optimalisasi mekanisme transmisi daya listrik nirkabel ...

OPTIMALISASI MEKANISME TRANSMISI DAYA LISTRIKNIRKABEL MENERAPKAN SWITCH BEAM ANTENA

OPTIMIZATION OF WIRELESS ELECTRIC POWERTRANSMISSION MECHANISM USING SWITCH BEAM

ANTENNA

JULIANTI HABIBUDDIN

PROGRAM PASCASARJANAUNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR2017

OPTIMALISASI MEKANISME TRANSMISI DAYA LISTRIK NIRKABEL

MENERAPKAN SWITCH BEAM ANTENA

Tesis

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Magister

Program Studi

Teknik Elektro

Disusun dan diajukan oleh

JULIANTI HABIBUDDIN

kepada

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2017

PERNYATAAN KEASLIAN TESIS

Yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Julianti HabibuddinNomor Mahasiswa : P2700213410Program Studi : Teknik Elektro

Menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya tulis ini benar-

benar merupakan hasil karya saya sendiri, bukan merupakan pengambil-

alihan tulisan atau pemikirian orang lain. Apabila dikemudian hari terbukti

atau dapat dibuktikan bawha sebagaian atau keseluruhan tesis ini hasil kar-

ya orang lain, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan tersebut.

Makassar, 18 Agustus 2015Yang menyatakan,

Julianti Habibuddin

v

PRAKATA

Bismillahirrahmanirrahim Assalamualaikum Warahmatullahi Wabara-

katuh

Segala puji bagi Allah. Penulis memujiNya, memohon pertolongan

kepadaNya, dan memohon ampunan kepadaNya. Penulis memohon perlin-

dungan kepada Allah dari kejahatan diri dan kejelekan amal perbuatan pe-

nulis. Barangsiapa diberi hidayah oleh Allah, tak seorang pun yang sanggup

menyesatkannya, dan barangsiapa disesatkan olehNya, tidak seorang pun

yang mampu memberikan hidayah kepadaNya. Penulis bersaksi bahwa tia-

da ilah yang berhak diibadahi dengan benar kecuali Allah semata yang tiada

sekutu bagiNya, dan penulis bersaksi bahwa Muhammad Shallallahualaihi

wa Sallam adalah hamba dan utusanNya.

Alhamdulillah dengan izin Allah Subhanahu wa Taala, penulis akhirnya

dapat menyelesaikan Tesis yang berjudul Optimalisasi Mekanisme Transmi-

si Daya Listrik Nirkabel Menerapkan Switch Beam Antena atau Optimiza-

tion Of Wireless Electric Power Transmission Mechanism Using Switch

Beam Antenna.

Penulis menyusun Tesis ini dalam rangka memenuhi salah satu per-

syaratan untuk menyelesaikan Program Strata-2 Jurusan Elektro Fakultas

Teknik Universitas Hasanuddin Makassar.

Penulis menyadari bahwa terselesaikannya Tesis ini berkat campur ta-

ngan dari berbagai pihak. Memang banyak di antaranya merupakan hasil

pemikiran penulis sendiri tetapi banyak pula yang penulis pungut dari tulisan

dan tuturan kata orang lain, baik untuk dikutip maupun sebagai bahan un-

tuk diolah lebih lanjut. Untuk itulah penulis ingin memberikan penghargaan

yang setinggi-tingginya kepada pihak-pihak yang terkait.

Bapak ketua program studi Teknik Elektro Pascasarjana Universitas

vi

Hasanuddin Dr. Ir. Zahir Zainuddin, M.Sc. Terima kasih atas setiap mo-

tivasi, petuah dan kesempatan yang telah diberikan kepada penulis untuk

melanjutkan pendidikan ke jenjang yang lebih tinggi yaitu Program Magister

Pascasarjana Universitas Hasanuddin.

Ada masa-masa dimana penulis merasa tak berdaya dan tidak tahu

harus melakukan apa. Syukurlah ketika itu terjadi, kecerahan pikiran selalu

bisa didapatkan dari Bapak Dr. Elyas Palantei, ST., M.Eng selaku Pembim-

bing I (ketua) dan Prof. Dr. Ir. H. Syafruddin Syarif, M.T selaku Pembimbing

II (sekretaris). Terima kasih yang sebesar-besarnya atas dukungan dan

bimbingannya selama penyusunanTesis ini.

Kepada segenap tim penguji terima kasih yang begitu luar biasa ke-

pada Ibu Dr. Eng. Dewiani, M.T Bapak Dr. Ir. Zulfajri B. Hasanuddin, M.Eng

dan Bapak Dr.Eng. Wardi, ST., M.Eng. Terima kasih atas saran, kritikan

dan koreksinya sebagai tim penguji dalam penyempurnaan Tesis ini.

Tentang waktu, senyum dan ilmu yang terbagi. Terima kasih banyak

kepada Ibu Dr. Eng Intan Sari Areni, ST. MT, Bapak Prof. Dr. Ir. H. Mu-

hammad Tola, M.Eng, Bapak Dr. Ir. Andani Ahmad, MT, dan Bapak Dr.

Indrabayu, S.T.,M.T.,M.Bus.Sys yang senantiasa meluangkan waktu untuk

memberikan ilmu, nasihat dan arahan yang membangun kepada penulis.

Terima kasih kepada yang tak pernah luput mengoreksi dan mengu-

rusi segala administrasi proposal, seminar dan sidang,Ibu Cia dan Ibu Ti-

ka selaku sekretaris Pascasarjana Program Studi Teknik Elektro Universi-

tas Hasanuddin. Cinta adalah energi yang tak terdefinisi. Penulis sangat

berterima kasih kepada kedua orang tua penulis yang terkasih, Ayahanda

Ir.Habibuddin Salim (Alm) dan Ibunda Ngai, S.Pd.I Serta Ayahanda Hams-

an (Alm) dan Ibunda Satting atas setiap cinta yang terpancar dan doa restu

yang teriring. Dukungan moril dan materil yang terus mengalir dari kelu-

arga kecil penulis, pasangan hidup yang selalu mendampingi penulis disa-

at suka maupun duka, Brigpol Amirullah Hamsah, Amd.Kep serta ananda

vii

Muhammad Uwais Amirullah yang begitu sabar memberikan kesempatan

untuk menyelesaikan thesis ini.

Untuk dan hanya untuk adik-adik penulis tercinta, Nur Hayyuni Habi-

buddin yang senantiasa meluangkan waktu untuk menjaga ananda Muh.

Uwais demi kelancaran pengerjaan thesis, Muhammad Habibuddin yang

turun langsung membantu proses pengerjaan alat, Rahmiani habibuddin,

muh.rahmatullah habibuddin dan Musdholifah Habibuddin yang selalu mem-

berikan keceriaannya disaat pengerjaan thesis ini. Kepada kakak-kakak

dan teman-teman konsentrasi Teknik Telekomunikasi dan Informasi, kak

Sukriah Buwarda, ST. MT, kak Akhriana, ST. MT, kak Afif, ST. MT, Ashadi

Amir ST, Asma Amaliah ST, Andi Asmi Pratiwi ST, Veronika ST, dan Ika Pus-

pita ST. Begitu pula kepada teman-teman konsentrasi Teknik Energi Listrik

dan Teknik Kontrol, Kendali dan Elektronika serta Teknik Informatika yang

terhimpun dalam mahasiswa Pascasarjana Teknik Elektro angkatan 2013.

Terima kasih telah menjadi teman seperjuangan penulis dalam merintis ge-

lar Master Teknik.

Satu sama dengan sama. Itulah slogan yang membuat penulis tetap

bersemangat kuliah dan mengenang kisah yang terukir dalam lingkar maha-

siswa Teknik Elektro angkatan 2007 silam. Semasa mengurus Tesis ini pe-

nulis banyak mendapatkan nasihat perjuangan dan pantang menyerah dari

Mirna Andriani, Nurmayanti Zain, Nurul Khaerani dan teman-teman Pixel

Zer07even tercinta lainnya. Terima kasih banyak. Terakhir, penulis hendak

menyapa untuk setiap nama yang tidak tersebut, untuk setiap anonim yang

tidak terdeteksi dan untuk setiap doa yang terpancar tanpa sepengetahuan

penulis. Terima kasih sebanyak-banyaknya kepada orang-orang yang turut

bersuka cita dan riang gembira atas keberhasilan penulis menyelesaikan

Tesis ini. Alhamdulillahi wa Tabaarakallahu Taala.

Tentunya sebagai manusia biasa, penulis masih memiliki banyak keku-

rangan dalam topik yang diangkat dalam Tesis ini, begitu pula dalam unsur

viii

penulisannya. Oleh karena itu, penulis menerima berbagai masukan dari

para pembaca, baik itu berupa saran maupun kritik yang sifatnya memba-

ngun demi penyempurnaan penelitian-penelitian mendatang. Harapan pe-

nulis, semoga Tesis ini dapat memberikan manfaat yang sebesar-besarnya

bagi para penuntut ilmu, baik dalam bangku perkuliahan maupun bidang

penelitian, guna membina generasi muda penerus bangsa yang lebih ber-

kualitas dan berdaya saing.

Akhirnya kepada Allah-lah penulis memohon agar usaha ini dijadikan

sebagai amal shalih dan diberikan pahala olehNya. Shalawat dan salam

semoga tercurah kepada Nabi Muhammad Shallallahualaihi wa Sallam be-

serta keluarganya, para Sahabatnya, dan yang mengikuti mereka dengan

baik hingga Hari Akhir. Insya Allah. Aamiin. Wassalamualaikum Warahma-

tullahi Wabarakatuh.

Makassar, 18 Agustus 2015

JULIANTI HABIBUDDIN

ix

ABSTRAK

JULIANTI HABIBUDDIN. Optimalisasi Mekanisme Transmisi Daya Lis-trik Nirkabel Menerapkan Switch Beam Antena. (Dibimbing oleh Elyas Pa-lantei dan Syafruddin Syarif)

Penelitian ini bertujuan untuk membuat rangkaian optimalisasi trans-misi daya listrik dari rangkaian transmisi daya listrik yang ada. Dalam pro-sesnya dilakukan perancangan antena yang cocok untuk transmisi daya nir-kabel yaitu berada pada frekuensi 2,4-2,5 GHz. Dalam perancangan antenadilakukan simulasi pada software HFSS v.13 dan CST. Adapun karakteristikantena yang diamati adalah nilai S11 dan gain antena. Setelah mendapatk-an parameter antena yang sesuai dilakukanlah integrasi ke sirkit rangkaiantransmisi daya nirkabel. Kemudian dilakukanlah uji coba untuk mengeta-hui seberapa besar tegangan output rangkaian untuk dapat mengisi bateraismartphone.

Dari hasil simulasi diperoleh Nilai S11 sebesar -12,9 dB pada HFSSdan -13,3 dB pada CST. Nilai Gain sebesar 1,84 dB pada HFSS dan 1,21pada CST. Sedangkan hasil pengukuran prototype diperoleh nilai S11 sebe-sar -11,7 dB.Grafik nilai S11 Antena menunjukkan Pada hasil simulasi an-tena diatas diperoleh nilai S11 dibawah -10 yaitu -12,9 dB pada HFSS dan-13,3 dB pada CST. Dapat dilihat perbedaan nilai s11 yang dirancang padaHFSS dan CST tidak jauh berbeda dan telah memenuhi standar dibawah -10 dB. Dapat dilihat pada hasil pengukuran prototype antena diperoleh nilais11 sebesar -11,7 dB. Nilai ini lebih kecil dari hasil simulasi yang dilakukanpada software HFSS dan CST. Pada sirkit penguat yang dibuat dihasilkanoutput sebesar 5 Volt apabila input penguat (output rectenna) sebesar 1,7Volt. Daya pancar maksimal yang dihasilkan generator RF sebesar 0,78dBm. Daya terima yang dihasilkan antena penerima (berbentuk pesawat)sebesar -15,56 dBm.

Kata Kunci: Antena, Transmisi Daya Nirkabel

x

ABSTRACT

JULIANTI HABIBUDDIN. Optimization Of Wireless Electric Power Trans-mission Mechanism Using Switch Beam Antenna. (Supervised by ElyasPalantei and Syafruddin Syarif)

This study aims to create a series of optimization of electric powertransmission of electric power transmission circuit there. In the process todesign antennas suitable for wireless power transmission is at a frequencyof 2.4-2.5 GHz. In the design of the antenna simulation software HFSS andCST V.13. The antenna characteristics observed was the value of S11 andantenna gain. After getting the parameters appropriate antenna circuit toperform the integration of wireless power transmission circuit. Then performthe test to determine how much the circuit’s output voltage can charge thesmartphone battery.

From the simulation results obtained S11 value of -12.9 dB to -13.3dB in HFSS and CST. Gain values of 1.84 and 1.21 dB in HFSS to CST.While the prototype measurement results obtained value of -11.7 dB.GrafikS11 S11 Antenna value indicates In the above antenna simulation resultsobtained value is -12.9 S11 below -10 dB to -13.3 dB in HFSS and CST.Can be seen the difference in value s11 designed in HFSS and CST are notmuch different and have met the standards under -10 dB. Can be seen ona prototype antenna measurement results obtained s11 value of -11.7 dB.This value is smaller than the simulation results conducted on the softwareHFSS and CST. Maximum transmit power generated RF generator of 0.78dBm. The received power of the receiving antenna (aircraft) is -15.56 dBm.

