Perancangan Antena Mikrostrip Multiband Untuk Sistem...

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


Tertinggi :1869,4 -33,55 dBm

24

Pengukuran Level Daya Terima MenggunakanSpectrum Analyzer


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


-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


-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



-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


-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



-60-55-50-45-40-35

015

3045

60

75

90

105

120135

150165

180195

210225

240

255

270

285

300315

330345


-60-55-50-45-40-35

015

3045

60

75

90

105

120135

150165

180195

210225

240

255

270

285

300315

330345


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

Perancangan Antena Mikrostrip Multiband Untuk Sistem...

Documents

Transcript of Perancangan Antena Mikrostrip Multiband Untuk Sistem...