perancangan integrated rectenna pada frekuensi 2.4 … · dioda d1 hingga d12 merupakan model dioda...

6
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 1 AbstrakAntena mikrostrip dan rangkaian RF Power Harvester telah disimulasikan, difabrikasi dan dilakukan pengukuran secara terpisah sebelum diintegrasikan pada satu substrat. Antena dirancang untuk dapat bekerja pada frekuensi WLAN 2.4 GHz. Substrat Rogers RO4360 dengan konstanta dielektrik 6.15 digunakan pada perancangan integrated rectenna untuk aplikasi wireless power transfer (WPT). Matching network dirancang diantara antena dan rangkaian penyearah untuk memaksimalkan transfer daya. Perangkat integrated rectenna diukur dan diuji untuk mencatu daya tanpa kabel pada display elektronik. Tegangan searah maksimum yang terukur adalah 5 volt pada jarak 20 cm dari access point dengan daya pancar maksimum 316 mwatt. Didapatkan daya yang dihasilkan integrated rectenna sebesar 22.73 μwatt. Semakin jauh jarak rectenna dari pemancar, semakin rendah tegangan keluaran yang didapat. Hasil tegangan dari perangkat integrated rectenna mampu mencatu daya pada sebuah kalkulator. Kata Kunciintegrated rectenna, mikrostrip, RF Power Harvester, WPT, WLAN. I. PENDAHULUAN RANSFER daya nirkabel telah banyak dikembangkan untuk memberikan daya secara simultan pada perangkat elektronik [1,2]. Dalam dunia wireless sensor network (WSN) teknologi transfer daya nirkabel diterapkan untuk mencatu daya pada sensor. Pencatuan daya dilakukan dengan memanfaatkan gelombang elektromagnetik bebas di udara [2]. Rectenna adalah perangkat yang dapat digunakan untuk mengubah gelombang elektromagnetik di udara menjadi arus listrik searah. Rectenna umumnya terdiri dari antena, filter dan perangkat penyearah. Beberapa tipe dari rectenna telah diusulkan dalam beberapa tahun terakhir. Antena yang digunakan dapat terdiri dari beberapa tipe, contohnya, dipole, Yagi-Uda, mikrostrip, monopole, loop, coplanar, spiral dan parabolik. Rangkaian penyearah yang digunakan juga bermacam-macam seperti single diode half-wave rectifier, voltage doubler untuk penguatan tegangan DC, atau dual-diode full-wave rectifier untuk meningkatkan efisiensi [3]. Kelemahan dari rectenna yang telah dikembangkan sebelumnya [1,2,4] adalah memiliki rancangan yang terpisah antara antena dengan perangkat penyearah yang dihubungkan menggunakan konektor. Desain single board rectenna diperlukan untuk mendapatkan perangkat rectenna yang terintegrasi agar lebih mudah digunakan untuk aplikasi pencatuan daya dan mendapatkan performa yang lebih baik. Metode impedance matching digunakan untuk menggabungkan antena dengan perangkat penyearah melalui matching network. Maka dari itu penulis mengusulkan perancangan antena terintegrasi dengan perangkat RF Power Harvester sebagai penyearah sekaligus penguat tegangan. Rectenna akan dirancang menjadi suatu single board yang bekerja pada frekuensi 2.4 GHz untuk dapat mentransfer daya yang dipancarkan oleh wireless local area network (WLAN) access point yang berada di dalam ruangan. Rectenna hasil perancangan akan digunakan untuk pengisian daya nirkabel pada perangkat elektronik berdaya rendah di dalam ruangan. II. ANTENA MIKROSTRIP A. Substrat Mikrostrip dibentuk dari substrat dielektrik dan tembaga (copper) yang menempel dikedua sisinya. Substrat tersebut memiliki ketebalan dan konstanta dielektrik ( ) yang bervariasi dari berbagai jenis. Pada penelitian kali ini digunakan substrat Rogers RO4360 yang memiliki konstanta dielektrik 6.15 dengan ketebalan 1.524 mm. B. Dimensi Mikrostrip terdiri dari tembaga tipis yang ditempatkan pada substrat dielektrik dengan ketebalan h. Panjang (L) mempengaruhi frekuensi resonansi dan lebar (W) menentukan impedansi input dari antena. Akibat dari adanya fringing effect pada pada panjang (L), menyebabkan analisis yang lebih akurat ketika menggunakan konstanta dielektrik efektif ( ) [5]. Nilai didapatkan dari persamaan berikut [6] : = +1 2 + −1 2 1 + 12 (1) Untuk lebar (W) dari rectangular antenna didapat dari [6] : = 2 2 +1 (2) Perancangan Integrated Rectenna pada Frekuensi 2.4 GHz untuk Pencatuan Daya Nirkabel pada Perangkat Elektronik dalam Ruangan Adi Pandu W (1) , Eko Setijadi (2) dan Wirawan (3) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected] (1) [email protected] (2) [email protected] (3) T