Keywords: Antennas, Wireless Power Transmission

xi

DAFTAR ISI

PRAKATA v

ABSTRAK ix

ABSTRACT x

DAFTAR ISI xi

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR TABEL xv

I PENDAHULUAN 1A. Latar Belakang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1B. Rumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2C. Tujuan Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3D. Manfaat Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3E. Batasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4F. Metodologi Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

F.1. Jenis Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4F.2. Waktu dan Lokasi Penelitian . . . . . . . . . . . . . . 5F.3. Instrument Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5F.4. Teknik Pengumpulan Data . . . . . . . . . . . . . . . . 6

G. Rancangan Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6H. Sistematika Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

II TINJAUAN PUSTAKA 10A. Transmisi Daya Nirkabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10B. Antena Mikrostrip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13C. Parameter-Parameter Antena . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

C.1. Koefisien Refleksi (S11) . . . . . . . . . . . . . . . . . 17C.2. Penguatan (gain) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

D. Antena Switch Beam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19E. Rectenna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20F. Mikrokontroller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21G. Roadmap Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21H. Kerangka Konseptual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

III PERANCANGAN SISTEM 25A. Parancangan Antena Microstrip . . . . . . . . . . . . . . . . 26

A.1. Simulasi Perancangan Antena Microstrip . . . . . . . 26

xii

A.2. Perancangan Layout Antena . . . . . . . . . . . . . . 27B. Perancangan Sistem Transmisi Daya Nirkabel . . . . . . . . . 28

B.1. Rectifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30B.2. Rangkaian Penguat dan Rangkaian Kontrol . . . . . . 31B.3. Pengukuran Antena Microstrip . . . . . . . . . . . . . 34B.4. Pengukuran Port Tunggal . . . . . . . . . . . . . . . . 35B.5. Pengukuran penguatan (Gain) . . . . . . . . . . . . . 36

IV EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM 38A. Hasil Desain Antena Mikrostrip . . . . . . . . . . . . . . . . . 38B. Hasil Pengukuran Daya Pancar Antena . . . . . . . . . . . . 42C. Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

C.1. Antena penerima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43C.2. Rectifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44C.3. Rangkaian Penguat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

V KESIMPULAN DAN SARAN 50A. Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50B. Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Daftar Pustaka 52

LAMPIRAN 55

xiii

DAFTAR GAMBAR

1 Diagram Alir Penelitian Transmisi Daya Nirkabel . . . . . . . 7

2 Blok Diagram Sistem Transmisi Daya Nirkabel . . . . . . . . 113 Diagram skematik pengujian sistem transmisi daya nirkabel . 124 Konfigurasi patch dari microstrip antenna . . . . . . . . . . . 135 Konfigurasi Antena Mikrostrip (Patch) Rectangular dan Circular 146 Rangkaian Optimalisasi WPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Blok Diagram Kerangka Konseptual . . . . . . . . . . . . . . 24

8 Desain antena microstrip tampak bawah . . . . . . . . . . . . 279 Desain antena microstrip tampak atas . . . . . . . . . . . . . 2710 Hasil rancangan prototipe antena microtrip . . . . . . . . . . 2911 Hasil prototipe rectifier double diode schottky (Tampak Atas) 3112 Hasil prototipe rectifier double diode schottky (Tampak Bawah) 3113 Skematik rangkaian penguat . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3214 Layout rangkaian penguat tampak bawah . . . . . . . . . . . 3215 Layout rangkaian penguat tampak atas . . . . . . . . . . . . 3316 Skematik rangkaian kontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3317 Layout rangkaian kontrol tampak bawah . . . . . . . . . . . . 3418 Layout rangkaian kontrol tampak atas . . . . . . . . . . . . . 3419 Prototipe rangkaian penguat DC . . . . . . . . . . . . . . . . 3420 Network Analyzer ENA Series E5071C . . . . . . . . . . . . . 3621 Konfigurasi peralatan pengukuran gain . . . . . . . . . . . . . 37

22 Desain antena pada software HFSS . . . . . . . . . . . . . . 3823 Nilai S11 desain antena pada HFSS . . . . . . . . . . . . . . 3924 Nilai Gain desain antena pada HFSS . . . . . . . . . . . . . . 3925 Desain import antena pada software CST . . . . . . . . . . . 4026 Nilai S11 desain antena pada CST . . . . . . . . . . . . . . . 4027 Gain antena pada software CST . . . . . . . . . . . . . . . . 4128 Nilai S11 hasil pengukuran prototipe . . . . . . . . . . . . . . 4129 Perbandingan nilai S11 simulasi dan pengukuran . . . . . . . 4230 Output Generator RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4331 Output Daya terima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4432 Output rectifier pada multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . 4433 Kinerja rangkaian penguat tanpa beban . . . . . . . . . . . . 4534 Pengukuran rangkaian penguat . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

xiv

35 Grafik pengukuran rangkaian penguat (dengan beban) tegang-an masukan terhadap arus masukan dan arus keluaran . . . 48

36 Grafik pengukuran rangkaian penguat (dengan beban) tegang-an masukan terhadap tegangan keluaran . . . . . . . . . . . 49

xv

DAFTAR TABEL

1 Daftar permitivitas relatif beberapa material . . . . . . . . . . 15

2 Pengukuran rangkaian penguat (dengan beban) . . . . . . . 462 Pengukuran rangkaian penguat (dengan beban) . . . . . . . 472 Pengukuran rangkaian penguat (dengan beban) . . . . . . . 48

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pada zaman teknologi seperti saat ini, Kemajuan teknologi begitu pe-

sat untuk membantu memenuhi kebutuhan manusia diberbagai bidang. Sa-

lah satu contoh teknologi yang berkembang saat ini adalah wireless. Wi-

reless adalah transmisi tanpa kabel yang memanfaatkan ruang bebas se-

bagai media transmisinya. Wireless yang umumnya diketahui oleh masya-

rakat adalah salah satu bentuk komunikasi untuk mentransfer data. De-

ngan semakin berkembangnya teknologi wireless, selain mentransfer data

para peneliti terus mengkaji mengenai wireless seperti transfer daya listrik

menggunakan teknologi wireless (tanpa kabel).

Teknologi pengiriman daya listrik tanpa melalui kabel sangat mem-

bantu dalam pengisian baterai pada piranti yang ada disekitar. Hal ini akan

membuat lebih efektif dan efisien untuk mengisi baterai. Kondisi masyara-

kat saat ini, seperti yang terlihat bahwa hampir setiap orang telah memiliki

smartphone yang selalu digunakan untuk mengakses informasi secara real-

time sehingga kebutuhan penggunaan baterai handphone yang meningkat

mengharuskan membawa charge hp kemanapun berada. Dengan melihat

kebutuhan tersebut terpikirlah untuk memanfaatkan transmisi daya listrik nir-

kabel untuk mengisi baterai hp. Transmisi daya nirkabel diawali oleh ilmuan

Nikola Tesla yang menggunakan mekanisme transmisi daya secara radiasi.

Transmisi daya nirkabel ini sudah dimulai sejak tahun 1891 dan terus dikem-

bangkan oleh para peneliti hingga tahun 2007. Pada tahun itu para peneliti

dari MIT mendemonstrasikan pengiriman energi listrik wireless yang diberi

nama WiTricity [1, 2, 3].

2

Transmisi daya nirkabel menggunakan mekanisme radiasi ini memiliki

tingkat efisiensi yang rendah, hal ini disebabkan kerugian radiasi yang ber-

sifat omnidirectional [4]. Pada penelitian ini menggunakan antena yang ber-

sifat directional. Penelitian transmisi daya nirkabel yang bekerja pada freku-

ensi 2,5 GHz dengan menggunakan antena mikrostrip berbentuk kupu-kupu

dapat diintegrasikan pada rangkaian transmisi daya nirkabel dan mengha-

silkan tegangan sebesar 2,8 Volt yang mampu menyalakan led. Penelitian

dilanjutkan dengan desain antena mikrostrip array yang dapat diintegrasik-

an pada sistem transmisi daya nirkabel dan menghasilkan tegangan sebe-

sar 3,8 Volt, hanya saja pada penelitian tersebut masih menggunakan kom-

ponen aktif pada sisi penerima seperti LNA, Detektor dan Op Amp sehingga

membutuhkan catuan external, selain itu antena yang didesain bekerja pada

frekuensi 1,5 GHz [5]. Sehingga penelitian ini bertujuan membuat rangka-

ian optimalisasi transmisi daya listrik yang menggunakan komponen pasif

pada sisi penerima sehingga tidak memerlukan catuan external dan me-

manfaatkan antena directional yang diatur beam antenanya sesuai tingkat

kebutuhan atau biasa disebut switch beam antenna.

Untuk itu penulis bermaksud mengambil judul Optimalisasi Mekanis-

me Transmisi Daya Listrik Nirkabel Menerapkan Switch Beam Antena

sebagai topik penelitian tesis.

B. Rumusan Masalah

Permasalahan yang dijadikan sebagai fokus studi dalam penelitian

mencakup beberapa hal sebagai berikut :

1. Bagaimana mendesain antena menggunakan software Ansoft High

Frequency Structural Simulator (HFSS) v.13 dan Software CST (Com-

puter Simulation Technology).

2. Bagaimana mengimplementasikan desain ke dalam bentuk prototype.

3

3. Bagaimana mendesain sistem rangkaian transceiver (rangkaian trans-

misi daya listrik) dan rangkaian komunikasi ke smartphone.

4. Bagaimana analisis rangkaian transmisi daya listrik dengan mengeta-

hui level baterai Smartphone pada kondisi baterai lemah.

C. Tujuan Penelitian

Secara umum penelitian ini bertujuan untuk mentransmisikan daya

listrik secara nirkabel menggunakan metode radiasi. Secara khusus, pene-

litian ini bertujuan untuk :

1. Mendesain Antena yang bekerja pada frekuensi 2,4-2,5 GHz dan Ana-

lisis karakteristik antena (S11 dan Gain).

2. Fabrikasi antena dan integrasikan pada rangkaian transmisi daya nir-

kabel.

3. Mendesain sistem rangkaian receiver (penerima) transmisi daya nir-

kabel.

4. Analisis unjuk kerja desain rangkaian transmisi daya listrik dalam men-

deteksi baterai lemah pada hp smartphone.

D. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut

:

1. Mengembangkan penelitian terkait wireless power transmission yang

sedang berkembang pada beberapa tahun terakhir ini.

2. Mengikuti perkembangan antena cerdas yang memanfaatkan switch

beam.

4

E. Batasan Masalah

Berdasarkan perumusan masalah dalam tahap perancangan sistem

transmisi daya nirkabel dengan switch beam antenna, maka untuk menen-

tukan arah studi terkait, akan dibatasi sejumlah hal dalam penelitian ini,

diantaranya :

1. Menentukan dimensi antena yang sesuai untuk sistem transmisi daya

nirkabel. Kemudian mengoptimasi hasil desain antena tersebut hingga

memperoleh parameter-parameter yang diinginkan seperti koefisien

refleksi (S11) dan Gain.

2. Mengimplementasikan hasil desain tersebut dengan fabrikasi antena.

Setelah itu dilakukan pengukuran antena dan menganalisis hasil si-

mulasi seperti koefisien refleksi (S11) dan Gain terhadap unjuk kerja

antena hasil fabrikasi.

3. Mendesain sistem receiver yang digunakan untuk sistem transmisi

daya secara nirkabel dengan metode radiasi. Kemudian merancang

rangkaian komunikasi untuk mengetahui baterai lemah pada smar-

tphone yang akan dihubungkan pada arduino.

4. Melakukan pengujian dan analisis terhadap keberhasilan rangkaian

transmisi daya listrik dengan mengetahui level baterai smartphone.

F. Metodologi Penelitian

F.1. Jenis Penelitian

Jenis penelitian ini adalah penelitian diskriptif kuantitatif dengan meto-

dologi deduktif. Dengan demikian penelitian ini bersifat pemodelan serang-

kaian sistem transmisi daya nirkabel dengan switch beam antenna.

5

F.2. Waktu dan Lokasi Penelitian

Waktu penelitian ini selama kurang lebih 7 bulan sejak bulan Mei hing-

ga desember 2015. Lokasi penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teleko-

munikasi dan Laboratorium Telematika Universitas Hasanuddin Makassar.

F.3. Instrument Penelitian

Terdapat beberapa instrument yang digunakan dalam penelitian ini,

diantaranya :

1. Komputer dengan Processors Intel(R) core i7-4500 RAM 4.0 GB Win-

dows 8.

2. Software HFSS v.13

3. Software CST.

4. Software Matlab Versi 7.6.0 R2008a

5. Software Altium

6. Software CorelDraw X5

7. Software Arduino IDE

8. RF Generator

9. PCB FR-4 Epoxy

10. Alat ukur Antenna Trainer ED3200 dan Vector Network Analyzer tipe

ENA E5701C

11. Soldering Tools

12. SMA Connector

13. SMD Schottky Rectifier

6

14. Baterai Li Ion

15. Arduino Nano

16. Multimeter

17. Relay 5 Volt

F.4. Teknik Pengumpulan Data

Data yang dikumpulkan pada penelitian ini berupa data hasil simula-

si desain antena yang bekerja pada frekuensi 2,4 2,5 GHz dan data hasil

pengujian rangkaian transmisi daya nirkabel per blok diagram. Teknik pe-

ngumpulan data dilakukan dengan mendapatkan parameter-parameter an-

tena seperti koefisien refleksi dan gain antena serta nilai tegangan output

pada rangkaian .

G. Rancangan Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan mendesain antena yang bekerja pada

frekuensi 2,4 2,5 GHz yang mampu diintegrasikan pada sistem transmi-

si daya nirkabel. Untuk lebih jelasnya pada Gambar 1 diagram alir pada

penelitian ini.

