Rancang Bangun Charger Baterai Telepon Genggam Memanfaatkan Sinyal Radio Frekuensi

  RANCANG BANGUN CHARGER BATERAI TELEPON GENGGAM MEMANFAATKAN SINYAL RADIO FREKUENSI TUGAS AKHIR

  

Disusun dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan

program studi Strata-1 Jurusan Teknik Elektro

  Oleh: Nama : Hebdy Vilandika NIM : 13111702

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA

BANDUNG

2014

  

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

  ....................................................................................................... 1

  2.2 Energy Harvesting ....................................................................................... 10

  2.1 Radio Frekuensi ............................................................................................. 7

  

LANDASAN TEORI .................................................................................................. 7

  ......................................................................................................................... 7

  BAB II

  1.7 Sistematika Penelitian .................................................................................... 5

  1.6 Metode Penelitian .......................................................................................... 4

  1.5 Batasan Masalah ............................................................................................ 3

  1.4 Tujuan ............................................................................................................ 3

  1.3 Rumusan Masalah ......................................................................................... 3

  1.2 Identifikasi Masalah ....................................................................................... 2

  1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1

  PENDAHULUAN

  ....................................................................................... i

  ........................................................................................................................... 1

  BAB I

  ...................................................................................................... xi

  DAFTAR TABEL

  .................................................................................................. ix

  DAFTAR GAMBAR

  ............................................................................................................... v

  

KATA PENGANTAR ................................................................................................ iv

DAFTAR ISI

  .............................................................................................................. ..iii

  ABSTRACT

  .................................................................................................................. ii

  ABSTRAK

  2.3 Voltage Doubler ........................................................................................... 11

  2.5 Dioda Schottky............................................................................................. 14

  2. Dipole ............................................................................................ 23

  3.1.2 Cara Kerja Sistem ............................................................................... 28

  3.1.1 Fungsi Masing – masing Blok ............................................................ 27

  3.1 Perancangan sistem ...................................................................................... 26

  ................................................ 26

  PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM

  ...................................................................................................................... 26

  BAB III

  2.9 Spesifikasi Handy Talky Firstcom Fc80 ...................................................... 25

  2.8 Spesifikasi Nokia 8210 ................................................................................ 24

  1. Monopole ....................................................................................... 22

  2.6 Karakterisitk Pengisian Baterai Li-on .......................................................... 16

  2.7.2 Jenis Antena........................................................................................ 22

  7. Bandwidth ...................................................................................... 21

  6. Gain ............................................................................................... 21

  5. Return Loss .................................................................................... 21

  4. Efisiensi antena .............................................................................. 21

  3. Impedansi input dan VSWR .......................................................... 20

  2. Direktifitas ..................................................................................... 19

  1. Pola radiasi ..................................................................................... 19

  2.7.1 Parameter Antena ............................................................................... 19

  2.7 Antena .......................................................................................................... 18

  3.2 Pemilihan Komponen................................................................................... 29

  3.3.1 Rangkaian Voltage Doubler n-Stage .................................................. 31

  a. Penentuan Stage pada Voltage Doubler ........................................ 32

  b. Penentuan besar kapasitor output .................................................. 34

  c. Penentuan besar kapasitor stage .................................................... 35

  3.3.2 Antena monopole................................................................................ 37

  

BAB IV ...................................................................................................................... 39

PENGUJIAN DAN ANALISA ................................................................................ 39

  4.1 Pengujian dan analisis antena ...................................................................... 39

  4.1.1 Pengukuran VSWR ............................................................................ 40

  4.1.2 Pengukuran Return Loss..................................................................... 41

  4.1.3 Pengukuran Impedansi ....................................................................... 43

  4.2 Pengujian alat ............................................................................................... 44

  4.2.1 Percobaan Tegangan Output............................................................... 44

  4.2.2 Pengukuran Lama Waktu Pengisian Baterai ...................................... 49

  4.3 Perhitungan alat ........................................................................................... 50

  4.3.1 Perhitungan Daya Terima Alat ........................................................... 51

  4.3.2 Perhitungan Tegangan Output ............................................................ 53

  4.3.3 Perhitungan Arus ................................................................................ 55

  4.3.4 Perhitungan pada Charger Telepon Genggam Konvensional……… 57

  4.4 Perbandingan Hasil Pengujian ..................................................................... 58

  4.4.1 Pada Tegangan Output ....................................................................... 58

  4.4.2 Pada Lama Waktu Pengisian Baterai ................................................. 59

  4.5 Karateristik Pengisian Baterai Pada Alat ..................................................... 59

  

BAB V ........................................................................................................................ 62

PENUTUP ................................................................................................................. 62

  5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 62

  5.2 Saran ............................................................................................................ 63

  DAFTAR PUSTAKA

  ............................................................................................... 64

  LAMPIRAN

  

DAFTAR PUSTAKA

[1] Din, N. M., Chakrabarty, C. K., Bin Ismail, A.,Devi, K. K. A., Chen, W. Y.

