3 BAB III PERANCANGAN PABRIKASI DAN PENGUKURAN

Transkripsi

1 3 BAB III PERANCANGAN PABRIKASI DAN PENGUKURAN 3.1 Umum Skripsi ini dilakukan untuk merancang sebuah antena microstrip dengan teknik Reactively-loadedmulti-frequency antenna untuk menghasilkan 2 frekuensi kerja (dualbandfrequency) pada frekuensi 2.1 GHz dan 2.4 GHz untuk aplikasi RF Energy Harvesting. Teknik pencatuan yang digunakan adalah teknik pencatuan langsung Direct Microstrip Line dengan inset feed dan offset feed. Keuntungan dari perancangan antena ini adalah bentuknya yang kecil, ringan, dan mudah untuk pabrikasi. Beberapa tahap yang harus dilakukan untuk merancang jenis antena ini antara lain adalah menentukan jenis substrat dan spesifikasinya, menentukan dimensi antena, serta menentukan dimensi dari saluran pencatu untuk menghasilkan kondisi match. Adapun dalam perancangan ini digunakan software ADS 2016 untuk simulasi. 3.2 Peralatan yang Digunakan Perangkat yang digunakan adalah : 1. Laptop untuk menampilkan software yang dipergunakan dalam perancangan antenna. 2. Perangkat lunak ADS 2016 untuk proses simulasi antena yang mau dirancang. 3. Perangkat lunak TXline untuk menentukan impedansi saluran, dan perhitungan dimensi saluran mikrostrip 4. Perangkat lunak Microsoft Visio

2 3.3 Diagram Alir Digambarkan dalam diagram alir pada Gambar 3.1 MULAI Frekuensi kerja 2.1 GHz dan 2.4 GHz ᵋr= 4.4 H=1.6 mm Perancangan Antena TIDAK VSWR 2 YA Pabrikasi dan Implementasi Harvesting Grafik Tegangan VS Frekuensi SELESAI Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena 3.4 Teknik Pencatuan Pencatuan yang digunakan pada antena yang dirancang pada skripsi ini adalah menggunakan teknik pencatuan Direct Microstrip Line dengan inset feed dan offset feed. Dari teknik pencatuan ini diharapkan antena memiliki karakteristrik impedansi saluran adalah 50 Ohm. Pada awalnya digunakan TXline untuk menghasilkan dimensi dari pencatu agar mendapatkan 22

3 impedansi 50 Ohm, namun untuk menghasilkan frekuensi kerja dari antena yang diinginkan maka dilakukan pengaturan besarnya lebar pencatu dan panjang saluran pencatu. Pengaturan panjang dan lebar dari pencatu ini akan secara otomatis disesuaikan dengan impedansi matching 50 Ohm saat simulasi. 3.5 Perancangan Antenna Dualband Salah satu cara untuk mendapat kanan tena dualband adalah dengan teknik Reactively-loaded multi-frequency antenna. Pada jenis teknik ini dilakukan simulasi dengan menggunakan teknik feeding Direct Microstrip Line dengan inset feed dan offset feed. Substrat yang digunakan adalah FR4 dengan karakteristik seperti tersebut pada sub bab sebelumnya. Setelah diketahui karakteristik dari substrat yang digunakan, selanjutnya dilakukan perancangan patch antena dengan terlebih dahulu menghitung dimensi patch tersebut sesuai formula perhitungan antena pada BAB II. Dari perhitungan tersebut yang berdasarkan spesifikasi substrat yang akan digunakan, diperoleh sebagaimana pada Tabel 3.1 dan pada Gambar 3.2. Tabel 3.1 Nilai Perancangan Antena Awal Parameter (mm) Lsub 77 W 36 (L) 21 Lf 55 Wf 3 L1 14 Slit x 2 Slit x 1 Slit x 1 23

4 Gambar 3.2 Rancangan antena awal[8] Simulasi Antenna Setelah mengetahui spesifikasi dan bahan substrat yang digunakan, maka akan dilanjutkan pada tahapan perancangan pada simulator ADS. Adapun langkah-langkah perancangan antena pada simulator ADS adalah: 1. Menyediakan workspace dan library Menyediakan workspace bertujuan untuk membuat lembar kerja baru yang terdapat pada simulator dan memberikan nama workspace yang kita inginkan. Workspace tersebut akan tersimpan pada library yang kita tetapkan. Pembuatan workspace baru dan penyimpanan pada library pada simulator ADS dapat dilihat pada Gambar 3.3 dan Gambar

5 Gambar 3.3 Pembuatan Workspace Gambar 3.4 Penyimpanan Workspace pada Library. 2. Merancang skema antena pada layout Setelah tampilan layout simulator ADS terbuka maka kita dapat merancang antena mikrostrip secara layout sebelum disimulasikan. Rancangan layout antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar

6 Gambar 3.5 Skema Rancangan Antena Mikrostrip 3. Pengisian Elektro Magnetik (EM) Simulation Setup Pada pengisian EM Simulation setup kita dapat menentukan beberapa parameter penting. Dintaranya adalah pengisian substrat antena, perencanaan frekuensi yang diinginkan, penentuan port dan lain-lain. Tampilan awal EM simulation setup dan pengisian substrat antena mikrostrip pada simulator dapat dilihat pada Gambar 3.6 dan Gambar 3.7. Gambar 3.6 Tampilan awal EM Simulation Setup 26

7 Gambar 3.7 Pengisian Substrat Antena Mikrostrip pada Simulator Optimalisasi Antenna Dualband Sama halnya dengan antena mikrostrip yang lain, secara umum untuk menggeser frekuensi kerja menjadi lebih besar adalah dengan mengecilkan dimensi patch, dan untuk memperkecilnya adalah dengan memperbesar dimensinya. Pada antena dualband ini akan dioptimalisasi dengan menambahkan groundplane pada patch antena, untuk dapat meradiasikan antena dan menggeser frekuensi kerja sesuai dengan yang diinginkan sebagaimana pada Gambar 3. 8 rancangan antena setelah dioptimalisasi. 27

8 Lg Gambar 3.8 Rancangan antena setelah dioptimalisasi Gambar 3.8 memperlihatkan penambahan groundplane pada rancangan antena terhadap rancangan awal untuk dapat meradiasikan antena dengan lebih baik Hasil Simulasi Antenna Dualband Berikut geometri hasil rancangan setelah menglami optimalisasi ditunjukkan pada Tabel 3.2: Tabel 3.2Pengaruh perubahan karakterisasi Antena dualband Parameter (mm) Lsub 77 W 36 (L) 21 28

9 Lf 55 Wf 3 L1 14 Slit x 2 Slit x 1 Slit x 1 Lg 3.5 Dengan mengetahui beberapa parameter dari antena yang dirancang, maka dapat membantu mempermudah memperoleh rancangan yang optimal. Pengamatan pada parameter return loss, VSWR, dan pola radiasi dari hasil simulasi rancangan antena awal dan setelah dioptimalisasi diberikan pada Gambar 3.9 sampai dengangambar Gambar 3.9 Grafik return loss hasil rancangan awal antena dualband 29

10 Gambar 3.10 Grafik return loss hasil rancangan antena dualband setelah optimalisasi Gambar 3.11 Hasil Simulasi VSWR rancangan awal antena dualband 30

11 Gambar 3.12 Hasil Simulasi VSWR rancangan antena dualband setelah optimalisasi Gambar 3.13 Hasil Simulasi Pola Radiasi antena dualband 2.1GHz 31

12 Gambar 3.14 Hasil Simulasi Pola Radiasi antena dualband2,4 GHz Dari hasil simulasi yang telah dilakukan kita dapat melihat perubahan yang terjadi antara rancangan antena awal dengan rancangan antena yang dioptimalisai sebagaimana pada Tabel 3.3. Tabel 3.3 Perbandingan parameter rancangan antena awal dengan rancangan antena optimalisasi. Parameter Antena Rancangan Awal Antena Rancangan Antena Setelah Optimalisasi 2.1 GHz 2.4 GHz 2.1 GHz 2.4 GHz Return Loss(dB) -19,668-2,758-15,624-26,041 VSWR 1,232 6,351 1,397 1,105 Dari Tabel 3.3 dapat kita bahwa hasil simulasi yang optimum didapatkan dengan melakukan optimalisasi pada antena dengan menambahkan grounplane pada rancangan awal antena, dimana hasilnya dapat bekerja pada frekuensi kerja yang kita inginkan. 32

13 4 BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS HASIL 4.1 Umum Setelah dilakukan perancangan antena dan mensimulasikannya dengan software pendukung seperti yang telah disebutkan pada bab 3, maka langkah selanjutnya yang dilakukan adalah melakukan pabrikasi pada rancangan yang telah dibuat. Satelah antena yang telah dirancang dipabrikasi maka langkah selanjutnya yang dilakukan adalah mengukur antena tersebut. Adapun pengukuran yang dilakukan untuk mengetahui parameter-parameter dari antena yang telah dirancang dan difabrikasi pada skripsi ini adalah pengukuran port tunggal, pengukuran return loss. Berikut adalah antena hasil pabrikasi sebagaimana pada Gambar 4.1. (a) (b) Gambar 4.1 Antena Hasil Pabrikasi (a) tampak depan; (b) tampak belakang Pabrikasi antena pada Gambar 4.1 ini dilakukan untuk antena dualband, yakni antena dualband modifikasi dengan penambahan slot pada bagian patch nya. 33

