Full Paper

## RECTIFIER  ANTENNA  UNTUK  ENERGY  HARVESTING GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Sukriyah Buwarda *
Politeknik ATI Makassar, Indonesia
Article history Received 11 November 2022 Received in revised form
29 November 2022
Accepted
26 Desember 2022 *Corresponding author sukriyah.buwarda@atim.ac.id Graphical abstract

## Abstract
The results of the study have obtained rectifier antennas that can convert electromagnetic waves into DC electrical energy. One of the energy harvesting methods is to use rectenna. Rectenna is an  antenna  that  can  capture  electromagnetic  waves  that  propagate  freely  in  the  air  which  is integrated with a rectifier that is able to convert electromagnetic waves into electrical energy. In this  study,  a  series of  power  storage  has been  made  with  the  aim  of  storing  electrical  energy generated  by  the  rectifier.  Two  types  of  antennas  with  different  frequencies  are  used  as  test equipment, namely a WiFi antenna that works at a frequency of 2.4 GHz and a TV antenna that works at a frequency of 470-806 MHz. From the results of the tests carried out, a voltage of 5.96 V was generated in the power storage circuit with a charging process duration of 54 minutes 27 seconds  using  a  Wi-Fi  antenna  integrated  with  a  rectifier  and  step  up  dc  to  dc  converter. Meanwhile,  by  using  a  TV  antenna,  a  voltage  of  4.25  V  is  produced  with  a  charging  process duration of 57 minutes 19 seconds.
Keywords : rectifier, rectenna, WiFi, frequency, electromagnetic waves

## Abstrak
Hasil  penelitian  telah  diperoleh  rectifier  antenna  yang  dapat  mengubah  gelombang elektromagnetik  mejadi  energi  listrik  DC.  Salah  satu  metode  energy  harvesting  yaitu  dengan menggunakan  rectenna.  Rectenna  merupakan  antena  yang  dapat  menangkap  gelombang elektromagnetik yang merambat bebas di udara yang diintegrasikan dengan rectifier yang mampu mengubah gelombang  elektromagnetik  menjadi  energi  listrik.  Pada  penelitian  ini  telah  dibuat sebuah rangkaian penyimpan daya dengan tujuan untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh rectifier. Digunakan dua jenis antena dengan frekuensi yang berbeda sebagai alat uji yaitu antenna WiFi yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dan antenna TV yang bekerja pada frekuensi 470-806 MHz.  Dari  hasil  pengujian  yang  dilakukan,  dihasilkan tegangan  sebesar 5,96  V  pada rangkaian  penyimpan  daya  dengan  lama  proses  pengecasan  54  menit  27  detik  dengan menggunakan antenna Wi-Fi yang diintegrasikan dengan rectifier dan step up dc to dc converter. Sedangkan, dengan menggunakan antenna TV dihasilkan tegangan sebesar 4,25 V dengan lama proses pengecasan 57 menit 19 detik.
Kata kunci : rectifier, rectenna, WiFi, frekuensi, gelombang elektromagnetik.

## 1.  INTRODUCTION
Penggunaan energi listrik telah mengalami peningkatan yang signifikan seiring dengan bertambahnya populasi  manusia  di  era  modern  saat  ini.  Konsumsi energi  listrik  di  kalangan masyarakat  menjadi  kebutuhan primer yang sangat penting sehingga dapat memberikan banyak kemudahan dan manfaat bagi masyarakat itu sendiri (Mustofa & Suseno, 2016). Akan tetapi, cadangan sumber daya alam seperti minyak bumi, batu bara dan gas alam yang menjadi bahan baku energi listrik semakin terbatas. Energy harvesting atau pemanenan energi merupakan proses dimana energi berasal dari sumber eksternal seperti surya atau matahari, panas, gelombang RF (radio frekuensi), dan gelombang elektromagnetik lain yang memancarkan sinyal (Shafique et al., 2018). Salah satu perangkat yang dapat digunakan untuk memanen energi adalah rectifier yang diintegrasikan dengan antena.
Kebutuhan sumber energi listrik baru GEM dapat diubah menjadi energi listrik Perancangan rectifier antenna
Pengukuran tegangan  dan  daya terima Perbandingan antenna TV dengan antenna WiFi Dihasilkan  suatu besaran listrik Dc

