielektrik, dan lapisan bawah merupakan lapisan groundplane yang
di etching sebagian.
Lapisan konduktor dapat berupa patch lingkaran, segitiga, ataupun
persegi panjang. Beberapa modifikasi ditunjukan dalam memperlebar
bandwidth, seperti penggunaan slot, potongan pada patch, potongan
pada groundplane, potongan bertingkat pada groundplane, penggunaan
struktur CPW, dan lain sebagainya seperti ditunjukan pada gambar 2.22.
Untuk beberapa kondisi penempatan patch dengan ground plane
tidak pada kondisi seimbang untuk mendapat impedansi bandwidth
yang lebar. Diperlihatkan juga beberapa konfigurasi antena UWB
dengan modifikasi untuk memfilter frekuensi tertentu.
2.7 Perkembangan Teknologi LTE
Sekilas tentang LTE
Gambar 2.21. Evolusi Perubahan Teknologi Telekomunikasi[28]
LTE sudah mulai dikembangkan oleh 3GPP sejak tahun 2004. Faktor-
faktor yang menyebabkan 3GPP mengembangakan teknologi LTE antara lain
adalah permintaan dari para pengguna untuk peningkatan kecepatan akses data

37
dan kualitas servis serta memastikan berlanjutnya daya saing sistem 3G pada
masa depan.
3GPP LTE mewakili kemajuan besar didalam teknologi selular. LTE
dirancang untuk memenuhi kebutuhan operator akan akses data dan media angkut
yang berkecepatan tinggi serta menyokong kapasitas teknologi suara untuk
beberapa dekade mendatang.
LTE meliputi data berkecepatan tinggi, multimedia unicast dan servis
penyiaraan multimedia. Selain itu LTE diperkirakan dapat membawa komunikasi
pada tahap yang lebih tinggi, tidak hanya menghubungkan manusia saja tetapi
dapat juga menyambungkan mesin.
Teknologi LTE dan layanannya [29]
 Teknologi LTE secara teoritis menawarkan kecepatan downlink hingga
300 Mbps dan uplink 75 Mbps.
 LTE menggunakan Orthogonal Frequency Division Mutiplexing (OFDM)
yang mentransmisikan data melalui banyak operator spektrum radio yang
masing-masing sebesar 180 KHz. OFDM melakukan transmisi dengan
cara membagi aliran data menjadi banyak aliran-aliran yang lebih lambat
yang kemudian ditransmisikan secara serentak. Dengan menggunakan
OFDM memperkecil kemungkinan terjadinya efek multi path.
 Meningkatakan kecepatan transmisi secara keseluruhan, kanal transmisi
yang digunakan LTE diperbesar dengan cara meningkatan kuantitas
jumlah operator spectrum radio tanpa mengganti parameter channel
spectrum radio itu sendiri. LTE harus bisa beradaptasi sesuai jumlah
bandwith yang tersedia.
 LTE mengadopsi pendekatan all-IP. Menggunakan arsitektur jaringan all-
IP ini menyederhanakan rancangan dan implementasi dari antar muka
LTE, jaringan radio dan jaringan inti, hingga memungkinkan industri
wireless untuk beroprasi layaknya fixed-line network.

38
 Agar menjadi universal, perangkat mobile yang berbasis LTE harus juga
mampu menyokong GSM, GPRS, EDGE dan UMTS. Jika dilihat dari sisi
jaringan, antar muka dan protocol di tempatkan di tempat yang
memungkinkan terjadinya perpindahan data selancar mungkin jika
pengguna berpindah tempat ke daerah yang memiliki teknologi antar muka
yang berbeda.
Kecepatan LTE
Kecepatan maksimum LTE bisa mencapai 299.6 Mbps untuk mengunduh
dan 75.4 Mbps untuk mengunggah. Namun, operator seluler yang telah
menyediakan jaringan ini, masih membatasi kapasitas dan kecepatan untuk
pelanggannya. Pemerintahan di suatu negara juga punya cara yang berbeda
mengatur pengalokasian rentang pita frekuensi.
Arsitektur Jaringan dan Antarmuka dari Teknologi LTE
Secara keseluruhan jaringan arsitektur LTE sama dengan teknologi GSM
dan UMTS. Secara mendasar, jaringan di bagi menjadi bagian jaringan radio dan
bagian jaringan inti. Walaupun begitu, jumlah bagian jaringan logis dikurangi
untuk melangsingkan aristektur secara keseluruhan dan mengurangi biaya serta
latensi di dalam jaringan.
Pengaturan teknlogi LTE
Transmisi data dalam LTE baik dalam arah uplink maupun downlink
dikontrol oleh jaringan. Proses ini sama seperti teknologi GSM maupun UMTS.
Di dalam sistem LTE, pengaturan sepenuhnya dikontrol oleh eNode-B.
Pengaturan Downlink
Pada arah downlink, eNode-B bertanggung jawab untuk menyampaikan
data yang diterima dari jaringan kepada para pengguna, melalui antar muka udara.

39
Pengaturan Uplink
Untuk mendapatkan informasi, perangkat mobile harus mengirimkan
permintaan penugasan kepada eNode-B.
Prosedur Dasar
Perangkat LTE yang cenderung lebih data sentris akan memulai pencarian
jaringan yang sesuai terdahulu. Jika perangkat tidak menemukan cell LTE maka
perangkat akan menggunakan teknologi cell UMTS dan GSM.
Setelah perangkat mobile informasi untuk untuk bisa mengakses jaringan
terpenuhi, maka perangkat akan melakukan prosedur attach. Prosedur attach
memberikan alamat IP dan perangkat mobile mulai bisa mengirim dan menerima
data dari jaringan.
Pada teknologi GSM dan UMTS perangkat bisa tersambung dengan
jaringan tanpa alamat IP, namun pada teknologi LTE perangkat harus memiliki
alamat IP agar tersambung dengan jaringan.
Jaringan telepon
Seperti yang sudah diungkapkan sebelumnya LTE menggunakan jaringan
all-IP. Sedangkan telepon pada GSM dan UMTS menggunakan circuit switching.
Dengan pengadopsian teknologi LTE, maka para operator harus merencanakan
ulang jaringan telepon mereka. Munculah tiga pendekatan yang dapat digunakan:
 CSFB (Circuit Switched Fallback): Pada pendekatan ini, LTE hanya
menyediakan servis data dan ketika telepon dilakukan atau diterima maka
akan kembali menggunakan circuit switching. Kerugian yang didapatkan
adalah pengaturan telepon mengambil waktu yang lebih lama.
 SVLTE (Simultaneous Voice and LTE): Pada pendekatan ini ponsel
bekerja sebagai LTE dan circuit switching secara bersamaan. Kekurangan

40
pada pendekatan ini adalah ponsel cenderung memiliki harga mahal dan
menggunakan konsumsi tenaga yang tinggi.
 VoLTE (Voice over LTE): Pendekatan ini berbasis pada IP multimedia
subsistem, yang bertujuan menyokong akses telepon dan multimedia
melalui terminal nirkabel.
Selain ketiga pendekatan diatas, terdapat alternatif lain yang tidak
diinisiasikan oleh operator yaitu , over-the-top-content servis , menggunakan
aplikasi seperti skype dan google talk untuk menyediakan servis telepon bagi
LTE. Walupun begitu sekarang dan beberapa masa kedepan, servis telepon masih
menjadi pemasukan utama bagi operator mobile. Maka menggantungkan servis
telepon LTE sepenuhnya pada OTT, merupakan suatu tindakan yang tidak akan
menerima banyak dukungan dari industri telekomunikasi.
Hak cipta LTE
Menurut database milik European Telecommunications Standart Institute
(ETSI), terdapat 50 perusahaan yang memiliki hak paten dari LTE.
Kekurangan Teknologi LTE
Kekurangan yang dimiliki oleh teknologi LTE antara lain adalah biaya
untuk infrastruktur jaringan baru relatif mahal. Selain itu jika jaringan harus
diperbaharui maka peralatan baru harus diinstal.
Selain itu teknologi LTE menggunakan MIMO (Multiple Input Multiple
Output), teknologi yang memerlukan antena tambahan pada pancaran pangakalan
jaringan untuk transmisi data.
Sebagai akibatnya jika terjadi pembaharuan jaringan maka pengguna perlu
membeli mobile device baru guna menggunakan infrastruktur jaringan yang baru.