14 4.2 Pengukuran Antena Pada proses pengukuran port tunggal ini, parameter-parameter dari antena yang dapat diukur adalah return loss. Pengukuran yang dilakukan menggunakan network analyzer dengan format S11. Gambar konfigurasi dari pengukuran port tunggal ini dapat dilihat pada Gambar 4.2 Gambar 4.2 Konfigurasi Pengukuran Port Tunggal Dari pengukuran yang dilakukan didapatlah nilai return loss yang terjadi sebagaimana pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 Gambar 4.3 Grafik Return Loss Antena Hasil Pengukuran 34

15 Return Loss Gambar 4.4 Grafik Return Loss Antena Hasil Pengukuran dalam Ms.Excel Dari pengukuran yang dilakukan terhadap antena dualband ini didapatkan dua buah frekuensi resonansi, yakni pada frekuensi GHz, dan GHz. Kedua buah frekuensi resonansi yang diharapkan sudah sesuai dengan frekuensi yang diharapkan dengan return loss dibawah -9,54dB. 4.3 Pengukuran Implementasi RF-Energy Harvesting Pada proses ini dilakukan pengukuran antena yang telah dipabrikasi tersebut dapat digunakan untuk aplikasi Rf-Energi Harvesting. Parameter parameter yang ditinjau pada proses ini adalah besar nilai energi yang dapat dipanen oleh antena tersebut terhadap aplikasi Rf Energi Harvesting. Adapun data pengukuran yang dianalisis terhadap pemanenan energi tersebut hanya dengan menggunakan rangkain Matching, sebagaimana yang akan dianalisis pada bagian sub-bab Pengukuran Dengan Menggunakan Matching Impedance Setelah dilakukan pabrikasi antena maka dilakukan pengukuran antena untuk aplikasi Rf-energy Harvesting, untuk dapat melakukan pemanenan energi, maka antena tersebut dihubungkan dengan rangkaian matching impedance yang telah dirancang oleh Muhammad Sawaluddin Nasution dengan judul Skripsi Rancang Bangun Matching Impedance Pi Network Pada Frekuensi 2100 MHz 35

16 Untuk Rf Energy Harvesting seperti pada Gambar 4.4(a) dan Fauziah Al Humaira dengan judul Skripsi Rancang Bangun Matching Impedance L Network untuk Rf Energy Harvesting Pada Frekuensi 2.4 GHz seperti pada Gambar 4.4(b). (a) (b) Gambar 4.5 Pengukuran Antena untuk Rf-energy Harvesting dengan Matching Impedance (a) 2.1 GHz, (b) 2.4 GHz Dari pengukuran yang dilakukan terhadap implementasi Rf-energy Harvesting inidari pemasangan antenna hingga pada rangkaian match didapatkan nilai tegangan yang dipanen sebesar 8 mv, yakni pada frekuensi 2.1 GHz dan 2,4 GHz. Adapun hasil simulasi dan pengukuran yang telah dilakukan pada rangkaian Rf energy Harvesting sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.2, nilai tegangan yang dipanen oleh rancangan Antena Dualband. 36

17 Tabel 4.1 Hasil pengukuran Rf energi Harvesting Frekuensi Kerja antena Dualband (GHz) Nilai Tegangan (mv) 2.1 dan 2.4 Dengan Matching 2.1 GHz Dengan Matching 2.4 GHz 13 8 Dari tabel 4.1 dapat kita lihat bahwa energi yang dipanen oleh antena dualband belum terlalu besar untuk dapat digunakan, hal ini dikarenakan pada proses fabrikasi ada beberapa faktor yang mempengaruhi yakni solderan port dengan pencatu antena, dan faktor lain pada rangkaian matching yang tidak digunakan sesuai dengan perhitungan impedansi antena dualband tersebut, sehingga di dapat hasil yang dipanen tidak seperti yang di harapkan. 37

18 5 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan yang didapatkan oleh penulis pada penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Antena yang dirancang adalah antenna dualband yang dapat digunakan untuk aplikasi Rf energy Harvesting. 2. Analisa yang dilakukan pada antena dualband adalah dengan memenuhi nilai return losssebesar db dan db untuk frekuensi GHz dan GHz untuk masing masing frekuensi secara berurutan. 3. Nilai pengukuran pabrikasi dan pengukuran untuk implementasi rf energi harvesting mendapatkan nilai yang dipanen berupa tegangan sebesar 13 mv dan 8 mv. 5.2 Saran 1. Perancangan antena yang dilakukan dapat disimulasikan dengan software lain untuk mendapatkan nilai dualband yang lebih bagus. 2. Dapat melakukan perancangan antena mikrostrip dengan band yang lebih untuk aplikasi Rf-energi Harvesting. 3. Rangkaian matching yang digunakan sebaiknya disesuaikan antara impedansi antena dan impedansirectifier. 38