TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN POWER HARVESTER UNTUK TRANSFER DAYA WIRELESS MENGGUNAKAN ANTENA TV FREKUENSI 470 - 860 MHZ

(1)

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN POWER HARVESTER UNTUK TRANSFER

DAYA WIRELESS MENGGUNAKAN ANTENA TV FREKUENSI 470 -

860 MHZ

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

ANTHONY

100402045

(2)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN POWER HARVESTER UNTUK TRANSFER DAYA WIRELESS MENGGUNAKAN ANTENA TV FREKUENSI 470 - 860 MHZ

Oleh :

1. Ketua Penguji : Dr. Ali Hanafiah Rambe, S.T.M.T ANTHONY

100402045

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk mememperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 08 bulan April tahun 2015 di depan Penguji:

2. Anggota Penguji : Rahmad Fauzi, S.T.M.T

Disetujui oleh: Pembimbing,

Ir. Arman Sani, M.T NIP : 196411281991021001

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

(3)

ABSTRAK

Di alam bebas ini terdapat banyak sekali sumber gelombang elektromagnetik bebas.

WiFi transmitters, base station telepon seluler, radio AM/FM, stasiun pemancar TV adalah

sumber gelombang elektromagnetik dengan daya keluaran yang berbeda-beda. Gelombang

elektromagnetik ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik alternatif. Banyak

penelitian yang sudah pernah dilakukan untuk pengkonversian energi gelombang

elektromagnetik menjadi energi listrik. Tujuannya adalah menciptakan suatu sistem ramah

lingkungan yang bisa menghasilkan energi listrik tanpa sumber tegangan listrik melainkan

dengan menggunakan sinyal gelombang elektromagnetik sekitar.

Pada Tugas Akhir ini akan dirancang sistem Ambient Electromagnetic Harvesting

dimana digunakan antena yagi TV sebagai antena penerima dan power harvester sebagai

rectifier untuk merubah sinyal AC gelombang elektromagnetik daerah frekuensi TV yang

diterima pada antena menjadi sinyal listrik DC dan menguatkannya. Sistem ambient

electromagnetic harvesting yang dirancang dapat menghasilkan tegangan rata-rata sebesar

433 mV untuk pengukuran di daerah kota Medan, yaitu pada Laboratorium Sistem

Komunikasi Radio, Sedangkan pengukuran di daerah pemancar TV di Bandar Baru

Sibolangit, diperoleh tegangan rata-rata 2160 mV. Dari pengukuran yang telah dilakukan

dapat diambil kesimpulan bahwa semakin dekat ke sumber pemancar semakin besar juga

tegangan yang dihasilkan.

(4)

ii KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas Berkah dan

Rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:

“RANCANG BANGUN POWER HARVESTER UNTUK TRANSFER DAYA

WIRELESS MENGGUNAKAN ANTENA TV FREKUENSI 470–860 MHZ”

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.

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 terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya

kepada:

1. Bapak Ir. Arman Sani, MT sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang

selalu bersedia memberikan bantuan yang sangat dibutuhkan oleh penulis dalam

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Masykur Sjani, MT sebagai Dosen Wali penulis yang membantu penulis

selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si sebagai Ketua Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro

(5)

5. Bapak Dr Ali Hanafiah Rambe, ST, MT dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT sebagai

dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam penyempurnaan

Tugas Akhir ini.

6. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU.

7. Kedua orang tua penulis atas semangat dan doanya kepada penulis dengan segala

pengorbanan dan kasih sayang yang tidak ternilai.

8. Teman- teman stambuk 2010 atas dukungan, doa; dan suka duka selama di bangku

perkuliahan.

9. Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro, atas dukungan dan bantuan

yang diberikan kepada penulis.

