RF Energy Harvesting

Akan dijelaskan bagaimana memperoleh energi (energy harvesting) dari sinyal-sinyal yang berpropagasi pada frekuensi GSM 900 MHz yang banyak digunakan oleh masyarakat. Karena sinyal-sinyal tersebut memiliki level dayanya sendiri, maka dimungkinkan untuk memperoleh sebagian dari daya itu dengan menggunakan antena rectifier (rectenna).

Penggunaan frekuensi radio semakin meluas sejak meningkatnya penggunaan sistem selular oleh masyarakat. Dengan banyaknya perangkat selular yang digunakan, sementara perangkat selular itu menggunakan frekuensi radio, maka akan semakin banyak sinyal dalam frekuensi radio yang berpropagasi lewat udara, di mana setiap sinyal dari setiap perangkat selular (dalam hal ini GSM 900) memiliki level dayanya sendiri. Dari karakteristik ini muncul ide untuk memperoleh daya dari sinyal-sinyal itu untuk kemudian diolah dan disimpan bagi keperluan  tertentu. Kendala yang umum dihadapi adalah rendahnya level daya sinyal dan ketersediaan area yang memiliki banyak sinyal berpropagasi. Sehingga selain menjelaskan cara memanen energi dari sinyal GSM 900, paper ini juga dimaksudkan untuk mendorong minat pihak-pihak yang berkompeten untuk mengembangkan sistem energi harvesting, karena dengan semakin meningkatnya kebutuhan energi dan terbatasnya kemampuan untuk menyediakan energi yang murah, maka energi harvesting dapat menjadi salah satu alternatif untuk menopang kebutuhan energi. 

Secara garis besar, proses memanen energi GSM 900 dapat dijelaskan dengan blok diagram berikut :

Blok Diagram RF Energy Harvesting

Blok pertama yaitu RF 900 MHz menggambarkan suatu sumber frekuensi 900 MHz yang memancarkan sinyalnya lewat antena pengirim. Sinyal ini kemudian diterima oleh antena penerima dan melewati suatu matching circuit sehingga memenuhi persyaratan matching impedance. Low Pass Filter (LPF) tergabung ke dalam blok rectifier, yang fungsinya untuk menyaring frekuensi 900 MHz dan frekuensi yang lebih kecil. Setelah itu, sinyal melewati rectifier agar sinyal dalam nilai AC diubah ke nilai DC. Dan karena nilai daya dari sinyal GSM 900 MHz umumnya kecil ( < -35 dB [1]) maka dibutuhkan voltage multiplier untuk menaikkan nilai tegangan DC yang dikeluarkan oleh rectifier. Tegangan DC inilah yang kemudian dapat digunakan.

Rancangan rectenna ditunjukkan oleh gambar berikut :

Dalam rangkaian, rectifier selain berperan sebagai pengubah tegangan AC ke DC, juga berfungsi sebagai pengali tegangan (doubler). Kapasitor yang ada pada bagian Voltage Doubler Rectifier berfungsi sebagai junction, yaitu menghubungkan rangkaian jika dilewati nilai AC dan memutus rangkaian jika dilewati nilai DC. Sedangkan kapasitor pada bagian beban berguna untuk mengurangi ripple tegangan keluaran dari rectifier, dan resistor R_L digunakan untuk adjust / memaksimalkan nilai tegangan keluaran DC.