Rancang Bangun Antena Mikrostrip Dualband Untuk RF-Energy Harvesting
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP DUALBAND UNTUK RFENERGY HARVESTING
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh
Roys Anwar Arif
NIM : 130402029
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Perkembangan energi yang semakin berkurang sehingga diperlukan sumber
energi yang baru dan terbarukan. Salah satunya menggunakan pemanfaatan
gelombang elektromaknetik yang tersebar bebas di udara, khusunya akibat radiasi
dari pemancar. Pembahasan tentang energi yang baru dan terbarukan adalah
dengan merancang RF – Energi Harvesting, yang terdiri dari power harvesting
dan antena penerima[1]. Tugas akhir ini membahas antena mikrostrip yang
memiliki frekuensi kerja pada dualband 2.1 dan 2.4 GHz. Metode perancangan
yang digunakan pada tugas akhir ini adalah dengan menggunakan metode
Reactively-loaded multi-frequency antenna yang mampu bekerja dengan
parameter antena yang dibutuhkan. Hasil yang diperoleh dari pengujian bahwa
antena mikrostrip dualband dapat memanen energi dengan nilai 8 mV dan 13 mV
untuk rangkaian dengan Matching 2.1 GHz dan 2.4 GHz secara berurutan.
Kata kunci : Reactively-loaded multi-frequency antenna, Rf energy harvesting,
Return Loss,VSWR.
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT
atas Berkah dan
Rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:
“RANCANG BANGUN ANTENA MICROSTRIPDUALBANDD UNTUK
RF-ENERGY HARVESTING”
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1)
di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu
Ayahanda Anggara Sakti dan Ibunda Asnimawati, yang telah membesarkan,
mendidik, dan selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah. Selanjutnya
rasa sayang kepada saudara-saudaripenulis,Ardy Faisal Rahmat, dan Annisa
Rahmadhani Sakti yang selalu memberi dukungan dan selalu bersama penulis
dalam menjalani lika-liku kehidupan.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan
dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Arman Sani, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
penulis yang bersedia dan senantiasa bersabar dalam membimbing
dan memberikan bantuan yang sangat dibutuhkan oleh penulis dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Dr.Fahmi ST,MT,Msc,. IPM, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.
Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada
penulis dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.
ii
Universitas Sumatera Utara
4.
Seluruh sahabat penulis,Muhammad Sawaluddin Nasution, Harry
Andika Siregar, Budi Rangkuti, Isman Wahyudi, Elsyah Malida,
Aprilia Ninggsih Hasibuan, Zulhafni Adha, dan kawan – kawan Tim
Kerja Tugas Akhir Rf – energy Harvesting.
5.
Teman-teman stambuk 2013 yang tidak dapat penulis sebutkan satu
persatu,terimaksih atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan
selama penulis bergelut di kampus.
6.
Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro, atas
dukungan dan bantuan yang diberikan kepada penulis.
7.
Semua orang yang pernah mengisi setiap detik waktu yang telah
dilalui bersama penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Tanpa mereka, pengalaman penulis tidaklah lengkap.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.
Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat
penulis harapkan.
Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.