41
2.7.1 Orthogonal Frequency Division Multiple Access
(OFDMA)
Teknologi LTE Menggunakan OFDM-based pada suatu air interface
yang sepenuhnya baru yang merupakan suatu langkah yang radikal dari 3GPP.
Merupakan pendekatan evolusiner berdasar pada peningkatan advance dari
WCDMA.
Teknologi OFDM-based dapat mencapai data rates yang tinggi dengan
implementasi yang lebih sederhana menyertakan biaya relatif lebih rendah
dan efisiensi konsumsi energi pada perangkat kerasnya.
Data rates jaringan WCDMA dibatasi pada lebar saluran 5 MHz. LTE
menerobos batasan lebar saluran dengan mengembangkan bandwidth yang
mencapai 20 MHz. Sedangkan nilai capaian antena pada bandwidth di bawah
10 MHz, HSPA+ dan LTE memiliki performa yang sama.
LTE menghilangkan keterbatasan WCDMA dengan mengembangkan
teknologi OFDM yang memisah kanal 20 MHz ke dalam beberap narrow
sub kanal. Masing-
Masing narrow sub kanal dapat mencapai kemampuan maksimumnya
dan sesudah itu sub kanal mengkombinasikan untuk menghasilkan total data
keluarannya.
Gambar 2.22. Orthogonal Frequency Division Multiple Access [7]

42
Gambar 2.22. merupakan modulasi OFDMA yang menghindari
permasalahan yang disebabkan oleh pemantulan multipath dengan mengirimkan
pesan per bits secara perlahan. Beribu-ribu subkanal narrow menyebar untuk
mengirimkan banyak pesan dengan kecepatan yang rendah secara serempak
kemudian mengkombinasikan pada penerima kemudian tersusun menjadi
satu pesan yang dikirim dengan kecepatan tinggi. Metode ini menghindari
distorsi yang disebabkan oleh multipath.
Subkanal narrow pada OFDMA dialokasikan pada basis burst by burst
menggunakan suatu algoritma yang memperhatikan faktor-faktor yang
mempengaruhi RF (Radio Frequency) seperti kualitas saluran, loading dan
interferensi.
LTE menggunakan OFDMA pada downlink dan single carrier
– Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) pada uplink nya. SC-FDMA
secara teknis serupa dengan OFDMA tetapi lebih cocok diaplikasikan pada
device handheld karena lebih sedikit dalam konsumsi battery.
2.7.2 Multiple Input Multiple Output (MIMO)
LTE mendukung teknik MIMO untuk mengirimkan data pada sinyal path
secara terpisah yang menduduki bandwidth RF yang sama pada waktu yang
sama, sehingga dapat mendorong pada peningkatan data rates dan throughput.
Sistem antena MIMO merupakan metode pada suatu layanan broadband sistem
wireless memiliki kapasitas lebih tinggi serta memiliki performa dan keandalan
yang lebih baik.
MIMO adalah salah satu contoh teknologi dengan kualitas yang baik dari
LTE pada kecenderungan teknologi yang berkembang saat ini. Saat ini
fokus adalah untuk menciptakan frekuensi yang dapat lebih efisien.
Teknologi seperti MIMO dapat menghasilkan frekuensi yang efisien
yaitu dengan mengirimkan informasi yang sama dari dua atau lebih pemancar
terpisah kepada sejumlah penerima, sehingga mengurangi informasi yang
hilang dibanding bila menggunakan system transmisi tunggal.

43
Pendekatan lain yang akan dicapai pada system MIMO adalah teknologi
beam forming yaitu mengurangi gangguan interferensi dengan cara
mengarahkan radio links pada penggunaan secara spesifik.
Fleksibilitas di dalam penggunaan spektrum adalah suatu corak
utama pada teknologi LTE, tidak hanya bersifat tahan terhadap interferensi
antar sel tetapi juga penyebaran transmisi yang efisien pada spektrum yang
tersedia. Hasilnya adalah peningkatan jumlah pengguna per sel bila
dibandingkan dengan WCDMA.
LTE dirancang untuk mampu ditempatkan di berbagai band frekuensi
dengan sedikit perubahan antarmuka radio. Juga dapat digunakan di
bandwidth 1.4, 1.6, 3, 3.2, 5, 10, 15 dan 20 MHz.
2.7.3 Teknologi Evolved Packet Core (EPC)
Evolved Packet Core pada LTE adalah arsitektur jaringan yang telah
disederhanakan, dirancang untuk seamless integrasi dengan komunikasi berbasis
jaringan IP. Tujuan utamanya adalah untuk menangani rangkaian dan panggilan
multimedia melalui konvergensi pada inti IMS.
EPC memberikan sebuah jaringan all-IP yang memungkinkan untuk
konektivitas dan peralihan ke lain akses teknologi, termasuk semua teknologi
3GPP dan 3GPP2 serta WiFi dan fixed line broadband seperti DSL dan GPON.
Jaringan E-UTRAN adalah jaringan yang jauh lebih sederhana daripada
jaringan sebelumnya pada jaringan 3GPP. Semua masalah pemrosesan paket IP
dikelola pada core EPC, memungkinkan waktu respons yang lebih cepat untuk
penjadwalan dan re-transmisi dan juga meningkatkan latency dan
throughput.
RNC (Radio Network Controller) telah sepenuhnya dihapus dan
sebagian besar dari fungsionalitas RNC pindah ke eNodeB yang terhubung
langsung ke evolved packet core.

44
Gambar 2.23. Evolved packet core dalam arsitektur jaringan LTE
Pada gambar 2.22. Evolved packet core dalam arsitektur jaringan LTE
memungkinkan terhubung langsung atau melakukan perluasan jaringan
ke jaringan nirkabel lainnya. Sehingga operator dapat mengatur fungsi kritis
seperti mobilitas, handover, billing, otentikasi dan keamanan dalam jaringan
selular.
IP dikembangkan pada wired networks data link dimana endpoint
dan terkait kapasitas (bandwidth) statis. Masalah arus trafik pada jaringan tetap,
akan muncul apabila link kelebihan beban atau rusak. Kelebihan beban dapat
dikelola dengan mengontrol volume trafik yaitu dengan membatasi jumlah
pengguna terhubung ke sebuah hub dan bandwidth yang ditawarkan.
Jaringan EPC meningkatkan performa secara paket tidak perlu lagi
diproses oleh beberapa node dalam jaringan. LTE menggunakan teknologi
retransmisi di eNodeB, untuk mengelola beragam laju data yang sangat cepat.
Hal tersebut memerlukan buffering dan mekanisme kontrol aliran ke
eNodeB dari jaringan inti untuk mencegah overflow data atau loss bila tiba-tiba
sinyal menghilang yang dipicu oleh retransmission tingkat tinggi.

45
2.7.4 Perbandingan Karakteristik LTE dengan UMTS/HSPA
Karakteristik Kunci LTE dengan perbandingan jaringan UMTS/ HSPA
yang ada saat ini, antara lain:
a. Peningkatan Air interface memungkinkan peningkatan kecepatan data:
LTE dibangun pada all-new jaringan akses radio didasarkan
pada teknologi OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
Ditetapkan dalam 3GPP Release 8, Air interface untuk LTE
menggabungkan OFDMA-based dan skema akses multiple untuk
downlink, dan SC-FDMA (Single Carrier FDMA) untuk uplink.
Hasil dari fitur Air interface ini adalah peningkatan kinerja radio secara
signifikan, dapat menghasilkan sampai lima kali rata-rata throughput
HSPA. Kecepatan data puncak pada downlink diperluas hingga
maksimum secara teoretis 300 Mbit/s per 20 MHz dari spektrum.
Demikian juga, tingkat uplink LTE teoretis dapat mencapai 75 Mbit/s
per 20 MHz dari spectrum.
b. Efisiensi spektrum yang tinggi: efisiensi spektrum LTE yang lebih besar
memungkinkan operator untuk mendukung peningkatan jumlah
pelanggan di dalam alokasi existing dan spektrum alokasi yang akan
datang, dengan suatu pengurangan biaya pengiriman per bit nya.
c. Perencanaan radio yang fleksibel: jangkauan cell LTE dapat mencapai
performa yang optimum hingga 5 km. Hal tersebut, masih mampu
untuk mengirimkan hingga capaian efektif di dalam ukuran sel hingga
radius 30 km, dengan capaian maksimal batasan sel hingga radius 100
km.
d. Mengurangi Latency: Dengan mengurangi waktu round-trip ke 10ms
atau bahkan lebih (dibandingkan dengan 40–50ms untuk HSPA), LTE
dapat memberikan kepada user sesuatu yang lebih responsif.
Hal ini memungkinkan , layanan secara real-time seperti high-quality
konferensi audio/video dan permainan multi-player.
e. Lingkungan All-IP : salah satu fitur yang paling signifikan adalah transisi

46
LTE menuju 'flat', jaringan inti berbasis all-IP dengan arsitektur
yang disederhanakan dan open interface.
2.7.5 Layanan-Layanan LTE
Melalui kombinasi downlink dan kecepatan transmisi (uplink) yang
sangat tinggi, lebih fleksibel, efisien dalam penggunaan spektrum dan dapat
mengurangi paket latensi, LTE menjanjikan untuk peningkatan pada
layanan mobile broadband serta menambahkan layanan value-added baru yang
menarik.
Manfaat besar bagi pengguna antara lain streaming skala besar,
download dan berbagi video, musik dan konten multimedia yang semakin
lengkap. Untuk pelanggan bisnis LTE dapat memberikan transfer file besar
dengan kecepatan tinggi, video conference berkualitas tinggi dan nomadic
access yang aman ke jaringan korporat.
Semua layanan ini memerlukan throughput yang signifikan lebih
besar untuk dapat memberikan quality of service. Tabel 2.2. berikut
menggambarkan beberapa layanan dan aplikasi LTE:
Tabel 2.2. Klasifikasi layanan mobile pada LTE [29]
KATEGORI
LAYANAN SAAT INI LTE
Layanan Suara Real-time audio VoIP, konferensi video
berkualitas tinggi
Pesan P2F SMS, MMS, e-mail
prioritas rendah
Pesan foto, IM, mobile e-mail,
Pesan video
Browsing Akses ke layanan
informasi
online dimana
pengguna membayar
tarif jaringan standar.
Saat ini terbatas untuk
browsing WAP
melalui Jaringan
GPRS dan
3G
Browsing super-cepat, meng
upload konten ke social situs
jaringan
Informasi
pembayaran
Informasi berbasis teks E-newspapers , streaming
audio berkualitas tinggi

