DESAIN SISTEM TRANSFER ENERGI NIRKABEL DENGAN MEMANFAATKAN GELOMBANG RADIO FM Kandi Rahardiyanti 2207 100 050
DOSEN PEMBIMBING : Eko Setijadi, ST., MT. Ph.D Dr.Ir.Wirawan, DEA
LATAR BELAKANG KELANGKAAN SUMBER ENERGI GEM SEBAGAI SUMBER ENERGI POTENSIAL BANYAKNYA GEM YANG BERASAL DARI PEMANCAR RADIO
2
ENERGY HARVESTING YANG RAMAH LINGKUNGAN
PETA PERSEBARAN PEMANCAR RADIO FM
3
PERUMUSAN MASALAH Bagaimanakah desain sistem transfer energi nirkabel dengan
memanfaatkan gelombang radio FM yang dibangkitkan dengan Synthesized Signal Generator (SSG) dan pemancar radio FM sehingga didapatkan tegangan sebagai sumber energi.
4
BATASAN MASALAH Frekuensi yang digunakan adalah frekuensi FM 87-108 Mhz.
Pengambilan gelombang elektromagnetik dilakukan dengan
menggunakan antena fraktal jenis tent.
5
TUJUAN Mengetahui desain antena fraktal yang bekerja pada frekuensi
87-108 Mhz. Mengetahui tegangan yang dapat dihasilkan dari sistem transfer nirkabel dengan memanfaatkan gelombang radio FM. Memberi sumber energi ramah lingkungan khususnya bagi perangkat berdaya rendah, misalnya sensor.
6
SISTEM TRANSFER ENERGI NIRKABEL Pemancar radio
POWER HARVESTER
GEM
Antena fraktal 7
TEGANGAN DC
ANTENA FRAKTAL Antena fraktal terbentuk dari berbagai iterasi atau perulangan
dari bentuk dasarnya Perulangan tersebut dapat terus berlanjut hingga tidak terbatas Dengan menggunakan desain antena fraktal didapat ukuran yang lebih kecil daripada antena pada umunya
8
TRANSFORMASI FRAKTAL TENT Langkah
9
Perubahan Perubahan Lebar Panjang
Pembalikan
Rotasi
A
2/3 L
1/3 L
Horisontal
-
B
1/3 L
2/3 L
Horisontal
-
C
1/3 L
2/3L
Horisontal
90⁰
D
2/3 L
1/3 L
-
-90⁰
E
2/3 L
2/3 L
-
-90⁰
TRANSFORMASI FRAKTAL TENT (2)
(a)
(b)
(a) Bentuk dasar atau generasi ke-1 (b) Generasi ke-2 10 (c) Generasi ke-3
(c)
POWER HARVESTER Power harvester digunakan untuk mengubah gelombang
elektromagnetik menjadi sumber tegangan DC. Terdiri dari diode sebagai komponen penyearah dan kapasitor sebagai penyimpan tegangan.
11
METODOLOGI MULAI
12
1
PENENTUAN PARAMETER ANTENA DAN POWER HARVESTER
PENGUJIAN RANCANG BANGUN
SIMULASI ANTENA DENGAN SOFTWARE 4NEC2 DAN DESAIN POWER HARVESTER
PENGUKURAN PARAMETER DAN TEGANGAN
RANCANG BANGUN ANTENA DAN POWER HARVESTER
SELESAI
1
SIMULASI ANTENA FRAKTAL TENT Simulasi menggunakan software 4NEC2
Frekuensi : 87-108 Mhz Ketebalan kawat : 1 mm Panjang kawat per-segmen
13
SIMULASI ANTENA FRAKTAL TENT (2) Merupakan antena fraktal tent generasi ke-2 dengan loop
Antena berukuran 20 x 20 cm Antena fraktal terdiri dari 44 segmen dengan pencatuan
berada pada segmen 39 VSWR bernilai 1,16 pada frekuensi 98 Mhz
14
SIMULASI ANTENA FRAKTAL TENT (3)
15
DESAIN POWER HARVESTER
Rangkaian power harvester terdiri dari 2 tingkat yang disusun
secara paralel. 16
RANCANG BANGUN ANTENA FRAKTAL Dimensi : 20x20 cm
Kawat tembaga : 1mm Ground : 7x5 cm Konektor : N
17
RANCANG BANGUN POWER HARVESTER
Kapasitor : 1 nF
Diode schottky Konektor -N 18
VSWR Pengukuran menggunakan perangkat
network analyzer Frekuensi 88.01
: 1.941 Frekuensi 98.00 : 1.575 Frekuensi 108.00 : 2.901
19
BANDWIDTH
f2 dan f1
: frekuensi dimana vswr bernilai dibawah 2 Sehingga bandwidth antena fraktal sebesar 15 Mhz
20
87 87.484 87.968 88.452 88.936 89.42 89.904 90.388 90.872 91.356 91.84 92.324 92.808 93.292 93.776 94.26 94.744 95.228 95.712 96.196 96.68 97.164 97.648 98.132 98.616 99.1 99.584 100.068 100.552 101.036 101.52 102.004 102.488 102.972 103.456 103.94 104.424 104.908 105.392 105.876 106.36 106.844 107.328 107.812 108.296 108.78