  “Design of RF energy Harvesting System For Energizing Low Power Devices”. Progress In Electromagnetics Research, Vol.132, 49-69, 2012

  [2] Janusz A. Starzyk, Senior member, IEEE, Ying-Wei Jan, and Fengjing Qiu.”A DC-DC Charge pump Design Based on Voltage Doublers”. IEEE Transactions On Circuits and System-I : Fundamental Theory and Applications, Vol.48, No.3, March 2001

  [3] Doutreloigne, Jan. “Fully Integrated Dickson Charge Pumps with Optimized Power Efficiency”. proceedings of the world congress on Engineering and computer science 2010 Vol II WCECS 2010, October 20-22, 2010, San Francisco, USA

  [4] Harrist, Daniel W. “ Wireless Battery Charging System Using Radio Frequency Energy Harvesting”. A thesis for the degree Master of Science. Faculty of The School of Engineering. University of Pitsburgh. 2004

  [5] Sunarto,”Antena Dipole dan Monopole” Jakarta, Mei 1998 [6] Zungeru, Adamu Murtala. Ang, Li-Minn. Prabaharan, SRS. Kah Phooi Seng.

  “Radio Frequency energy Harvesting and Management for Wireless Sensor Networks”. Department of Electrical and electronics Engineering. The University of Nottingham

  [7] Seunghyun Oh. Wentzloff, David D. “ A -32 dBm Sensitivity RF Power Harvester in 130nm CMOS” University of Michigan, Ann Arbor, Mi, 48109, USA

  [8] Anil, Aamna. Sharma, Ravi Kumar. “A High Efficiency Charge Pump For Low Voltage Devices” International Juornal of VLSI design & Communication System (VLSICS) Vol.3, No.3, June 2012

  [9] Allasasmeh, Younis.”Analysis, Design, and Implementation of Integrated Charge Pumps with High Performance” A Thesis for the degree Master of Science.

  Faculty of Graduate Studies. The University of Guelph

  [10] Palumbo, Gaetano. Pappalardo, Domenico. “Charge Pump Circuits: An Overview on Design Strategies and Topologies”. IEEE Circuits And System Magazine.

  [11] Pylarinos, louie. Roger Sr, Edward S. “Charge Pumps : An Overview” Departement of Electrical and Computer engineering. University of Toronto

  [12] Shrivastava, Ravindranath.” Analysis And Design of A 3-Stage Voltage Rectifier Multiplier and 2-Stage Multi-Phase Voltage Doubler For An Energy Harvesting System”. A Thesis for Master of Science in Electrical Engineering.

  Texas tech University. USA [13] Balanis, CA. 2005. “Antenna Theory : Analysis and Design. New Jersey : John

  Wiley and Son [14] Judd, Frederick C.(1985). Cara Membuat Antena radio Amatir.England: M2S

  Bandung [15] Judd, Frederick. (1984). Antena 2 Meter. England: Binatronika [16] Lithium Ion Rechargeable batteries Technical Handbook

  

KATA PENGANTAR

Assalamu ‘alaikum Warrohmatullohhi Wabarokatuh

  Puji dan Syukur Alhamdulilah dipanjatkan kepada Allah SWT, yang telah melimpahkan seluruh rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis masih diberi kesempatan untuk menyusun dan menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Rancang Bangun Charger baterai telelpon Genggam dengan Memanfaatkan Sinyal Radio Frekuensi”. Sholawat serta salam semoga selalu tercurahkan kepada junjungan kita, Rasulllah Nabi Muhammad Shalallahu ‘Alaihi Wassalam, keluarganya, sahabtanya dan orang-orang yang senantiasa mengikuti jalan-Nya hinggal akhir jaman.

  Proses pembelajaran penulis sebagai mahasiswa di Universitas computer Indonesia Bandung telah mencapai tahap akhir. Tujuan penyusunan buku Tugas Akhir ini adalah sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik elektro dibidang Telekomunikasi.