Upload: tranhanh

Post on 30-Jul-2018

225 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Perancangan Integrated Rectenna pada Frekuensi 2.4 … · Dioda D1 hingga D12 merupakan model dioda HSMS 286x yang telah disesuaikan parameter simulasinya dengan datasheet. C1 dan

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 1

Abstrak— Antena mikrostrip dan rangkaian RF PowerHarvester telah disimulasikan, difabrikasi dan dilakukanpengukuran secara terpisah sebelum diintegrasikan pada satusubstrat. Antena dirancang untuk dapat bekerja pada frekuensiWLAN 2.4 GHz. Substrat Rogers RO4360 dengan konstantadielektrik 6.15 digunakan pada perancangan integrated rectennauntuk aplikasi wireless power transfer (WPT). Matching networkdirancang diantara antena dan rangkaian penyearah untukmemaksimalkan transfer daya. Perangkat integrated rectennadiukur dan diuji untuk mencatu daya tanpa kabel pada displayelektronik. Tegangan searah maksimum yang terukur adalah 5volt pada jarak 20 cm dari access point dengan daya pancarmaksimum 316 mwatt. Didapatkan daya yang dihasilkanintegrated rectenna sebesar 22.73 μwatt. Semakin jauh jarakrectenna dari pemancar, semakin rendah tegangan keluaran yangdidapat. Hasil tegangan dari perangkat integrated rectennamampu mencatu daya pada sebuah kalkulator.

Kata Kunci— integrated rectenna, mikrostrip, RF PowerHarvester, WPT, WLAN.

I. PENDAHULUAN

RANSFER daya nirkabel telah banyak dikembangkanuntuk memberikan daya secara simultan pada perangkatelektronik [1,2]. Dalam dunia wireless sensor network

(WSN) teknologi transfer daya nirkabel diterapkan untukmencatu daya pada sensor. Pencatuan daya dilakukan denganmemanfaatkan gelombang elektromagnetik bebas di udara [2].

Rectenna adalah perangkat yang dapat digunakan untukmengubah gelombang elektromagnetik di udara menjadi aruslistrik searah. Rectenna umumnya terdiri dari antena, filter danperangkat penyearah. Beberapa tipe dari rectenna telahdiusulkan dalam beberapa tahun terakhir. Antena yangdigunakan dapat terdiri dari beberapa tipe, contohnya, dipole,Yagi-Uda, mikrostrip, monopole, loop, coplanar, spiral danparabolik. Rangkaian penyearah yang digunakan jugabermacam-macam seperti single diode half-wave rectifier,voltage doubler untuk penguatan tegangan DC, atau dual-diodefull-wave rectifier untuk meningkatkan efisiensi [3].

Kelemahan dari rectenna yang telah dikembangkansebelumnya [1,2,4] adalah memiliki rancangan yang terpisahantara antena dengan perangkat penyearah yang dihubungkanmenggunakan konektor. Desain single board rectennadiperlukan untuk mendapatkan perangkat rectenna yangterintegrasi agar lebih mudah digunakan untuk aplikasi

pencatuan daya dan mendapatkan performa yang lebih baik.Metode impedance matching digunakan untuk menggabungkanantena dengan perangkat penyearah melalui matching network.