47
Personalisasi Didominasi ringtones,
termasuk
screensaver dan
ringbacks
Realtones (asli artis rekaman),
situs Web mobile pribadi
Games Didownload dan online
game
Permainan game online secara
konsisten pada jaringan fixed
maupun mobile
TV/ video on
demand
Video streaming dan
konten video
hasil
download
Layanan siaran televisi, true
on-demand television ,
streaming video kualitas
tinggi
Musik Full track downloads ,
layanan radio analog
Download musik berkualitas
tinggi
Konten pesan
dan
lintas media
Pesan peer-to-peer
serta
interaksi dengan
media lainnya
menggunakan
konten pihak
ketiga
Distribusi klip video, layanan
karaoke, video berbasis iklan
mobile dengan skala yang luas
KATEGORI
LAYANAN
SAAT INI LTE
M-commerce fasilitas pembayaran
dilakukan melalui
jaringan selular
Mobile handset sebagai alat
pembayaran, rincian
pembayaran dibawa melalui
jaringan kecepatan tinggi
untuk memungkinkan
penyelesaian transaksi secara
cepat
Mobile data
networking
Akses ke intranet
perusahaan dan database
transfer file P2P, aplikasi
bisnis, application sharing,
komunikasi M2M, mobile
intranet / ekstranet
2.7.6 LTE Link Budget
Link budget adalah perhitungan dari semua gain dari pemancar dan
terima setelah melalui redaman di berbagai media transmisi hingga
akhirnya diterima oleh receiver di dalam sebuah sistem telekomunikasi.
Link budget akan memperhitungkan besarnya redaman dari sinyal
termasuk di dalamnya berbagai macam redaman propagasi yang
dipancarkan selama proses propagasi berlangsung. Ilustrasi link budget
dan gambaran tentang alur propagasi sinyal mulai dari sisi pengirim hingga

48
ke sisi penerima. Ada pada gambar 2.23 berikut
Gambar 2.24. Ilustrasi Link Budget LTE
Dimana :
Ptx = Sinyal pancar yang dikeluarkan oleh pengirim
Gtx = Gain atau penguatan yang ada di sisi pengirim
Apl = Besarnya redaman yang terjadi selama proses propagasi
Prx = Sinyal pancar yang sampai di penerima
Grx = Gain atau penguatan sinyal di sisi penerima setelah melalui proses
propagasi.
Secara umum dari ilustrasi gambar 2.4 maka link budget bisa
dikelompokkan menjadi dua kelompok besar yaitu kelompok perangkat
pengirim dan penerima serta kelompok media propagasi.
Link budget dari teknologi LTE dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti
sudah diatas . Besarnya Down Load (DL) link budget dinyatakan dalam
persamaan 2.1 berikut.
(DL) link budget = [(DL Tx power) + (DL Tx Antena Gain) + (Other DL Tx
Gain) + (DL RX Antena Gain) + (Other DL RX Gain) + (Urban Correction)–

49
(Thermal Noise) - ((RX SNR) – (DL RX Noise Figure) – (Implementation Loss)
–(Interfarance Margin) – (Fade Margin)(2.1)
Sedangkan besarnya Upload (UL) link budget dinyatakan dan bisa
dihitung dengan persamaan 2.2 berikut.
(UL) link budget = [(UL Tx power) + (UL Tx Antena Gain) + (Other DL Tx
Gain) + (UL RX Antena Gain) + (Other UL RX Gain) + (Urban Correction) +
(UL Subchanelling Gain) - (Thermal Noise) - ((RX SNR) – (UL RX Noise
Figure) – (Implementation Loss) – (Interfarance Margin) – (Fade Margin) (2.2)
2.7.7 Perangkat Pengirim LTE
Perangkat pengirim dalam teknologi LTE dikenal sebagai BTS.
Berfungsi mengirimkan sinyal dari BTS ke arah perangkat penerima Costumer
Premise Equipment (CPE). Sinyal yang dikirim ini disebut sebagai Down Link
(DL) signal dan menerima sinyal balikan dari perangkat CPE. Sinyal balikan
dari CPE ini disebut Upload (UL) signal.
Sedangkan perangkat penerima dalam teknologi mobile LTE dikenal
dengan istilah CPE. Perangkat ini berfungsi mengirimkan sinyal dari CPE ke
arah Base Station (UL signal) dan menerima sinyal balikan dari perangkat Base
Station (DL signal).
Di samping sinyal pengirim dan penerima ada faktor lain dari sisi
perangkat yang mempengaruhi besarnya sinyal yang diterima yakni noise figure,
thermal noise, receiver SNR dan uplink subchanellization gain.
a. Noise Figure adalah pengukuran dari degradasi Signal to Noiser Ratio
(SNR) dikarenakan komponen-komponen yang ada pada RF signal chain. Nilai
ini biasa didapatkan dari membandingkan sinyal noise keluaran dari perangkat.
b. Thermal Noise adalah noise yang timbul karena pengaruh suhu atau panas
terhadap frekuensi yang digunakan.
c. Receiver SNR. Nilai receiver SNR sangat bergantung pada skema
modulasi yang digunakan. LTE secara adaptif akan memilih skema penggunaan

50
bergantung dari kondisi dan jarak dari pengguna terhadap BTS.
d. Uplink Subchanneling Gain adalah penguatan yang terjadi di sisi uplink
dikarenakan adanya pengiriman sinyal data menggunakan semua sinyal
carrier secara simultan.
2.7.8 Media Propagasi
Jarak dan halangan antar BTS dengan CPE menimbulkan berbagai
redaman yang timbul karena berbagai faktor. Beberapa parameter lain yang
digunakan dalam perhitungan link budget adalah :
a. Implementation loss adalah redaman yang muncul karena adanya error
yang tidak diharapkan saat proses instalasi berlangsung, baik itu muncul dari
perangkat atau dari faktor manusia sebagai pelaku implementasi perangkat.
b. Interference margin adalah rugi-rugi akibat adanya interferensi co-channel
saat pengembangan jaringan dengan frekuensi re-use. Sebagai dampaknya
pelanggan yang berada di batas sektor akan mengalami penurunan dalam
kualitas koneksi.
c. Penetration Loss adalah redaman yang muncul sebagai akibat adanya user
yang berada di dalam gedung. Saat perangkat CPE digunakan di dalam gedung
maka kualitas sinyal akan berkurang banyak.
d. Fade margin adalah redaman yang muncul saat pengguna melintasi
rerimbunan pohon atau berada di daerah pantulan. Hal ini juga akan berpengaruh
pada kuat lemah sinyal yang diterima.
2.7.9 Path Loss Model
LTE masih masuk dalam range kerja pemodelan Erceg yang
berkisar antara 1.900 MHz < f < 3.500 MHz . Rumus perhitungan path loss dari
tiap base station dengan erceg model adalah :
PL= A + 10 · γ · log10( d / d0 ) + PLf + PLh + s dB ……… ……………… (2.3)
Dimana :

51
hb = tinggi perkiraan base station, rangenya berkisan antara 10 - 80m.
Tiga macam skenario propagasi
Terrain Type A: Kondisi berbukit dengan jumlah pepohonan sedang.
Terrain Type B: Kondisi path-loss menengah
Terrain Type C: Kondisi topografis dengan jumlah pohon sedikit hb = 30 m
Tabel 2.3 Tabel Skenario Propagasi [11]
Model
Parameter
Terrain Type
A
Terrain Type
B
Terrain Type
C
a 4,6 4 3,6
b 0,0075 0,0065 0,005
c 12,6 17,1 20
2.7.10 Faktor Geografis
Seperti yang telah disebutkan diatas selain pemilihan teknologi, faktor
geografis juga memiliki andil dalam menentukan cakupan dari LTE. Dengan luas
tertentu maka harus diperhitungkan berapa perangkat yang harus terpasang.
Gambar 2.24 merupakan wilayah Jakarta dengan luas wilayah 740,28 km2
Gambar 2.25. Peta wilayah Jakarta

52
2.8 Solusi NSN (Nokia Siemens Network) Untuk Jaringan LTE
Peran vendor tidak bisa dipisahkan dalam pengembangan teknologi
Telekomunikasi. Kondisi saat ini, operator telekomunikasi selular
sedang berlomba-lomba untuk membangun infrastruktur yang mendukung
permintaan pelanggan tentang bandwith yang besar.
Solusi jaringan LTE diberikan oleh NSN kepada operator dalam
mengembangkan kebutuhan telekomunikasi berpita lebar.
Gambar 2.26. Solusi NSN Untuk Setiap Jalur Migrasi LTE [12]
Pada gambar 2.26 adalah solusi LTE Nokia Siemens pada seluruh
jaringan LTE, memungkinkan awal migrasi ke arsitektur flat network, dengan
menyajikan migrasi teknologi sesuai dengan standar LTE 3GPP, performa
tinggi, serta memiliki jaringan mobile broadband yang dapat diandalkan.
2.9 Produk NSN Untuk Perangkat BTS (Base Transceiver Station) LTE
NSN memimpin dalam pengembangan teknologi LTE di industri
telekomunikasi dan memberikan solusi untuk semua jenis layanan
telekomunikasi. Operator dapat mengambil keuntungan dari keunggulan produk-
produk NSN untuk membangun jaringan radio telekomunikasi berbasis
LTE.