  Pada Tugas Akhir ini, penulis telah merancang dan membangun Charger Telepon Genggam yang memanfaatkan sinyal radio frekuensi. Harapan dari penulis tentunya pada penelitian mendatang ada perkembangan yang lebih mendalam pada alat yang dibangun, sehingga hasil yang diperoleh dapat menjadi bahan pembelajaran bagi generasi selanjutnya.

  Penulis menyadari bahwa dalam penyusuan Tugas Akhir ini masih terdapat kekurangan dan kesalahan, baik dari isi buku, penulisan, pembuatan alat dan dari sisi lainnya. Oleh karena itu penulis memohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan tersebut. Wassalamu ‘alaikum Warrohmatullohi Wabarokatuh

  Bandung, 18 Agustus 2014 Penulis

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Dewasa ini teknologi-teknologi yang digunakan di kehidupan sehari-hari semakin maju ditandai dengan banyaknya alat-alat modern yang digunakan masyarakat. Hal ini didorong dengan semakin tingginya pengetahuan dari masyarakat yang ada sekarang untuk memenuhi kebutuhan hidup dan memudahkan kerja dari masyarakat tersebut. Terutama teknologi komunikasi saat ini yaitu menggunakan telepon genggam. Penggunaan telepon genggam merupakan hal yang tidak bisa dipisahkan dari kehidupan karena memudahkan untuk bertukar informasi, mengirim data, mengakses data dari jarak jauh. Namun teknologi telepon genggam saat ini memiliki kekurangan yaitu pada lama waktu penggunaan telepon genggam yang dikarenakan sumber energi yang terdapat pada baterai terbatas.

  Seiring perkembangan teknologi telepon genggam yang semakin pesat maka kekurangan pada teknologi telepon genggam dapat diatasi dengan menggunakan sumber energi cadangan yang dapat dibawa kemana saja. Hal ini mengakibatkan kebutuhan sumber energi juga semakin tinggi. Peningkatan akan kebutuhan sumber energi tersebut mengakibatkan sumber energi yang tersedia semakin menipis. Padahal masih banyak sumber energi alternatif yang tersedia di alam dan di kehidupan. Selain banyak tersedia di alam sumber energi yang baru biasanya memenuhi konsep ramah lingkungan. Karena hal ini banyak dilakukan penelitian untuk menemukan dan memanfaatkan sumber energi penganti yang tersedia banyak di alam dan ramah lingkungan. Jenis sumber energi alternatif yang banyak tersedia yaitu : angin, sinar matahari, air, tekanan, suara dan yang terbaru saat ini adalah radio frekuensi.

  Pemanfaatan radio frekuensi sebagai sumber energi merupakan penelitian yang saat ini banyak dilakukan selain ramah lingkungan, sumber energi ini banyak tersedia di kehidupan karena banyak alat-alat elektronik saat ini yang menggunakan dan menghasilkan radio frekuensi contohnya: radio (handy talky), telepon genggam, perangkat wi-fi dan lain-lain.

  Melihat ketersediaan radio frekuensi yang sangat banyak di alam dan kekurangan dari teknologi telepon gengam. Oleh karena alasan yang telah disebutkan di atas maka dalam tugas akhir ini akan membuat sebuah alat pengisi baterai dalam hal ini baterai telepon genggam yang memanfaatkan radio frekuensi sebagai sumber energi.

1.2 Identifikasi Masalah

  Dari latar belakang permasalahan di atas, maka teridentifikasi beberapa permasalahan yang dihadapi dalam pembuatan tugas akhir ini, yaitu

  1. Sinyal radio frekuensi dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif.

  2. Penggunaan telepon genggam menyebabkan sumber energy yang terdapat dalam baterai semakin berkurang.

  1.3 Rumusan Masalah

  Adapun rumusan masalah yang dalam pembuatan tugas akhir ini adalah

  1. Bagaimana cara menggunakan radio frekuensi sebagai sumber energi pengisi baterai pada telepon genggam.

  2. Bagaimana merancang alat pengisi baterai pada telepon genggam dengan menggunakan tegangan DC yang berasal dari sinyal radio frekuensi sebagai sumber energinya.

  1.4 Tujuan

  Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah merancang alat yang mengubah sinyal radio frekuensi menjadi tegangan DC sehingga dapat dimanfaatkan menjadi sumber energi untuk telepon genggam.