Dalam penelitian ini, terdapat beberapa teknik yang ditempuh dianta-

ranya:

1. Studi Literatur dan Kajian Pustaka

Pencarian dan pengumpulan referensi terkait topik penelitian pada te-

sis ini. Referensi tersebut dapat berupa jurnal ilmiah, buku, hasil pe-

nelitian, dan sumber-sumber lain yang dapat dipercaya.

2. Desain Rectenna

7

Gambar 1: Diagram Alir Penelitian Transmisi Daya Nirkabel

Desain rectenna dimulai dengan mendesain antena kemudian memi-

lih rangkaian yang tepat untuk rectifiernya. Kebanyakan memilih di-

oda schottky sebagai rectifier sebab memiliki potensial barrier yang

rendah.

3. Desain rangkaian transmisi daya nirkabel

Pada rangkaian transmisi daya nirkabel disisi transmitter terdapat RF

8

Generator dan Antena. Sedangkan pada sisi receiver terdapat recten-

na, dc chopper dan baterai li-ion.

4. Rangkaian komunikasi ke smartphone.

Rangkaian komunikasi ke smartphone untuk mengetahui level baterai

smartphone. Skema rangkaian ini telah banyak di publish pada web

arduino dengan judul Arduino true battery capacity tester .

5. Pengujian rangkaian transmisi daya.

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan rang-

kaian transmisi daya yang telah dibuat, dengan cara melihat masukan

dan keluaran setiap blok diagram receiver transmisi daya nirkabel.

H. Sistematika Penulisan

Laporan tesis ini terbagi atas 5 (lima) bab yang terdiri sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Merupakan bab pendahuluan yang terdiri dari latar belakang masalah,

rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan penelitian,

metodologi penelitian, rancangan penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Merupakan tinjauan pustaka yang memuat gambaran umum Transmisi

daya nirkabel, Switch Beam Antena, Antena Mikrostrip, parameter-parameter

antena, dan pengontrolan menggunakan mikrokontroller. Bab ini juga men-

cakup kerangka konsep yang digunakan terkait hubungan beberapa konsep

yang diteliti.

BAB III. METODE PENELITIAN

Merupakan bab yang berisi proses perancangan antena, instrumen yang

digunakan baik dalam perancangan maupun pengukuran, serta waktu dan

lokasi penelitian.

9

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Merupakan bab yang berisi hasil penelitian yang dilakukan yaitu pengu-

jian dan analisis kinerja sistem.

BAB V. PENUTUP

Merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dan saran untuk pe-

ngembangan penelitian di masa yang akan datang.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Transmisi Daya Nirkabel

DC ke DC konverter merupakan rangkaian elektronika yang dapat me-

naikkan atau menurunkan nilai tegangan DC yang diberikan ke masukan.

Jenis Transmisi daya listrik nirkabel adalah proses mentransmisikan daya

listrik dari sumber ke beban tanpa menggunakan kabel (nirkabel). Peneliti-

an transmisi daya listrik nirkabel sudah dilakukan sejak tahun 1893. Micha-

el Faraday (1830), James C. Maxwell (1864), dan Heinrich R. Hertz (1888),

berdasarkan hasil penelitiannya pada tahun 1893 Tesla telah mendemontra-

sikan eksperimen transfer energi secara wireless [1, 3]. Tahun 1904 pada

pameran St. Louis Worlds sebuah kapal dapat diterbangkan menggunakan

transmisi energi dengan daya motor 0.1 Hp (75 Watt) [6].

Pada tahun 1964 telah didemonstrasikan helikopter miniatur yang di-

gerakkan oleh daya gelombang mikro oleh Steven Depp, Alfred Koelle dan

Robert Freyman [3, 7]. Transfer energi secara microwave dengan desain di-

rectional array antenna telah dilakukan oleh peneliti dari jepang, Hidetsugu

Yagi [3, 8]. Di tahun 1975 peneliti dari Goldstone (California) membuat pe-

nemuan transfer energi menggunakan transmisi gelombang mikro dengan

jarak satu kilometer dengan daya mencapai kilowatt [3, 9]. Tahun 2007

transfer energi secara wireless oleh Marrin Soljacic, saat itu Marrin Soljacic

menggabungkan teori resonansi dan kopling induktif atau disebut resonansi

kopling induktif (RIC) [2, 3].

Teknologi transmisi daya nirkabel telah didesain, dikembangkan dan

didemonstrasikan bagaimana daya dapat ditransmisikan melalui ruang be-

bas menggunakan gelombang mikro oleh William C.Brown. konsep dari sis-

11

tem transmisi daya nirkabel dijelaskan dengan fungsi blok diagram dibawah

ini [10].

Gambar 2: Blok Diagram Sistem Transmisi Daya Nirkabel

Pada bagian pengirim, sumber daya microwave menghasilkan daya

microwave dan daya keluaran dikontrol oleh sirkit kontrol elektronik. Circu-

lator saluran transmisi menjaga sumber gelombang mikro dari daya pantul.

Antena transmit meradiasikan daya melalui ruang bebas ke rectena [10].

Pada bagian penerima, rectenna menerima daya transmit dan meng-

ubah daya gelombang mikro ke daya DC. Impedansi matching dan filter

disiapkan untuk mengatur impedansi output dari sumber sinyal ke sirkit re-

ctifier. Sirkit rectifier terdiri dari dioda schottky yang akan mengubah daya

gelombang mikro ke daya DC [10].

Komponen utama dari sistem transmisi daya nirkabel adalah gene-

rator gelombang mikro, antena pengirim, dan antena penerima yang beru-

pa rectenna. Peralatan microwave transmit diklasifikasikan : Vacum tubes

(magnetron, klystron, TWT, MPM) dan transmitter gelombang mikro semi-

konduktor (GaAs MESFET, GaNpHEMT, SiC MESFET, AlGaN/GaN HFET,

InGaAS). Magnetron selalu digunakan untuk percobaan transmisi daya nir-

kabel. Antena pengirim biasanya berupa antena mikrostrip dan antena dish

parabola. Antena penerima berupa rectena. Rectena merupakan elemen

12

pasif yang terdiri dari antena dan sirkit penyearah dengan low pass filter

diantara antena dan dioda penyearah. Jenis antena yang digunakan pada

rectena adalah dipole, yagi, mikrostrip atau antena dish parabola [10].

Penelitian terakhir mengenai transmisi daya nirkabel yang dilakukan

di jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin dilakukan oleh

saudara afif dengan pengujian blok diagram transmisi daya nirkabel seperti

yang terlihat pada Gambar 3 dibawah ini.

Gambar 3: Diagram skematik pengujian sistem transmisi daya nirkabel

Ilustrasi pengujian transmisi daya nirkabel diperlihatkan pada Gambar

3 Pada Gambar terlihat sisi Transmitter, Radio Frekuensi Generator digu-

nakan untuk membangkitkan sinyal pada frekuensi 1.5 GHz dengan daya

pancar yang berubah-ubah. Antena pada sisi transmitter menggunakan an-

tenna microstrip array hexagonal. Pada sisi receiver, digunakan antenna

yang sudah terintegrasi dengan komponennya. Daya yang diterima pada

antenna receiver dikonversi dengan LNA, RF Detector dan Op-Amp untuk

menghasilkan tegangan agar dapat mensuplai charging device secara wi-

reless [11].

13

B. Antena Mikrostrip

Antena merupakan piranti yang berfungsi untuk mengirimkan dan me-

nerima gelombang radio atau gelombang elektromagnetik dari dan ke uda-

ra bebas. Karena merupakan perangkat perantara antara saluran transmisi

dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai dengan salur-

an pencatu [12]. Konsep mengenai Antena Microstrip pertama kali diusulk-

an oleh Deschamps pada tahun 1953 [13]. Namun mulai diimplementasikan

dan dikembangkan oleh Munson [14, 15] dan Howell pada tahun 1970 [16].

Microstrip antenna atau antena mikrostrip menjadi sangat populer pa-

da tahun 1970 terutama untuk aplikasi luar angkasa. Saat ini antena-antena

ini digunakan untuk pemerintahan dan aplikasi komersial. Antena-antena ini

terdiri dari sebuah patch metalik pada sebuah ground di bagian bawahnya.

Patch metalik dapat mengambil banyak konfigurasi yang berbeda, seper-

ti diperlihatkan pada Gambar 4. Patch metalik dapat mengambil banyak

konfigurasi yang berbeda tetapi yang paling sering digunakan adalah patch

persegi panjang dan lingkaran seperti diperlihatkan pada Gambar 5 [17].

Gambar 4: Konfigurasi patch dari microstrip antenna [17]

Teknik Feeding pada antena mikrostrip Secara umum terdapat 4 tek-

nik feeding yang populer digunakan yaitu microstrip line, coaxial probe,

aperture coupling, dan proximity coupling. Microstrip line dan coaxial probe

biasanya disebut direct feeding, sedangkan aperture coupling dan proximity

14

Gambar 5: Konfigurasi Antena Mikrostrip (Patch) Rectangular dan Circular[17]

coupling biasanya disebut indirect feeding. (Kumar dkk, 2003).

Perancangan antena mikrostrip dilakukan pada sotware HSFF v.13

yang menyediakan material dengan nilai permitivitas relatif seperti yang ter-

lihat pada Tabel 1.

FR-4 adalah singkatan dari Flame Retardant 4, merupakan jenis bah-

an yang paling banyak digunakan untuk membuat Printed Circuit Board

(PCB). Harga FR4-Epoxy yang murah dan memiliki sifat mekanik yang baik

membuatnya sering digunakan untuk produksi massal produk-produk kon-

sumer elektronik, termasuk sistem microwave dan antena [12].

Untuk mencari dimensi antena microstrip, harus diketahui terlebih da-

hulu parameter bahan yang akan digunakan yaitu frekuensi resonansi (fo),

tebal dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), dan dimensi patch (W dan L).

Persamaan matematis yang digunakan untuk menentukan dimensi antena

tersebut adalah sebagai berikut (Kumar dkk, 2003) [12].

1. Lebar (W) microstrip patch antena diberikan oleh persamaan sebagai

15

Tabel 1: Daftar permitivitas relatif beberapa material

Material Permitivitas Relatif

Udara 1

Copper 1

RT/Duroid TM 5880 2.2

FR4-Epoxy 4.4

Silicone Nitrate 7

Mica 5.7

PEC 1

Alumina 9.4

Silicon 11.9

Gallium Arsenide 12.9

Roger 3210 10.2

berikut [12],

W =C

2fo√

(er+1)2

(II.1)

2. Permitivitas relatif efektif (εreff ), dari persamaan diatas memberikan

permitivitas relatif efektif sebagai [12],

εreff =εr + 1

2+εr − 1

2

1 + 12 h

W

− 12

(II.2)

3. Panjang patch (L) diberikan sebagai [12],

Leff = L+ 2∆L (II.3)

dengan panjang efektif (Leff )

16

Leff =C

2fo√εreff

(II.4)

dan panjang tambahan (∆L)

∆L = 0.412h(sreff + 0.3)(W

h+ 0.264)

(sreff + 0.258)(Wh

+ 0.8)(II.5)

dimana,

c = 3.108 msfo = frekuensi resonansi (Hz)εr = permitivitas relatifεreff = permitivitas relatif efektifW = lebar patch (mm)h = tinggi substrat (mm)L = panjang patch (mm)Leff = panjang efektif patch (mm)∆L = panjang tambahan patch (mm)

Beberapa keuntungan antena mikrostrip adalah sebagai berikut [18].

a) Mempunyai bobot yang ringan dan ukuran yang kecil

b) Konfigurasi yang low profile sehhingga bentuknya dapat disesuaikan

denga perangkat utamanya

c) Biaya pabrikasi yang murah sehingga dapat dibuat dalam jumlah yang

besar

d) Mendukung polaritas linear dan sirkular

e) Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan microwave integrated cir-

cuits (MICs)

f) Kemampuan dalam dual frequency

g) Tidak memerlukan catuan tambahan

17

Namun, antena mikrostrip juga mempunyai beberapa kelemahan, yaitu :

a) Bandwidth yang sempit

b) Efisiensi yang rendah

c) Penguatan yang rendah

d) Memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena ar-

ray

e) Memiliki daya (power ) yang rendah

f) Timbulnya gelombang permukaan (surface wave)

C. Parameter-Parameter Antena

Menurut IEEE Standard Definition of Terms for Antennas, parameter-

parameter untuk menggambarkan unjuk kerja antena adalah pola radiasi

(radiation pattern), intensitas radiasi (radiation intensity), lebar beam (beam

width), keterarahan (directivity ), penguatan (gain), lebar pita (bandwidth),

polarisasi dan impedansi masukan (input impedance). Parameter lain yang

turut menentukan keberhasilan unjuk kerja antena yaitu Voltage Standing

Wave Ratio (VSWR), dan koefisien refleksi (S11) [17]. Namun pada pene-

litian ini parameter-parameter yang diamati berupa koefisien refleksi (S11)

serta penguatan (gain).

C.1. Koefisien Refleksi (S11)

Parameter-S adalah suatu konsep yang penting dalam desain gelom-

bang mikro karena mudah diukur dan bekerja dengan baik pada frekuensi

tinggi. Keuntungan pemakaian parameter S berangkat dari kenyataan bah-

wa gelombang berjalan tidak seperti tegangan dan arus, tidak mengalami

variasi magnituda di sepanjang saluran transmisi lossless. Ini berarti bahwa

18

parameter S bisa diukur pada suatu jarak tertentu dengan asumsi saluran

transmisi mempunyai rugi-rugi yang kecil [19].

