RANCANG BANGUN DESAIN ANTENA PIFA (PLANAR

RANCANG BANGUN DESAIN ANTENA PIFA
(PLANAR INVERTED F-ANTENNA) UNTUK
PENANGKAPAN DAYA ELEKTROMAGNETIK
PADA FREKUENSI GSM 900 MHz DAN DCS
1800 MHz DENGAN METODE
ELECTROMAGNETIC HARVESTING
Faizal Firmansyah
NRP.2208 100 147
Dosen Pembimbing :
Eko Setijadi, S.T., M.T., Ph.D.
Dr.Ir.Wirawan, DEA.
Latar Belakang
1
Potensi GSM-DCS di Indonesia
Coverage area XL-Axiata di Jawa Timur
Sumber : http://www.xl.co.id/coverage/
2
Potensi GSM-DCS di Indonesia
Coverage area Axis Telecom di Jawa Timur
Sumber : http://www.axisworld.co.id/coverages/
3
Potensi GSM-DCS di Indonesia
Coverage area Indosat di Surabaya
Sumber : http://3g.indosat.com/about/coverage.php?city=2
4
Rumusan Masalah
• Penggunaan antena PIFA untuk penangkapan
daya elektromagnetik yang bebas di udara
• Desain antena PIFA untuk frekuensi kerja GSM
dan DCS (di Indonesia)
• Pengujian antena PIFA di beberapa lokasi
• Implementasi perangkat elektronik yang
menggunakan hasil keluaran antena PIFA dan
power harvester
5
Batasan Masalah
• Menggunakan tipe antena PIFA (Planar
Inverted F-Antenna)
• Frekuensi kerja pada spektrum frekuensi
GSM-900 dan DCS-1800 yang berlaku
Indonesia
• Pengukuran parameter dasar antena (return
loss, VSWR, dan Gain)
• Implementasi penggunaan energi hasil
harvesting
6
Tujuan Penelitian
• Mendesain antena PIFA yang dapat
digunakan untuk menangkap daya
elektromagnetik pada frekuensi GSMDCS
• Memanfaatkan energi hasil harvesting
sebagai sumber energi bagi perangkat
elektronik berdaya listrik rendah
7
Metodologi
8
9
Spektrum Frekuensi GSM-DCS di
Indonesia
No
Nama Operator
GSM
1 Indosat
2 Telkomsel
3 XL Axiata
DCS
1 XL Axiata
2 Indosat-SAT C
3 Telkomsel
4 Axis Telecom
5 Telkomsel
6 Indosat-IM3
7 Telkomsel
8 Hutchinson CP (Three)
Frekuensi (MHz)
Uplink
890-900
900-907.5
907.5-915
Downlink
935-945
945.2-952.4
952.5-960
1710-1717.5
1717.5-1722.5
1722.5-1730
1730-1745
1745-1750
1750-1765
1765-1775
1775-1785
1805-1812.5
1812.5-1817.5
1817.5-1825
1825-1840
1840-1845
1845-1860
1860-1870
1870-1880
Sumber : Denny Setiawan. “Alokasi Frekuensi : Kebijakan dan Perencanaan Spektrum
Indonesia”, Departemen Komunikasi dan Informatika Republik Indonesia, 2010.
Planar Inverted F-Antenna (PIFA)
10
●Merupakan modifikasi desain
dari antena mikrostrip planar
●Memiliki 3 elemen penting
yaitu, patch, grounding, dan
shorting wall/pin
●Dapat bekerja pada singleband,
dual-band,
tri-band,
quad-band (sesuai
maupun
dengan kebutuhan)
Referensi : Constantine A, Balanis“Modern Antenna Handbook”, John Wiley & Sons, INC,
New York, 2008
Planar Inverted F-Antenna (PIFA)
Dimensi antena PIFA dual-band
dihitung menggunakan persamaan
berikut :
Frekuensi kerja pertama
Frekuensi kerja kedua
Referensi : Constantine A, Balanis“Modern Antenna Handbook”, John Wiley & Sons, INC,
New York, 2008
11
Planar Inverted F-Antenna (PIFA)
Dimensi slot Y :
Dimensi slot T :
Dimensi tinggi antena (H) :
Dimensi ground antena :
Referensi : Dalia Mohammed Nashaat, Hala A.Elsadek “Single Feed Compact Quad-Band PIFA
Antenna for Wireless Communication Applications, IEEE, 2005.
