BAB III
SIMULASI DAN PABRIKASI MATCHING IMPEDANCE
3.1 Umum
Pada bab ini akan dirancang suatu matching impedance L network yang bekerja pada frekuensi 2.4 GHz. Dirancang bangun penyesuai impedansi bentuk L network ini bertujuan agar energi yang di tangkap oleh antena ke rectifier dapat di sampaikan dengan optimal agar RF energy harvesting yang dirancang dapat menghasilkan tegangan yang sebesar - besarnya. Software yang digunakan untuk perancangan penyesuai impedansi ini adalah Advanced Design System (ADS) 2011. Pada perancangan ini digunakan smitchart untuk membantu dalam menentukan nilai – nilai dari komponen – komponen yang dibutuhkan. Setelah penyesuai impedansi dirancang disimulator, matching impedance akan difabrikasi sesuai dengan nilai komponen yang didapatkan menggunakan PCB bolong kemudian penyesuai impedansi ini akan disambungkan diantara antena dan rectifier, setelah terhubung kemudian akan diukur tegangan outputnya. Setelah pengukuran selesai akan dilakukan analisis dan dibandingkan dengan penelitian yang sudah pernah dilakukan sebelumnya.
3.2 Perangkat yang Digunakan
Perancangan penyesuai impedansi L network untuk RF energy harvesting ini menggunakan software untuk membantu penulis dalam mengetahui nilai dari komponen – komponen yang digunakan untuk perancangan. Adapun software yang digunakan adalah Advanced Design System (ADS) 2011. Selain software, penulis juga menggunakan perangkat keras untuk perancangan adalah sebagai berikut:
1. Induktor 2. Kapasitor
5. Konektor M-Female dan Male 6. Papan PCB bolong
7. Multimeter digital 8. Timah solder
9. Solder dan penghisab timah 10.Laptop Lenovo Z370 11.Tang jepit dan tang potong 12.Kabel buaya
13.Kabel telepon 14.Pisau cutter 15.Bor Tangan
3.3 Diagram Alir Penelitian
Mulai
3.4 Simulasi Matching Impedance L Network
Simulasi penyesuai impedansi L network ini berfungsi untuk mengetahui nilai dari komponen kapasitor dan induktor yang dapat menghasilkan tegangan output dengan VSWR yaitu < 2 dan mendapatkan tegangan yang sebesar – besarnya pada saat pengukuran RF energy harvesting.
Tugas akhir ini merupakan bagian dari penelitian utama pendesainan RF energy harvesting. Tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut :
1. Langkah awal perancangan yaitu menginputkan nilai impedansi dari antena dan rectifier. Untuk Term1 dimasukkan nilai impedansi dari antena yaitu 50.11- j*0.2 ohm yang telah dirancang oleh Yaumi Azuira Rangkuti dengan Skripsi yang berjudul Rancang Bangun Antena Microstrip Array 4 Elemen Patch Rectangular pada Frekuensi 2.4 GHz untuk RF Energy Harvesting. Untuk Term2 dimasukkan nilai impedansi dari rectifier yaitu sebesar 33.1 - j57.5 ohm yang telah dirancang oleh Bambang Dian Permana dengan Skripsi yang berjudul Rancang Bangun Rectifier Antena untuk Aplikasi RF Energy Harvesting. Kemudian ubah juga frekuensi pada S-PARAMETERS dengan frekuensi start = 2.2 GHz, stop = 2.6 Ghz dan step = 0.02 GHz seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2
2. Kemudian menambahkan komponen induktor dan kapasitor pada rangkaian dengan menggunakan smitchart. Diketahui pada Gambar 3.3 bahwa impedansi dari antena lebih besar dari impedansi rectifier � < � . Oleh karena itu terdapat 4 bentuk konfigurasi yang dapat dibentuk seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3
Gambar 3.3 Bentuk konfigurasi ketika � < �
Pada Gambar 3.3 diatas terdapat 4 buah bentuk konfigurasi rangkaian tipe L yang berbeda. Maka untuk dapat melihat nilai induktor dan kapasitor yang memiliki nilai VSWR < 2 dilakukanlah simulasi untuk masing - masing konfigurasi rangkaian seperti Bagian a sampai d berikut ini:
a. Rangkaian pertama dengan dua kapasitor
G
Setelah itu inputkan nilai induktor yang didapatkan dari smitchart ke rangkaian penyesuai impedansi seperti pada Gambar 3.5
Gambar 3.5 Rangkaian penyesuai impedansi menggunakan dua kapasitor
Kemudian di simulate dan dapatkan nilai VSWR sebesar 1.009 dan nilai return loss sebesar -46.793 dB yang ditunjukkan pada Gambar 3.6
b. Rangkaian kedua dengan dua induktor
Gambar 3.7 Tampilan Smitchart dengan dua induktor
Kemudian itu inputkan nilai induktor yang didapatkan dari smitchart ke rangkaian penyesuai impedansi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8
G
Gambar 3.8 Rangkaian penyesuai impedansi menggunakan rangkaian dengan dua induktor
Gambar 3.9 Hasil simulasi menggunakan dua induktor c. Rangkaian ketiga dengan induktor dan kapasitor di groundkan
Gambar 3.10 Tampilan Smitchart untuk rangkaian dengan induktor dan kapasitor
Gambar 3.11 Rangkaian penyesuai impedansi menggunakan rangkaian ketiga
Kemudian disimulate dan didapatkan nilai VSWR sebesar 1.008 dan nilai return loss sebesar -47.978 dB yang ditunjukkan pada Gambar 3.12
d. Rangkaian empat dengan kapasitor dan induktor di groundkan
Gambar 3.13 Tampilan Smitchart untuk rangkaian keempat Setelah itu inputkan nilai induktor dan kapasitor yang didapatkan dari smitchart ke rangkaian penyesuai impedansi
Kemudian disimulate didapatkan nilai VSWR sebesar 1.015 dan nilai return loss sebesar -42.651 dB yang ditunjukkan pada Gambar 3.15
Gambar 3.15 Hasil simulasi menggunakan rangkaian keempat Nilai hasil simulasi dari ke empat rangkaian tersebut selengkapnya akan ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Hasil simulasi ke empat rangkaian
Jenis Rangkaian VSWR Return
Loss (dB)
Rangkaian pertama (C1 = 955 fF dan C2 = -814 fF) 1.009 -46.793
Rangkaian kedua (L1 = 4.6 nH dan L2 = 2.23 nH) 1.008 -47.978 Rangkaian ketiga (C = 953 fF dan L = 5.38 nH) 1.008 -47.978 Rangkaian empat (C = -1.95 pF dan L = 4.711nH) 1.015 -42.651
Dapat dilihat pada Tabel 3.1 bahwa nilai VSWR dan return loss pada rangkaian dua dan rangkaian tiga memiliki nilai yang sama. Namun dalam pabrikasi hanya digunakan satu rangkaian yaitu rangkaian ketiga dengan nilai kapasitor sebesar 953 fF dan induktor sebesar 5.38 nH. Pemilihan rangkaian ketiga bertujuan untuk efesiensi pada pabrikasi, dimana komponen yang digunakan lebih sedikit namun memiliki nilai yang sama dengan rangkaian dua. Nilai dari komponen kapasitor dan induktor pada matching impedance ini sangat berpengaruh terhadap nilai output yang akan dihasilkan sistem RF Power Harvesting.
3.5 Pabrikasi Matching Impedance L Network
Perancangan matching impedance ini dilakukan setelah terlebih dahulu melakukan simulasi pada software ADS. Setelah mendapatkan nilai - nilai dari komponen yang diperlukan maka perancangan dapat dilakukan. Rancangan matching impedance ini akan di cetak pada printed circuit board (PCB).
Dipasaran kapasitor dengan nilai seperti di atas tidak tersedia, untuk menanggulanginya maka penulis menggenapkan nilainya dari 953 fF menjadi 1 pF. Induktor dengan nilai 5 nH tidak tersedia nilai yang tersedia yang paling kecil didapat di pasaran 15 nH. Untuk menanggulanginya induktor 15 nH diparalelkan dengan cara sebagai berikut:
Berikut pada Gambar 3.16 merupakan tampilan pabrikasi dari matching impedance L network yang dirancang untuk sistem RF Energy Harvesting pada skripsi ini.