Nilai VSWR memiliki korelasi dengan nilai koefisien refleksi (S11). Un-

tuk melihat hubungan tersebut dapat diperhatikan persamaan berikut [19]:

S11 = 20log

[|1− V SWR||1 + V SWR|

](II.6)

C.2. Penguatan (gain)

Penguatan antena didefinisikan sebagai perbandingan intensitas pa-

da arah tertentu terhadap intensitas radiasi yang akan dihasilkan jika daya

yang diterima oleh antena yang diradiasikan secara isotropik [17].

Pengukuran pola radiasi pada dasarnya merupakan pengukuran pa-

rameter S21, dimana nilai maksimum S21 pada sudut tertentu yang akan

dijadikan patokan nilai untuk mengukur Gain antena [17]. Pengukuran gain

akan difokuskan pada dua pendekatan. Pendekatan pertama menggunak-

an pendekatan nilai HPBW, sedangkan pendekatan kedua menggunakan

model Friis Transmission. Untuk pendekatan melalui nilai HPBW, maka nilai

Gain [17].

GO '30000

θ1dθ1d(II.7)

dimana,

Go = Gainθ1d = nilai HPBW untuk bidang azimuthalθ1d = nilai HPBW untuk bidang elevation

Untuk pendekatan model Friis Transmission, digunakan rumus [20]

S21 = GT +GR − PLOSS − LC (II.8)

dimana,

PLOSS = 20× log{

λ

4φD

}(II.9)

19

S21 = nilai maksimum S21 yang terbacaGT = nilai gain antena pengirimGR = nilai gain antena penerimaLC = total daya loss karena kabel dan ko-

nektor (LTX + LRX)PLOSS = merupakan daya yang hilang sepan-

jang transmisi

dimana,

λ = panjang gelombang sinyal yang di-pancarkan

D = merupakan jarak antara kedua anten-na

D. Antena Switch Beam

Switch beam antena merupakan salah satu kategori dari reconfigura-

ble antena. Reconfigurable antena merupakan antena yang dapat memper-

baiki sistemnya sendiri untuk memenuhi kebutuhan yang diinginkan dalam

suatu sistem telekomunikasi. Kebutuhan yang diinginkan yang dimaksud

disini adalah frekuensi, pola radiasi dan polarisasi. Pada switch frekuen-

si dapat diperoleh keandalan untuk pita lebar dan pita sempit, pada switch

pola radiasi memiliki kemampuan mengatur bentuk dan arah beam suatu

antenna. Sedangkan switch polarisasi dapat mengubah polarisasinya linier

dan circular [21, 22, 23].

Lebar beam dari suatu pola radiasi antena didefinisikan sebagai su-

dut pemisahan antara dua titik yang sama dengan sisi yang berlawanan

dari pola maksimum. Salah satu lebar beam (beamwidth) yang digunak-

an adalah Half Power Beam Width (HPBW), yang didefinisikan oleh IEEE

bahwa pada suatu bidang yang mengandung arah dari beam maksimum,

sudut antara dua arah yang intensitas radiasinya setengah dari nilai beam.

Lebar beam (beam width) penting lainnya adalah sudut pemisahan antara

20

titik pertama dari pola yang disebut First Null Beamwidth (FNBW). Dalam

prakteknya istilah lebar beam (beam width) biasanya ditujukan pada HPBW

[17].

Switch beam antenna pada sistemnya switch berfungsi sebagai sa-

klar on-off pada patch antena terhadap catu daya dan pada akhirnya dapat

memperoleh bentuk dan arah pola radiasi yang bervariasi. Sudut beam

antena diatur oleh dioda-PIN. Pada antena dipole atau monopole memili-

ki tingkat keberhasilan yang lebih baik dibanding antena mirostrip. Antena

mikrostrip yang banyak digunakan untuk steerable adalah phase array. Je-

nis antena ini juga lebih disukai karena memiliki perawatan yang mudah,

orientasi kecepatan, keperluan daya yang rendah dan ukuran fisik yang ke-

cil [21, 22, 23].

E. Rectenna

Rectenna merupakan rectifier antenna. Antena menerima gelombang

elektromagnetik yang kemudian diteruskan ke rectifier untuk diubah men-

jadi tegangan DC. Rangkaian rectifier yang dirancang merupakan double

dioda rectifier. Rectifier ini menggunakan dioda schottky tipe HSMS-2820

yang cocok digunakan untuk frekuensi 2,4-2,5 GHz sesuai frekuensi kerja

antena yang dirancang. Dioda type ini dapat bekerja pada frekuensi 915

MHz 5,8 GHz . Pada rangkaian rectenna ini menggunakan komponen pa-

sif seperti resistor, kapasitor dan induktor yang sudah berukuran kecil yang

dikenal dengan SMD (Surface Mount Device). SMD ini adalah komponen

elektronika yang cara pemasangannya langsung ditempel dan disolder de-

ngan PCB pada sisi jalur PCB [18, 20, 19, 21, 22, 23, 24].

21

F. Mikrokontroller

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam se-

buah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejum-

lah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input

output. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunak-

an untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan

efektifitas biaya. Mikrokontroler adalah single chip computer yang memiliki

kemampuan untuk diprogram dan digunakan untuk tugas-tugas yang ber-

orientasi kontrol. Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang

dikendalikan secara otomatis, seperti sistem kontrol mesin, remote control,

mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Agar sebuah

mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan

komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Un-

tuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset,

walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock

internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah ber-

operasi. Yang dimaksud dengan sistem minimum adalah sebuah rangkai-

an mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah

aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri sen-

diri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki

prinsip yang sama [25, 25].

G. Roadmap Penelitian

Penelitian ini bukan merupakan topik baru yang mengangkat hal yang

tidak pernah ada sebelumnya melainkan merupakan inovasi dari beberapa

penelitian sebelumnya. Dengan demikian penelitian ini akan memberikan

hasil yang lebih optimal dari penelitian-penelitian sebelumnya.

Adapun roadmap penelitian yang terkait dengan topik yang diteliti oleh

22

penulis adalah sebagai berikut :

1. Nair, Shynu, and Max J. Ammann. ”Reconfigurable antenna with ele-

vation and azimuth beam switching”. Antennas and Wireless Propa-

gation Letters, IEEE 9 (2010): 367-370. [23]

2. Muzammil Bin Juson. 2013. ”Reconfigurable Beam Steering Parasitic

Patch Antenna With Embedded PIN Diode”. Universiti Malaysia Perlis.

Malaysia. [22]

3. Ahmad Fauzi, Rudy Yuwono, Ali Mustafa. 2014. ”Perancangan Re-

ctenna (Rectifier Antenna) sebagai Pengubah Daya Elektromagnetik

menjadi Output DC pada Frekuensi Wifi 2,4 GHz”. Universitas Brawi-

jaya. Malang. [24]

4. Afif. 2014. ”Sistem Charging Ramah Lingkungan Pada Piranti ko-

munikasi Bergerak Melalui Mekanisme Transfer Daya Listrik Secara

Nirkabel”. Universitas Hasanuddin. Makassar. [11]

Di Tahun 2010 telah dilakukan penelitian mengenai reconfigurable an-

tenna menggunakan antena mikrostrip yang memiliki dimensi patch yang

kecil yaitu sebesat 8 × 8mm2. Antena tersebut didesain menggunakan sof-

tware CST Microwave Studio. Pada pengturan beam antena sudah meng-

gunakan p-i-n dioda . sehingga diperoleh pengaturan beam pada sudut 65o

dan 45o pada E dan H plane.

Di tahun 2014, penelitian mengenai rectenna untuk transfer daya se-

cara nirkabel telah menjadi topik para peneliti untuk terus diteliti. Desain da-

sar dari rectenna terdiri dari 3 elemen yaitu : antena, saluran matching dan

sirkit penyearah. Di china desain antena planar yang bekerja pada freku-

ensi 1 THz telah dirancang dengan simulasi menggunakan CST microwave

studio 11 yang menggunakan metode FDTD. Antena tersebut mempero-

leh nilai S11 hingga -38,75 dB pada bahan silicon di substrat. Di indonesia

23

sendiri telah dilakukan penelitian perancangan rectenna sebagai pengubah

daya elektromagnetik menjadi output DC pada frekuensi wifi 2,4 GHz. Re-

ctenna ini berhasil memperoleh tegangan sebesar 1,17 Volt pada jarak 1

meter. Pada perancangan rectifiernya menggunakan dioda schottky tipe

HSMS-2820.

Sistem Charging Ramah Lingkungan Pada Piranti komunikasi Ber-

gerak Melalui Mekanisme Transfer Daya Listrik Secara Nirkabel merupak-

an penelitian yang mendasari penelitian Optimalisasi Mekanisme Transmisi

Daya Listrik Nirkabel menerapkan Switch Beam Antena ini. Gambar 3 di-

atas merupakan hasil dari penelitian Sistem Charging Ramah Lingkungan

Pada Piranti komunikasi Bergerak Melalui Mekanisme Transfer Daya Lis-

trik Secara Nirkabel. Pada rangkaian 3 diatas antena pada sisi transmitter

bersifat directional dan memiliki satu arah tertentu sebagai main beam. De-

ngan mengikuti perkembangan antena cerdas, antena pada sisi transmitter

dibuat beam antenanya dapat diswitch. Optimalisasi dilakukan pada sisi pe-

nerima dengan mengganti RF Detektor (merupakan komponen aktif sehing-

ga membutuhkan catuan external) menjadi dioda schottky yang merupakan

komponen pasif sehingga tidak memerlukan catuan external.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 6 dibawah ini.

Gambar 6: Rangkaian Optimalisasi WPT

Pada gambar 6 diatas terdapat mikrocontroller dan rangkaian RF yang

berfungsi sebagai rangkaian kontrol komunikasi untuk mendeteksi baterai

lemah.

24

H. Kerangka Konseptual

Beberapa konsep yang ditelitii selanjutnya dituangkan dalam sebuah

kerangka konseptual yang menjelaskan hubungan dari setiap konsep yang

digunakan. Pada gambar 6 dijelaskan bahwa penelitian ini berlandaskan

pada konsep utama yaitu sistem antena yang diintegrasikan dengan sebu-

ah chip mikrokontroller yang akan berkontribusi untuk fungsi switching ante-

na untuk arah beam antenanya yang menggunakan frekuensi standarisasi

802.11 b, 802.11 g dan 802.11 n pada frekuensi 2.4 GHz. Konsep me-

manfaatkan gelombang elektromagnetik untuk diserap oleh antena kemudi-

an diubah menjadi tegangan dc pada rectifier yang menggunakan konsep

rangkaian pasif guna untuk efisiensi catu daya rangkaian.

Gambar 7: Blok Diagram Kerangka Konseptual

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Antena yang dirancang beroperasi pada band frekuensi yaitu standar

802.11b, 802.11g dan 802.11n pada frekuensi 2.4 GHz sesuai standar re-

gulasi frekuensi Wifi yang di keluarkan oleh badan standarisasi Institute of

Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Antena akan diimplementasik-

an pada sistem transmisi daya nirkabel sehingga diharapkan antena memi-

liki desain yang compact namun tetap dapat beroperasi pada frekuensi wifi

yang terstandarisasi. Dalam perancangan ini akan dibuat simulasi sistem

antena dengan menggunakan software Ansoft High Frequency Structural

Simulator (HFSS) v.13 setelah itu desain ini import ke program CST untuk

lebih meyakinkan desain antena yang dirancang. Setelah tahapan simu-

lasi, selanjutnya dibuat prototipe agar dapat dilakukan pengukuran secara

langsung untuk membandingkan kinerja hasil simulasi dengan pengukuran

secara langsung guna menilai keberhasilan perancangan antena.

Spesifikasi sistem yang digunakan pada perancangan antena meng-

gunakan software Ansoft High Frequency Structural Simulator (HFSS) v.13

adalah prosessor 1.90 GHz, hard drive space (untuk software HFSS) 1 Te-

ra, dan RAM 4 GB. Sedangkan untuk optimalnya, konfigurasi minimum yang

direkomendasikan untuk Platform Windows adalah processor 1 GHz, hard

drive space (untuk software HFSS dan temporary files) 500 MB, dan RAM 2

GB. Sistem operasi yang yang mendukung adalah Windows 7 dan Windows

8 32-bit operating system.

Awal Perancangan yaitu simulasi perancangan antena menggunak-

an software HFSS v.13 hingga diperoleh parameter dengan performansi

yang diharapkan setelah memperoleh nilai yang diinginkan desain antena

tersebut di import ke program CST untuk lebih meyakinkan hasil rancang-

26

an antena tersebut. Langkah berikutnya pembuatan prototipe yang terbuat

dari bahan yang sesuai dengan material pada perancangan menggunakan

software. Prototipe yang dibuat selanjutnya diintegrasikan dengan sistem

transmisi daya nirkabel dan mikrokontroller. Tahapan terakhir merupakan

tahapan utama yaitu pengukuran kinerja sistem antena yang telah dibuat

dan implementasi ke perangkat transmisi daya nirkabel dengan mengukur

tegangan input dan output pada sistem.

A. Parancangan Antena Microstrip

Tahapan perancangan awal antena microstrip menggunakan software

Ansoft High Frequency Structural Simulator (HFSS) v.13 dilakukan dengan

mengadopsi dimensi desain dan semua spesifikasi antena yang telah diran-

cang pada penelitian yang dijadikan rujukan utama. (Palantei dkk, 2008).