53
Berikut adalah overview untuk beberapa perangkat radionya
2.9.1 Sektor RF Module
Gambar 2.27. 3-Sector RF module [12]
Flexi 3-Sektor RF Modul merupakan suatu RF Modul dengan 3 x 70W
power amplifier memberikan 3 x 60W pada konektor antena. Dukungan
jangkauan sampai dengan jarak 20 km dari Sistem Modul (distributed site
configuration).
2.9.2 Flexi Multimode System Module
Gambar 2.28. Flexi Multimode System Module [12]
Flexi multimode system module merupakan perangkat jenis kategori
prosessing power pada sebuah BTS (Base Transceiver Station). Mendukung
standar LTE, memiliki 3 sell masing-masing 20 MHz tiap sell, memiliki
MIMO Kapabilitas.
2.9.3 Flexi Multiradio BTS With MIMO
Merupakan perangkat BTS yang fungsional dan compact serta telah
mendukung teknologi LTE. Perangkat terdiri dari sistem modul, dua 3-sector RF

54
Modul, tiga sel /sektor dengan daya 120W, MIMO 2x2, bandwidth 20MHz, RF
redundansi, 4 way UL diversity (opsional), TMA / MHAs (opsional). Dapat
meningkatkan OPEX, karena konsumsi listrik adalah 25% lebih rendah dari
generasi sebelumnya. Perangkat Flexi Multiradio tersebut terlihat pada
Gambar 2.9.
Gambar 2.29. Flexi Multiradio BTS Dengan MIMO [12]

55
2.10 Skenario Migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE
Berikut adalah skenario migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE :
Gambar 2.30. Skenario Migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE [13]
Konsep dalam melakukan upgrade pada skenario migrasi perangkat
BTS pada gambar 2.10 antara lain :
 Fokus pada perlindungan investasi
 Re-use site yang telah ada untuk instalasi
 Pemanfaatan spektrum pada antenna
 Backhaul sharing antara LTE dan 2G/3G
 Menambahkan RF modul LTE pada base station 3G

56
2.11. Dasar Acuan Perancangan Antena
Wilson Julius, Syah Alam, S.Pd, M.T, Dr. Harry Arjadi, M,Sc,
Universitas Kristen Krida Wacana Jakarta[31], telah mengeksperimentasikan
antena LTE mikrostrip untuk frekuensi 2,3 Ghz pada aplikasi mobile dan
frekuensi 2,5 Ghz untuk fixed frekuensi. Dengan menggunakan substrat jenis FR4
Epoxy dengan perancangan model antena mikrostrip bentuk persegi empat.
Disebutkan bahwa, model pencatuan menggunakan metode saluran
mikrostrip (microstrip feed line). Saluran ini mempengaruhi matching pada antena
mikrostrip. Untuk me-matching-kan antena, hal yang perlu dilakukan adalah
dengan mengubah-ubah ukuran dari elemen pencatu dengan memberikan stub dan
mengubah-ubah posisinya dengan patch.
Peripheral slits digunakan dalam pemodelan patch pada referensi
pembanding ini. Yaitu salah satu teknik miniaturisasi ukuran antena mikrostrip
yang bekerja dengan cara membuat belahan pada sisi-sisi patch antena.
Penggunaan slits akan menggangu aliran arus dipermukaan, memaksa arus untuk
berbelok-belok, yang kemudian meningkatkan panjang elektris dan patch.
Jumlah slits yang digunakan semakin banyak juga akan dapat mengurangi
frekuensi kerja. Dengan menggunakan beberapa buah slits, arus dipermukaan
akan mengalir di sekeliling slits. Hasilnya adalah memperpanjang ukuran elektris
dari patch dan timbulnya arus normal. Gambar 2.30 Antena LTE 6 Slits

57
Azwar Mudzakkir Ridwan, Nanang Ismail, MT, dan Afaf Fadhil R, MT,
Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN SGD Bandung[32], telah
melakukan perancangan serta simulasi antena mikrostrip array bentuk segiempat
untuk aplikasi LTE pada frekuensi 2,3 Ghz. Dengan menggunakan substrat jenis
FR4 Epoxy dengan perancangan model antena mikrostrip bentuk persegi empat.
Perancangan patch segiempat dilakukan melalui beberapa tahapan
perhitungan untuk mendapatkan dimensi patch. Dengan frekuensi tengah 2,3 Ghz,
panjang gelombang 130,4347 mm, w = 39,68997 mm, lebar patch = 30,76827
mm, dan lebar pencatu = 18,18 mm.
Perancangan saluran pencatu mikrostrip ini menggunakan array bentuk T-
junction yang disebut sebagai paralel feed dengan dua saluran yaitu, 50 Ω dan 70
Ω T-junction umumnya digunakan sebagai pembagi daya dalam antena array.
Power divider yang dipakai dalam perancangan ini memiliki nilai sebesar 70,7 Ω.
Gambar 2.31 Antena Mikrostrip Array Persegi Empat

58
Halomoan Togatorop, Dr. Heroe Wijayanto, Ir, MT, Dr. Yuyu Wahyu, Ir,
MT, Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom[33], melaporkan bahwa telah
melakukan perancangan dan realisasi antena mikrostrip MIMO Bowtie pada
frekuensi 2,3 Ghz untuk aplikasi LTE.
Dengan menggunakan substrat jenis FR4 Epoxy dengan perancangan
model antena mikrostrip bowtie. Disebutkan bahwa, model pencatuan
menggunakan metode saluran mikrostrip (microstrip feed line). Saluran ini
mempengaruhi matching pada antena mikrostrip.
Gambar 2.32 Antena Mikrostrip Patch Bowtie

59
BAB III
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PERSEGI
3.1. Dasar Perancangan Antena
Pada skripsi ini akan dirancang antena mikrostrip persegi yang beroperasi
diwilayah frekuensi kerja wideband 2,3-2,4 Ghz. Berdasarkan pada rentang
frekuensi tersebut maka dalam perancangan ini telah ditentukan frekuensi tengah
pada 2,3 Ghz.
Adapun bebrapa tahapan dalam perancangan antena ini, diantaranya
menentukan media substrat yang akan digunakan, dengan spesifikasi konstanta
dielektrik (εr) 2.2, ketebalan substrate (h) 1.57 mm, dan dielektrik loss tangent (
tanδ ) 0.002, dapat ditentukan lebar saluran pencatu untuk penggunaan pada
impedansi karakteristik sebesar 50 Ω, penentuan lebar saluran diperoleh melalui
penggunaan software PCAAD 5.0.
Dengan menggunakan data substrat tersebut, didapat lebar saluran
pencatu yaitu sebesar 4.8 mm. Perancangan dilakukan dengan menggunakan suatu
metode feed line untuk analisis ukuran suatu patch radiator.
Langkah selanjutnya adalah proses desain dan simulasi gabungan patch
mikrostrip dan saluran pencatu menggunakan software AWR Microwave Office.
Dimana dimensi patch dapat dihitung menggunakan persamaan pada bab
sebelumnya, sementara dimensi substrat yang akan digunakan dalam perancangan
ini telah ditentukan sebesar 80x80 mm2
.
Melalui bantuan penggunaan software ini hasil rancangan dapat
disimulasikan untuk melihat parameter antena yang didapat, seperti return loss,
VSWR, pola radiasi bandwidth, gain dan lain sebagainya.
Sebagai standar minimum, dimana antena dapat dikatakan optimum jika
parameter hasil simulasi di dapat return loss (RL) < -10 dB, VSWR antara 1
sampai 2, dan untuk antena mikrostrip ini jika diperoleh bandwidth > 130 MHz.
Jika parameter tersebut belum tercapai, maka dapat dilakukan berbagai
modifikasi sampai didapat nilai yang dikehendaki. Modifikasi yang dilakukan

60
dalam perancangan ini antara lain, memberikan slot pada radiator patch bujur
sangkar untuk mencapai frekuensi resonansi yang sesuai, serta dilakukan
pembatasan pada sisi Ground Plane, yang digunakan pada teknik microstrip
dengan tujuan untuk mendapatkan bandwidth yang lebar.
3.2. Media Perancangan Antena
Adapun media perancangan yang digunakan antara lain :
1. Media Substrat dan konektor
2. Software simulasi dan rancangan
3. Hardware perancangan dan alat ukur
Dalam tabel 3.1 diperlihatkan spesifikasi media yang digunakan meliputi,
tipe substrate, dielektrik konstan, ketebalan substrate, dielektrik loss tangent, dan
dimensi substrate yang akan digunakan. sementara konektor yang digunakan
untuke terminal saluran antena adalah konektor Sub Miniature version A (SMA)
dengan impedansi 50 Ω.
Tabel 3.1 Spesifikasi media substrate antena mikrostrip
Tipe substrate Rogers RT/Duroid 5880
Konstanta dielektrik (εr) 2.2
Ketebalan substrate (h) 1.57 mm
Dielektrik loss tangent ( tanδ ) 0.002
Dimensi substrate 80x80 mm2
3.2.1 Software dan Hardware Perancangan Antena
Terdapat software yang digunakan dalam perancangan ini, diantaranya
Personal Computer Aided Antenna Design (PCAAD), AWR Microwave Office
dan Corel Draw X5.
1. PCAAD 5.0