  1.5 Batasan Masalah

  Dalam perancangan dan pembuatan tugas akhir ini, penulis membatasi masalah-masalah yang digunakan yaitu

  1. Penggunaan alat ini dalam posisi diam dan tidak bergerak-gerak.

  2. Hanya membuat alat pengisi baterai handphone yang memanfaatkan sinyal radio frekeunsi sebagai sumber energinya.

  3. Tidak membuat dan membahas radio frekuensi transmitter.

  4. Jarak antara transmitter sinyal radio frekuensi dengan alat ditentukan dengan dilihat keoptimalan pengisiian baterai pada telephone

  5. Tidak membahas keamanan baterai.

  6. Menggunakan band frekuensi komunikasi sinyal radio 140 Mhz (handy talky).

  7. Menggunakan baterai telepon genggam (nokia 8210) tipe Li-on dengan kapasitas 650 mAh.

  8. Menggunakan handy talky firstcom fc 08 sebagai transmitter sinyal radio frekuensi.

1.6 Metode Penelitian

  Pada pembuatan dan perancangan tugas akhir ini menggunakan beberapa metode penelitian, dibawah ini adalah beberapa medote penelitian yang digunakan

  1. Studi literatur

  Melakukan pencarian bahan-bahan dan teori-teori pendukung yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini baik dari buku, browsing internet dan literature-literatur yang mendukung lainnya.

  2. Perancangan dan Pembuatan Alat

  Melakukan perancangan komponen dan pembuatan rangkaian yang digunakan.

  3. Pengujian Alat Melakukan Pengujian alat agar mengetahui kinerja dari alat.

4. Pengumpulan data dan analisa

  Mengumpulkan data yang diperoleh dari hasil pengujian dan menganalisa data yang diperoleh serta memberi saran pada tugas akhir ini.

1.7 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari 5 (lima) bab, dengan masing- masing bab sebagai berikut :

  BAB I Pendahuluan Bab ini Berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, perumusan masalah, batasan masalah dan sistematika penulisan. BAB II Teori Penunjang Bab ini menjelaskan teori-teori penunjang yang digunakan sebagai dasar dalam penelitian tugas akhir ini. BAB III Perancangan dan Pembuatan Sistem Bab ini menjelaskan tentang bagaimana teori-teori penunjang dan

  metode yang sudah dijelaskan pada bab II, dirancang agar dapat diimplementasikan pada alat.

  BAB IV Pengujian alat dan Analisa Bab ini menjelaskan tentang pengujian yang dilakukan terhadap alat

  yang dibuat dan menganalisa alat tersebut agar mengetahui kinerja dari alat.

BAB VI Penutup Bab ini memuat kesimpulan yang didapatkan dari analisa alat dan

  saran-saran dari pengerjaan tugas akhir ini untuk pengembangan alat kedepannya.

BAB II LANDASAN TEORI Pada bab ini berisikan tentang teori yang dipakai sebagai permasalahan yang

  dibahas dalam tugas akhir yang meliputi definisi radio frekuensi (sinyal RF), energy

  

harvesting, voltage doubbler (Dickson charge pump), dioda scottsky, persamaan

  Friis, karakteristik pengisian baterai Li-on, Antena, spesifikasi telepon genggam Nokia 8250, spesifikasi transmitter handy talky Fc 80.

2.1 Radio frekuensi (sinyal RF)

  Sinyal radio frekuensi merupakan gelombang elektromagnetik yang digunakan oleh sistem komunikasi untuk mengirim informasi melalui udara dari satu titik ke titik lain yang berisolasi dalam kisaran sekitar 3 KHz sampai 3 GHz, sesuai dengan frekuensi gelombang radio dan arus bolak balik yang membawa sinyal radio.

  Sinyal radio frekuensi dapat dihasilkan dari radio amatir, telepon selular, pemancar radio, pemancar televisi, BTS, transmitter untuk wireless internet, radar dan sistem navigasi lainnya, komunikasi satelit, jaringan komputer dan aplikasi yang tak terhitung lainnya.

Gambar 2.1 Sinyal RF di Kehidupan Gelombang elektromagnetik atau gelombang radio frekuensi dapat dihasilkan dari rangkaian osilator, dengan frekuensi paling rendah sampai frekuensi paling tinggi. Lebar frekuensi gelombang elektromagnetik disebut spektrum gelombang elektromagnetik. Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik beserta ukuran panjang gelombangnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.2 Spektrum Sinyal Elektromagnetik

  Berdasarkan spektrum gelombang elektromagnetik tersebut, daerah frekuensi yang digunakan pada gelombang radio adalah pada frekuensi 10 sampai dengan 10 atau panjang gelombang 10 meter sampai dengan ±1 meter. Frekuensi gelombang radio ini kemudian dibagi menjadi beberapa band berdasarkan karakteristik propagasinya. Pembagian band frekuensi gelombang radio dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 2.1 Pembagian Range Frekuensi dan Panjang Gelombang