## Journal of Science and Engineering
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License
Antena  digunakan  sebagai  penangkap  gelombang  elektromagnetik  dari  ruang bebas,  sedangkan  rectifier  atau penyearah  gelombang  yang  digunakan  sebagai  converter  sinyal  listrik  AC  yang  telah  diterima  oleh  antena menjadi sinyal listrik DC (Hidayat et al., n.d.). Pada tahun 2020, telah dirancang sebuah rectenna oleh Muhammad Fajar  Sahid  dengan  judul  Penelitian  “Rancang  Bangun  Rectifier  Antenna  untuk  Energy  Harversting”.  Pada penelitian ini, rectifier di rancang menggunakan software NI Multisim 14.2 dengan metode yang di gunakan yaitu Voltage  Doubler  5  stage  dengan  tujuan  untuk  menghasilkan  energi  listrik  DC  dari  inputan  gelombang elektromagnetik yang merambat bebas di udara dan di terima oleh antenna TV UHF yang bekerja pada frekuensi 470-806 MHz dan antena Wi-Fi dengan frekuensi 2400 MHz namun belum memiliki penyimpanan daya untuk menyimpan listrik yang dihasilkan oleh rectifier (Chandravanshi et al., 2018).
Pada  umumnya  penelitian  ini  bertujuan  untuk  mencari  jalan  keluar  dari  permasalahan  yang  dihadapi penulis,  yaitu  untuk  membuat  rectifier  antenna  yang  dapat  digunakan  untuk  energy  harvesting  gelombang elektromagnetik. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan bagi mahasiswa sebagai salah satu alternatif penghasil energi yang bersumber dari gelombang elektromagnetik yang beredar bebas di alam

## 2.  EXPERIMENTAL

## A. Metode Penelitian
Jenis  penelitian  merupakan  penelitian  terapan  dengan  jenis  data  kuantitatif  yaitu  penelitian  bersifat eksperimental  yang  dilakukan  dengan  membuat  simulasi  terlebih  dahulu  kemudian  dilanjutkan  dengan perncangan alat. Data penelitian berupa hasil pengujian dan pengukuran terhadap rangkaian penyimpan daya rectifier antenna yaitu pengujian simulasi menggunakan proteus 8 professional, pengukuran output rangkaian penyimpan daya input power suplly DC, pengukuran output rangkaian penyimpan daya input antenna Wi-Fi dan pengukuran  outputrangkaian  penyimpan  daya  input  antenna  TV  UHF.  Pada  awal  pelaksanaan  penelitian dilakukan  studi  literatur  dengan  mencari  dan  mempelajari  teori  tentang  rectifier  antenna  dan  metode  yang digunakan untuk menghasilkan energy listrik dari gelombang elektromagnetik. Alat yang digunakan antara lain digunakan antara lain antena WiFi, antena TV, Laptop, PCB, multimeter, baterai, diode 1N4007, resistor, LED merah dan LED hijau, transistor BC547, holder baterai 18650, baterai Li-Ion (Lithium Ion), Set Up Converter DC to DC, Solder dan alat pendukung lain. Eksperiment dilakukan dengan membuat simulasi terlebih dahulu. Penelitian ini terbagi atas dua tahapan. pertama yang dilakukan adalah simulasi rangkaian menggunakan Proteus 8 Professional untuk mencoba dan menentukan letak dari setiap komponen rangkaian Penyimpan daya