Level Daya (dBm)
LEVEL DAYA
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
Frekuensi (MHz)
Level daya tertinggi pada frekuensi 87,6 Mhz yaitu -31,12 dBm
Level daya terendah pada frekuensi 93,2 Mhz yaitu -60,93 dBm
21
GAIN ANTENA 4
Gain (dBi)
2 0 -2
pengukuran
-4
simulasi
-6 -8 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 Frekuensi (Mhz)
22
Gr : gain antena fraktal Gs : gain antena standar Antena standar FM dengan gain 12 dBi Gain rata-rata adalah 0,45 dBi
PENGUKURAN TEGANGAN
Pengukuran tegangan dilakukan di 3 lokasi: Lab B-301
Sekitar pemancar Radio Colors Lt.4 atap gedung T.elektro
Hasil pengukuran merupakan nilai tegangan 23
LAB B-301 (1) Tegangan (mV)
2500 2000 1500 1000 500 0.05 0.25 0.45 0.65 0.85 1.05 1.25 1.45 1.65 1.85 2.05 2.25 2.45 2.65 2.85 3.05 3.25 3.45 3.65 3.85 4.05 4.25 4.45 4.65 4.85
0 waktu (s)
Pemancar berasal dari signal generator Tegangan maksimum : 1994 mV
Tegangan minimum : 1050 mV Tegangan rata-rata : 1522,34 mV Arus : 1,61 uA 24
RADIO COLORS (2) 3500
tegangan (mV)
3000
2500 2000 1500 1000 500 0.05 0.5 0.95 1.4 1.85 2.3 2.75 3.2 3.65 4.1 4.55 5 5.45 5.9 6.35 6.8 7.25 7.7 8.15 8.6 9.05 9.5 9.95
0
waktu (s)
Pengukuran dilakukan di depan pemancar
Radio Colors dengan jarak sekitar 7 meter Tegangan maksimum : 3030 mV Tegangan minimum : 2478 mV Tegangan rata-rata : 1771,5 mV Arus : 0,03 mA
25
UDARA BEBAS (3) 1400 Tegangan (mV)
1200 1000 800 600 400 200 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 waktu (ms)
Pengukuran dilakukan dengan mengambil GEM dari pemancar sekitar
Lokasi di atap gedung T.elektro lt. 4 Tegangan maksimum : 1300 mV Tegangan minimum : 53 mV 26
Tegangan rata-rata : 600 mV
PENGISIAN BATERAI Tegangan baterai : 1,2 V
Kapasitas arus : 1200 mAh Waktu pengisian baterai menjadi :
27
KESIMPULAN 1. Dari pengukuran dengan membandingkan antena
fraktal dan antena FM standar didapat gain bernilai 0,45 dB. 2. Dari pengukuran dengan network analyzer didapat nilai VSWR terendah berada pada frekuensi 87-102 Mhz, dengan nilai VSWR terendah adalah 1,5 pada frekuensi 98 Mhz. 3. Dari perhitungan didapatkan bandwidth antena bernilai 15 Mhz.
28
KESIMPULAN (2) Diasumsikan dibutuhkan waktu 6 jam 40 menit untuk pengisian baterai 1,2V 1200 mAh 5. Dari hasil pengukuran didapat bahwa semakin dekat jarak antena dengan pemancar radio, semakin besar tegangan yang dihasilkan. 4.
29
DAFTAR PUSTAKA [1] Radio Stations in Surabaya, East Java, Indonesia. Diambil tanggal 26 Juni 2011 dari http://www.asiawaves.net/indonesia/surabayaradio.htm#surabaya-fm-radio [2] Faiz, Muhammad, (2007) Investigation of Sierpinski Carpet Fractal Antenna. Universitas Teknik Malaysia [3] Ali, Jawad K.,Ahmad, adil.H,(2008) A New GCPW-Fwd Fractal Printed Monopole Antena Based on Tent Transformation for Modern Communication System, University of Technology Baghdad, Iraq. [4] Harrist, Daniel W., (2004) Wireless Battery Charging System Using Radio Frequency Energy Harvesting, University of Pittsburgh [5] Stutzman,Warren L.,Thiele, Gary A., (1998) Antenna Theory and Design, 2nd edition. JohnWiley & Sons, Inc. 30
SARAN 1. Mencari model antena fraktal lain sehingga ukuran
antena dapat diperkecil lagi. 2. Mencoba antena dengan memanfaatkan gelombang elektromagnetik GSM karena pemancarnya juga banyak tersebar di daerah surabaya.
31
TERIMA KASIH
32