61
Software ini digunakan sebagai program yang membantu untuk
menentukan lebar saluran pencatu, cukup dengan menginputkan nilai
impedansi, ketebalan substrate dan konstanta dielektrik antena mikrostrip
yang diinginkan. PCAAD yang digunakan dalam perancangan ini adalah
versi 5.0.
2. AWR Microwave Office 2002 v.5.53
AWR MWO merupakan salah satu software yang biasa digunakan untuk
melakukan simulasi dan melakukan desain pemodelan antena yang akan
dirancang, serta mensimulasikan hasil rancangan untuk melihat nilai
parameter antena yang dibentuk seperti return loss, VSWR, pola radiasi,
polarisasi, gain dan lain sebagainya. AWR MWO yang digunakan dalam
perancangan ini adalah 2002 v.5.53 .
3. Corel Draw X5
Software ini digunakan untuk mendesain ulang pemodelan antena yang
telah dismulasikan untuk kebutuhan proses fabrikasi antena. Untuk
mencetak bentuk rancangan antena, dilakukan proses pengikisan lapisan
konduktor atau biasa disebut proses etching.
Sementara hardware yang digunakan dalam perancangan ini meliputi
perangkat computer, peralatan perancangan dan alat ukur dengan keterangan
sebegai berikut :
1. Laptop
Laptop yang digunakan setidaknya harus memiliki spesifikasi perangkat
diatas kebutuhan software AWR MWO dan mampu untuk dilakukan
simulasi antena.
2. Peralatan perancangan dan alat ukur
Peralatan yang digunakan dalam perancangan antenna ini meliputi
perangkat standar workshop seperti solder, tang, timah, cutter, penggaris,
dan lain sebagainya. Sementara alat ukur yang digunakan untuk

62
mengetahui parameter dari antena adalah Microwave Network Analyzer
Agilent tipe N5230C : A.08.50.10.
3.3. Perancangan Antena Mikrostrip
Metode perancangan antena mikrostrip persegi untuk aplikasi LTE
terdapat pada diagram alir perancangan antena mikrostrip pada gambar 3.1. Ada
perancangan antena mikrostrip segiempat dilakukan melalui dua tahapan, yaitu :
pertama merancang ukuran jarak patch radiator persegi dan kedua merancang
saluran pencatu. Pada perancangan ini digunakan proses analisis dan proses
penggunaan software melalui metode simulasi.
Penggunaan frekuensi resonansi 2,3 Ghz merupakan dasar dari acuan yang
digunakan pada sistem rancangan. Kemudian karakteristik substrat RT Duroid
5880 dengan spesifikasi ketebalan 1,57 mm dengan konstanta dielektrik 2,2.

63
Tidak ?
YA ?
Gambar 3.1 Diagram alir perancangan melalui metode simulasi
Antena mikrostrip LTE
dengan lebar frekuensi 2.3-
2.4 GHz
Frekuensi center
Fc = 2.3 GHz
= 2.2
Material substrat
RT / Duroid 5880
h =1.57
Loss tangen = 0.002
Dimensi patch
L=W= 45,6 mm
Merancang Lebar saluran
transmisi
Impedansi 50 Ohm
Implementasi desain
antena mikrostrip persegi
AWR microwave office
Menjalankan simulasi
pada sofware AWR
MWO
Rl < -10 dB
1≤VSWR≤ 2
BW > 130 MHz
Modifikasi antenna :
1.panjang dan Lebar celah
2.pembatasan pada bidang
groundplane
Selesai
Start

64
3.4. Rancangan Dasar Antena
3.4.1 Menentukan Lebar Saluran Pencatu
Penentuan lebar untuk saluran pencatu dalam perancangan ini
menggunakan program PCAAD 5.0, untuk mencari nilai lebar saluran (Wf) dapat
menginputkan data substrate seperti dielektrik konstan (εr) dan ketebalan
substrate (h) seperti terlihat pada gambar. Untuk menghitung lebar saluran dipilih
opsi Compute Width dengan impedansi karakteristik yang dikehendaki, dalam
perancangan ini digunakan impedansi karakteristik antena sebesar 50Ω.
Gambar 3.2 Tampilan software PCAAD untuk menentukan lebar saluran antena
Dengan menginputkan karakteristik impedansi 50 Ω pada isian
Characteristic Impedance, h = 1.57 mm = 0.157 cm pada isian Substrate
Thickness, dan εr = 2.2 pada isian Dielectric Constant, maka didapat ukuran
lebar saluran mikrostrip sebesar 0.483 cm yang ditunjukkan pada kotak Line
Width. Dan untuk kebutuhan perancangan maka lebar saluran dibulatkan menjadi
0.48 cm = 4.8 mm.

65
Gambar 3.3 Ukuran Lebar Saluran Pencatu Antena
3.4.2 Menentukan Dimensi Patch
Pada tahap ini ditentukan terlebih dahulu frekuensi kerja (fc), dimana
jangkauan frekuensi yang digunakan pada perancangan antena ini yaitu dari 2-3
GHz. Dengan mengacu kepada aplikasi LTE (Long Term Evolution) yang sudah
dikomersilkan oleh perusahaan operator Telekomunikasi pengembang jaringan
LTE [28], maka frekuensi kerja (fc) yang digunakan yaitu pada 2.3 GHz.
Perancangan dimensi patch peradiasi dari sebuah antena mikrostrip
model persegi, Pada tahap ini dapat ditentukan terlebih dahulu frekuensi
tengah, dimana jangkauan frekuensi yang digunakan pada 2.3 – 2.4 GHz,
dengan frekuensi bawah ( ) dan batas frekuensi atas ( ), maka dapat
ditentukan frekuensi tengah ( ) menggunakan persamaan (2.20) sebagai
berikut:
=
=
. .
= 2.35
Maka untuk dapat bekerja pada frekuensi 2.3 GHz, dimensi patch antena
dapat dihitung menggunakan persamaan (2.3):
L =
√

66
L =
/
. . √ .
L = 0.04397 m = 43.97 mm
Dikarenakan adanya efek fringing, seperti yang telah dijelaskan pada bab
2, maka untuk patch persegi digunakan panjang efektif dengan menggunakan
persamaan (5) :
Leff = L+2∆L
Dimana untuk menyelesaikan perhitungan tersebut digunakan persamaan
(2) untuk menghitung W, persamaan (6) untuk menghitung re.ff , dan
persamaan (4) untuk menghitung ∆L, diperoleh :
2
1
2


r
f
c
W
O

2
12.2
Hz2.3x10.2
m/s10x3
9
8

W
mmmW 56.5105156.0 
Dengan mensubtitusikan nilai W pada persamaan (6) maka diperoleh :



















W
d
rr
reff
12
1
1
2
1
2
1 


67



















m
m
reff
05156.0
00157.0.12
1
1
2
12.2
2
12.2

reff
 = 2.113
mmmW 56.5105156.0 
Dan dari persamaan (4) diperoleh :
 
  


























8,0258,0
264,03,0
412,0
h
w
h
w
hL
eff
eff


 
  


























8,0
00157.0
01731.0
258,0113.2
264,0
00157.0
05156.0
3,0113.2
00157.0412,0
m
m
m
m
mL
L = 0.000804m = 0.804 mm
Sehingga panjang patch efektif diperoleh :
L = + 2∆
= 43.97 mm + 2. 0.804 mm
= 45.57 mm
Didapat panjang sisi efektif untuk patch persegi sebesar 45.57 mm, untuk
kebutuhan dalam perancangan maka dibulatkan menjadi 45,6 mm pada Simulator
AWR 2002.

68
Gambar 3.4 Ukuran Sisi Patch Persegi
3.4.3 Konfigurasi Pada Software Simulasi AWR Microwave Office 2002
Proses simulasi pada program simulator ini dilakukan pada software AWR
Microwave Office 2002. Proses ini dilakukan untuk menyesuaikan data substrat
yang akan digunakan dalam perancangan antena.
Langkah 1
Untuk memulai perancangan dapat dilakukan dengan membuat file project
baru dengan memilih menu File > New Project. Kemudian untuk membentuk
area substrat dibuat melalui menu Project > Add EM Structure > New EM
Structure.

69
Gambar 3.5 Tahap awal simulasi pada Software Microwave Office 2002
Langkah II
Lalu untuk menyesuaikan data substrate seperti dimensi dan spesifikasi
substrate melalui menu Structure > Enclosure, untuk kemudian pada menu
tersebut diinputkan data substrate seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5.
Dengan pilihan unit satuan dalam millimeter (mm). penentuan ukuran sel
disesuaikan dengan ketentuan spesifikasi substrate, dan dalam rancangan ini
untuk tipe RT Duroid 5880 ditentukan ukuran cell size adalah 0.8 mm yang
didapat dari perbandingan antara dimensi X dan Y yaitu, 80:100 dan
perbandingan terhadap divisi X dan Y sebesar 80:100.
Gambar 3.6 Konfigurasi Ukuran Dimensi Substrate Antena

70
Langkah III
Pada menu Dielectric Layers, substrate ditempatkan ditengah box dimana
layer atas dan layer bawah adalah lapisan udara, dengan ketebalan kurang lebih 9
kali ketebalan substrate, seperti yang terlihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.7 Konfigurasi Layer Dielektrik Antena
Langkah IV
Dan untuk penyesuaian batasan antena (Boundaries Setting) dapat diatur
pada menu Boundaries, menggunakan pendekatan ruang terbuka dengan
hambatan udara pada kedua sisi antena sebesar 377 Ω seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 3.7.
Gambar 3.8 Konfigurasi Boundaries Setting pada Antena

71
Langkah V
Penambahan port untuk jenis pencatuan dengan saluran mikrostrip ini
dapat ditambahkan melalui menu Draw > Add Edge Port, untuk posisi port
tersebut ditempatkan ujung saluran tepatnya di bagian tepi pada substrate, dan
penempatan port pada saluran ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.9 Penggunaan Port pada Saluran Pencatu
Langkah VI
Pengukuran parameter antena dapat dilakukan melalui simulasi yang dapat
ditambahkan melalui menu Project > Add Graph, untuk menentukan parameter
antena yang akan ditampilkan dapat dipilih melalui opsi yang ditampilkan pada
gambar 3.12.
1. Untuk return loss dapat dipilih melalui opsi Rectangular kemudian
rename graph 1 menjadi return loss lalu klik kanan dengan Measurement
Type : Port Parameter, Measurement : S, Data Source name : EM
Structure 1, Complex Modifier : Magnitude dan ceklis result type : DB.
2. Untuk VSWR dapat dipilih melalui opsi Linier kemudian rename graph 2
menjadi VSWR lalu klik kanan dengan Measurement Type : Linier,