## B. Waktu dan Tempat Penelitian
Peneltian ini di dilaksanakan di Laboratorium Instrumentasi dan Elektronika Politeknik ATI Makassar bulan April s/d Juli 2022.
3 .  RESULTS AND DISCUSSION Dari hasil penelitian ini, dilakukan beberapa pengujian dan pengukuran terhadap rangkaian penyimpan daya rectifier antenna yaitu pengujian simulasi menggunakan software proteus 8 professional, pengukuran output rangkaian  penyimpan  daya  dengan  menggunakan  input  power  suplly  DC,  pengukuran  output  rangkaian penyimpan daya input antenna Wi-Fi dan pengukuran output rangkaian penyimpan daya input antenna TV UHF
Tabel 1. Simulasi Rangkaian Penyimpan daya Input baterai (V) Output Rangk. Penyimpan daya (V) 3 2,97 5 4,91
Pada Tabel 1, ditunjukkan hasil dari simulasi rangkaian penyimpan daya dengan menggunakan software proteus  8  professional.  Rangkaian  penyimpan  ini  terdiri  dari  beberapa  komponen  transistor  BC547,  dioda 1N4007, resistor 1K Ω , 220 Ω , LED, battery, dan DC voltmeter. Simulasi ini menggunakan input battery 5V dan 3V sebagai sumber tegangan agar dapat membandingkan tegangan output yang dihasilkan dan tampil pada DC voltmeter. Diperoleh hasil bahwa terdapat selisih antara tegangan input yang diberikan dengan tegangan output yang dapat disimpan. Secara ideal, pengujian ini dilakukan untuk menunjukkan bahwa keseluruhan tegangan yang diberikan dapat disimpan seluruhnya dan terukur pada tegangan output sama dengan besar tegangan input yang diberikan (Rivaldo et al., 2018). Oleh karena itu rangkaian ini masih memerlukan optimalisasi untuk menghasilkan tegangan yang lebih presis, yaitu tegangan output yang diperoleh sama dengan tegangan input yang diberikan.

## Gambar 2. Perancangan rangkaian penyimpan daya
Pada tahap pembuatan fisik rangkaian penyimpan daya, pada dasarnya sama dengan yang di lakukan pada tahap simulasi. Akan tetapi pada tahap fabrikasi ini dilakukan beberapa langkah untuk keperluan pemindahan layout atau jalur rangkaian software Proteus 8 Profesional ke papan PCB. Setelah pemasangan komponen pada papan PCB, selanjutnya dilakukan soldering pada komponen dengan mengikuti jalur yang sesuai dengan simulasi. Penambahan  lainnya  seperti  kabel  tunggal  sebagai  input  penyimpan dan  battery  holder  18650  sebagai media untuk menempatkan baterai.
Gambar 3. Pengukuran output penyimpan daya input power supply DC
Pengujian  selanjutnya,  dilakukan  pengukuran  untuk  menguji  tegangan  keluaran  yang  dihasilkan rangkaian penyimpan dengan menggunakan input power suplly DC yang dimana nilai ouput pada power suplly dapat diatur dan menghasilkan output tegangan DC yang lebih besar dan stabil dibandingkan dengan output dari rectifier
Tabel 2. Pengukuran output penyimpan daya input power supply DC Tegangan input power supply DC (V) Tegangan Ouput Rangkaian (V) Durasi Pengambilan Data 6 5,8 13 menit 45 detik
Pada Tabel 2 ditunjukkan bahwa antara tegangan input dan tegangan output memiliki selisih sebesar 0,2 Volt. Setelah dilakukan pengukuran dengan menggunakan inputpower suplly DC sebesar 6 V, kemudian  dilakukan proses  pengecasan  dengan  outputtegangan  sebesar  5,8  V.  Baterai  dinyatakan  full  ketika  indikator  LED  hijau menyala terang. Proses pengecasan ini berlangsung selama 13 menit 45 detik.
Gambar 6. Pengukuran output penyimpan daya input antenna WiFi
Pengujian  selanjutnya,  dilakukan  proses  pengecasan  atau  chargering  battery  li-ion  dengan  menggunakan rectifier antenna sebagai sumber tegangan. Pengujian dilakukan menggunakan antenna WiFi yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz. Rectifier antenna didekatkan pada antenna WiFi yang sedang dalam kondisi memancarkan gelombang. Diperoleh hasil pengujian seperti pada Tabel 3.
Tabel 3. Pengukuran output penyimpan daya input antenna WiFi
Tegangan Ouput Rangkaian (V) Durasi Pengambilan Data 5,8 13 menit 45 detik
Pada Tabel 3 ditunjukkan hasil pengukuran tegangan pada output rangkaian rectifier antenna. Diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik yang ditangkap oleh antenna dapat diubah oleh rectifier antenna menjadi tegangan DC, meskipun tegangan yang diperoleh masih kecil yaitu hanya 4 Volt DC.
Gambar 6. Pengukuran output penyimpan daya input antenna TV UHF
Dilakukan  proses  pengecasan  atau  chargering  battery  li-ion  dengan  menggunakan  rectifier  sebagai sumber  tegangan.  Pada  saat  proses  pengecasan  dilakukan,  digunakan  sebuah  HT  yang  didekatkan  dengan antenna TV agar tegangan pada rangkaian penyimpan dapat lebih maksimal dan lebih stabil.
Tegangan Ouput Rangkaian (V) Durasi Pengambilan Data 4,25 57 menit 19 detik