Maka dari itu penulis mengusulkan perancangan antenaterintegrasi dengan perangkat RF Power Harvester sebagaipenyearah sekaligus penguat tegangan. Rectenna akandirancang menjadi suatu single board yang bekerja padafrekuensi 2.4 GHz untuk dapat mentransfer daya yangdipancarkan oleh wireless local area network (WLAN) accesspoint yang berada di dalam ruangan. Rectenna hasilperancangan akan digunakan untuk pengisian daya nirkabelpada perangkat elektronik berdaya rendah di dalam ruangan.

II. ANTENA MIKROSTRIP

A. Substrat

Mikrostrip dibentuk dari substrat dielektrik dan tembaga(copper) yang menempel dikedua sisinya. Substrat tersebutmemiliki ketebalan dan konstanta dielektrik ( ) yangbervariasi dari berbagai jenis. Pada penelitian kali ini digunakansubstrat Rogers RO4360 yang memiliki konstanta dielektrik6.15 dengan ketebalan 1.524 mm.

B. Dimensi

Mikrostrip terdiri dari tembaga tipis yang ditempatkan padasubstrat dielektrik dengan ketebalan h. Panjang (L)mempengaruhi frekuensi resonansi dan lebar (W) menentukanimpedansi input dari antena. Akibat dari adanya fringing effectpada pada panjang (L), menyebabkan analisis yang lebih akuratketika menggunakan konstanta dielektrik efektif ( ) [5].

Nilai didapatkan dari persamaan berikut [6] :

= + 12 + − 12 1 + 12 ℎ (1)Untuk lebar (W) dari rectangular antenna didapat dari [6] :

= 2 2+ 1 (2)

Perancangan Integrated Rectenna pada Frekuensi2.4 GHz untuk Pencatuan Daya Nirkabel pada

Perangkat Elektronik dalam Ruangan

Adi Pandu W(1), Eko Setijadi(2) dan Wirawan(3)

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: [email protected](1) [email protected](2) [email protected](3)

T

Page 2: Perancangan Integrated Rectenna pada Frekuensi 2.4 … · Dioda D1 hingga D12 merupakan model dioda HSMS 286x yang telah disesuaikan parameter simulasinya dengan datasheet. C1 dan

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 2

Panjang tambahan antena didapatkan dari persamaan [6] :

= 0.414ℎ ( + 0.3)( − 0.258) ( ℎ + 0.262)( ℎ + 0.813) (3)Sehingga panjang aktual (L) dari antena adalah [6] :

= 2 − 2 (4)Dimana f adalah frekuensi resonansi dan adalah cepat rambatcahaya diruang bebas (2.998 x 10 m/s).

C. Simulasi dan Fabrikasi Antena Mikrostrip

Simulasi antena diawali dengan memasukkan parameter-parameter yang telah diketahui dari hasil perhitungan kemudiandilakukan optimasi dengan merubah-rubah nilai lebar (W),panjang (L) serta memberikan slot pada feed antena (inset fed)agar didapat antena yang match dengan saluran transmisi 50 Ω.Hasil akhir geometri antena mikrostrip ditampilkan pada tabel1 dan gambar 1.

III. RF POWER HARVESTER

A. Rangkaian Voltage Doubler

Satu rangkaian voltage doubler terdiri dari dua buah diodadan dua buah kapasitor yang secara teoritis dapatmenyearahkan tegangan serta menguatkan tegangan menjadi

dua kali lebih besar dari sinyal masukan. Skematik rangkaianvoltage doubler dan hasil gelombang penguatannyaditampilkan pada gambar 2.