Medan, Agustus 2017
Penulis
Roys Anwar Arif
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................ i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ......................................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1
Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2
Tujuan Penelitian .............................................................................. 1
1.3
Rumusan Masalah ............................................................................. 2
1.4
Batasan Masalah................................................................................ 2
1.5
Sistematika Penulisan ....................................................................... 2
BAB IIDASAR TEORI ................................................................................... 4
2.1
RF – Energy Harvesting .................................................................... 4
2.2
Antena Mikrostrip ............................................................................. 4
2.2.1
Karakteristik Antena Mikrostrip ................................................ 5
2.2.2
Parameter – parameter Antena ................................................... 7
2.2.3
Antena Dualband ..................................................................... 14
2.3
Dimensi Antena............................................................................... 17
BAB III PERANCANGAN PABRIKASI DAN PENGUKURAN ............... 21
3.1
Umum.............................................................................................. 21
3.2
Peralatan yang Digunakan............................................................... 21
iv
Universitas Sumatera Utara
3.3
Diagram Alir ................................................................................... 22
3.4
Teknik Pencatuan ............................................................................ 22
3.5
Perancangan Antenna Dualband ..................................................... 23
3.5.1
Simulasi Antenna ..................................................................... 24
3.5.2
Optimalisasi Antenna Dualband.............................................. 27
3.5.3
Hasil Simulasi Antenna Dualband .......................................... 28
BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS HASIL .................................... 33
4.1
Umum.............................................................................................. 33
4.2
Pengukuran Antena ......................................................................... 34
4.3
Pengukuran Implementasi RF-Energy Harvesting ......................... 35
4.3.1
Pengukuran Dengan Menggunakan Matching Impedance ...... 35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 38
5.1
Kesimpulan ..................................................................................... 38
5.2
Saran ................................................................................................ 38
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 39
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Blok diagram Rf – energy Harvesting ....................................... 4
Gambar 2.2 Bagian – bagian Antena Mikrostrip .......................................... 5
Gambar 2.3 Dimensi Antena Mikrostrip ....................................................... 6
Gambar 2.4 Bentuk Dasar Antena Mikrostrip............................................... 6
Gambar 2.5 Beberapa Modifikasi Antena Mikrostrip ................................... 7
Gambar 2.6 Bandwidth ............................................................................... 11
Gambar 2.7 Antena Multi band ................................................................... 14
Gambar 2.8 Teknik Orthogonal-mode multi-frequencyantenna .............. 15
Gambar 2.9 Teknik Multi-patch multi-frequencyantenna ........................ 16
Gambar 2.10 Teknik Reactively-loaded multi-frequencyantenna ........... 17
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena .......................................... 22
Gambar 3.2 Rancangan antena awal[8] ....................................................... 24
Gambar 3.3 Pembuatan Workspace............................................................. 25
Gambar 3.4 Penyimpanan Workspace pada Library. .................................. 25
Gambar 3.5 Skema Rancangan Antena Mikrostrip ..................................... 26
Gambar 3.6 Tampilan awal EM Simulation Setup ...................................... 26
Gambar 3.7 Pengisian Substrat Antena Mikrostrip pada Simulator ........... 27
Gambar 3.8 Rancangan Antena Setelah Dikarakterisasi ............................. 28
Gambar 3.9 Grafik return loss hasil rancangan Awal Antena dualband .... 29