(a)
(b)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
Pada bab ini akan dibahas kinerja dari matching impedance L network pada RF energy harvesting yang diharapkan pada pengukuran mendapatkan hasil keluaran tegangan yang sebesar – besarnya. Setelah melakukan simulasi maka dilakukan pabrikasi dan pengukuran langsung dengan menghubungkan matching impedance tersebut dengan antena dan rectifier. Pengukuran dilakukan di dua tempat yaitu pada Laboratorium Sistem Komunikasi Radio Universitas Sumatera Utara dan Pusat Sistem Informasi (PSI) Universitas Sumatera Utara. Kemudian untuk mengetahui kinerja dari matching impedance yang dirancang maka akan dilakukan dua pengukuran yaitu ketika sistem RF energy harvesting dipasang dengan penyesuai impedansi dan ketika tidak dipasangkan penyesuai impedansi. 4.2 Hasil Pengukuran Matching Impedance Terhadap Sistem RF Energy
Harvesting
Setelah dirancang di papan PCB matching impedance tersebut maka akan dilakukan pengujian terhadap RF energy harvesting langsung kelapangan. Pada pengujian ini akan diuji kinerja dari matching impedance terhadap sistem RF energy harvesting. Uji coba ini akan dilakukan pada 2 tempat yaitu Laboratorium Sistem Komunikasi Radio Universitas Sumatera Utara dan Pusat Sistem Informasi (PSI) Universitas Sumatera Utara.
Sistem Komunikasi Radio Universitas Sumatera Utara akan ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2
Gambar 4.3 Tegangan keluaran sebelum memakai matching impedance
4.3 Analisis Hasil Pengukuran
Setelah dilakukannya pengukuran RF energy harvesting di dua tempat yang berbeda dengan mencoba tanpa matching impedance dan dengan memasang matching impedance seperti yang ada pada Gambar 4.1 sampai Gambar 4.4 dapat kita lihat hasil energi yang dipanen yaitu berupa tegangan sesuai dengan Tabel 4.1 berikut:
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran RF Energy Harvesting
Lokasi Pengukuran
Laboratorium Sistem Komunikasi
Radio USU 8 16
Pusat Sistem Informasi (PSI)
Universitas Sumatera Utara 11 38
Dari hasil pengukuran yang sudah dilakukan dapat kita lihat pada Tabel 4.1 bahwa rangkaian matching impedance L network yang dipasangkan untuk RF energy harvesting sangat berpengaruh terhadap pemanenan energi dibandingkan dengan tanpa memakai matching impedance.
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang didapatkan dari penelitian yang telah dilakukan adalah: 1. Matching impedance L network telah berhasil dirancang menggunakan
simulator ADS dengan nilai komponen kapasitor sebesar 953 fF dan induktor sebesar 5.38 nH.
2. Hasil pengukuran nilai tegangan tertinggi untuk RF energy harvesting pada frekuensi 2.4 GHz tanpa menggunakan matching impedance adalah 11mV dan dengan menggunakan matching impedance adalah 38 mV. 3. Dari hasil pengukuran dapat di simpulkan bahwa matching impedance
yang dirancang bekerja dengan baik, terbukti dengan menggunakan matching impedance nilai tegangan yang dihasilkan semakin besar.
4. Hasil pengukuran tegangan keluaran sangat dipengaruhi tempat dimana pengukuran dilakukan serta jarak dari sumber pemancar
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran yang diharapkan pada peneliti selanjutnya adalah:
1. Memperhatikan faktor yang mempengaruhi hasil dari pengukuran seperti cuaca, waktu, tempat dan alat ukur yang digunakan.
2. Memakai perhitungan yang lebih akurat dapat dilakukan lebih lanjut. 3. Pemanfaatan sinyal RF sebagai sumber energi alternatif masih butuh