  Nama Frekuensi Panjang Gelombang Very Low Frequency VLF <30 kHz >10 km

  Low Frequency LF 30 – 300 kHz 1-10 km Medium Frequency MF 300-3000 kHz 100-1000 km

  High Frequency HF 3-30 MHz 10-100 m Very High Frequency VHF 30-300 MHz 1-10 m Ultra High Frequency UHF 300-3000 MHz 10-100 cm

  Dari tabel di atas dapat dilihat pembagian range frekuensi untuk aplikasi teknologi yang menggunakan radio frekuensi. Sebagai contoh pada range 30 MHz – 300 MHz (VHF) digunakan untuk komunikasi radio, pada range 300 MHz – 3 GHz (UHF) digunakan untuk komunikasi televisi, komunikasi seluler menggunakan range frekuensi dari 900 MHz – 1800 MHz dan komunikasi tranmisi wireless LAN pada frekuensi 2.4 GHz dan lain-lain.

  Berdasarkan pembagian range frekuensi dan panjang gelombang, sinyal – sinyal RF ini memiliki beberapa sifat yang dijadikan acuan untuk proses pemasangan jaringan nirkabel, di antaranya :

  1. semakin panjang gelombang, semakin jauh gelombang merambat. Untuk daya pancar yang sama, gelombang dengan panjang gelombang yang lebih panjang cenderung menjalar lebih jauh dari pada panjang gelombang yang lebih pendek

  2. semakin panjang gelombang, semakin mudah melewati suatu penghalang.

  3. semakin pendek panjang gelombang, semakin banyak data yang dapat dikirim. Semakin cepat gelombang bergetar semakin banyak informasi yang dapat dibawa saat bergetar.

2.2 Energy Harvesting

  Energy harvesting atau dikenal sebagai power harvesting atau energy

scavengging adalah proses mengambil atau memanfaatkan energi yang berasal dari

  sumber luar (external) seperti energi panas, energi kinetik, tenaga surya, tenaga angin, sinyal radio frekuensi dan lain-lain, yang dimana energi tersebut disimpan atau digunakan pada alat-alat elektronika yang kita gunakan. Dalam tugas akhir ini menggunakan radio frekuensi sebagai sumber energy harvesting.

  Energi radio frekuensi saat ini dihasilkan oleh sumber-sumber yang menghasilkan medan elektromagnetik tinggi diantaranya telepon genggam, handy-

  

talky, BTS dan stasiun televisi atau radio. Daya tarik pada radio frekuensi power

harvesting pada dasarnya saat penggunaan atau pemanfaatan energi secara gratis dari

  berbagai pemancar radio frekuensi. Kemampuan untuk memanen energi RF memungkinkan pengisian nirkabel dari perangkat daya rendah. Sistem peralatan elektronik berbasis baterai dengan memanfaatkan sistem ini dapat menghilangkan penggantian baterai atau memperpanjang masa operasi dari sistem yang menggunakan baterai sekali pakai. Hal ini mendukung mobilitas pengisian dan pemakaian. Dengan menggunakan rangkaian tertentu yang dihubungkan dengan antena, radio frekuensi dapat ditangkap dan diubah menjadi tegangan DC yang dapat

Gambar 2.3 Sistem RF Energi Harvesting

2.3 Voltage Doubler

  Voltage doubler adalah sebuah rangkaian elektronika yang mengisi kapasitor

  dari tegangan input dan dari proses pengisian ini secara ideal, tegangan yang dihasilkan sebesar dua kali lipat dari tegangan input. Yang paling sederhana dari rangkaian ini adalah bentuk dari rectifier yang mengambil tegangan AC sebagai input dan menghasilkan tegangan DC dua kali lipat. Elemen yang digunakan pada proses

  

switching pada pengisian kapasitor ini menggunakan sebuah dioda. Dioda digunakan

untuk mengubah keadaan input dari tegangan bolak balik menjadi tegangan DC.

  

Voltage doubler merupakan salah satu dari berbagai jenis voltage multiplier. Hampir

  sebagian besar dari rangkaian voltage doubler dapat dilihat sebagai single stage dari

  

multiplier. Pada tugas akhir ini menggunakan voltage doubler dengan menggunakan

prinsip Dickson charge pump.