12
Planar Inverted F-Antenna (PIFA)
Parameter antena
Lebar port SMA 50 Ω
Panjang Plat Antena
Lebar Plat Antena
Ketebalan Plat Tembaga
LY1
LY2
WY1
WY2
LT
WT
LSW
WSW
H
LG
WG
LS
εr udara
Satuan
2.5 mm
61 mm
61.52 mm
0.8 mm
30 mm
20 mm
28.5 mm
8 mm
15.25 mm
15 mm
14.74 mm
50 mm
24.74 mm
61 mm
50 mm
1 mm
1
13
14
Planar Inverted F-Antenna (PIFA)
W
Lsw
Wsw
H
H
L
Wg
Lt
Tampak Samping Kiri
Tampak Belakang
Wt
Wy1
Tampak Atas
Wy2
Ly2
Ly1
Planar Inverted F-Antenna (PIFA)
Hasil Simulasi :
Hasil Implementasi (Fabrikasi) :
15
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
16
• S-Parameter (return loss)
● Nilai return loss terendah saat
frekuensi GSM :
940 MHz = -12.76 dB (simulasi)
960 MHz = -8.7 dB (pengukuran)
●Nilai return loss terendah saat
frekuensi DCS :
1840 MHz = -15.01 dB (simulasi)
1860 MHz = -18.4 dB (pengukuran)
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
17
• VSWR
● Bandwith PIFA pada frekuensi
GSM :
(960-900) MHz = 60 MHz
●Bandwith PIFA pada frekuensi
DCS :
(1900-1820) MHz = 80 MHz
18
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
• Gain
F
(MHz)
Pref
PPIFA
(dBm) (dBm)
930.34
940.54
950.72
958.21
-51.23 -49.52
-46.42 -45.78
-47.84 -45.86
-47.19 -46.10
Gain Rata-Rata
Gain
Antena
Referensi
(dB)
2.15
Gain
PIFA
(db)
3.86
2.79
4.13
3.24
3.505
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
• Distribusi Arus (GSM)
19
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
• Distribusi Arus (DCS)
20
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
• Pola Radiasi (GSM)
21
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
• Pola Radiasi (GSM)
22
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
• Pola Radiasi (DCS)
23
Simulasi dan Pengukuran Parameter
Antena
• Pola Radiasi (DCS)
24
Pengukuran Unjuk Kerja Antena
• Level Daya Tangkap Antena
Lokasi : BTS Medical Center-ITS
25
Pengukuran Unjuk Kerja Antena
• Level Daya Tangkap Antena
Lokasi : BTS Indosat-Keputih Perintis
26
Pengukuran Unjuk Kerja Antena
• Level Daya Tangkap Antena
Lokasi : BTS Telkomsel-Bumi Marina Emas
27
Rangkaian Power Harvester
28
Rangkaian
power harvester merupakan
kombinasi antara rectifier dengan voltage
doubler
Referensi : Daniel W,Harrist “Wireless Battery Charging System Using Radio Frequency
Energy Harvesting”, University of Pittsburgh, 2011.
29
Rangkaian Power Harvester
Rangkaian ini tersusun dari :
* Dioda Schottky BAT-60A
* Kapasitor Mika 4.7 nF
* Konektor SMA Male
* Pinhead 2x1
10 buah
20 buah
1 buah
1 buah
Alat Ukur Tegangan
Arduino Minimum System and Downloader
Waktu pengambilan sampel tegangan tiap 10 milisekon
30
Charger Baterai dan Baterai 1000 mAh
31
32
Skema Pengukuran Tegangan
Power Harvester
Menara BTS-DCS
Antena PIFA
PC
Arduino
Pengukuran Tegangan
Lokasi : Lab B.304 Teknik Elektro-ITS
Tegangan rata-rata yang dihasilkan sebesar : 0.535 Volt
33
Pengisian Ulang Baterai
Proses Pengisian Ulang Baterai di B.304
t = 50 jam
34
Pengukuran Tegangan
Lokasi : BTS Indosat – Keputih Perintis
Tegangan rata-rata yang dihasilkan sebesar : 0.867 Volt
35
Pengisian Ulang Baterai
36
Proses Pengisian Ulang Baterai di BTS Indosat
t = 19.05 jam
Pengukuran Tegangan
Lokasi : BTS Telkomsel– Bumi Marina Emas
Tegangan rata-rata yang dihasilkan sebesar : 1.26 Volt
37
Pengisian Ulang Baterai
Pengisian Ulang Baterai di BTS Telkomsel
t = 9.01 jam
38
Analisis Data Pengukuran
Tegangan
39
Tabel Hasil Pengukuran Tegangan Rata-Rata :
Lokasi Pengukuran
Laboratorium B.304
BTS Indosat-Keputih Perintis
BTS Telkomsel-Perumahan Bumi Marina Emas
BTS Telkom Flexi-Keputih
Lantai 4 Gd.Teknik Elektro-ITS
BTS Smartfren-Kertajaya Indah
Tegangan Keluaran
Rata-Rata (Volt)
0.535
0.867
1.26
1.256
0.59
0.623
Kesimpulan
Dari hasil penelitian ini dapat ditarik beberapa kesimpulan :
1. Antena PIFA GSM-DCS yang didesain memiliki dimensi
61x61.57 mm.
2. Antena PIFA ini dapat bekerja pada dua frekuensi
sekaligus, yaitu GSM-900 dan DCS-1800. Pada saat
frekuensi kerja GSM, Antena PIFA ini memiliki gain
sebesar 3.505 dB.
3. Apabila antena PIFA GSM-DCS diintegrasikan dengan
perangkat power harvester, maka tegangan maksimum
yang dapat dihasilkan sebesar 1.26 Volt.
4. Tegangan yang dihasilkan oleh perangkat power harvester
dapat dimanfaatkan untuk proses pengisian ulang baterai.
40
TERIMA KASIH