Upload
duongdang
View
241
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Perancangan Antena Mikrostrip Multiband
Untuk Sistem Electromagnetic Harvesting
pada frekuensi 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz dan 2.4 GHz
Dosen Pembimbing :
Eko Setijadi, ST. MT. Ph.D.
Dr. Ir. Wirawan, DEA.
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
1
Nama : Achmad Syahid Hidayatullah
NRP : 2210100167
Latar Belakang
Banyaknya jumlah BTS
GSM dan access point
WiFI
Sumber Gelombang
Elektromagnetik yang
Melimpah
Pemanfaatan Energi
Elektromagnetik dengan
Sistem Electromagnetic
Harvesting
Sumber Energi
Perangkat Elektronik
Berdaya Rendah
2
Rumusan Masalah
• Bagaimana model antena penerima pada frekuensi GSM 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz serta WiFi 2.4 GHz
• Bagaimana desain perangkat power harvester
• Bagaimana desain sistem ambient electromagnetic harvesting dengan memanfaatkan gelombang transmisi GSM 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz serta WiFi 2.4 GHz
• Berapa nilai tegangan yang dihasilkan oleh perangkatElectromagnetik Harvesting.
3
Batasan Masalah
• Antena penerima yang digunakan adalah antena mikrostrip
• Frekuensi yang digunakan adalah GSM 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz serta WiFi 2.4 GHz
• Simulasi menggunakan CST Studio Suite 2011
4
Tujuan
• Mendesain dan membuat prototipe antena penerima yang sesuaidengan frekuensi kerja GSM 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz sertaWiFi 2.4 GHz
• Mendesain dan membuat prototipe rangkaian power harvester.
• Mendapatkan data hasil penelitian mengenai berapa teganganyang dihasilkan dari sistem electromagnetic harvesting.
• Memanfaatkan energi gelombang elektromagnetik pada frekuensiGSM 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz serta WiFi 2.4 GHz untukpencatuan daya perangkat berdaya rendah
5
Mulai
Studi Literatur
Penentuan Desain Awal Antena Penentuan Desain Awal Power Harvester
Simulasi Antena
Optimasi Antena
Implementasi Rancangan Antena
Simulasi Rangkaian Power Harvester
Implementasi Rangkaian Power Harvester
Pengujian dan Pengukuran
Analisis Data
Kesimpulan
Selesai
Meto
dolo
gi
6
Sistem Electromagnetic Harvesting
Gelombang Elektromganetik --> Antena
Antena --> Tegangan AC
Power Harvester --> Penyearah dan Penguat Tegangan
7
Desain Antena
Lsub 77 mm s3 2 mm
W 36 mm t1 1.25 mm
L 21 mm t2 0.55 mm
Lf 55 mm t3 1.45 mm
Wf 3 mm Ls1 21.3 mm
Lg 3.5 mm Ls2 20.3 mm
L1 14 mm Ls3 17.25 mm
s1 1 mm Lv 3.5 mm
s2 1 mm Wv 1 mm
8
Desain Antena
Lsub 77 mm s3 2 mm
W 36 mm t1 1.25 mm
L 21 mm t2 0.55 mm
Lf 55 mm t3 1.45 mm
Wf 3 mm Ls1 21.3 mm
Lg 3.5 mm Ls2 20.3 mm
L1 14 mm Ls3 17.25 mm
s1 1 mm Lv 3.5 mm
s2 1 mm Wv 1 mm
9
Pengaruh Penambahan Slot
Penambahan slot pada patch memberikan frekuensi resonansi barupada antena
Single Band Dual Band
10
Pengaruh Penambahan Slot
Triple Band Quad Band
11
Modifikasi Antena
Bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari tiap variabel antena.