Dengan simulator Ansoft HFSS v.13 diperoleh parameter-parameter penting

yang menunjukkan performansi suatu antena diantaranya koefisien refleksi

(S11) dan penguatan.

A.1. Simulasi Perancangan Antena Microstrip

Parameter penting dalam mendesain sebuah antena microstrip yaitu

frekuensi operasi (fo) yang beresonansi pada frekuensi 2.4 2,5 GHz. Impe-

dansi terminal koaksial konektor SMA 50 . Setiap substrate dielektrik memi-

liki parameter yang berbeda beda. Bahan dielektrik yang digunakan dalam

desain ini adalah FR4-Epoxy dengan permitivitas relative (r = 4.4), dielektrik

loss tangent (tan = 0.02) dan ketebalan substrate (h = 1.6 mm). Pemilihan

bahan substrat ini berdasarkan kemudahan memperolehnya, karena sering

digunakan untuk produksi massal produk-produk konsumer elektronik.

Berdasarkan referensi yang diperoleh sebelumnya dirancanglah an-

tena sesuai dimensi berdasarkan teori, namun pada kenyataannya model

27

ini sudah biasa terlihat pada beberapa referensi yang ada sehingga terpi-

kirlah untuk mendesain model pesawat terbang seperti yang terlihat seperti

Gambar 8 dan Gambar 9 dibawah ini.

Gambar 8: Desain antena microstrip tampak bawah

Gambar 9: Desain antena microstrip tampak atas

A.2. Perancangan Layout Antena

Berdasarkan hasil perancangan pada software Ansoft HFSS v.13 se-

perti pada Gambar 8 dan Gambar 9 maka dibuat prototipe antena micros-

28

trip. Proses pembuatan prototipe antena microstrip menggunakan bahan

dan alat diantaranya PCB FR4-Epoxy dual layer, software CorelDraw Gra-

phics Suite X3, SMA Connector, seperangkat alat bor, ferit, kertas transpa-

per, kertas gosok dan seperangkat alat solder.

Desain yang diperoleh berdasarkan hasil perancangan seperti pada

gambar diatas selanjutnya dibuat layout pada Printed Circuit Board (PCB).

Adapun tahap-tahap yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Membuat model patch sesuai Gambar 8 dan Gambar 9 pada software

CorelDraw Graphics Suite X3;

2. Hasil desain gambar antena dari corel draw dipindahkan kedalam for-

mat .pdf untuk mempermudah saat diprint (ukuran sudah tidak beru-

bah);

3. Print gambar tersebut menggunakan print laser dan jenis kertas trans-

paper;

4. Tempelkan kertas transpaper tersebut pada PCB dual layer;

5. Setrika kertas transpaper agar gambar desain antenanya menempel

pada PCB, setrika hingga gambar tersebut menempel dengan baik

pada PCB;

6. Rendam PCB tersebut pada larutan ferit, tunggu beberapa menit;

7. Bersihkan PCB dengan menggunakan kertas gosok;

8. Pasang SMA connector pada feed line. Hasilnya seperti terlihat pada

pada Gambar 10.

B. Perancangan Sistem Transmisi Daya Nirkabel

Perancangan sistem transmisi daya nirkabel terbagi atas tiga tahap.

Tahap pertama, pada sisi pemancar. Tahap kedua, pada sisi penerima dan

29

Gambar 10: Hasil rancangan prototipe antena microtrip

tahap ketiga, pada rangkaian kontrol sekaligus komunikasi yang menggu-

nakan arduino.

Pada sisi pemancar terdapat RF generator, rangkaian kontrol dan An-

tena switch beam. RF generator yang tersedia di laboratorium Telemati-

ka mempunyai spesifikasi daya maksimum yang dapat dihasilkan sebesar

17dBm atau setara dengan 50,11 mW. Antena yang digunakan pada sisi

transmitter berupa antena directional yang diswitch beam antenanya meng-

gunakan mikrocontroller. Antena ini merupakan hasil desain Didi Satriawan

dan Yusnaedi. Model antenanya berbentuk kupu-kupu. Dalam aplikasi-

nya antena ini digunakan pada sisi receiver untuk menyerap gelombang

elektromagnetik dan mengubahnya kedalam tegangan DC. Sehingga dapat

diperoleh tegangan optimum yang diperoleh dari empat arah beam. Ante-

na ini bekerja pada frekuensi 2,4-2,5 GHz sehingga dapat digunakan pada

penelitian transmisi daya nirkabel. Hanya saja berubah fungsi, yang awal-

nya pada penelitian sebelumnya antena ini diletakkan pada sisi receiver na-

mun pada penelitian transmisi daya nirkabel diletakkan pada sisi pemancar

yang berfungsi meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan menga-

tur beam antena. Pada sisi pemancar antena ini dihubungkan dengan relay

dan arduino. Relay disini berfungsi sebagai switch. Adapun arduino un-

tuk memprogram seberapa lama waktu yang dibutuhkan untuk melakukan

scanning pada dua arah beam.

30

Pada sisi penerima terdapat blok diagram rectenna, penguat dc, filter

dan baterai. Rectenna ini merupakan antena dan rectifier dimana antena

yang didesain merupakan antena mikrostrip dan rectifier berupa double dio-

da schottky. Dioda Schottky adalah tipe khusus dari dioda dengan tegangan

yang rendah. Ketika arus mengalir melalui diode akan ditahan oleh hambat-

an internal, yang menyebabkan tegangannya menjadi kecil di terminal dio-

da. Dioda normal antara 0.7-1.7 volt, sementara dioda Schottky tegangan

kira-kira antara 0.15-0.45 volt. Dioda Schottky menggunakan simpangan

logam - semikonduktor sebagai sawar Schottky (dari sebuah simpangan

semikonduktor - semikonduktor seperti dalam diode konvensional). Sawar

Schottky ini dihasilkan dengan waktu kontak yang sangat cepat dan tegang-

an yang rendah.

Perbedaan yang paling penting antara p-n dan dioda Schottky adalah

dari membalikkannya waktu pemulihan, ketika beralih dari keadaan tidak

menghantarkan ke keadaan menghantarkan dan sebaliknya. Dimana da-

lam diode p-n waktu pemulihan balik dapat dalam orde ratusan nano-detik

dan kurang dari 100 nano-detik untuk diode cepat. Tahap ketiga adalah

rangkaian kontrol yang terdiri atas mikrocontroller dan rangkaian RF yang

berfungsi sebagai rangkaian komunikasi antar perangkat untuk mengetahui

level tegangan baterai. Mikrocontroller berfungsi untuk menswitch beam an-

tena dan menahan arah ketika telah melakukan scanning dan memperoleh

tegangan yang lebih kecil. Beberapa blok diagram receiver transmisi daya

nirkabel : rectifier, penguat, rangkaian komunikasi.

B.1. Rectifier

Rancangan sirkit dapat dilihat pada Gambar 11 dan Gambar 12. Re-

ctifier hasil prototype diatas berukuran 2,5 x 2 cm pada PCB single layer.

Rectifier yang terdiri atas beberapa komponen pasif seperti kapasitor, in-

duktor , resistor dan dioda. Diode berfungsi sebagai penyearah gelombang

31

radio yang berasal dari antenna. Kapasitor, inductor dan resistor berfungsi

sebagai filter untuk memilih daerah frekuensi yang diinginkan.

Gambar 11: Hasil prototipe rectifier double diode schottky (Tampak Atas)

Gambar 12: Hasil prototipe rectifier double diode schottky (Tampak Bawah)

B.2. Rangkaian Penguat dan Rangkaian Kontrol

Gambar 17 dan 14 merupakan layout rangkaian penguat dan rangka-

ian kontrol yang dibuat pada software Altium. Dimensi rangkaian penguat

tersebut sebesar 8,6 x 5,5 cm yang dicetak pada PCB single layer. Rang-

kaian penguat dan rangkaian kontrol diletakkan pada PCB yang berbeda.

Pada rangkaian penguat terdiri atas kapasitor, induktor, dioda, resistor dan

IC MC3406A. IC MC3406A merupakan komponen pada sirkit penguat yang

berfungsi sebagai konversi DC ke DC yang memiliki nilai masukan 3 Volt

32

sampai 40 Volt. Keluaran rangkaian dipasang L7805CV yang berfungsi se-

bagai regulator (pembatas tegangan) sebesar 5 Volt. Sensor arus meng-

gunakan shunt resistor dan IC LM324N yang berfungsi sebagai penguat

tegangan dari sensor arus.

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A

Date: 3/1/2018 Sheet ofFile: E:\KULIAH KULIAH KULIAH\..\july_2.SchDocDrawn By:

GND

GND

ATAD1

VCC2

GND3

TRANSMITTERRF1

MODUL RF 433MHZ TRANSMITTER

VCC1

DATA2

DATA3

RECEIVER

GND4

RF2

MODUL RF 433MHZ RECEIVER

+5

+5

GND

GND

+5RL1RL2

GND+5SW1SW2SW3

RESET

ERS

DB5DB4

DB7DB6

L1

BUZZ

R1

102, 0805

1

23

J2

PWR2.5

-2

+3

411

1

IC1ALM324R5

47 1W

R4

102, 0805

R6

102, 0805

R3

102, 0805

R8102, 0805

GND GND

+5

VBUS1

D-2

D+3

GND4

J1

787761-1

GND

OUT11

OUT1

SWC 1

SWE 2

TCAP 3GND4

-VIN5 VCC 6

IPK7

DRVC8U1

MC34063AD

L2

170uH

D1IN4002

R7

473, 0805

R9222, 0805

C3CPOL 1000u/16V

GNDGND

C1CPOL 1000u/16V

GND

R2

0.22R, 0805

GND GND

C4100N MKM

GND

OUT 3IN1

GN

D2

IC2

AN7805 TO220

GND

C2CPOL 1000u/16V

GND

12

P3

WHITEH2P

12

P2

WHITEH2P

GND GND

1 2

P1

WHITEH2P

+5

R10

180R

RX 2

TX 1

PWM3 6

PWM2 5

PWM5 8

PWM4 7

PWM7 10

PWM6 9

PWM8 11

PWM10 13

PWM9 12

PWM11 14PWM1316 PWM12 15

A120 A019

A221

A423 A322

A524

IOREF18 3.3V17

RESET 35V27

GND29

GND 4

VIN30

ARDUINO

RESET28

A625

A726

ARDUINO1

ARDUINO NANO

SWC 1

SWE 2

TCAP 3GND4

-VIN5 VCC 6

IPK7

DRVC8U2

MC34063AD

L3

170uH

D2IN4002

R13

473, 0805

R14222, 0805

C6CPOL 1000u/16V

GNDGND

C5CPOL 1000u/16V

GND

R11

0.22R, 0805

GND GND

C7100N MKM

GND

R12

180R

1 2

P4

WHITEH2P

-13

+1214

IC1D

LM324

OUT1OUT11

R15102, 0805

1K

R16RPot

GND

12

P5

WHITEH2P

PIARDUINO101

PIARDUINO102

PIARDUINO103

PIARDUINO104

PIARDUINO105

PIARDUINO106

PIARDUINO107

PIARDUINO108

PIARDUINO109

PIARDUINO1010

PIARDUINO1011

PIARDUINO1012

PIARDUINO1013

PIARDUINO1014

PIARDUINO1015 PIARDUINO1016

PIARDUINO1017

PIARDUINO1018

PIARDUINO1019

PIARDUINO1020

PIARDUINO1021

PIARDUINO1022

PIARDUINO1023

PIARDUINO1024

PIARDUINO1025

PIARDUINO1026

PIARDUINO1027

PIARDUINO1028

PIARDUINO1029

PIARDUINO1030

COARDUINO1

PIC101

PIC102 COC1

PIC201

PIC202 COC2

PIC301

PIC302

COC3 PIC401

PIC402 COC4

PIC501 PIC502

COC5

PIC601

PIC602

COC6 PIC701

PIC702 COC7

PID101 PID102

COD1 PID201

PID202 COD2 PIIC101

PIIC102

PIIC103

PIIC104

PIIC1011

COIC1A

PIIC1012

PIIC1013

PIIC1014

COIC1D

PIIC201

PIIC202

PIIC203

COIC2

PIJ101

PIJ102

PIJ103

PIJ104

PIJ105

PIJ106

COJ1

PIJ201

PIJ202

PIJ203

COJ2

PIL101 PIL102

COL1

PIL201 PIL202

COL2

PIL301 PIL302 COL3

PIP101 PIP102

COP1

PIP201

PIP202

COP2

PIP301

PIP302

COP3

PIP401 PIP402

COP4

PIP501

PIP502

COP5

PIR101 PIR102 COR1

PIR201 PIR202 COR2

PIR301 PIR302 COR3

PIR401 PIR402 COR4

PIR501

PIR502 COR5

PIR601 PIR602 COR6

PIR701 PIR702 COR7

PIR801

PIR802 COR8

PIR901

PIR902

COR9

PIR1001 PIR1002 COR10




PIR1401

PIR1402

COR14

PIR1501

PIR1502 COR15

PIR1601 PIR1602

PIR1603

COR16

PIRF101

PIRF102

PIRF103

CORF1

PIRF201

PIRF202

PIRF203

PIRF204

CORF2

PIU101

PIU102

PIU103 PIU104

PIU105

PIU106

PIU107

PIU108

COU1

PIU201

PIU202

PIU203 PIU204

PIU205

PIU206

PIU207

PIU208

COU2

PIARDUINO1027

PIC201

PIIC104

PIIC203

PIR101

PIR501

PIR601

PIRF102

PIRF201

PIARDUINO104

PIC102

PIC202 PIC302 PIC402

PIC502

PIC602 PIC702

PIIC1011

PIIC202

PIJ104

PIJ105

PIJ106

PIJ202

PIJ203

PIL102

PIP202 PIP302

PIR801

PIR902

PIR1402

PIR1501

PIRF103

PIRF204

PIU102

PIU104

PIU202

PIU204

PIARDUINO101

PIARDUINO102

PIARDUINO103

PIARDUINO105

PIRF101

PIARDUINO106 PIRF202

PIARDUINO107 PORL2 PIARDUINO108 PORL1 PIARDUINO109 PORS PIARDUINO1010 POE PIARDUINO1011 PODB4 PIARDUINO1012 PODB5 PIARDUINO1013 PODB6 PIARDUINO1014 PODB7 PIARDUINO1015 PIARDUINO1016 POBUZZ