Pada saat sinyal bernilai negatif, tegangan akan diisikankedalam kapasitor (C1) dan pada saat sinyal positif tegangandari sumber dan kapasitor (C1) akan diisikan kedalam kapasitor(C2) yang menyebabkan tegangan keluaran menjadi duakalinya. Satu stage rangkaian voltage doubler dapat dilihatsebagai sebuah baterai dengan tegangan keluaran pada kondisiopen circuit ( ) dan resistansi internal ( ). Ketika n buahrangkaian voltage doubler dirangkai secara seri dan tersambungpada beban ( ), Tegangan keluaran ( ) diberikan padapersamaan [7] : = + (5)B. Simulasi dan Fabrikasi RF Power Harvester

Sebuah RF Power Harvester terangkai dari n buah rangkaianvoltage doubler yang tersusun secara seri dimana besartegangan bergantung pada jumlah stage penguatannya.

Digunakan dioda shottky tipe HSMS-2862 yang memilikiforward voltage yang rendah dan telah dirancang dandioptimasi untuk digunakan pada rentang frekuensi 915 MHzhingga 5.8 MHz. HSMS-2862 merupakan komponen dengankonfigurasi dua dioda seri [8].

Program simulasi LTspice IV digunakan untuk merancangRF Power Harvester. Parameter SPICE dioda schottky HSMS286x seperti pada tabel 2 digunakan untuk keperluan simulasipada rangkaian. Kapasitor 1 nF yang dipilih pada simulasi inididasarkan pada beberapa kali percobaan simulasi untukmendapatkan keluaran tegangan yang paling baik.

Pada gambar 3, diasumsikan gelombang elektromagnetikyang diterima antena merupakan input untuk RF Power

Tabel 1.Hasil akhir geometri antena mikrostrip 2.45 GHz

Variabel Nilai (mm) Keterangan

W 24.36 lebar patch antenaL 24.02 panjang patch antena

Ws 54.72 lebar substratLs 48.84 panjang substratWf 2.24 lebar feed lineyo 10.1 panjang slot inset fedWi 1.6 lebar slot inset fedh 1.524 tebal substrat

Gambar. 1. Geometri antena mikrostrip

Gambar. 2. Skematik rangkaian voltage doubler

Tabel 2.Parameter SPICE dioda schottky HSMS 286x [8]

Parameter Satuan NilaiB V 7.0C pF 0.18E eV 0.69I A 1E-5I A 5E-8N - 1.08R Ω 6.0P (VJ) V 0.65P (XTI) - 2M - 0.5

Page 3: Perancangan Integrated Rectenna pada Frekuensi 2.4 … · Dioda D1 hingga D12 merupakan model dioda HSMS 286x yang telah disesuaikan parameter simulasinya dengan datasheet. C1 dan

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 3

Harvester yang disimulasikan dengan sumber tegangan (V1)yang merupakan tegangan AC dengan frekuensi 2.45 GHz.Dioda D1 hingga D12 merupakan model dioda HSMS 286xyang telah disesuaikan parameter simulasinya dengandatasheet. C1 dan C2 merupakan kapasitor stage pertama, C3dan C4 adalah kapasitor stage kedua, dan seterusnya. RF PowerHarvester disimulasikan dengan 6 tingkat penguatan.

Hasil akhir RF Power Harvester ditampilkan pada gambar 4.Substrat untuk RF Power Harvester menggunakan substratyang sama dengan antena yaitu Rogers RO4360.

IV. INTEGRATED RECTENNA

A. Perancangan Matching Network

Impedansi input antena yang telah difabrikasi bernilai49.4+j1 Ω dimana sangat dekat dengan nilai impedansi darisaluran transmisi 50 Ω. Sedangkan impedansi RF PowerHarvester yang telah diukur secara terpisah sebelumnyamemiliki impedansi 22.3 – 53.7 Ω. Tantangan selanjutnyadalam perancangan mathing network disini adalah bagaimanamendapatkan impedansi yang sesuai antara saluran transmisi 50Ω dengan impedansi RF Power Harvester sebagai beban.