  Dickson charge pump atau Dickson multiplier adalah rangkaian yang terdiri

  dari dioda dan kapasitor yang dikaskade di mana kapasitor tersebut dikendalikan oleh pulsa. Dickson multiplier sering digunakan dalam rangkaian IC yang tegangan suplai lebih rendah daripada yang dibutuhkan oleh rangkaian. Hal ini menguntungkan dalam pembuatan IC yang semua komponen semikonduktor pada dasarnya berjenis sama.

  Ada banyak variasi elemen switching dari rangkaian Dickson charge pump, tetapi untuk rangkaian pada tugas akhir ini menggunakan komponen dioda schottky akan menjadi pilihan yang lebih baik pada proses switching untuk drop tegangan yang sangat rendah pada rangkaian ini.

Gambar 2.4 Dickson Charge Pump

  Pada rangkaian ini saat gelombang AC memasuki rangkaian maka nilai puncak gelombang input lebih besar dari pada nilai tegangan threshold dioda, maka kapasitor C1 akan menyimpan muatan sampai nilai tegangan puncak input tercapai. Saat siklus positif gelombang input menurun, kapasitor C1 akan tetap menyimpan tegangan dengan nilai yang sama dalam kasus ini dioda D1 short circuit dan D2 open

  

circuit. Saat memasuki siklus negatif dioda D2 dalam kondisi short circuit dan D1

open circuit hal ini menyebabkan kapasitor C2 berisi dengan tegangan yang sesuai

  dengan sumber dan ditambah dengan tegangan yang ada pada kapasitor C1. Dengan demikian tegangan pada kapasitor C2 akan bernilai dua kali tegangan input. Dapat disimpulkan bahwa dengan menambahkan stage pada rangkaian akan mendapatkan tegangan yang lebih besar.

2.4 Persamaan Friss

  Persamaan Friss adalah persamaan untuk mengukur rugi-rugi daya sinyal elektromagnetik yang dialami oleh suatu komunikasi jarak jauh (Pathloss) yang dipengaruhi oleh jarak dan panjang gelombang sinyal elektromagnetik tersebut. Pada dasarnya semakin besar frekuensi sinyal elektromagnetik maka semakin besar energi yang dipancarkan tetapi jika frekuensi sinyal elektromagnetik semakin besar maka panjang gelombang semakin kecil dan begitu juga sebaliknya jika frekuensi sinyal kecil maka panjang gelombang yang didapatkan semakin besar. Selain itu jika dilihat dari jarak maka semakin besar jarak yang memisahkan komunikasi tersebut maka pathloss yang didapatkan semakin besar. Persamaan Pathloss dapat dilihat pada persamaan (2.1)

  (2.1) =

  Keterangan : = Pathloss r = jarak komunikasi (meter)

  λ = panjang gelombang (meter) Selain itu dalam tugas akhir ini menggunakan persamaan transmisi friis yang digunakan untuk mencari daya sinyal RF yang diterima oleh suatu antena. Pada persamaan ini daya terima suatu antena di pengaruhi oleh gain antena, panjang gelombang dan jarak antar antena. Persamaan transmisi Friss ditunjukkan pada persamaan (2.2)

  (2.2) =

  Keterangan : = Daya RF yang diterima = Daya pancar

  = Gain antena transmitter = Gain antena receiver r = Jarak antara transmitter dan receiver

  L = Rugi – rugi pada perangkat komunikasi

2.5 Dioda

  Schottky

  Dioda Schottky adalah dioda dengan drop tegangan maju yang sangat rendah dan memilki proses switching yang cepat. Sebuah dioda silikon normal memiliki drop tegangan maju antara 0.6 – 1.7 volt, sementara dioda Schottky drop tegangan maju bernilai sekitar 0.15 - 0.45 volt. Karena drop tegangan rendah ini dioda Schottky dapat memberikan kecepatan switching yang lebih tinggi dan efisiensi sistem yang lebih baik. Berbeda dengan dioda pada umumnya yang tersusun dari gabungan bahan semikonduktor tipe P dan N, diode Schottky hanya menggunakan bahan semikonduktor tipe N dan disambung dengan bahan logam atau tipe P dan disambung dengan logam. Karena memiliki susunan bahan yang berbeda dengan dioda P dan N, maka dioda Schottky memiliki karakteristik yang berbeda dengan dioda P dan N seperti range kerja frekuensi, kecepatan swithcing, hingga tegangan yang lebih rendah dari pada dioda silikon atau germanium. Perbedaan yang paling penting antara P dan N dengan dioda Schottky adalah pada proses baliknya waktu pemulihan, ketika beralih dari keadaan tidak menghantarkan ke keadaan menghantarkan dan sebaliknya. Dimana dalam dioda P dan N waktu pemulihan balik dapat dalam orde ratusan nano-detik dan kurang dari 100 nano-detik untuk dioda cepat sedangkan pada diode Schottky tidak memilki waktu pemulihan.