PIARDUINO1017

PIARDUINO1018

PIARDUINO1020

PIARDUINO1021

PIARDUINO1022

PIARDUINO1023

PIARDUINO1024 POSW3 PIARDUINO1025 POSW2 PIARDUINO1026 POSW1

PIARDUINO1028 PORESET PIARDUINO1029

PIARDUINO1030

PIC101

PIP101

PIP201

PIR201

PIU106

PIC301

PID102

PIP401 PIR701

PIC401

PIU103

PIC501

PIP402

PIR1101

PIU206

PIC601

PID202

PIIC201

PIR1301

PIC701

PIU203

PID101

PIL202

PIU101

PID201

PIL302

PIU201 PIIC102

PIR301

PIR402

PIIC103

PIR602

PIR802

PIIC101

PIIC1012

PIR302

POOUT11

PIIC1013

PIR1502 PIR1602

PIARDUINO1019

PIIC1014

PIR1601

PIR1603

POOUT1

PIJ101

PIP502

PIJ102

PIJ103

PIJ201

PIP102

PIP301

PIL101 PIR102

PIL201

PIR202

PIR1001

PIU107

PIL301

PIR1102

PIR1201

PIU207

PIP501

PIR401

PIR502

PIR702

PIR901

PIU105

PIR1002 PIU108

PIR1202 PIU208

PIR1302

PIR1401

PIU205

PIRF203

POBUZZ

PODB4 PODB5 PODB6 PODB7

POE POOUT1 POOUT11

PORESET

PORL1 PORL2

PORS

POSW1 POSW2 POSW3

Gambar 13: Skematik rangkaian penguat

PAARDUINO1016

PAARDUINO109 PAARDUINO1010 PAARDUINO1011 PAARDUINO1012 PAARDUINO1013 PAARDUINO1014 PAARDUINO1015

PAARDUINO1017 PAARDUINO1018 PAARDUINO1024 PAARDUINO1023 PAARDUINO1022 PAARDUINO1021 PAARDUINO1020 PAARDUINO1019 PAARDUINO1030 PAARDUINO1029 PAARDUINO1028 PAARDUINO1027 PAARDUINO1026 PAARDUINO1025

PAARDUINO108 PAARDUINO107 PAARDUINO106 PAARDUINO105 PAARDUINO104 PAARDUINO103 PAARDUINO102 PAARDUINO101 COARDUINO1

PAC101

PAC102 COC1

PAC201

PAC202 COC2

PAC301

PAC302 COC3

PAC402 PAC401 COC4

PAC601

PAC602 COC6

PAC702 PAC701 COC7

PAD101

PAD102

COD1

PAD201

PAD202

COD2

PAIC108 PAIC109 PAIC1010 PAIC1011 PAIC1012 PAIC1013 PAIC1014


COIC1

PAIC203 PAIC202 PAIC201

COIC2

PAJ103

PAJ104

PAJ102

PAJ101

PAJ106

PAJ105 COJ1

PAJ201 PAJ202 PAJ203

COJ2

PAL101 PAL102

COL1

PAL201

PAL202 COL2

PAL301

PAL302 COL3

PAP102 PAP101 COP1

PAP202 PAP201 COP2

PAP302 PAP301 COP3

PAP402

PAP401

COP4

PAP502 PAP501 COP5

PAR102 PAR101 COR1

PAR202 PAR201 COR2

PAR302

PAR301 COR3

PAR402 PAR401 COR4

PAR501

PAR502

COR5

PAR602

PAR601 COR6

PAR702 PAR701 COR7

PAR802

PAR801 COR8

PAR902

PAR901 COR9 PAR1001

PAR1002 COR10

PAR1102 PAR1101 COR11

PAR1202

PAR1201

COR12


PAR1402

PAR1401

COR14


PAR1601

PAR1602 PAR1603

COR16

PARF101 PARF102 PARF103

CORF1

PARF201 PARF202 PARF203 PARF204

CORF2

PAU105 PAU106 PAU107 PAU108

PAU104 PAU103 PAU102 PAU101 COU1



PAARDUINO1027

PAC201

PAIC104

PAIC203

PAR101

PAR501

PAR601

PARF102 PARF201

PAARDUINO104

PAC102 PAC202 PAC302

PAC402

PAC602

PAC702

PAIC1011

PAIC202

PAJ104 PAJ105


PAL102

PAP202

PAP302

PAR801

PAR902 PAR1402

PAR1501

PARF103

PARF204


PAARDUINO105

PARF101

PAARDUINO106

PARF202

PAARDUINO107 PAARDUINO108 PAARDUINO109 PAARDUINO1010 PAARDUINO1011 PAARDUINO1012 PAARDUINO1013 PAARDUINO1014

PAARDUINO1016 PAARDUINO1019

PAIC1014

PAR1601 PAR1603

PAARDUINO1024 PAARDUINO1025 PAARDUINO1026 PAARDUINO1028

PAC101

PAP101

PAP201 PAR201 PAU106

PAC301

PAD102 PAP401 PAR701

PAC401

PAU103

PAP402

PAR1101

PAU206

PAC601

PAD202 PAIC201

PAR1301

PAC701

PAU203 PAD101 PAL202 PAU101

PAD201 PAL302 PAU201

PAIC101

PAIC1012

PAR302

PAIC102 PAR301 PAR402 PAIC103 PAR602

PAR802

PAIC1013 PAR1502

PAR1602

PAJ101

PAP502

PAJ201 PAP102

PAP301 PAL101 PAR102

PAL201 PAR202

PAR1001

PAU107 PAL301 PAR1102

PAR1201

PAU207

PAP501

PAR401

PAR502 PAR702

PAR901 PAU105 PAR1002 PAU108 PAR1202 PAU208

PAR1302

PAR1401 PAU205

Gambar 14: Layout rangkaian penguat tampak bawah

Rangkaian kontrol yang terdiri dari Arduino Nano, relay, LCD penam-

pil, tactile switch dan modul RF. LCD akan menampilkan nilai arus pengisi-

an pada masing-masing rangkaian penguat. Relay berfungsi sebagai saklar

yang menghubungkan masukan RF generator ke antena.

33

PAARDUINO1016

PAARDUINO109 PAARDUINO1010 PAARDUINO1011 PAARDUINO1012 PAARDUINO1013 PAARDUINO1014 PAARDUINO1015

PAARDUINO1017 PAARDUINO1018 PAARDUINO1024 PAARDUINO1023 PAARDUINO1022 PAARDUINO1021 PAARDUINO1020 PAARDUINO1019 PAARDUINO1030 PAARDUINO1029 PAARDUINO1028 PAARDUINO1027 PAARDUINO1026 PAARDUINO1025

PAARDUINO108 PAARDUINO107 PAARDUINO106 PAARDUINO105 PAARDUINO104 PAARDUINO103 PAARDUINO102 PAARDUINO101 COARDUINO1

PAC101

PAC102 COC1

PAC201

PAC202 COC2

PAC301

PAC302 COC3

PAC402 PAC401 COC4

PAC601

PAC602 COC6

PAC702 PAC701 COC7

PAD101

PAD102

COD1

PAD201

PAD202

COD2



COIC1

PAIC203 PAIC202 PAIC201

COIC2

PAJ103

PAJ104

PAJ102

PAJ101

PAJ106

PAJ105 COJ1


COJ2

PAL101 PAL102

COL1

PAL201

PAL202 COL2

PAL301

PAL302 COL3

PAP102 PAP101 COP1

PAP202 PAP201 COP2

PAP302 PAP301 COP3

PAP402

PAP401

COP4

PAP502 PAP501 COP5

PAR102 PAR101 COR1

PAR202 PAR201 COR2

PAR302

PAR301 COR3

PAR402 PAR401 COR4

PAR501

PAR502

COR5

PAR602

PAR601 COR6

PAR702 PAR701 COR7

PAR802

PAR801 COR8

PAR902

PAR901 COR9 PAR1001

PAR1002 COR10


PAR1202

PAR1201

COR12


PAR1402

PAR1401

COR14


PAR1601

PAR1602 PAR1603

COR16

PARF101 PARF102 PARF103

CORF1

PARF201 PARF202 PARF203 PARF204

CORF2





PAARDUINO1027

PAC201

PAIC104

PAIC203

PAR101

PAR501

PAR601

PARF102 PARF201

PAARDUINO104

PAC102 PAC202 PAC302

PAC402

PAC602

PAC702

PAIC1011

PAIC202

PAJ104 PAJ105

PAJ106 PAJ202

PAJ203

PAL102

PAP202

PAP302

PAR801

PAR902 PAR1402

PAR1501

PARF103

PARF204


PAARDUINO105

PARF101

PAARDUINO106

PARF202

PAARDUINO107 PAARDUINO108 PAARDUINO109 PAARDUINO1010 PAARDUINO1011 PAARDUINO1012 PAARDUINO1013 PAARDUINO1014

PAARDUINO1016 PAARDUINO1019

PAIC1014

PAR1601 PAR1603

PAARDUINO1024 PAARDUINO1025 PAARDUINO1026 PAARDUINO1028

PAC101

PAP101

PAP201 PAR201 PAU106

PAC301

PAD102 PAP401 PAR701

PAC401

PAU103

PAP402

PAR1101

PAU206

PAC601

PAD202 PAIC201

PAR1301

PAC701

PAU203 PAD101 PAL202 PAU101

PAD201 PAL302 PAU201

PAIC101

PAIC1012

PAR302

PAIC102 PAR301 PAR402 PAIC103 PAR602

PAR802

PAIC1013 PAR1502

PAR1602

PAJ101

PAP502

PAJ201 PAP102

PAP301 PAL101 PAR102

PAL201 PAR202

PAR1001

PAU107 PAL301 PAR1102

PAR1201

PAU207

PAP501

PAR401

PAR502 PAR702

PAR901 PAU105 PAR1002 PAU108 PAR1202 PAU208

PAR1302

PAR1401 PAU205

Gambar 15: Layout rangkaian penguat tampak atas

1

1

2

2

3

3

4

4

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

A

Date: 3/1/2018 Sheet ofFile: E:\KULIAH KULIAH KULIAH\..\july.SchDocDrawn By:

GNDGND

GND GNDGND

GND

ATAD1

VCC2

GND3

TRANSMITTERRF1

MODUL RF 433MHZ TRANSMITTER

VCC1

DATA2

DATA3

RECEIVER

GND4

RF2

MODUL RF 433MHZ RECEIVER

+5

+5

GND

GND

+5

Q1MMBT3904

+5

GND

12

P2

WHITEH2P

12

P1

WHITEH2P

RL1

Q2MMBT3904

+5

GND

12

P3

WHITEH2P

RL2

RL1RL2

GND+5

12

SW1SWPBKECIL2P

12

SW2SWPBKECIL2P

12

SW3SWPBKECIL2P

12

SW4SWPBKECIL2P

GND

SW1 SW2 SW3 RESET

SW1SW2SW3

RESETGND

+5

DB7

DB6

DB5

DB4

+5GND

+5

GND

ERS

ERS

DB5DB4

DB7DB6

+5

+5

L2

L3

L1

GND

D1IN4002

C1CPOL 1000u/16V

C2CPOL 1000u/16V

BZ1

BUZZERQ3MMBT3904BUZZ

GND

BUZZ

+5

FB 4

VIN2

ON/OFF5

GND3 TAB 6

OUT 1U1

LM2595S-5.0

L4

Inductor

R2

102, 0805

R3

102, 0805

R7

102, 0805

R1

102, 0805

R4102, 0805

R5

102, 0805

1

23

J1

PWR2.5

D2IN4148

D3IN4148

RX 2

TX 1

PWM3 6

PWM2 5

PWM5 8

PWM4 7

PWM7 10

PWM6 9

PWM8 11

PWM10 13

PWM9 12

PWM11 14PWM1316 PWM12 15

A120 A019

A221

A423 A322

A524

IOREF18 3.3V17

RESET 35V27

GND29

GND 4

VIN30

ARDUINO

RESET28

A625

A726

ARDUINO1

ARDUINO NANO

VSS

1V

DD

2

DB

714

DB

613

DB

512

DB

411

DB

310

DB

29

DB

18

DB

07

RS4

R/W

5E

6

Cont

3

+BL

15

-BL

16

LCD1

354

12

687

RLY1RELAY DPDT

354

12

687

RLY2RELAY DPDT

VR1

PIARDUINO101

PIARDUINO102

PIARDUINO103

PIARDUINO104

PIARDUINO105

PIARDUINO106

PIARDUINO107

PIARDUINO108

PIARDUINO109

PIARDUINO1010

PIARDUINO1011

PIARDUINO1012

PIARDUINO1013

PIARDUINO1014

PIARDUINO1015 PIARDUINO1016

PIARDUINO1017

PIARDUINO1018

PIARDUINO1019

PIARDUINO1020

PIARDUINO1021

PIARDUINO1022

PIARDUINO1023

PIARDUINO1024

PIARDUINO1025

PIARDUINO1026

PIARDUINO1027

PIARDUINO1028

PIARDUINO1029

PIARDUINO1030

COARDUINO1

PIBZ101

PIBZ102

COBZ1

PIC101

PIC102 COC1

PIC201

PIC202 COC2

PID101

PID102 COD1

PID201

PID202 COD2

PID301

PID302 COD3

PIJ101

PIJ102

PIJ103

COJ1

PIL101 PIL102

COL1

PIL201 PIL202

COL2

PIL301 PIL302

COL3

PIL401 PIL402

COL4

PILCD101 PILCD102 PILCD103 PILCD104 PILCD105 PILCD106 PILCD107 PILCD108 PILCD109 PILCD1010 PILCD1011 PILCD1012 PILCD1013 PILCD1014 PILCD1015 PILCD1016 COLCD1