Variabel yang dilakukan modifikasi :
- Panjang dan lebar slot
- Jarak antar slot
- Ukuran ground
12
Modifikasi Antena 13
Panjang Slot Lebar Slot
Modifikasi Antena 14
Jarak antar slot Ukuran ground
Hasil SimulasiParameter S11
Frekuensi
Tengah
S11 (dB) Bandwidth (S11
≤ -10 dB)
957 -34,722 920,23 – 997,2
1836 -27,979 1825 – 1846,7
2142 -28,62 2125,3 – 2154,9
2442 -18,309 2416,4 – 2466,3
- Dari hasil simulasi diketahui bahwa antena mempunyai empat frekuensi kerja
15
Hasil SimulasiVSWR
Frekuensi Nilai VSWR
957 MHz 1,0374
1836 MHz 1,0831
2142 MHz 1,077
2442 MHz 1,2766
Nilai VSWR dari masing-masing frekuensi mendekati 1 sehingga proses
pentranmisian sinyal/daya dapat berlangsung secara efektif
16
Hasil SimulasiDistribusi Arus Permukaan
Frekuensi 900 MHz Frekuensi 1800 MHz
Distribusi arus permukaan antena berhubungan dengan mode resonansi
17
Hasil SimulasiDistribusi Arus Permukaan
Frekuensi 2100 MHz Frekuensi 2400 MHz
18
Power Harvester
Rangkaian power harvester terdiri dari rangkaian penyearah danpenguat tegangan
Power harvester menggunakan rangkaian voltage doubler 6 stage
Menggunakan Kapasitor 0,47 nF dan dioda HSMS 2822
Single stageFabrikasi power harvester
19
Power Harvester 20
Skema Rangkaian Power Harveseter
C1=C2=C3=C4=C5=C6=C7=C8=C9=
C10=C11=C12= 0,47nF
C13 = 1,5 nF
Implementasi Antena
Penyusun Antena :
- Substrat FR4 77 mm x 36 mm x 1,6 mm
- Tembaga dengan ketebalan 0,035 mm
- Konektor SMA female L
21
Perbandingan Hasil Pengukuran Return Loss Menggunakan Network Analyzer dengan HasilSimulasi
Bandwidth Hasil
Simulasi
Bandwidth Hasil
Pengukuran
Pergeseran
Frekuensi
920 – 997 MHz
(77 MHz)
- -
1825 – 1847 MHz
(22 MHz)
1809 – 1873 MHz
(64 MHz)
1836 MHz => 1845
MHz (9 MHz)
2125 – 2155 MHz
(30 MHz)
- -
2416 – 2466 MHz
(50 MHz)
2442 – 2517 MHz
(75 MHz)
2442 MHz => 2484
MHz (42 MHz)
22
- Perbedaan jumlah frekuensi kerja
- Penigkatan bandwidth dan pergeseran frekuensi
Bandwidth
Hasil
Simulasi
Bandwidth
Hasil
Pengukuran
Pergeseran
Frekuensi
77 MHz - -
22 MHz 64 MHz 1836 MHz =>
1845 MHz (9
MHz)
30 MHz - -
50 MHz 75 MHz 2442 MHz =>
2484 MHz
(42 MHz)
Pengukuran Level Daya Terima MenggunakanSpectrum Analyzer 23
Pengukuran Level Daya Terima MenggunakanSpectrum Analyzer
Pengukuran dilakukan di dalam Lab B306
Rentang : 870 – 960 MHz
Tertinggi :958,6 -41,17 dBm
Rentang : 1826 – 1876 MHz
Tertinggi :1869,4 -33,55 dBm
24
Pengukuran Level Daya Terima MenggunakanSpectrum Analyzer
Rentang : 2111 – 2165 MHz
Tertinggi : 2163 -41,86 dBm
2439 MHz ; -60,72 dBm
2455 MHz ; -70,54 dBm
2469 MHz ; -34,69 dBm
25
Hasil PengukuranPola Radiasi 26
-40-35-30-25-20-15
022,5
45
67,5
90
112,5
135
157,5180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Pola Radiasi Bidang Horizontal Band 900
-40-35-30-25-20-15
022,5
45
67,5
90
112,5
135
157,5180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Pola Radiasi Bidang Vertikal Band 900
Hasil PengukuranPola Radiasi 27
-45
-40
-35
-30
-250
22,545
67,5
90
112,5
135
157,5180 202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5360
Pola Radiasi Bidang Horizontal Band 1800
-35
-30
-25
-200
22,5
45
67,5
90
112,5
135
157,5180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Pola Radiasi Bidang Vertikal Band 1800
Hasil PengukuranPola Radiasi 28
-45
-40
-35
-30
-250
22,5
45
67,5
90
112,5
135
157,5180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Pola Radiasi Bidang Horizontal Band 2100
-45
-40
-35
-30
-250
22,5
45
67,5
90
112,5
135
157,5180
202,5
225
247,5
270
292,5
315
337,5
Pola Radiasi Bidang Vertikal Band 2100
Hasil PengukuranPola Radiasi 29
-60-55-50-45-40-35
015
3045
60
75
90
105
120135
150165
180195
210225
240
255
270
285
300315
330345
Pola Radiasi Bidang Horizontal Band 2400
-60-55-50-45-40-35
015
3045
60
75
90
105
120135
150165
180195
210225
240
255
270
285
300315
330345
Pola Radiasi Bidang Vertikal Band 2400
Pengukuran Gain
GT(dB) = PT (dBm) – Ps(dBm) + Gs(dB)
GT = gain antena yang diuji
PT = level daya terima antena uji
PS = level daya terima antena standar
GS = gain antena standar.
