ANALISIS KINERJA ULTRAWIDEBAND ANTIPODAL VIVALDI RECTENNA UNTUK APLIKASI ENERGY HARVESTING RADIO FREQUENCY
PERFORMANCE ANALYSIS OF THE VIVALDI ANTIPODAL ULTRAWIDEBAND ANTENNA FOR ENERGY HARVESTING APPLICATIONS RADIO FREQUENCY
Energi harvesting gelombang elektromagnetik adalah proses pemanenan energi dari gelombang elektromagnetik, yang dapat menghasilkan daya listrik dan dapat dimanfaatkan untuk mengisi daya perangkat nirkabel, seperti sensor dan perangkat IoT. Perangkat energi harvesting gelombang elektromagnetik terdiri dari antena dan rangkaian rectifier. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan perancangan antenna vivaldi UWB, merancang rectenna, serta menganalisis pengaruh kondisi pengambilan data dan sumber sinyal untuk aplikasi energi harvesting gelombang elektromagnetik. Rectenna merupakan kombinasi antara antena dan rangkaian penyearah yang mampu mengubah gelombang elektromagnetik menjadi energi listrik DC. Antena dirancang menggunakan teknik Exponential Tapered Slot Edge (ETSE) yang menghasilkan bandwidth kerja dari 3,2 GHz hingga lebih dari 16 GHz, memenuhi syarat antena UWB dengan gain maksimum 8,5 dBi dan nilai return loss < -10 dB. Rangkaian penyearah menggunakan dioda Schottky 1N5819 dalam konfigurasi 3-stage, 4-stage, dan 5-stage. Hasil simulasi menunjukkan tegangan output maksimum sebesar 2,43 V pada frekuensi 3,1 GHz. Pengujian antena UWB di lingkungan nyata menunjukkan bahwa lokasi terbuka dengan sumber sinyal BTS memberikan hasil terbaik, yaitu 32 mV dengan RF input -0.63 dBm. Nilai ini menghasil PCE sebesar 39.66%. Sedangkan pada lokasi tertutup dengan sumber sinyal WiFi menunjukkan hasil terbaik yaitu pada 144 mV dengan Rf input -2.35 dBm. Nilai PCE yang diperoleh sebesar 71.12%. Perbandingan dilakukan dengan antena 2.4 GHz menghasilkan 42.9 mV dengan PCE 71.28% pada sumber sinyal BTS dan 169 mV dengan PCE 97.89% pada sumber sinyal WiFi. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan dan direkomendasikan menjadi sistem energi harvesting gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan sebagi sumber energi perangkat elektronik berdaya rendah.
Kata kunci: Rectenna, Ultrawideband Antipodal Vivaldi Antenna, Energy Harvesting.
Electromagnetic wave energy harvesting is the process of harvesting energy from electromagnetic waves, which can generate electrical power and be used to charge wireless devices, such as sensors and IoT devices. Electromagnetic wave energy harvesting devices consist of antennas and rectifier circuits. The objective of this study is to design a Vivaldi UWB antenna, design a rectenna, and analyze the influence of data acquisition conditions and signal sources for electromagnetic wave energy harvesting applications. A rectenna is a combination of an antenna and a rectifier circuit that can convert electromagnetic waves into DC electrical energy. The antenna was designed using the Exponential Tapered Slot Edge (ETSE) technique, which produces a working bandwidth from 3.2 GHz to over 16 GHz, meeting the requirements for a UWB antenna with a maximum gain of 8.5 dBi and a return loss value of < -10 dB. The rectifier circuit uses Schottky diodes 1N5819 in 3-stage, 4-stage, and 5-stage configurations. Simulation results show a maximum output voltage of 2.43 V at a frequency of 3.1 GHz. Testing of the UWB antenna in a real-world environment shows that an open location with a BTS signal source yields the best results, namely 32 mV with an RF input of -0.63 dBm. This value results in a PCE of 39.66%. Meanwhile, in a closed location with a WiFi signal source, the best results were achieved at 144 mV with an RF input of -2.35 dBm. The PCE value obtained was 71.12%. A comparison with a 2.4 GHz antenna yielded 42.9 mV with a PCE of 71.28% at the BTS signal source and 169 mV with a PCE of 97.89% at the WiFi signal source. The results of this study can be developed and recommended as an electromagnetic wave energy harvesting system that can be used as an energy source for low-power electronic devices.
Keywords: Rectenna, Ultrawideband Antipodal Vivaldi Antenna, Energy Harvesting