72
Measurement : VSWR, Data Source name : EM Structure 1, dan ceklis
result type : DB.
3. Kemudian untuk Impedansi Masukan (Zin) dapat dipilih melalui opsi
Smith Chart kemudian rename graph 3 menjadi Zin lalu klik kanan
dengan Measurement Type : Linier, Measurement : Zin, dan Data Source
name : EM Structure 1.
4. Sementara untuk menampilkan pola radiasi antena dapat dipilih melalui
opsi Antena Plot kemudian rename graph 4 menjadi Pola Radiasi lalu klik
kanan dengan Measurement Type : Antena, Measurement : PPC_TPwr
(Total radiation Power), Data Source name : EM Structure 1 dan ceklis
result type : DB.
5. Kemudian untuk menampilkan Polarisasi antena dapat dipilih melalui opsi
Antena Plot kemudian rename graph 4 menjadi Polarisasi lalu klik kanan
dengan Measurement Type : Antena, measurement : PPC_ETheta
(Polarisasi pada fungsi Theta), Data Source name : EM Structure 1 dan
ceklis result type : DB. Untuk menambahkan satu bentuk polariasi lagi
klik kanan pada polarisasi dengan Measurement Type : antena,
Measurement : PPC_EPhi (Polarisasi pada fungsi Phi), Data Source name
: EM Structure 1 dan ceklis result type : DB.
Gambar 3.10 Pilihan Opsi pada AWR MWO untuk Program Simulasi Antena

73
Gambar 3.11 Pilihan perancangan parameter pada Microwave Office untuk
Program Simulasi Antena
Langkah VII
Pengaturan jangkauan frekuensi yang akan digunakan dapat dilakukan
pada menu Options > Project Options, pengaturannya dengan Modify Range :
Start untuk menentukan awal jangkauan frekuensi yang akan digunakan, Modify
Range : Stop untuk akhir jangkauan frekuensi, dan Modify Range : Step untuk
kerapatan jangkauan frekuensi, kemudian untuk Sweep Type dipilih opsi Linier
dalam satuan GHz, pengaturan ini ditunjukkan seperti pada Gambar 3.10.
Untuk tahap awal dalam perancangan ini, jangkauan frekuensi yang akan
digunakan dimulai pada frekuensi 1 GHz dan berakhir pada 3 GHz dengan
kerapatan jangkauan frekuensi 0.1 GHz.
Selanjutnya untuk memulai simulasi dapat dilakukan dengan memilih
menu Simulate > Analyze, kemudian simulasi akan diproses dan parameter
antena hasil dari simulasi akan ditampilkan pada akhir proses.

74
Gambar 3.12 Pengaturan Jangkauan Frekuensi pada Perancangan Antena
3.5. Konfigurasi Rancangan Antena
Antena yang dirancang dalam penelitian ini merupakan jenis antena
planar yang dicetak pada single layer substrate dengan εr = 2.2 dan h = 1.57 mm
dengan panjang 45.6 mm2
, dimana patch ini berbentuk persegi dengan pencatu
saluran mikrostrip yang dicetak pada satu sisi dan ground plane sebagian pada sisi
yang lain.
Perancangan antena ini dilakukan dalam beberapa tahapan uji coba,
dimana pada tahap awal ini adalah untuk mencari rancangan yang optimum yang
terlihat pada nilai return loss hasil simulasi, dimana patch tanpa modifikasi.
Tahap kedua modifikasi dilanjutkan pada patch yang dilakukan dengan
penambahan slot pada radiator, dan tahap ketiga adalah pembatasan ground plane
pada sisi lain substrate.
3.5.1 Pemodelan Patch Pada Antena Persegi
Dalam tahap awal perancangan dibutuhkan sebuah pemodelan yang
menjadi dasar sebuah perancangan antena. Berdasar dari acuan persamaan yang
telah diperoleh sebelumnya dalam merancang dimensi yang akan digunakan,

75
tentunya akan menghasilkan ukuran-ukuran yang digunakan dalam membuat
antena.
3.5.1.1 Perancangan Antena Persegi Tanpa Modifikasi
Rancangan antena tahap pertama disimulasikan tanpa melakukan
beberapa perubahan yang signifikan. Ukuran panjang (W) dan (L) pada tahap
awal perancangan antena ini yaitu 45,6 mm dan untuk perubahannya ini tidak
dilakukan slot pada bidang radiator, namun pada tahap ini dilakukan
pengamatan terhadap hasil yang diberikan jika menggunakan patch tanpa
modifikasi, seperti yang terlihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13. Rancangan antena patch persegi tanpa modifikasi
Bentuk tersebut merupakan bentuk tahap awal perancangan antena dan
tidak dilakukan perubahan, untuk kemudian dilakukan pengamatan terhadap hasil
keluaran dari simulasi itu, jika menggunakan patch tanpa modifikasi akan terlihat
nilai hasil return loss seperti yang terlihat dalam bentuk grafik pada gambar 3.14
berikut ini.

76
Gambar 3.14 Hasil return loss patch persegi tanpa modifikasi
Perancangan antena tahap pertama ini hanya dilakukan tanpa memberi
modifikasi, karena untuk tahap ini hanya ingin melihat hasil yang didapat apabila
menggunakan patch tanpa modifikasi sedikitpun dan sekaligus juga untuk
menguji disain apakah dapat mencapai nilai parameter yang diharapkan, yaitu
nilai bandwidth pada frekuensi kerja 2,3 Ghz.
3.5.1.2 Perancangan Antena Persegi Dengan Penambahan Slot Persegi Pada
Tengah Patch Radiator
Rancangan antena selanjutnya disimulasikan dengan melakukan
penambahan slot persegi pada tengah sisi patch. Tahap awal penambahan slot ini
dapat digambarkan seperti pada Gambar 3.13, dimana pada gambar tersebut
ditampikan bentuk awal pemberian slot persegi pada patch. Ukuran panjang L1 =
16 mm, L2 = 13.6 mm, L3 = 16 mm, W1 = 16.8 mm, dan W2 = 22,8 mm, slot
pada radiator tersebut dapat diatur dan disesuaikan dengan nilai simulasi yang
dihasilkan, ini bertujuan dapat memberikan pengaruh terhadap parameter antena
yaitu nilai bandwidth yang lebar.

77
Gambar 3.15 Konfigurasi awal pemberian celah persegi pada radiator
Gambar 3.16 Hasil return loss pemberian slot persegi pada peradiasi

78
Tahapan selanjutnya dilakukan dengan memodifikasi slot persegi itu
sendiri dengan mengurangi ukuran L1=L2=L3 sebanyak 2 kali dengan skala
pengurangan 0.8 mm. Selanjutnya mengurangi W1=W2 sebanyak 2 kali juga
dengan skala setiap penguarangan 0.8 mm seperti pada gambar 3.17. Tujuannya
untuk mencari parameter antena yang optimum dan mendapatkan bandwidth.
Gambar 3.17 Pengurangan dimensi pada slot persegi
Dari hasil perubahan dimensi pada slot persegi dapat dilihat dari grafik
3.18 dibawah ini.

79
Gambar 3.18 Hasil return loss terhadap perubahan pengurangan dimensi
3.5.1.3 Pembatasan bidang ground plane pada perancangan antena persegi
Konfigurasi rancangan antena persegi dengan melakukan pembatasan pada
sisi ground plane seperti pada gambar 3.19 merupakan tahap terakhir dalam
perancangan antena ini. Dengan adanya pembatasan pada ground plane ini,
diharapkan mampu membentuk karakteristik return loss yang baik dan nilai
bandwidth yang optimum.
Namun, setelah beberapa kali dilakukan ujicoba terhadap penambahan
celah pada ground plane, dan jika dilakukan perbandingan antara ground plane
yang dicelah atau tidak dicelah, ternyata yang menghasilkan bandwidth yang lebih
lebar adalah yang tidak dicelah.
Walau sudah dinilai mendapatkan bandwidth yang cukup lebar, tetapi
masih harus dilakukan ujicoba kembali, sampai didapat nilai yang paling
optimum. Perubahan dilakukan cukup dengan mengubah lebar pada ground plane
(Lg) ke sisi atas atau sisi bawah.