PIP101

PIP102

COP1

PIP201

PIP202

COP2

PIP301

PIP302

COP3

PIQ101

PIQ102

PIQ103

COQ1

PIQ201

PIQ202

PIQ203

COQ2

PIQ301

PIQ302

PIQ303

COQ3

PIR101 PIR102 COR1

PIR201 PIR202 COR2

PIR301 PIR302

COR3

PIR401

PIR402 COR4

PIR501 PIR502

COR5

PIR701 PIR702 COR7

PIRF101

PIRF102

PIRF103

CORF1

PIRF201

PIRF202

PIRF203

PIRF204

CORF2

PIRLY101

PIRLY102

PIRLY103

PIRLY104 PIRLY105

PIRLY106

PIRLY107 PIRLY108

CORLY1

PIRLY201

PIRLY202

PIRLY203

PIRLY204 PIRLY205

PIRLY206

PIRLY207 PIRLY208

CORLY2 PISW101

PISW102 COSW1

PISW201

PISW202 COSW2

PISW301

PISW302 COSW3

PISW401

PISW402 COSW4

PIU101 PIU102

PIU103

PIU104 PIU105

PIU106

COU1

PIVR101 PIVR102

PIVR103

COVR1

PIARDUINO1027

PIBZ101

PIC201

PID202

PID302

PIL402

PILCD102

PIR101

PIR401

PIR502

PIRF102

PIRF201

PIRLY101

PIRLY201

PIU104

PIARDUINO104

PIC102

PIC202 PID101

PIJ102

PIJ103

PIL102

PILCD101 PILCD105 PILCD1016

PIQ103

PIQ203

PIQ303

PIRF103

PIRF204

PISW101 PISW201 PISW301 PISW401

PIU103

PIU105

PIU106

PIVR103

PIARDUINO101

PIARDUINO102

PIARDUINO103

PIARDUINO105

PIRF101

PIARDUINO106 PIRF202

PIARDUINO107

PIR301 PORL2

PIARDUINO108

PIR201 PORL1

PIARDUINO109

PILCD104

PORS

PIARDUINO1010

PILCD106

POE

PIARDUINO1011

PILCD1011

PODB4

PIARDUINO1012

PILCD1012

PODB5

PIARDUINO1013

PILCD1013

PODB6

PIARDUINO1014

PILCD1014

PODB7

PIARDUINO1015

PIARDUINO1017

PIARDUINO1018

PIARDUINO1019

PIARDUINO1020

PIARDUINO1021

PIARDUINO1022

PIARDUINO1023

PIARDUINO1024

PISW302 POSW3

PIARDUINO1025

PISW202 POSW2

PIARDUINO1026

PISW102 POSW1

PIARDUINO1028

PISW402 PORESET

PIARDUINO1029

PIARDUINO1030

PIBZ102 PIQ302 PIC101

PIJ101 PIU102

PID102

PIL401 PIU101

PID201

PIQ102

PIRLY102

PID301

PIQ202

PIRLY202

PIL101 PIR102

PIL201 PIR202 PIL202 PIQ101

PIL301 PIR302 PIL302 PIQ201

PILCD103

PIVR102

PILCD107 PILCD108 PILCD109 PILCD1010 PILCD1015 PIR402

PIP101

PIRLY103 PIRLY106

PIRLY203 PIRLY206

PIP102

PIP202

PIP302

PIP201

PIRLY104 PIRLY107

PIP301

PIRLY204 PIRLY207

PIQ301 PIR702

PIR501

PIVR101

PIARDUINO1016

PIR701

POBUZZ

PIRF203

PIRLY105 PIRLY108

PIRLY205 PIRLY208

POBUZZ

PODB4 PODB5 PODB6 PODB7

POE

PORESET

PORL1 PORL2

PORS

POSW1 POSW2 POSW3

Gambar 16: Skematik rangkaian kontrol

34

0 coo

0\,

Gambar 17: Layout rangkaian kontrol tampak bawah

RF2

UR1 ARDUINOl

(111t RF1

OUT-RF_2 821

Jl C2

OUT-RF _1 IN-RF

DC-IN

L30$ P3rnJ

L1 RLV2

0 P2~g I _J Cl Li

o~ L20~ RLVl Pim]

Gambar 18: Layout rangkaian kontrol tampak atas

Gambar 19: Prototipe rangkaian penguat DC

B.3. Pengukuran Antena Microstrip

Pengukuran antena dilakukan setelah tahap perancangan prototipe

antena telah selesai. Pengukuran dilakukan untuk menilai keberhasilan

perancangan antena dengan membandingkannya terhadap hasil simulasi

pada software Ansoft HFSS v.13 dan CST. Hasil pengukuran antena yang

35

akan digunakan sebagai tolak ukur kelayakan antena yang dirancang terha-

dap spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya kemudian akan dilakukan

analisa terhadap penyimpangan yang terjadi.

Pengukuran dilakukan meliputi pengukuran port tunggal (koefisien re-

fleksi S11) dan pengukuran gain. Pengukuran idealnya dilakukan dalam ru-

angan anechoic chamber yang mampu menyerap gelombang elektromag-

netik sehingga mengurangi pantulan dan interferensi gelombang lain se-

hingga tingkat keakuratan hasil pengukuran menjadi lebih presisi. Namun

karena ketiadaan ruang anchoic chamber, sehingga pengukuran hanya di-

lakukan menggunakan instrument peralatan yang ada bertempat di ruang

Laboratorium Telematika Radio dan Microwave Jurusan Elektro Fakultas

Teknik Universitas Hasanuddin. Beberapa parameter utama yang dilakukan

pengukuran adalah koefisien refleksi S11, penguatan (gain) antena.

B.4. Pengukuran Port Tunggal

Parameter-parameter antena yang dapat diukur dalam pengukuran

port tunggal meliputi pengukuran koefisien refleksi S11. Pengukuran pa-

rameter tersebut menggunakan alat ukur Network Analyzer ENA Series

E5071C 100 kHz 8.5 GHz (Gambar 20).

Pengukuran dilakukan setelah dilakukan kalibrasi pada network ana-

lyzer. Pengukuran port tunggal dilakukan pada port 2 network analyzer.

Adapun prosedur pengukuran pada network analyzer diuraikan sebagai

berikut :

1. Setelah kalibrasi dilakukan, hubungkan konektor input 50 pada ante-

na yang akan diukur pada probe yang terpasang di NA.

2. Untuk menampilkan rentang frekuensi sebagai pengamatan, gunakan

tombol start dan tombol stop pada NA. Network analyzer ini hanya

menampilkan frekuensi 100 KHz sampai 8.5 GHz.

36

Gambar 20: Network Analyzer ENA Series E5071C

3. Tampilkan parameter-parameter yang akan dilihat hasil pengukuran-

nya dengan menekan tombol format yang terdapat pada NA, kemudi-

an pilih parameter satu per satu.

4. Tombol log mag untuk menampilkan grafik return loss terhadap freku-

ensi kerjanya, tombol SWR untuk menampilkan grafik VSWR terhadap

frekuensi kerjanya, dan tombol smith chart untuk menampilkan besar

impedansi pada frekuensi kerjanya.

5. Pengukuran bandwidth dari grafik VSWR terhadap frekuensi kerjanya.

Dalam grafik tersebut dapat dilihat frekuensi kerja untuk VSWR = 2 lalu

nilai-nilai frekuensi tersebut nantinya disebut frekuensi atas (fH) dan

frekuensi bawah (fL). Kedua frekuensi tersebut dikurangkan sehingga

diperoleh selisih yang disebut bandwidth (BW = fH − fL).

B.5. Pengukuran penguatan (Gain)

Ada dua metode untuk mengukur gain absolut. Kedua metode ini ada-

lah metode dua antena dan metode tiga antena. Kedua metode ini sama-

37

sama menggunakan persamaan Friss seperti ditunjukkan pada persamaan

10 berikut [26]:

(Got)dB = (Gor)dB =1

2

[20log10

(4φR

λ

)+ 10log10

(Pr

Pt

)](III.1)

Konfigurasi peralatan untuk pengukuran gain diperlihatkan pada Gam-

bar 21 berikut.

Gambar 21: Konfigurasi peralatan pengukuran gain

BAB IV

EVALUASI UNJUK KERJA SISTEM

Parameter antena yang dilakukan pengukuran adalah koefisien reflek-

si (S11) dan penguatan (gain). proses analisis mulai dari tahapan peran-

cangan desain dan analisis parameter yang disimulasikan dengan software

Ansoft HFSS v13 dan CST, yang terakhir analisis hasil pengujian pembuat-

an prototipe.

Software Ansoft HFSS v13 dan CST yang digunakan, selain dapat

memodelkan antena juga dapat mengukur beberapa parameter antena yang

penting yaitu koefisien refleksi (S11) serta penguatan (gain)

A. Hasil Desain Antena Mikrostrip

Desain antena microstrip yang dirancang pada software HFSS v.13

dapat dilihat pada Gambar 22 seperti berikut. Antena ini digunakan pada

sisi penerima.

Gambar 22: Desain antena pada software HFSS

39

Dari hasil rancangan antena tersebut diperoleh nilai S11 antena yang

terlihat pada Gambar 23. Nilai S11 sebesar -12,9 pada frekuensi 2,5 GHz.

Gambar 23: Nilai S11 desain antena pada HFSS

Adapun nilai gain antena hasil simulasi pada software HFSS terlihat

pada gambar 23. Nilai gain sebesar 1,84 pada frekuensi 2,5 GHz.

Gambar 24: Nilai Gain desain antena pada HFSS

Setelah diperoleh nilai parameter antena yang diinginkan maka dila-

kukan proses validasi ke software CST untuk lebih meyakinkan hasil yang

diperoleh. Adapun hasil import desain antena pada software CST dapat

dilihat pada Gambar 25.

Adapun nilai S11 dari hasil import desain antena pada software CST

dapat dilihat pada Gambar 26 Nilai S11 sebesar -13,3 dB pada frekuensi

40

Gambar 25: Desain import antena pada software CST

2,5 GHz.

Gambar 26: Nilai S11 desain antena pada CST

Gain desain antena pada software CST dapat dilihat pada Gambar 27

Nilai gain sebesar 1,21 pada frekuensi 2,5 GHz.

Setelah memperoleh nilai S11 dan gain antena hasil validasi pada

software CST maka langkah berikutnya adalah fabrikasi prototipe antena.

Adapun hasil fabrikasi prototipe antena dapat dilihat pada Gambar 10 pada

bab 3. Adapun hasil pengukuran s11 dapat dilihat pada Gambar 28.

Gambar 27. Nilai S11 hasil pengukuran prototipe Sedangkan untuk

nilai gain antena hasil fabrikasi belum dilakukan pengukuran disebabkan

alat di laboratorium yang masih rusak. Sehingga langkah yang dilakukan

41

Gambar 27: Gain antena pada software CST

Gambar 28: Nilai S11 hasil pengukuran prototipe

kedepannya adalah pengukuran gain secara manual.

Analisis hasil simulasi yang dilakukan pada software HFSS dan sof-

tware CST serta hasil penguran nilai S11 dapat dilihat pada Gambar 29.

Dari Gambar 29 terlihat bahwa Grafik nilai S11 Antena menunjukkan

Pada hasil simulasi antena diperoleh nilai S11 dibawah -10 yaitu -12,9 dB

pada HFSS dan -13,3 dB pada CST. Dapat dilihat perbedaan nilai S11 yang

dirancang pada HFSS dan CST tidak jauh berbeda dan telah memenuhi

standar dibawah -10 dB. Pada hasil pengukuran prototype antena dipero-

leh nilai S11 sebesar -11,7 dB. Nilai ini lebih kecil dari hasil simulasi yang

dilakukan pada software HFSS dan CST. Hal ini disebabkan saat proses

42

Gambar 29: Perbandingan nilai S11 simulasi dan pengukuran

fabrikasi yang dilakukan sendiri bukan hasil pemesanan khusus ditempat

pencetakan PCB sehingga pada prosesnya terjadi banyak kekurangan.

B. Hasil Pengukuran Daya Pancar Antena

Setelah melakukan pengukuran parameter antenna (S11) pada VNA

(Vector Network Analyzer) langkah berikutnya menghitung daya pancar an-

tenna pada power meter. Untuk mengukur daya pancar antenna, dilakukan

pengukuran output Generator RF pada sisi pemancar menggunakan power

meter.

Pada sisi pemancar, terdapat Generator RF dan antenna pemancar.

Pengujian Generator RF terlihat Pada Gambar 30. Output Generator RF

merupakan input antenna pengirim yang akan dipancarkan ke ruang bebas.