Gambar 3.10 Grafik return loss hasil rancangan optimalisasi .................... 30
Gambar 3.11 Hasil Simulasi VSWR rancangan awal Antena Dualband .... 30
Gambar 3.12 Hasil Simulasi VSWR rancangan optimalisasi ..................... 31
vi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.13 Hasil Simulasi Pola Radiasi Antena Dualband 2.1GHz ....... 31
Gambar 3.14 Hasil Simulasi Pola Radiasi Antena Dualband 2,4 GHz ....... 32
Gambar 4.1Antena Hasil Pabrikasi (a) tampak depan; (b) tampak belakan 33
Gambar 4.2Konfigurasi Pengukuran Port Tunggal ..................................... 34
Gambar 4.3Grafik Return Loss Antena Hasil Pengukuran ......................... 34
Gambar 4.4Grafik Return Loss Antena Hasil Pengukuran dalam Excel .... 35
Gambar 4.4 Pengukuran Antena untuk Rf-energy Harvesting dengan
Matching (a)2.1 GHz, (b) 2.4 GHz ................................................................ 36
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Nilai Perancangan Antena Awal .................................................... 23
Tabel 3.2 Pengaruh perubahan karakterisasi Antena dualband ..................... 28
Tabel 3.3 Perbandingan parameter rancangan antena awal dengan rancangan
antena optimalisasi. ........................................................................................ 32
Tabel 4.1 Hasil pengukuran Rf – energi Harvesting...................................... 37
viii
Universitas Sumatera Utara
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh
Roys Anwar Arif
NIM : 130402029
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Perkembangan energi yang semakin berkurang sehingga diperlukan sumber
energi yang baru dan terbarukan. Salah satunya menggunakan pemanfaatan
gelombang elektromaknetik yang tersebar bebas di udara, khusunya akibat radiasi
dari pemancar. Pembahasan tentang energi yang baru dan terbarukan adalah
dengan merancang RF – Energi Harvesting, yang terdiri dari power harvesting
dan antena penerima[1]. Tugas akhir ini membahas antena mikrostrip yang
memiliki frekuensi kerja pada dualband 2.1 dan 2.4 GHz. Metode perancangan
yang digunakan pada tugas akhir ini adalah dengan menggunakan metode
Reactively-loaded multi-frequency antenna yang mampu bekerja dengan
parameter antena yang dibutuhkan. Hasil yang diperoleh dari pengujian bahwa
antena mikrostrip dualband dapat memanen energi dengan nilai 8 mV dan 13 mV
untuk rangkaian dengan Matching 2.1 GHz dan 2.4 GHz secara berurutan.
Kata kunci : Reactively-loaded multi-frequency antenna, Rf energy harvesting,
Return Loss,VSWR.
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT
atas Berkah dan
Rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:
“RANCANG BANGUN ANTENA MICROSTRIPDUALBANDD UNTUK
RF-ENERGY HARVESTING”
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1)
di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu
Ayahanda Anggara Sakti dan Ibunda Asnimawati, yang telah membesarkan,
mendidik, dan selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah. Selanjutnya
rasa sayang kepada saudara-saudaripenulis,Ardy Faisal Rahmat, dan Annisa
Rahmadhani Sakti yang selalu memberi dukungan dan selalu bersama penulis
dalam menjalani lika-liku kehidupan.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan
dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Arman Sani, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
penulis yang bersedia dan senantiasa bersabar dalam membimbing
dan memberikan bantuan yang sangat dibutuhkan oleh penulis dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Dr.Fahmi ST,MT,Msc,. IPM, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.
Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada
penulis dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.
ii
Universitas Sumatera Utara
4.
Seluruh sahabat penulis,Muhammad Sawaluddin Nasution, Harry
Andika Siregar, Budi Rangkuti, Isman Wahyudi, Elsyah Malida,
Aprilia Ninggsih Hasibuan, Zulhafni Adha, dan kawan – kawan Tim
Kerja Tugas Akhir Rf – energy Harvesting.
5.
Teman-teman stambuk 2013 yang tidak dapat penulis sebutkan satu
persatu,terimaksih atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan
selama penulis bergelut di kampus.
6.
Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro, atas
dukungan dan bantuan yang diberikan kepada penulis.
7.
Semua orang yang pernah mengisi setiap detik waktu yang telah
dilalui bersama penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Tanpa mereka, pengalaman penulis tidaklah lengkap.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.
Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat
penulis harapkan.
Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.