80
Gambar 3.19 Konfigurasi Penambahan Ground Plane pada Perancangan Antena
Perubahan nilai ukuran diberikan pada Lg yaitu dengan dilakukan
perubahan pada panjang ground plane. Hal ini bisa diamati terhadap pengaruh
kepada pergeseran nilai frekuensi dan bandwidth yang dihasilkan, apabila
diberikan pembatasan pada sisi ground plane.
Untuk hasil pengamatan terhadap hasil perancangan yang dilakukan pada
simulasi tersebut, seperti yang terlihat pada gambar 3.20 nilai return loss.
Pergeseran ground plane dilakukan dengan mengurangi dimensi Lg dengan skala
0,8 mm sebanyak 3 kali.
Gambar 3.20 Hasil return loss terhadap penambahan ground plane

81
BAB IV
ANALISA PARAMETER ANTENA
4.1. Konfigurasi Antena Hasil Rancangan
Parameter merupakan dasar ukuran atau acuan yang menentukan kinerja
dari suatu antena. Suatu analisis dilakukan untuk melihat dan menilai dari hasil
suatu rancangan ke dalam implementasi yang sebenarnya.
Pada gambar 4.1 menunjukan sebuah pemodelan antena persegi, yang
menjadi dasar acuan untuk melihat unjuk kerja antena mikrostrip yang dapat di
aplikasikan untuk wideband telah digambarkan pada desain tersebut. Yaitu
dengan mengunakan slot persegi yang di gambarkan pada lapisan atas sebuah
material substrate roger RT Duroid 5880 dengan ketebalan substrate 1.57 mm
serta dilakukan pembatasan pada bidang ground plane untuk lapisan bawah
parameter dari geometri antena merupakan dasar serta acuan untuk melihat
unjuk kerja antena paling optimum, gambar dibawah ini memperlihatkan disain
dari antena yang telah dirancang.
Gambar 4.1. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak atas

82
Tabel 4.1 Dimensi ukuran antena hasil perancangan tampak atas
Dimensi Simbol
Ukuran
(mm)
Panjang substrate 40
Lebar substrate 40
Tebal substrate h 1.57
Panjang antar tepi peradiasi L 45.6
Panjang tepi slot L1 31.2
Panjang slot sisi dalam peradiasi L2 7.2
Lebar antar tepi peradiasi W 45.6
Lebar tepi slot W1 31.2
Lebar slot sisi dalam peradiasi W2 7.2
Gambar 4.2. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak bawah

83
Tabel 4.2 Dimensi ukuran antena hasil perancangan tampak bawah
Dimensi Simbol Ukuran (mm)
Panjang patch pada ground plane Lg 15.2
Lebar patch pada ground plane Wg 38.4
Jarak antara saluran catu dengan tepi substrate, d 36.8
Lebar saluran catu Wf 4.8
Panjang saluran catu Lf 20.8
Gambar 4.3. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak samping
Berdasarkan parameter geometri seperti apa yang telah dijelaskan pada
bab sebelumnya, dimana nilai dari setiap parameter sangat mempengaruhi
perolehan optimum dari rancangan antena, pada tahap pertama antena tanpa celah
persegi dan potongan pada groundplane terhadap perolehan frekuensi resonansi,
return loss, dan bandwidth.
Diperoleh nilai return loss yang dianggap optimum pada Lg = 15,2 mm,
dengan membentuk frekuensi resonansi pada 2,3 Ghz (-26,69 Ghz) dengan BW =
595 Mhz. Dengan posisi saluran yang digeser pada jarak tepi substrat pada sumbu
X yaitu 45,6 mm, maka pada rancangan tahap awal ini diperoleh nilai paling
optimum dengan parameter Lg = 15.2 mm dengan dan d = 36.8 mm untuk
dijadikan referensi antena untuk modifikasi selanjutnya.

84
4.2. Parameter Antena Hasil Rancangan
4.2.1. Parameter Antena Hasil Simulasi
Hasil parameter antena mikrostrip patch persegi dengan metode simulasi
meliputi beberapa nilai-nilai parameter diantaranya yaitu, bandwidth return loss,
VSWR, Input Impedansi, dan Pola Radiasi. Berikut uraian dari hasil simulasi
yang didapatkan.
4.2.1.1. Bandwidth
Gambar 4.5. memperlihatkan grafik dari parameter return loss hasil
simulasi dengan dua frekuensi resonansi fr 1.2 dimana diperoleh parameter
bandwidth dari nilai return loss ≤ -10 dB memperoleh nilai batas pada frekuensi
fr1 tertinggi 2.642 GHz dan batas frekuensi fr2 terendah 2.047 GHz.
Gambar 4.4. Parameter return loss terhadap frekuensi hasil simulasi
Untuk lebar pita frekuensi atau bandwidth return loss untuk frekuensi resonansi
(2,3 GHz) diperoleh dengan persamaan (2.14) :

85
BW (2,3 GHz) = f2 – fl (GHz)
= (2.642 – 2.047) GHz
= 0,595 GHz
= 595 Mhz
Dari perhitungan nilai bandwidth yang diperoleh tersebut menunjukan
bahwa antena hasil simulasi telah memenuhi kriteria antena microstrip single
wideband dengan perolehan bandwidth 595 Mhz.
Sedangkan untuk persentase bandwidth diperoleh dengan persamaan
(2.15) :
BW = 100%
BW =
. .
.
100%
= 25.86 %
Sedangkan return loss maksimum untuk (2,3 GHz) yaitu -10 dB, maka
koefisien refleksi diperoleh dengan persamaan (2.16) :
RLmax (dB) = 20 log |ГL|
-10 dB = 20 log |Г|
ГL = log-1
| |
ГL = log
-1
[−0,5]
ГL = 0,316

86
4.2.1.2. VSWR
Gambar 4.5. memperlihatkan hasil simulasi pembentukan resonansi
frekuensi yang terbentuk dari nilai VSWR, untuk VSWR 1 sampai dengan 2
dengan nilai VSWR ≤ 2, didapat untuk frekuensi 2.036-2.664 Ghz diperoleh nilai
VSWRmin = 1,097 pada frekuensi resonansi 2,3 Ghz.
Gambar 4.5. Parameter VSWR terhadap frekuensi hasil simulasi
Untuk memperoleh nilai VSWR, maka diperoleh melalui persamaan (2.19) :
VSWR maksimal (2,3 Ghz) diperoleh :
VSWR = =
|Г |
|Г |
=
,
,
= 1,097
4.2.1.3. Impedansi Masukan
Pada gambar 4.9. memperlihatkan nilai impedansi masukan hasil simulasi
terhadap kondisi rangkaian dalam keadaan missmatch. Dimana, sebuah impedansi
yang masuk ke terminal antena yang dikondisikan dalam keadaan seimbang
dengan impedansi karakteristik dari saluran transmisi.

87
Sehingga impedansi yang masuk kembali ke arah sumber saluran dari
beban menghasilkan koefisien refleksi yang terukur terhadap nilai return loss yang
dihasilkan. Dimana diperoleh nilai impedansi masukkan adalah Zin = R + jX =
0,927776 + (- j 0,0525523) Ohm pada frekuensi resonansi 2,3 GHz.
Nilai impedance masukan (Zin) merupakan impedansi masukan pada
beban antena (patch) untuk dapat matching dengan beban saluran.
Gambar 4.6. Grafik Smith Chart impedansi input
Impedansi sepanjang saluran terhadap koefisien refleksi diperoleh
menggunakan persamaan (2.19) :
Frekuensi resonansi 2,3 GHz :
Zin = Zo { R + jX }
= 50 (0,927776 + (- j 0,0525523))
= 46,3888 + (-j 2,627615)
= (46,3888) − ( . 2,627615)
= 2151,92 - 6,9042
= 2145,01
Zin = 46,31 Ω

88
4.2.1.4. Polarisasi
Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh
antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah
gain maksimum. Pada prakteknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi
dengan arah dari tengah antena.
Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefenisikan sebagai suatu
keadaan gelombang elektromagnetik yang menggambarkan arah dan magnetudo
vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga
dapat didefenisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh
antena pada suatu arah tertentu.
Pada gambar 4.7 memperlihatkan nilai polarisasi yang di pancarkan oleh
patch persegi dari hasil simulasi yang telah di lakukan. Dimana untuk nilai total
power radiasi yang di hasilkan polarisasi maksimum directivity (PPC_TPwr)
adalah 6,162 dB dan nilai maksimum beamwidth dengan magnitude ≤ 3 dB
kearah kiri -41,4°,sedangkan magnitude ≤ 3 dB kearah kanan 41,3°, maka dapat
diperoleh sudut beamwidth yaitu 41,9° + 41,3° = 83,2°.
Gambar 4.7 Polarisasi pada power directivity antena dari hasil simulasi

89
4.2.1.5. Pola Radiasi
Gain adalah perbandingan antara rapat daya persatuan unit antena terhadap
rapat daya antena referensi dalam arah dan daya masukan yang sama. Gain suatu
antena berlainan dengan gain kutub empat, gain diperhatikan daya masukan ke
terminal antena.
Pada intensitas dari pola radiasi (Radiation pattern) menjadi indikator
besarnya gain pada antena,sehingga setiap peningkatan nilai intensitas dari pola
radiasi dapat menunjukan gain pada antena.
Pada gambar 4.10 memperlihatkan bentuk pola arah radiasi (Radiation
pattern) dari suatu yang dihasilkan oleh antena mikrostrip melalui simulasi
dengan menggunakan skala magnitude 10 dB per div.
Untuk arah Radiation pattern disini hanya menampilkan sebagian dari sifat
sebagai antena monopole (satu arah),sehingga Radiation pattern yang mampu
dihasilkan pada perancangan ini yaitu berbentuk antena monopole dengan nilai
gain maksimum directivity yang dihasilkan adalah 6,161 dB (PPC_EPhi) dengan
sudut 0 derajat.
Sedangkan untuk nilai yang di hasilkan pola radiasi dari arah Etheta adalah
-30,17 dB (PPC_ETheta) dengan sudut 0 derajat.

90
Gambar 4.8 Radiation pattern pada antena dari hasil simulasi
4.3 Spesifikasi Antena Hasil Rancangan
Perubahan bentuk bandwidth yang terjadi dari hasil simulasi membentuk
wideband dengan sapuan frekuensi 2.047 – 2.642 Ghz pada resonansi 2,3 Ghz
dengan bandwidth 595 Mhz. Pada jangkauan frekuensi tersebut antena simulasi
terdapat 1 resonansi frekuensi dimana hasil simulasi antena resonansi pada 2,3
Ghz, pergeseran yang terjadi sejauh 595 Mhz atau sebesar 25,86 %.
Nilai VSWR minimum dari hasil simulasi untuk resonansi 1,097 dan
untuk hasil pengukuran yang dilakukan ialah 1,096 dan dibulatkan menjadi 1,097.
Hasil impedansi masukan hasil simulasi untuk resonansi Zin = 46,3888 + (-j
2,627615), hasil tersebut menyatakan rangkaian antena bersifat induktif dengan
nilai Zin = 46,31 Ω.
Simulasi antena menunjukan direktivitas radiasi pada sudut 0 derajat
sebesar 6,161 dB pada arah E phi dengan kekuatan radiasi yang diperoleh sebesar
6,162 dB pada sudut 0 derajat.