## 4.  CONCLUSION
Dari  hasil  penelitian  dan  analisa  data  yang  telah  dilakukan  diperoleh  bahwa  tegangan  output  yang dihasilkan rangkaian penyimpan daya menggunakan antena Wi-Fi yang di integrasikan dengan rectifier dan step up converter DC to DC sebesar 5,96 V dan antenna TV sebesar 4,25 V sedangkan untuk antena Wi-Fi, dengan tegangan sebesar 5,96 V dengan lama proses pengecasan 54 menit 27 detik. Sedangkan untuk antenna TV,  output tegangan sebesar 4,25 V dengan lama proses pengecasan 57 menit 19 detik. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa gelombang elektromagnetik yang merambat bebas di udara dapat diubah menjadi energi listrik, namun masih memerlukan kajian yang lebih komprehensif untuk lebih meningkatkan besaran tegangan yang dihasilkan.

## References
[1]  Chandravanshi, S., Sarma, S. Sen, & Akhtar, M. J. (2018). Design of Triple Band Differential Rectenna for RF  Energy  Harvesting.  IEEE  Transactions  on  Antennas  and  Propagation,  66(6),  2716 – 2726. https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2819699
[2]  Hidayat, R., Elektro, J. T., Tinggi, S., & Mandala, T. (n.d.). Sumber Daya Wireless Untuk Menghasilkan Energi. 109 – 114
[3]  Mustofa,  N.,  &  Suseno,  J.  E.  (2016).  Studi  Rectenna  (Rectifier  Antenna)  untuk  Mengubah  Gelombang Elektromagnetik RF Menjadi Sumber Tegangan DC. Youngster Physics Journal, 5(1), 27 – 34.
[4]  Rivaldo,  R.,  Wijanto,  H.,  &  Wahyu,  Y.  (2018).  Rectenna  (Rectifier  Antenna)  800  MHz  -  2500  MHz.  E- Proceeding of Engineering, 5(2), 2281 – 2288.
[5]  Shafique, K., Khawaja, B. A., Khurram, M. D., Sibtain, S. M., Siddiqui, Y., Mustaqim, M.,Chattha, H. T., & Yang, X. (2018). Energy Harvesting Using a Low-Cost Rectenna for Internet of Things (IoT) Applications. IEEE Access, 6(c), 30932 – 30941. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2834392