Medan, Agustus 2017
Penulis
Roys Anwar Arif
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................ i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ......................................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1
Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2
Tujuan Penelitian .............................................................................. 1
1.3
Rumusan Masalah ............................................................................. 2
1.4
Batasan Masalah................................................................................ 2
1.5
Sistematika Penulisan ....................................................................... 2
BAB IIDASAR TEORI ................................................................................... 4
2.1
RF – Energy Harvesting .................................................................... 4
2.2
Antena Mikrostrip ............................................................................. 4
2.2.1
Karakteristik Antena Mikrostrip ................................................ 5
2.2.2
Parameter – parameter Antena ................................................... 7
2.2.3
Antena Dualband ..................................................................... 14
2.3
Dimensi Antena............................................................................... 17
BAB III PERANCANGAN PABRIKASI DAN PENGUKURAN ............... 21
3.1
Umum.............................................................................................. 21
3.2
Peralatan yang Digunakan............................................................... 21
iv
Universitas Sumatera Utara
3.3
Diagram Alir ................................................................................... 22
3.4
Teknik Pencatuan ............................................................................ 22
3.5
Perancangan Antenna Dualband ..................................................... 23
3.5.1
Simulasi Antenna ..................................................................... 24
3.5.2
Optimalisasi Antenna Dualband.............................................. 27
3.5.3
Hasil Simulasi Antenna Dualband .......................................... 28
BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS HASIL .................................... 33
4.1
Umum.............................................................................................. 33
4.2
Pengukuran Antena ......................................................................... 34
4.3
Pengukuran Implementasi RF-Energy Harvesting ......................... 35
4.3.1
Pengukuran Dengan Menggunakan Matching Impedance ...... 35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 38
5.1
Kesimpulan ..................................................................................... 38
5.2
Saran ................................................................................................ 38
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 39
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Blok diagram Rf – energy Harvesting ....................................... 4
Gambar 2.2 Bagian – bagian Antena Mikrostrip .......................................... 5
Gambar 2.3 Dimensi Antena Mikrostrip ....................................................... 6
Gambar 2.4 Bentuk Dasar Antena Mikrostrip............................................... 6
Gambar 2.5 Beberapa Modifikasi Antena Mikrostrip ................................... 7
Gambar 2.6 Bandwidth ............................................................................... 11
Gambar 2.7 Antena Multi band ................................................................... 14
Gambar 2.8 Teknik Orthogonal-mode multi-frequencyantenna .............. 15
Gambar 2.9 Teknik Multi-patch multi-frequencyantenna ........................ 16
Gambar 2.10 Teknik Reactively-loaded multi-frequencyantenna ........... 17
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena .......................................... 22
Gambar 3.2 Rancangan antena awal[8] ....................................................... 24
Gambar 3.3 Pembuatan Workspace............................................................. 25
Gambar 3.4 Penyimpanan Workspace pada Library. .................................. 25
Gambar 3.5 Skema Rancangan Antena Mikrostrip ..................................... 26
Gambar 3.6 Tampilan awal EM Simulation Setup ...................................... 26
Gambar 3.7 Pengisian Substrat Antena Mikrostrip pada Simulator ........... 27
Gambar 3.8 Rancangan Antena Setelah Dikarakterisasi ............................. 28
Gambar 3.9 Grafik return loss hasil rancangan Awal Antena dualband .... 29
Gambar 3.10 Grafik return loss hasil rancangan optimalisasi .................... 30
Gambar 3.11 Hasil Simulasi VSWR rancangan awal Antena Dualband .... 30
Gambar 3.12 Hasil Simulasi VSWR rancangan optimalisasi ..................... 31
vi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.13 Hasil Simulasi Pola Radiasi Antena Dualband 2.1GHz ....... 31
Gambar 3.14 Hasil Simulasi Pola Radiasi Antena Dualband 2,4 GHz ....... 32
Gambar 4.1Antena Hasil Pabrikasi (a) tampak depan; (b) tampak belakan 33
Gambar 4.2Konfigurasi Pengukuran Port Tunggal ..................................... 34
Gambar 4.3Grafik Return Loss Antena Hasil Pengukuran ......................... 34
Gambar 4.4Grafik Return Loss Antena Hasil Pengukuran dalam Excel .... 35
Gambar 4.4 Pengukuran Antena untuk Rf-energy Harvesting dengan
Matching (a)2.1 GHz, (b) 2.4 GHz ................................................................ 36
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Nilai Perancangan Antena Awal .................................................... 23
Tabel 3.2 Pengaruh perubahan karakterisasi Antena dualband ..................... 28
Tabel 3.3 Perbandingan parameter rancangan antena awal dengan rancangan
antena optimalisasi. ........................................................................................ 32
Tabel 4.1 Hasil pengukuran Rf – energi Harvesting...................................... 37
viii
Universitas Sumatera Utara