Perancangan Single-stub paralel open-circuit menggunakanSmith Chart dapat digunakan sebagai teknik untukmenyesuaikan impedansi antara saluran transmisi denganbeban.

Untuk merancang single-stub dengan menggunakan SmithChart, terlebih dulu ditempatkan titik admitansi beban yangtelah dinormalisasi ( ). Dengan membuat lingkaran VSWRdari titik tersebut, dapat digambar sebuah segmen garis dari titiktengah ke y untuk diputar vektornya kearah sumber (WTG)hingga didapatkan titik irisan dengan lingkaran unitconductance (y = 1+jb) seperti pada gambar 5. Dari perputarantersebut dapat diperoleh dua nilai d yaitu = 0.0714 dan= 0.204 . Solusi kedua dari nilai d yaitu 0.204menghasilkan panjang stub ( ) yaitu 0.169 untuk open-circuit stub. Hasil tersebut tidak jauh berbeda denganperhitungan matematis dimana nilai d didapat 0.2044 danpanjang stub ( ) yaitu 0.1696 .

Stub dirancang agar memiliki karakteristik yang samadengan saluran transmisi sehingga untuk mendapatkan salurantransmisi yang bernilai 50 Ω, dipilih lebar stub yang samadengan lebar feed line yaitu 2.24 mm.

Untuk mengimplementasikan matching network, diperlukandimensi aktual dari single-stub tersebut. Dimensi aktualdidapatkan dengan mencari nilai panjang gelombang (λ)menggunakan persamaan [9] :

= (6)dimana f merupakan frekuensi kerja pada saluran mikrostrip,adalah kecepatan propagasi yang didapat dari :

= (7)merupakan cepat rambat cahaya di ruang bebas (2.998 x 10

m/s) dan adalah konstanta dielektrik efektif yangdidapatkan dari persamaan (1). Dengan menggunakanpersamaan-persamaan tersebut, didapatkan panjang gelombang(λ) untuk frekuensi kerja 2.45 GHz adalah 58.2 mm. Sehinggapanjang aktual dari stub = 0.1696 = 9.87 mm pada posisi= 0.2044 = 11.89 mm. Hasil perancangan integratedrectenna dengan single-stub matching network ditampilkanpada gambar 7.

Gambar. 3. Rangkaian RF Power Harvester dengan software LTSpice IV

Gambar. 4. RF Power Harvester

Gambar. 5. Perancangan single-stub parallel short-circuit untuk integratedrectenna menggunakan Smith Chart

Gambar. 6. Single-stub hasil perancangan

Page 4: Perancangan Integrated Rectenna pada Frekuensi 2.4 … · Dioda D1 hingga D12 merupakan model dioda HSMS 286x yang telah disesuaikan parameter simulasinya dengan datasheet. C1 dan

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 4

B. Fabrikasi dan Skema Pengukuran Tegangan

Integrated rectenna difabrikasi menggunakan substrat yangsama dengan antena dan RF Power Harvester sebelumnya yaituRogers RO4360.

Pengukuran tegangan dilakukan pada kedua prototipe.Prototipe pertama adalah antena yang disambung dengan RFPower Harvester menggunakan konektor male-to-maleadapter, prototipe kedua adalah integrated rectenna. Prototipekedua alat dapat dilihat pada gambar 8.

Pengukuran daya terima dari antena juga dilakukan untukmengetahui berapa daya yang masuk ke dalam RF PowerHarvester berdasarkan fungsi jarak. Karena daya terima padaintegrated rectenna sulit untuk diukur maka diasumsikanbahwa daya terima yang dikonversikan menjadi tegangansearah adalah sama dengan daya terima pada antena terpisah.Skema pengukuran tegangan keluaran dan level daya terimaantena berdasarkan fungsi jarak ditampilkan pada gambar 9.

V. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

A. Simulasi dan Pengukuran Antena

S11-Parameter merupakan nilai yang menunjukkan returnloss. Nilai return loss dibawah -10 dB dijadikan acuan dalammencari nilai frekuensi kerja antena. Pada hasil simulasi didapatfrekuensi minimum dan maksimum berturut-turut adalahadalah 2.434 GHz dan 2.463 GHz dengan nilai S11 -48.9 dBpada frekuensi tengah 2.448 GHz. Sedangkan pada hasilpengukuran didapat frekuensi minimum dan maksimumberturut-turut adalah adalah 2.454 GHz dan 2.482 GHz dengannilai S11 -38.8 dB pada frekuensi tengah 2.468 GHz.Perbandingan hasil simulasi dengan pengukuran dari S11-Parameter antena ditampilkan pada gambar 10.

Pengukuran VSWR juga dilakukan pada antena dan padafrekuensi 2.468 GHz didapatkan nilai VSWR 1.023. Bandwidthantena dapat dihitung dari grafik VSWR tersebut denganmencari selisih frekuensi atas dengan frekuensi bawah yangmemiliki nilai VSWR dibawah 2 sehingga didapat nilaibandwidth sebesar 30 MHz.

Hasil pengukuran impedansi input dari antena memberikannilai impedansi yang cukup baik yaitu 49.4 + j1 Ω padafrekuensi 2.468 GHz. Nilai impedansi tersebut sesuai denganhasil pengukuran VSWR dimana nilai VSWR paling baik dariantena berada pada frekuensi yang sama, dimana impedansidari antena mendekati nilai 50 Ω.

Gambar. 7. Hasil perancangan integrated rectenna dengan matching network

Gambar. 9. Skema pengukuran level daya terima antena dan tegangan keluaran

Gambar. 8. Dua prototipe rectenna

Gambar. 10. Grafik perbandingan hasil simulasi dengan pengukuran S11-Parameter dari antena

Gambar. 11. Grafik hasil pengukuran VSWR dari antena

Page 5: Perancangan Integrated Rectenna pada Frekuensi 2.4 … · Dioda D1 hingga D12 merupakan model dioda HSMS 286x yang telah disesuaikan parameter simulasinya dengan datasheet. C1 dan

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 5

B. Simulasi dan Pengukuran Impedansi RF Power Harvester

Simulasi RF Power Harvester dilakukan dengan masukantegangan sinusoidal frekuensi 2.45 GHz didapat keluarantegangan tanpa beban yang searah dan mengalami penguatanhampir 9 kali dari tegangan masukan. Dalam simulasi, nilaikapasitor divariasikan untuk mendapatkan hasil yang palingbaik. Grafik hasil simulasi ditampilkan pada gambar 12.

Pengukuran impedansi RF Power Harvester diperlukanuntuk perancangan matching network pada integrated rectenna.Didapatkan hasil pengukuran impedansi RF Power Harvestersebesar 22.3-j53.7 Ω pada frekuensi kerja antena 2.468 GHzseperti yang ditampilkan pada gambar 13.

C. Pengukuran Level Daya

Untuk mengetahui level daya yang diterima antena dari suatupemancar perlu dilakukan pengukuran dengan spectrumanalyzer. Dalam kasus ini pemancar yang digunakan adalahradiolink yang difungsikan sebagai access point. Hasilpengukuran ditampilkan pada tabel 3.

Dalam pengukuran level daya terima, access point diaturuntuk bekerja pada kanal 12 agar sesuai dengan frekuensi kerjaantena penerima. Daya pancar maksimum dari pemancar adalah25 dBm. Pada jarak yang ditentukan, level daya terimacenderung fluktuatif. Data pada tabel 3 merupakan dayamaksimum yang diterima antena pada frekuensi 2.47 GHz.

Pada tabel 3, level daya terima antena cenderung turunberbanding terbalik dengan kenaikan jarak namun pada jaraktertentu terdapat ketidak linieran. Hal tersebut dapat disebabkanakibat daya yang dipancarkan dari access point berfluktuasiyang mempengaruhi daya terima pada antena.

Kecenderungan penurunan level daya terjadi akibat lossyang semakin besar, berbanding terbalik dengan jarak.