Pada Gambar 30 jelas terlihat yang terbaca pada display Generator

RF sebesar 0 dBm. Sedangkan pada saat pengukuran daya output Ge-

nerator RF menggunakan power meter terlihat pada display power meter

terbaca -16,22 dBm. Ini berarti output Generator RF yang tertera pada dis-

play tidak sesuai dengan daya output keluarannya. Selisih perbedaannya

sebesar 16,22 dBm, sehingga yang terbaca pada display Generator RF ha-

rus dikurangkan 16,22 dBm.

43

Gambar 30: Output Generator RF

Hasil pengukuran power meter inilah yang menjadi acuan nilai daya

pancar antenna. Apabila pada display Generator RF terbaca 17 dBm (nilai

maksimal) ini berarti daya pancar sebesar 17 dBm 16,22 dBm = 0,78 dBm

atau setara dengan 1,09 mW.

C. Receiver

Pengujian sistem transmisi daya nirkabel pada sisi penerima dilakuk-

an pengukuran tegangan input dan output pada setiap blok diagram.

C.1. Antena penerima

Antena penerima berupa antenna mikrostrip berbentuk pesawat ter-

bang. Pada gambar 30 diperlihatkan hasil pengukuran daya terima antenna

menggunakan power meter. Nilai yang terlihat sebesar -15,56 dBm. Daya

pancar antenna sebesar 0,78 dBm dan daya terima sebesar -15,56 sehing-

ga selisih daya sebesar 16,34 dBm hal ini disebabkan oleh pengukuran da-

ya antenna yang dilakukan diruang biasa bukan diruang khusus pengukur-

an antenna, sehingga gangguan sinyal berupa interferensi dan gangguan

sinyal lainnya mempengaruhi daya terima.

44

Gambar 31: Output Daya terima

C.2. Rectifier

Input rectifier merupakan output dari antena, berupa sinyal RF. Pe-

ngujian dilakukan dengan menghubungkan generator RF sebagai input dan

mengukur output rectifier dengan menggunakan multimeter. Output rectifier

dapat dilihat pada Gambar 32.

Gambar 32: Output rectifier pada multimeter

Seperti yang terlihat pada Gambar 32 output rectifier sebesar 0,342

V. Nilai ini masih sangat kecil dari nilai yang ditargetkan untuk menjadi input

rangkaian penguatan. Selain itu pengujian dilakukan dengan inputan da-

45

ri Generator RF belum menghubungkan langsung dari antenna penerima.

Sebab nilai keluaran antenna msangat kecil dari yang diharapkan.

C.3. Rangkaian Penguat

Untuk rangkaian penguatan telah dilakukan pengujian sebelumnya

dengan menggunakan power supply dc sebagai input dan diperoleh output

yang berbandingan lurus dengan tegangan yang diberikan pada input. Pe-

ngujian ini dilakukan dengan kondisi tanpa beban. Adapun gambar kinerja

rangkaian penguat dapat dilihat pada Gambar 33.

Gambar 33: Kinerja rangkaian penguat tanpa beban

Pada rangkaian penguat pada saat diberi tegangan input sebesar 1,5

Volt diperoleh tegangan output sebesar 1,8 Volt. Apabila diberi tegangan

diatas 1,5 Volt diperoleh kenaikan yang lebih besar dari sebelumnya, meng-

alami kenaikan yang signifikan. Dari grafik tersebut dapat dilihat apabila

rangkaian tersebut mendapat input sebesar 1,7 Volt maka diperoleh output

kurang lebih 5 Volt dan nilai ini sudah memenuhi untuk dapat mengisi bate-

rai smartphone.

Pengukuran rangkaian penguat untuk kondisi dengan beban dapat

dilihat pada table dibawah. Apabila diberi tegangan input sebesar 2,6 Volt

46

diperoleh tegangan output sebesar 4,8 Volt, sedangkan nilai arus input 0,21

mA dan arus output sebesar 4 mA. Pada kondisi ini telah mampu charging

handphone hanya saja waktu yang dibutuhkan sangat lama karena arus

yang kecil. Proses pengukuran dapat dilihat pada Gambar 34.

Gambar 34: Pengukuran rangkaian penguat

Tabel 2: Pengukuran rangkaian penguat (dengan beban)

VIN IIN VOUT IOUT Mengisi

(Volt) (Ampere) (Volt) (Ampere) (Ya/Tidak)0.0 0.00 0 0 Tidak0.1 0.00 0 0 Tidak0.2 0.01 0 0 Tidak0.3 0.01 0 0 Tidak0.4 0.01 0 0 Tidak0.5 0.01 0 0 Tidak0.6 0.01 0 0 Tidak0.7 0.01 0 0 Tidak0.8 0.01 0 0 Tidak0.9 0.01 0 0 Tidak1.0 0.01 0 0 Tidak1.1 0.01 0 0 Tidak1.2 0.01 0 0 Tidak1.3 0.02 0 0 Tidak1.4 0.02 0 0 Tidak1.5 0.01 0 0 Tidak

47



(Volt) (Ampere) (Volt) (Ampere) (Ya/Tidak)1.6 0.16 0.6 0 Tidak1.7 0.20 1 0 Tidak1.8 0.24 2.4 0 Tidak1.9 0.20 2.6 0 Tidak2.0 0.22 2.4 0 Tidak2.1 0.24 1.4 0 Tidak2.2 0.24 1.4 0 Tidak2.3 0.26 1 0 Tidak2.4 0.28 1.6 0 Tidak2.5 0.21 4.6 3 Ya2.6 0.21 4.8 4 Ya2.7 0.20 4.6 4.5 Ya2.8 0.19 4.6 6.5 Ya2.9 0.18 4.6 7 Ya3.0 0.16 4.6 7.5 Ya3.1 0.15 4.6 8 Ya3.2 0.14 4.6 8.5 Ya3.3 0.14 4.6 8.5 Ya3.4 0.13 4.6 8.5 Ya3.5 0.13 4.6 9 Ya3.6 0.12 4.6 9.5 Ya3.7 0.12 4.6 10 Ya3.8 0.11 4.6 10 Ya3.9 0.11 4.6 10.5 Ya4.0 0.11 4.6 11 Ya4.1 0.10 4.6 11.5 Ya4.2 0.10 4.6 12 Ya4.3 0.10 4.6 12 Ya4.4 0.10 4.6 12.5 Ya4.5 0.10 4.6 13 Ya4.6 0.09 4.6 13.5 Ya4.7 0.09 4.6 14 Ya4.8 0.09 4.6 14.5 Ya

48



(Volt) (Ampere) (Volt) (Ampere) (Ya/Tidak)4.9 0.09 4.6 15 Ya5.0 0.09 4.6 15.5 Ya

Gambar 35: Grafik pengukuran rangkaian penguat (dengan beban) tegang-an masukan terhadap arus masukan dan arus keluaran

49

Gambar 36: Grafik pengukuran rangkaian penguat (dengan beban) tegang-an masukan terhadap tegangan keluaran

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari hasil simulasi diperoleh Nilai S11 sebesar -12,9 dB pada HFSS

dan -13,3 dB pada CST. Nilai Gain sebesar 1,84 dB pada HFSS dan 1,21

pada CST. Sedangkan hasil pengukuran prototype diperoleh nilai S11 sebe-

sar -11,7 dB.Grafik nilai S11 Antena menunjukkan Pada hasil simulasi an-

tena diatas diperoleh nilai S11 dibawah -10 yaitu -12,9 dB pada HFSS dan

-13,3 dB pada CST. Dapat dilihat perbedaan nilai s11 yang dirancang pada

HFSS dan CST tidak jauh berbeda dan telah memenuhi standar dibawah -

10 dB. Dapat dilihat pada hasil pengukuran prototype antena diperoleh nilai

s11 sebesar -11,7 dB. Nilai ini lebih kecil dari hasil simulasi yang dilakukan

pada software HFSS dan CST.

Daya pancar maksimal yang dihasilkan generator RF sebesar 0,78

dBm. Daya inilah yang diradiasikan oleh antena pemancar (Switch beam

antena) yang berbentuk kupu-kupu. Daya terima yang dihasilkan antena

penerima (berbentuk pesawat) sebesar -15,56 dBm. Output rectifier sebe-

sar 0,342 Volt apabila mendapat input sinyal RF dari generator RF. Nilai in-

put yang dibutuhkan rangkaian penguat sebesar 1,7 Volt (tanpa beban) dan

2,6 Volt (dengan beban) untuk memperoleh output sebesar 4,8 Volt (untuk

dapat mengisi baterai).

B. Saran

Untuk kelanjutan penelitian ini penulis merekomendasikan dilakukan

pengadaan peralatan seperti anechoic chamber dan software CST yang

51

berlisensi sehingga pada penelitian berikutnya dapat diperoleh hasil pengu-

kuran yang lebih valid karena kondisi ruang pengukuran yang terjamin da-

ri gangguan sinyal lainnya (interferensi). Dengan menggunakan software

CST, peneliti dapat merancang antena dan rectifier dalam satu PCB se-

hingga membuat kinerja rectenna lebih efektif. Generator RF perlu dika-

librasi secara berkala sehingga yang terbaca pada display sama dengan

daya keluaran.

52

Daftar Pustaka

[1] T. Valone, F, “Teslas wireless energy for the 21st century,” Extra Ordi-

nary Technology, vol. 1, 2003.

[2] A. K. A. K. R. M. J. D. J. Soljac, Marin. and F. Peter, “Wireless power

transfer via strongly coupled magnetic resonances,” SCIENCE Journal,

Cambridge, Massachusetts, United States, vol. 317, pp. 83–86, 2007.

[3] N. P. Berri M Panggabean, Herman Halomoan, “Perancangan sistem

transfer energi secara wireless dengan menggunakan teknik resonansi

induktif medan elektromagnetik.”

[4] S. T. R. Ngurah Tegar Mahardika, Yuwono Marta Dinata, “Analisis per-

angkat transmisi untuk wireless energi transfer.” JCONES, STIMIK STI-

KOM Surabaya, vol. 3, no. 1, pp. 112–119, 2014.

[5] d. Areni, “Utilization of hf electromagnetic waves availability for char-

ging mobile communication device,” Makassar International Conferen-

ce on Electrical Engineering and Informatics (MICEEI), 2014.

[6] T. E. London, “The history of power transmission by radio waves micro-

wave theory and techniques,” pp. 814–815, 1902.

[7] W. C. Brown., “The history of power transmission by radio waves mi-

crowave theory and techniques,” IEEE Transactions, vol. 32, no. 9, pp.

1230– 1242, 1984.

[8] H. Yagi, “A history of electrical engineering,” IEEE, vol. 81, no. 6, 1984.

[9] C. B. M. Matias, R., “Modeling inductive coupling for wireless power

transfer to integrated circuits,” Wireless Power Transfer (WPT), IEEE at

Perugia, p. 198 201, 2013.

53

[10] T. S. S. Sheik Mohammed, K. Ramasamy, “Wireless power transmis-

sion a next generation power transmission system,” International Jour-

nal of Computer Applications, vol. 1, no. 13, 2010.

[11] Afif, “Sistem charging ramah lingkungan pada piranti komunikasi ber-

gerak melalui mekanisme transfer daya listrik secara nirkabel,” 2014.

[12] S. B. Dian Risna Sari, “Perancangan microstrip antenna untuk aplikasi

base station dan mobile station pada sistem wimax,” 2009.

[13] G. A. Deschamps, “Microstrip microwave antenna,” Proc. 3rd USAF

symposium on Antennas, 1953.

[14] R. E. Munson, “Single slot antenna cavity assembly,” Patent

US3 713 162, 01 23, 1973.

[15] ——, “Conformal microstrip antennas and antenna phased array,” IEEE

Trans. Antennas Propagation, vol. AP-22, pp. 74–78, 1974.

[16] J. Q. Howell, “Microstrip antennas,” IEEE Trans. Antennas Propagation,

vol. AP-23, pp. 90–93, 1975.

[17] C. Balanis, The Antenna Theory Analysis and Design, 3rd Edition.

John Wniley and Sons, 2005.

[18] D. S. Muhammad Yusnaedi, “Prototype antena cerdas untuk perangkat

komunikasi mobile 2.4-2.5 ghz,” 2015.

[19] N. Z. Dina Mariani, “Rancang bangun antena monopole dan dipole un-

tuk penerima tv digital,” 2010.

[20] E. Palantei, “Switched parasrtic smart antenna : Design and implemen-

tation for wireless communication system,” 2009.

[21] K. Fitriyanti, “Rancang bangun antena mikrostrip reconfigurable pola

radiasi untuk aplikasi wi-fi,” 2014.

54

[22] M. B. Juson, “Reconfigurable beam steering parasitic patch antenna

with embedded pin diode,” 2013.

[23] S. Nair and M. J. Ammann, “Reconfigurable antenna with elevation and

azimuth beam switching,” Antennas and Wireless Propagation Letters,

IEEE 9, pp. 367–370, 2010.

[24] R. Y. Ahmad Fauzi and A. Mustafa, “Perancangan rectenna (rectifier

antenna) sebagai pengubah daya elektromagnetik menjadi output dc

pada frekuensi wifi 2,4 ghz,” 2014.

[25] F. Nahrir and A. F. Syamsuddin, “Pengembangan perangkat portable

pendeteksi tanda vital pasien gawat darurat,” 2013.

55

LAMPIRAN

optimalisasi mekanisme transmisi daya listrik nirkabel ...

Documents

Transcript of optimalisasi mekanisme transmisi daya listrik nirkabel ...