Gambar 2.5 Dioda Schottky

  Dioda Schottky juga memilki kurva karakteristik yang menjelaskan tentang karakter – karakter istimewa yang membedakan dengan dioda lainnya. Perbedaan dioda

  Schottky dengan dioda germanium atau silikon dapat dilihat pada gambar di bawah.

Gambar 2.6 Kurva Karakteristik Dioda Schottky Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.6 menjelaskan apabila dioda Schottky dikondisikan pada bias maju (forward bias). Tegangan maju yang dihubungkan pada dioda Schottky membuat lapisan penahan akan melemah akibat tarikan tegangan positif sumber tegangan terhadap elektron yang menempel dilapisan penahan ini.

  Apabila tegangan ini cukup besar, maka lapisan penahan tersebut akan jebol dan arus dapat melewati dioda Schottky dimana besar arusnya ditentukan oleh nilai tegangan pada dioda Schottky tersebut. Lapisan penahan pada dioda Schottky “lebih tipis” dibandingkan daerah pemisah pada sambungan P dan N dioda biasa. Sehingga arus yang dihasilkan pada saat bias maju, lebih besar pada dioda Schottky daripada dioda biasa pada saat diberi tegangan maju. Tetapi untuk kondisi bias terbalik (reverse bias), lapisan penahan yang tipis ini menyebabkan tegangan breakdown dioda

  

Schottky lebih rendah dibanding dioda biasa. Sama seperti dioda biasa, pada kondisi

  bias terbalik, terdapat arus bocor (I ) yang mengalir pada dioda Scottky. Arus bocor

  s

  pada dioda Schottky disebabkan elektron pada bahan logam bergerak menuju bahan semikonduktor. Salah satu penelitian yang masih berjalan adalah bagaimana cara meminimalisir arus bocor pada dioda Schottky ini. Sedangkan untuk tegangan bias maju, dioda Schottky memiliki level tegangan on yang lebih rendah daripada dioda Germanium dan Silikon. Tegangan on pada dioda Schottky bernilai sekitar 0.1 hingga 0.2 V.

2.6 Karakteristik Pengisian Baterai Telepon Seluler (Li-on)

  Baterai Li-on adalah baterai generasi ketiga dari baterai yang dapat diisi ulang tenaganya. Keuntungan dari baterai ini adalah ukurannya yang kecil dan ringan adalah tidak ada pengaruh memori efek pada saat mengisi baterai sehingga tidak memerlukan energi baterai habis untuk melakukan pengisian kembali. Selain itu, tidak ada efek “over charge” untuk mendapatkan trickle charge dalam kondisi full karena dapat menurunkan kemampuan baterai tersebut. Baterai Li-on yang mempunyai tegangan minimal 3,6 V dengan tegangan pengisian maksimum adalah 4,2 V.

Tabel 2.2 Tegangan Baterai Li-on

  Charge Capacity at cut-off Charge Capacity with full V/cell voltage time saturation

  3.80 60% 120 min 65% 3.90 70% 135 min 76% 4.00 75% 150 min 82% 4.10 80% 165 min 87% 4.20 85% 180 min 100%

  Proses pengisian baterai Li-on terjadi saat nilai tegangan yang memasuki baterai naik secara konstan sampai batas yang ditentukan (stage 1) sedangkan kondisi baterai penuh pada saat nilai arus yang mengisi baterai akan mengalami penurunan atau berada di bawah nilai yang telah ditetapkan (stage 2 – stage 3) hal ini di tandai dengan baterai telah mencapai tegangan threshold dan arus telah mencapai nilai tiga persen dari rating arus yang telah ditentukan atau dapat dikatakan baterai dalam kondisi penuh saat nilai arus jatuh dan tidak bisa turun lebih jauh lagi sehingga dapat disimpulkan bahwa pengisian baterai Li-on tidak harus sampai benar – benar penuh untuk digunakan. Hal ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini

  [16]

Gambar 2.7 Karateristik pengisian Baterai Li-on

2.7 Antena

  Antena merupakan alat untuk mengirim dan menerima gelombang elektromagnetik yang bergantung kepada pemakaian dan penggunaan frekuensinya, antena bisa berwujud dalam berbagai bentuk, mulai dari seutas kabel, dipole, atau pun yagi. Selain itu antena juga merupakan alat pasif tanpa catu daya (power), yang tidak bisa meningkatkan kekuatan sinyal radio, seperti reflektor pada lampu senter, tetapi . hanya membantu mengkonsentrasi dan memfokuskan sinyal Kekuatan dalam mengkonsentrasi dan memfokuskan sinyal radio, satuan ukurnya adalah dB (decibel).