91
BAB V
KESIMPULAN
1. Antena yang telah dirancang memiliki karakteristik single wideband yang
terukur pada VSWR antara 1 dan 2, keseluruhan lebar bandwidth dari hasil
simulasi antena diperoleh sebesar 500 Mhz. Pada jangkauan frekuensi
tersebut terjadi 1 resonansi yaitu 2,3 Ghz dengan perolehan nilai VSWR
minimum 1,097 dan impedansi masukan Zin = 46,3888 + (-j 2,627615) Ω.
2. Hasil yang diperoleh melalui simulasi, antena yang dirancang memiliki
polarisasi linier dengan pola radiasi direksional atau dapat dinyatakan
antena berjenis monopol, dimana nilai gain maksimum yang menyatakan
direktivitas radiasi antena pada sudut 0 derajat sebesar 6,161 dB pada arah
Ephi dan -30,17 dB arah Etheta. Sementara kekuatan radiasi yang
menyatakan intensitas antena diperoleh sebesar 6,162 dB pada sudut 0
derajat.
3. Mengacu pada hasil proses simulasi antena, menunjukan bahwa
penambahan celah persegi memberikan pengaruh dalam pembentukan
frekuensi resonansi, dalam hal ini membentuk wideband, dimana celah
persegi dibentuk dengan lebar 7,2 mm ditempatkan sejauh 7,2 mm pada
bagian dalam tepi peradiasi antena. Sementara antena dengan struktur
groundplane memberi pengaruh terhadap pelebaran bandwidth, dalam
rancangan ini pada dimensi substrat 80x80 mm2
panjang groundplane
optimum sebesar 36,8 mm, dengan panjang potongan kebawah 20,8, dan
lebar 4,8 mm. Secara keseluruhan perubahan-perubahan struktur yang
dilakukan pada groundplane sangat berpengaruh dalam merancang antena
mikrostrip single wideband.

92
Daftar Pustaka
[1] Siwiak K adn McKewon D, “Ultra Wideband Radio Technology”, John
Wiley & Sons Ltd, England, 2004.
[2] Constantine A.Balanis, "Antenna Theory Analysis And Design Second
Edition", John Wiley & Sons, Inc, 1997.
[3] Girish Kumar and KP. Ray, “Broadband Microstrip Antennas”. Artech
House Inc, 2003.
[4] R Garg, P. Bhartia, I. Bahl, A. Ittipiboon, “Microstrip Antena Design
Handbook”, Artech House, Inc
[5] James IR, Hall, P.S, Handbook of Microstrip Antennas”, IEEE
Electromagnetics Wave, Vol. 28, Peter Peregrinus Ltd, 1989.
[6] Kin-Lu Wong, “Compact and Broadband Microstrip Antennas”, John
Wiley & Sons, Inc, 2002.
[7] Lal Chand Godara, “Handbook of Antennas in Wireless
Communications”, CRC Press, Washington DC., 2002.
[8] Kerkhoff, AI, “Multi-objective Optimization of Antennas for Ultra-
wideband Applications”, ProQuest, 2008.
[9] Yanagi M, “A Planar UWB Monopole Antenna Formed on A Printed
CircuitBoard”(http://www.fujitsu.com!downloadsIMICRO/fcailinput/uw
b_monopole_antenna.pdf)
[10] Aaron KShackelford, Kai-Fong Lee, and K M. Luk, "Design of
Small- Size Wide-Bandwidth Microstrip-Patch Antennas", IEEE
Antennas and Propagation MOQOZine. Vol.4.N O.I, 2003.
[http.z/www.e.kth.se/sevS_maa/number1.pdf
[11] Gary Breed, "A Summary of FCC Rules for Ultra Wideband
Communications", High Frequency Electronics, Summit Technical
Media,2005.[http://highfreqe1ec.summittechmedia.com!Archives/JanOSI
HFEO1OS_Tutorial.pdf]

93
[12] Milligan, Thomas A, "Modern Antenna Design Second Edition", John
Wiley & Sons, Inc, 2005.
[13] Zhi Ning Chen, Terence S. P. See, and Xianming Qing, "Small
Printed Ultrawideband Antenna With Reduced Ground Plane
Effect", IEEE Transactions On Antennas And Propagation, VOL.
55,NO.2, February 2007.[http://www.edaboard.com/attachments/40800d
1250771051-paper_small _printed_ultrawideband _antenna_with_reduced
_4585. pdf]
[14] Jalil EY, Chakrabarty CK, and Kasi Baskaran, "A Compact
Wideband Microstrip Antenna Intergrated with Band-Notched
Design", European Journal of Scientific Research ISSN 1450-
216XVol.77No.4 (2012), pp.477-484EuroJournalsPublishing,Inc.2012
[http://www.europeanjournalofscientificresearch.com]
[15] Kasi Baskaran, Lee Chia Ping, and Chakrabarty CK, "A
Compact Microstrip Antenna for Ultra Wideband Applications",
European Journal of Scientific Research ISSN 1450-216X Vol.67
No.1 (2011), pp. 45-51. Euro Journals Publishing, Inc.2011.
[http://www.europeanjournalofscientificresearch.com]
[16] Guha, Debatosh and Antar, Yahi, "Microstrip and Printed Antennas
New Trends, Techniques, and Application", John Wiley & Sons Ltd.
2011.
[17] Kraus, Jhon D., "Antennas Second Edition", McGraw Hill, 1988.
[18] Wakabayashi T, et al, "e-Shaped Slot Antenna for WLAN
Applications",PIERSONLINE,VOL.3,NO.7,2007.
[http://www.piers.org/piersonline/pdf/VoI3No7PageII19toI123.pdf]
[19] Misra P.N.,"Planar Rectangular Microstrip Antenna for Dualband
Operation",ucs:Vol.2,ISSue3,September2011.
[http://www.ijcst.com/voI23/1/nmisra.pdf]
[20] Wen-Chung Liu, and Ping-Chi Kao, "Compact CPW-Fed Dual
Folded- Strip Monopole Antenna For 5.8-Ghz Rfid Application",
MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS I
Vol. 48, No.8, August 2006.

94
[21] Wang E.,et al, "A Novel Dual-Band Patch Antenna For WLAN
Communication",Progress In Electromagnetics Research C, Vol.6, 93-
102,2009.
[22] Byrareddy C.R, et al, "A Compact Dual Band Planar RSMA For WLAN
/WiMax Applications", International Journal of Advances in Engineering
& Technology, Jan 2012.
[23] Parkash D, and Khanna R, "Design And Development Of CPW-Fed
Microstrip Antenna For WLAN/WiMax Applications", Progress In
Electromagnetics Research C,Vol. 17,17-27,2010.
[24] Maidurrahaman S, et al, "New Compact Tri-Band Microstrip Patch
Antenna Using Dual T-Shaped Slit for Wi-Max and Microwave C
Band Application", International Journal of Engineering Sciences
Research- IJESR, Vol 03, Issue 05; September-October 2012.
[25] Srifi, Nabil M et al, "Rectangular Slotted Patch Antenna for 5-6GHz
Applications", INTERNATIONAL JOURNAL OF MICROWAVE AND
OPTICAL TECHNOLOGY, VOL.5 NO.2, MARCH 2010.
[26] Jawad K et al, "A New Compact Ultra Wideband Printed
Monopole Antenna with Reduced Ground Plane and Band Notch
Characterization", PIERS Proceedings, Kuala Lumpur, MALAYSIA,
March27-30,2012.
[http://www.researchgate.net/publication/216598899_A_New_Compact_U
ltra_Wideband_Printed_Monopole_Antenna_with_Reduced_Ground_PIan
e_and_Band_Notch_Characterization/file/8d1c84 f909a8e7ge96.pdf]
[27] Lim, Eng Gee, et al, "Ultra Wideband Antennas-Past and Present",
IAENGInternational Journal of Computer Science, 2010.
[28] https://julitra.wordpress.com/2009/01/24/melihat-kembali-alokasi-frekuensi-
operator-gsm/
[29] tekno.kompas.com/read/2013/11/14/1912134/internet.4g.lte.resmi.hadir
[30] http://www.antaranews.com/berita/417547/kemenkominfo-lte-akangunakan-
frekuensi-1800-mhz

95
[31] Wilson Julius, Syah Alam, S.Pd, M.T, Dr. Harry Arjadi, M,Sc, Universitas
Kristen Krida Wacana Jakarta
[32] Azwar Mudzakkir Ridwan, Nanang Ismail, MT, dan Afaf Fadhil R, MT,
Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN SGD Bandung
[33] Halomoan Togatorop, Dr. Heroe Wijayanto, Ir, MT, Dr. Yuyu Wahyu, Ir,
MT, Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom

Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz Untuk Aplikasi LTE (Long Term Evolution)

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz Untuk Aplikasi LTE (Long Term Evolution) (20)

More from Uofa_Unsada (20)

Recently uploaded (20)

Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz Untuk Aplikasi LTE (Long Term Evolution)