D. Hasil Pengukuran Tegangan

Pada pengukuran tegangan keluaran RF Power Harvesterdidapatkan tegangan maksimum berada dikisaran nilai 3 voltuntuk jarak 20 cm dari access point dan untuk jarak lebih dari40 cm, tegangan yang didapat kurang dari 1 volt. Sedangkanpada pengukuran tegangan keluaran integrated rectennadidapatkan nilai maksimum yang dapat terbaca padapengukuran adalah 5 volt untuk jarak 20 cm dan bernilaidibawah 1 volt pada jarak lebih dari 60 cm. Perbandingan rata-rata tegangan yang diperoleh berdasarkan fungsi jarakditampilkan pada gambar 14.

Pada gambar 14 dapat dilihat bahwa konversi tegangansearah dari integrated rectenna lebih tinggi dari tegangan yangdidapat dari RF Power Harvester yang disambung ke antenamenggunakan konektor. Perbedaan tersebut dapat disebabkankarena loss konektor diantara RF Power Harvester dan antena,serta penambahan matching network pada integrated rectenna.

Daya yang dihasilkan dari integrated rectenna dapatdihitung dengan membagi kuadrat tegangan yang dihasilkandengan hambatan dalam dari integrated rectenna. Hasilpengukuran hambatan dalam sebesar 1.1 MΩ didapatkantegangan keluaran sebesar 5 volt. sehingga daya yangdihasilkan adalah 22.73 μwatt. Akibat hambatan dalam yangbesar, arus yang dihasilkan menjadi sangat kecil yaitu 4.55 μA.Hambatan dalam yang besar disebabkan oleh penggunaan diodadan kapasitor secara multistage.

Gambar. 12. Grafik hasil simulasi RF Power Harvester

Gambar. 13. Grafik hasil pengukuran impedansi RF Power Harvester

Tabel 3.Hasil pengukuran level daya terima pada frekuensi 2.47 GHz

Jarak dari pemancar Level Daya Terima

20 cm -6 dBm30 cm -7 dBm40 cm -11 dBm50 cm -16 dBm60 cm -58 dBm70 cm -16 dBm80 cm -16 dBm90 cm -19 dBm100 cm -19 dBm110 cm -18 dBm120 cm -23 dBm130 cm -25 dBm140 cm -26 dBm150 cm -21 dBm

Gambar. 14. Perbandingan tegangan keluaran rata-rata berdasarkan jarak

Page 6: Perancangan Integrated Rectenna pada Frekuensi 2.4 … · Dioda D1 hingga D12 merupakan model dioda HSMS 286x yang telah disesuaikan parameter simulasinya dengan datasheet. C1 dan

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 6

E. Pengujian pada Display Elektronik

Telah dilakukan pengujian untuk pencatuan daya nirkabelpada kalkulator seperti yang tampak pada gambar 15 dimanaLCD kalkulator dapat menyala pada jarak 15 cm sedangkanpada jarak 20 cm LCD mulai redup, dan off pada jarak lebihdari 20 cm. Dapat dihitung daya yang ditransfer ke kalkulatordengan membagi kuadrat tegangan yang dihasilkan denganhambatan dalam dari kalkulator didapatkan nilai 2.48 μwatt.

Pengujian juga dilakukan pada pada sensor temperatur dankelembaban seperti pada gambar 16, LCD tidak dapat menyalapada jarak 20 cm. Ketika access point dicoba untuk didekatkanpada jarak kurang dari 10 cm, LCD dapat menyala namundengan tidak stabil (kondisi on-off). Dengan melihat pada tabel4 dapat disimpulkan bahwa arus yang disupply dari rectenna kesensor temperatur bernilai kurang dari 6 μA.