30
Pengukuran Gain
Frekuensi
(MHz)
Gain
antena
pemancar
Level daya
terima antena
standar (dBm)
Level daya
terima
antena uji
(dBm)
Gain
antena uji
930 3 dBi -48,8 -50,6 1,2 dB
940 3 dBi -48,5 -51,1 -0,4 dB
950 3 dBi -49,3 -51,6 0,7 dB
960 3 dBi -49,6 -52,4 0,2 dB
Rata-rata gain 0,425 dB
31
Frekuensi
(MHz)
Gain
antena
pemancar
Level daya
terima
antena
standar
(dBm)
Level daya
terima antena
uji (dBm)
Gain
antena uji
1820 5 dBi -58,4 -64,1 0,8 dB
1830 5 dBi -59,7 -63,6 1,1 dB
1840 5 dBi -58,6 -62,6 1 dB
1850 5 dBi -57,3 -63,1 -0,8 dB
Rata-rata gain 0,525dB
Pengukuran Gain
Frekuensi
(MHz)
Gain
antena
pemancar
Level daya
terima antena
standar (dBm)
Level daya
terima antena
uji (dBm)
Gain
antena uji
2130 2 dBi -63,1 -64,6 0,5 dB
2140 2 dBi -63,8 -65,1 0,7 dB
2150 2 dBi -63,9 -66,2 -0,3 dB
2160 2 dBi -64,5 -66,2 0,3 dB
Rata-rata gain 0,3 dB
32
Frekuensi
(MHz)
Gain
antena
pemancar
Level daya
terima antena
standar (dBm)
Level daya
terima antena
uji (dBm)
Gain
antena uji
2450 4 dBi -54,3 -57,5 0,8 dB
2460 4 dBi -55,8 -57,9 1,9 dB
2470 4 dBi -55,2 -57,8 1,4 dB
2480 4 dBi -55,6 -58,3 1,3 dB
Rata-rata gain 1,35
dB
Skema Pengukuran Power Harvester 33
Pengukuran Tegangan Power Harvester
Access Point dijadikan sumber pemancar gelombangelektromagnetik. Daya keluaran access point diatur sebesar 25 dBm
Jarak
(cm)
Tegangan
terukur
(Volt)
Jarak
(cm)
Tegangan
terukur
(Volt)
20 4,42 100 0,98
30 3,17 110 0,93
40 2,51 120 0,64
50 2,1 130 0,2
60 1,55 140 0,16
70 1,53 150 0,16
80 1,25 200 0,09
90 1,05
34
y = 7,0646e-0,023x
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
0 50 100 150 200 250
Tegangan (
V)
Jarak (cm)
Tegangan Power Harvester
Pengukuran Tegangan Power Harvester
Pengukuran dilakukan di sekitar BTS Jl. Dharmawangsa
Tegangan rata-rata yang terukur adalah 400 mV
35
Pengukuran Tegangan Power Harvester 36
Pengukuran dilakukan di area terbuka dengan ketinggian 5 meter
Tegangan rata-rata yang terukur adalah 220 mV
Pencatuan Perangkat Elektronik
Kalkulator CITIZEN SLD-100N
Tegangan Resistansi
1,5 volt 905 k
37
Sumber Pemancar : Access Point
Output : 25 dBm
Jarak : Hingga 30 cm
Kesimpulan
• Frekuensi kerja antena berdasarkan hasil pengukuran yakni 1809 –1873 MHz dan 2442 – 2517 MHz sedangkan level daya terima antena pada band 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz, dan 2400 MHz berturut-turut -41,17 dBm -33,55 dBm ,-41,86 dBm, dan-34,69 dBm yang diukur di lab B306.
• Hasil pengukuran didapatkan gain rata-rata antena sebesar 0,425 untuk band 900, 0,525 dB untuk band 1800, 0,3 dB untuk band 2100, dan 1,35 dB untuk band 2400.
• Penambahan slot pada antena dapat memberikan mode resonansibaru antena dan frekuensi resonansi kerja antena dapat diaturdengan penempatan dan dimensi slot yang tepat
38
• Tegangan yang dihasilkan sistem electromagnetic harvesting adalah 4,2 V pada jarak 20 cm dari access point, 440 mV di sekitar BTS, dan 220 mV di ruang terbuka.
• Sistem electromagnetic harvesting dapat mencatu kalkulatorCITIZEN SLD-100N dengan spesifikasi tegangan 1,5 volt dan resistansi 905 kΩ
39
Terima Kasih 40