Perancangan Antena Metamaterial Berbasis NFRP Pada Frekuensi GPS L1 (1,5754 GHz) Untuk Sistem Transfer daya Nirkabel Trinarmada Anugraha 2210100028 Dosen Pembimbing: Bapak Eko Setijadi,ST.,MT.,Ph.D Bapak Prasetiyono Hari Mukti,ST.,MT.,MSc JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Juni 2014
Latar Belakang 1. Sistem komunikasi Nirkabel yang semakin terintegrasi 2. Aplikasi pada Wireless Power Transfer 3. Perancangan perangkat antena yang mampu diterapkan pada sistem WPT, yaitu antena metamaterial berbasis NFRP dengan frekuensi kerja 1,5754 GHz. 4. Tiap unit sel metamaterial dapat berperan sebagai elemen NFRP
Perumusan Masalah Mendesain Antena Metamaterial Berbasis NFRP pada Frekuensi GPS L1 untuk dimanfaatkan pada wireless power transfer
Tujuan 1. Membuat Antena Metamaterial yang mampu menangkap sinyal GPS L1 2. Melakukan Optimasi Pada Desain Antena Metamaterial 3. Melakukan Pengujian Antena Metamaterial pada Perangkat Power Havester
Batasan Masalah 1. Menggunakan Frekuensi Kerja GPS L1 (1,5754 GHz) 2. Simulasi desain antena menggunakan software CST Studio Suite 3. Menguji antena menggunakan perangkat power havester 4. Substrat yang digunakan adalah FR4 dan Roger 4360
Antena Metamaterial • Metamaterial merupakan material buatan dengan banyak kelebihan dibanding material yang lain • Kelebihan tersebut dapat direkaya untuk disesuaikan dengan berbagai macam aplikasi • Salah satunya antena metamaterial dengan elemen NFRP • Karena tiap unit sel metamaterial dapat berperan sebagai elemen NFRP, maka desain antena akan memiliki kemampuan matching dengan input impedansi tertentu, dan memiliki efisiensi yang tinggi, serta ukuran desain yang kecil.
Near-Field Resonant Parasitic Umumnya elemen NFRP terdiri dari satu unit epsilon negative (ENG) atau munegative (MNG) saja, pada gambar di bawah ini, elemen NFRP pada antena metamaterial bertindak sebagai radiator dan near-field impedance trans formator.
Diagram Perencanaan Implementasi
Simulasi Antena Metamaterial Dengan Substrat FR4 • Modifikasi Antena Metamaterial
Depan
Belakang
Tabel Dimensi Antena
• Hasil simulasi menggunakan CST Studio Suite
Depan
Keterangan Gambar 1. Protactor NFRP Elemen 2. Ground Antena 3. Transmision Line Antena
Belakang
Hasil Fabrikasi Antena • FR4
Depan
Belakang
• Hasil S-Parameter Return Loss dan VSWR Return Loss, -21.774 pada Frekuensi 1.5754 ghz
VSWR, 1.2017 pada Frekuensi 1.5754 GHz
• Hasil Pola Radiasi dan Gain dengan Plot 3 Dimensi Pola Radiasi, dengan nilai Directivity 1.841 dBi
Gain, dengan nilai -0.1163 dB
• Analisis Bandwidth Antena FU =1.5838 GHz FL= 1.5667 GHz FC = 1.5754 GHz
• Analisis VSWR dan Impedansi
Batas terendah (1.566 GHz) dan batas tertinggi (1.5841 GHz) dari frekuensi 1.5754.
Simulasi Antena Metamaterial Dengan Substrat Roger 4360 • Modifikasi Antena Metamaterial
Depan
Belakang
Tabel Dimensi Antena
• Hasil simulasi menggunakan CST Studio Suite
Depan
Belakang
Hasil Fabrikasi Antena • Roger 4360
Depan
Belakang
• Hasil S-Parameter Return Loss dan VSWR Return Loss, -18.878 pada frekuensi 1.5754 GHz
VSWR, 1.2568 pada frekuensi 1.5754 GHz
• Hasil Pola Radiasi danGain Pola Radiasi, dengan nilai Directivity 1.776 dBi
Pola Radiasi, dengan nilai Directivity 0.4981 dBi
• Analisis Bandwidth Antena FU =1.5832 GHz FL= 1.567 GHz FC = 1.5754 GHz
• Analisis VSWR dan Impedansi
Batas terendah (1.5666 GHz) dan batas tertinggi (1.5837 GHz) dari frekuensi 1.5754.
Pengukuran Antena Instrumentasi Pengukuran
Network Analyzer
Spectrum Analyzer
Hasil Pengukuran dan Simulasi • FR4 (Return Loss)
• FR4 (VSWR)
• Roger 4360 (Return Loss)
• Roger 4360
Pengujian Pada Power Havester • Konfigurasi Pengukuran Sistem WPT
Hasil Tegangan Power Havester • FR 4
• Roger 4360
Pengujian Pada Perangkat Elektronik
KESIMPULAN • Simulasi antena metamaterial dengan menggunakan susbtrat FR4 berada pada frekuensi 1.5754 Ghz dengan return loss sebesar 20.774 dB dan VSWR sebesar 1.2003. Sedangkan pada substrat Rogers 4360 pada frekuensi 1.5754 didapat return loss sebesar 18.878 dB dan VSWR sebesar 1.2568. • Pada pengukuran antena metamaterial dengan susbtrat FR4 pada frekuensi 1.5754 Ghz didapat return loss -27.52 dan VSWR sebesar 1.087, sedangkan pada substrat Roger 4360 didapat return loss sebesar -15.92 dB dan VSWR sebesar 1.597. • Pada pengukuran power harvesting di lab B301 jurusan teknik elektro ITS, pada jarak 10 cm dari pemancar kedua antena menghasilkan tegangan di atas 4 volt. • Kedua antena dapat digunakan untuk sistem transfer daya nirkabel.
Saran • Memperhatikan detail antena pada proses fabrikasi • Meningkatkan parameter return loss dan VSWR agar antena bekerja secara optimal • Pada penelitian berikutnya menggunakan rangkaian combiner agar mampu menagkap daya yang lebih besar lagi
Contoh Rangkaian Combiner, (a) Menggunakan kopling kapasitif (b) Kopling magnetik (c) Penjumlahan spatial
Terimakasih