10. 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 banyak kekurangannya. Kritik dan

saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih

Medan, April 2015

Penulis

(6)

iv DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

BAB I ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Metodologi Penelitian ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II ... 5

2.1 Gelombang Elektromagnetik ... 5

2.2 Antena ... 7

2.2.1 Gain ... 7

2.2.2 Bandwith ... 8

2.2.3 VSWR... 9

(7)

2.3 Dioda ... 11

2.4 Kapasitor ... 12

2.5 Pelipat-ganda Tegangan (Voltage Multiplier) ... 14

2.6 Power Harvester ... 15

2.6.1 Jumlah Stage ... 16

2.6.2 Kapasitor Stage ... 16

2.6.3 Kapasitor Output ... 17

2.7 Voltage Gain ... 18

2.8 Advanced Design System (ADS) 2009 ... 19

BAB III ... 21

3.1 Gambaran Umum Sistem ... 21

3.2 Langkah Pengerjaan Rangkaian Power Harvester ... 22

3.3 Perangkat yang Digunakan ... 23

3.4 Simulasi ... 24

3.4.1 Jenis Simulator yang Digunakan ... 24

3.4.2 Perancangan Rangkaian Simulasi ... 25

3.5 Perancangan Power Harvester ... 25

(8)

vi

4.2 Hasil Simulasi ... 28

4.2.1 Simulasi Rangkaian Power Harvester 5-stage ... 28

4.2.5 Simulasi Rangkaian Power Harvester 10-stage Paralel... 34

4.3 Analisa Hasil Simulasi ... 35

4.4 Hasil Pengujian Sistem Ambient Electromagnetic Harvester ... 37

4.4.1 Pengukuran pada Laboratorium Sistem Komunikasi Radio USU ... 37

4.4.2 Pengukuran pada Stasiun Pemancar Televisi ... 38

4.5 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran ... 39

BAB V ... 41

5.1 Kesimpulan ... 41

5.2 Saran ... 41

DAFTAR PUSTAKA ... x

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena Sebagai Media Transmisi ... 7

Gambar 2.2 Antena Array ... 10

Gambar 2.3 Antena Yagi-Uda ... 11

Gambar 2.4 (a) Agilent HSMS-2820 ... 12

Gambar 2.4 (b) Agilent HSMS-2822 ... 12

Gambar 2.5 Kondensator ... 13

Gambar 2.6 Kapasitor... 14

Gambar 2.7 Rangkaian Pelipat Dua Tegangan ... 14

Gambar 2.8 2-stage Rangkaian Pelipat Dua Tegangan ... 16

Gambar 2.9 Kapasitor Stage ... 17

Gambar 2.10 Rangkaian Pelipat Ganda Tegangan dengan Kapasitor Output ... 17

Gambar 2.11 Grafik Perbandingan Tegangan dengan Level Tegangan (dalam dB) ... 18

Gambar 2.12 Tampilan Awal Advanced Design System 2009 ... 20

Gambar 3.1 Skema proses electromagnetic harvesting ... 21

Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Power Harvester ... 22

Gambar 3.3 Tampilan Pemilihan Simulator AC pada software ADS ... 24

Gambar 3.4 Rangkaian Power Harvester 20-stage ... 25

(10)

viii

Gambar 3.6 Power Harvester 20-stage (atas) ... 26

Gambar 3.7 Power Harvester 20-stage (bawah) ... 27

Gambar 4.1 Rangkaian Power Harvester 5-stage ... 29

Gambar 4.2 Tuning Kapasitor Stage dan Kapasitor Output ... 29

Gambar 4.3 Hasil Simulasi Power Harvester 5-stage dengan kapasitor 1nF ... 30

Gambar 4.5 Hasil SimulasiPower Harvester 10-stage dengan kapasitor 1nF ... 31

Gambar 4.8 Rangkaian Power Harvester 10-stage paralel ... 34

Gambar 4.9 Grafik hasil simulasi pada ADS ... 36

Gambar 4.10 Pengukuran pada Lab Sistem Komunikasi Radio USU ... 37

Gambar 4.11 Grafik rise time tegangan pada Lab Sistem Komunikasi Radio USU... 38

Gambar 4.12 Grafik rise time tegangan pada Stasiun Pemancar Televisi ... 38

Gambar 4.13(a) Pemancar TV Bandar Baru ... 39

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Radio ... 6

Tabel 4.1 Hasil Simulasi Power Harvester 5-stage ... 30