VI. KESIMPULAN

Penggunaan integrated rectenna dapat diterapkan untukpencatuan daya nirkabel pada perangkat elektronik berdayarendah. Rancangan rectenna yang terintegrasi dapatmeningkatkan transfer daya serta mengurangi rugi-rugi akibatkonektor. Dari hasil analisis data pengukuran tegangan dapatdisimpulkan bahwa semakin dekat rectenna dengan pemancar,maka hasil tegangan keluaran yang dihasilkan juga semakintinggi. Hasil tegangan keluaran dari perangkat integratedrectenna tersebut telah mampu mencatu daya pada sebuahkalkulator.

Rancangan multistage pada RF Power Harvester selain dapatmengalikan tegangan ternyata juga menyebabkan hambatandalam menjadi sangat besar sehingga arus yang dihasilkansangat kecil. Didapatkan tegangan keluaran maksimum yangterukur pada integrated rectenna sebesar 5 volt dengan dayayang dihasilkan sebesar 22.73 μwatt.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tuapenulis, ayahanda Indrayana dan ibunda Fatmawati, sertakepada Bapak Eko Setijadi, ST.,MT.,Ph.D dan Bapak Dr.Ir.Wirawan, DEA selaku dosen pembimbing. Selain itu penulisjuga mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan bidangstudi telekomunikasi multimedia 2010 dan rekan-rekan labB301, B304 dan B306 yang telah banyak membantu dalampenelitian. Tidak lupa juga terima kasih diucapkan pada RogersCorporation USA yang telah membantu menyediakan samplematerial pada penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA[1] Paing, T., Morroni, J., Dolgov, A., Shin J., Brannan, J., Zane, R., Popvic,

Z., “Wirelessly-Powered Wireless Sensor Platform,” Proceeding of the37th European Microwave Conference, Munich, Germany, October2007.

[2] Cissandyanto, “Desain Antena Patch Panel Polarisasi Sirkular untukHarvesting Elektromagnetik pada Frekuensi 2.4 GHz,” ProceedingSeminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS.

[3] Shrestha, S., Noh, S.K. and Choi, D.Y., “Comparative Study of AntennaDesigns for RF Energy Harvesting,” Hindawi Publishing Corporation,International Journal of Antennas and Propagation, Volume 2013.

[4] Rivière, S., Douyère, A., Alicalapa, F. and Lan Sun Luk, J.D., “Study ofComplete WPT System for WSN Applications at Low Power Level,”Electronics Letters, Institution of Engineering and Technology,University of la Reunion, Saint-Denis, France, 2010, Vol. 46, Issue 8, pp.597-598, April 15, 2010.

[5] Balanis, C.A.,“Antenna Theory Third Edition : Analysis and Design”,John Wiley & Sons, INC. 2005.

[6] Tamvada, R.T., Kumari, U.R., “High Efficiency Rectenna for RF EnergyHarvesting”, International Journal of Systems , Algorithms &Applications, Volume 3, Issue ICRASE13, May 2013.

[7] Devi, K.K.A., Din, N.Md. and Chakrabarty, C.K., “Optimization of theVoltage Doubler Stages in an RF-DC Convertor Module for EnergyHarvesting”, Scientific Research Publishing, July, 2012.

[8] Avago Technologies, “HSMS-286x Series Surface Mount MicrowaveSchottky Detector Diodes Data Sheet” <URL:http://www.avagotech.com/docs/AV02-1388EN>.

[9] Ludwig, R. and Bretchko, P., “RF Circuit Design Theory andApplication”, Prentice Hall, 2000.

Gambar. 15. Uji transfer daya nirkabel pada kalkulator

Gambar. 16. Uji transfer daya nirkabel pada sensor temperatur dan kelembaban

Tabel 4.Spesifikasi alat yang digunakan untuk pengujian

Alat*Spesifikasi Resistansi

TerukurArus

TeoritisDisplay**

Kalkulator CITIZENSLD100N

1.5 Volt ButtonCell Battery

908 kΩ 1.65 μA LCD ON

HTC-1 Temperatureand Humidity Meter

1.5 Volt AAABattery

251 kΩ 6 μA LCD OFF

*Baterai dan solar cell dilepas dari alat**dicatu menggunakan integrated rectenna pada jarak 20 cm dari access point.