Perpustakaan Digital ITB

Drone, atau disebut juga UAV (Unmanned Aerial Vehicle), adalah sebuah mesin terbang yang berfungsi tanpa awak di dalamnya. Pada abad ke-21 kegunaan drone telah fungsi militer maupun non-militer seperti fotografi, agrikultur, pemantauan, pengiriman barang, dan hiburan. Salah satu permasalahan dalam penggunaan drone adalah rendahnya durasi terbang. Untuk mengatasi hal itu, dirancang sistem transmisi daya nirkabel. Transmisi daya nirkabel adalah metode pengiriman daya tanpa menggunakan kabel, melainkan menggunakan medan magnet, medan listrik, gelombang elektromagnetik, cahaya tampak, dan pembawa energi lainnya. Pengimplementasian sistem WPT berbasis gelombang elektromagnetik untuk mengisi baterai pada drone yang beroperasi di udara menjanjikan karena kemampuan jaraknya yang lebih jauh dari sistem WPT berbasis induksi, dan implementasinya lebih mudah dan tidak semahal sistem WPT berbasis laser. Dalam buku tugas akhir ini, dibahas desain dan implementasi sub-sistem penerima WPT menggunakan gelombang elektromagnetik 2,45 GHz untuk mengisi baterai pada drone yang sedang di udara. Digunakan frekuensi 2,45 GHz karena sifatnya yang unlicensed sehingga tidak memerlukan biaya untuk pemakaiannya serta atenuasi sinyal frekuensi di udara relatif rendah. Pembuatan sistem WPT pada frekuensi tersebut juga menggunakan komponen relatif kecil, serta mudah untuk merancang pemancar daya menggunakan antena yang dicatu ke magnetron yang dapat ditemukan di oven microwave yang mampu memancarkan daya tipikal 900 W. Sistem WPT mencakup tiga sub-sistem, yaitu sub-sistem pemancar yang memancarkan gelombang elektromagnetik ke arah penerima, sub-sistem penerima yang menangkap gelombang elektromagnetik dan mengonversinya ke sinyal DC, serta sub-sistem aplikasi yang mengontrol pemancaran daya kepada drone yang sudah diverifikasi saja. Sub-sistem penerima mencakup antena penerima yang berfungsi menerima gelombang elektromagnetik lalu meneruskannya ke rangkaian penyearah, dan rangkaian penyearah yang berfungsi mengkonversi gelombang elektromagnetik ke sinyal DC. Antena penerima menggunakan desain patch yang dimodifikasi agar mempunyai polarisasi sirkuler dengan menggunakan truncation dan slot, beamwidth lebar. Kombinasi dari beamwidth lebar dan polarisasi sirkuler memungkinkan antena untuk menerima gelombang elektromagnetik dari segala arah dan orientasi. Rangkaian penyearah dirancang berdasarkan rangkaian Dickson ii rectifier dua tahap untuk meningkatkan tegangan luaran dari rangkaian. Digunakan desain penyesuai impedansi untuk meminimalkan refleksi pada rangkaian penyearah. Ditambah juga filter pada sisi output menggunakan induktor dan kapasitor untuk meminimalkan ripple akibat sinyal RF yang masih tersisa. Hasil dari pengujian antena penerima menunjukkan antena mampu beroperasi pada frekuensi 2,45 GHz dengan S11 -16,7 dB, serta mampu menerima gelombang elektromagnetik dengan baik pada kedua bidang karena beamwidth-nya yang melebihi 100°. Polarisasi dari antena menunjukkan antena penerima mempunyai polarisasi sirkuler dengan axial ratio yang rendah untuk sebagian besar sudut pengukuran. Hasil dari pengujian rangkaian penyearah menunjukkan rangkaian mampu mengkonversi gelombang elektromagnetik menjadi sinyal DC, dengan maksimum 14,7 V tegangan luaran pada daya masuk 26 dBm, namun dengan return loss yang relatif besar pada 2,45 GHz Hasil dari pengujian sub-sistem penerima keseluruhan menunjukkan sub-sistem mampu menangkap gelombang elektromagnetik yang dipancarkan dan mengonversinya menjadi sinyal DC yang mempunyai tegangan cukup untuk mengisi baterai pada drone, dengan tegangan luaran yang mencapai 22,9 V pada jarak 4 m dari pemancar. Penerima juga mampu menyalakan lampu LED yang disusun sehingga mempunyai tegangan maju 8,6 V pada jarak 4,5 m dari pemancar. Kelemahan dari sub-sistem yang dirancang adalah rendahnya efisiensi serta daya luaran dari rangkaian akibat loss yang berlebihan pada proses konversi.