  Jadi ketika dB bertambah, maka jangkauan jarak yang bisa ditempuh pun bertambah. Jenis antena yang akan dipasang harus sesuai dengan sistem yang akan kita bangun, juga disesuaikan dengan kebutuhan penyebaran sinyalnya. Bentuk antena bermacam

  

macam sesuai dengan desain, pola penyebaran dan frekuensi dan gain. Panjang antena

secara efektif adalah panjang gelombang frekuensi radio yang dipancarkannya.

2.7.1 Parameter Antena

  Pada antena terdapat parameter yang digunakan untuk mengukur kinerja dari antena. Parameter-parameter tersebut adalah pola radiasi, direktifitas, impedansi input dan VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), efisiensi antenna, return loss, Gain, dan bandwidth.

  1. Pola Radiasi

  Pola radiasi pada antena merupakan sebuah fungsi matematis atau gambaran grafis dari komponen – komponen radiasi sebuah antena. Pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat direksional.

  2. Direktifitas

  Directifitas merupakan perbandingan dari intensitas radiasi sebuah antena pada suatu arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata, yang dinyatakan sebagai berikut

  U .

  ( ) θ φ D( ) =

  (2.3)

  θ,φ Uave

  Dimana :

  U( θ,φ ) = intensitas radiasi

  U ave = intensitas radiasi rata-rata

3. Impedansi Input dan VSWR (

  Voltage Standing Wave Ratio)

  Impedansi input suatu antena adalah impedansi pada terminalnya. Impedansi input akan dipengaruhi oleh antena-antena lain atau obyek-obyek yang dekat dengannya. Untuk mempermudah dalam pembahasan diasumsikan antena terisolasi.

  Impedansi antena terdiri dari bagian riil dan imajiner, yang dapat dinyatakan dengan : Z in = R in + j X in

  (2.4) Dimana :

  =

  R in impedansi riil X in = impedansi imajiner

  Sedangkan Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri maksimum dengan minimum. VSWR dinyatakan sebagai berikut :

• 1 Γ

  VSWR =

  (2.5)

  1

  − Γ

  Dimana : Γ = koefisien pantul Dalam prakteknya VSWR harus bernilai lebih kecil dari 2 (dua).

  4. Efisiensi Antena

  Efisiensi antena merupakan parameter yang menentukan seberapa banyak rugi – rugi daya yang muncul pada terminal dan struktur antena.

  5. Return Loss Return Loss merupakan parameter yang menunjukkan jumlah daya yang hilang

  akibat pemberian beban dan tidak memantul kembali di saluran transmisi. VSWR dan

  

Return Loss (RL) merupakan parameter yang menentukan kondisi matching pada

antena dan saluran transmisi.

  6. Gain

  Ada dua jenis penguatan pada antena yaitu penguatan absolut dan penguatan relatif. Penguatan absolut pada antena adalah perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh. Sedangkan penguatan relatif adalah perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga.

  7. Bandwidth Bandwidth pada antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dimana kinerja

  antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (impedansi masukan, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar.

  Bandwidth antena dirusumuskan sebagai berikut :

  f f ₂ − ₁ BW = x 100 % (2.6) f _c

  Dimana : =

  f 2 frekuensi kerja yang kedua f 1 = frekuensi kerja yang pertama f c = frekuensi center

2.7.2 Jenis Antena

1. Antena

  Monopole

  Antena monopole merupakan antena yang memiliki satu kutub untuk menangkap gelombang (mono = satu dan pole = kutub). Antena monopole merupakan gabungan dari bidang konduktor yang dipasang di bawah elemen tunggal pembawa arus dengan panjang tertentu dimana radiasi elektromagnetik hanya terjadi di atas bidang konduktor.

Gambar 2.8 Antena Monopole

  Panjang antena monopole merupakan seperempat dari panjang gelombang (λ) yang digunakan. Besar Penguatan (gain) kebanyakan antena monopole sekitar 2 – 6 dB dan mempunyai lebar bandwidth sekitar 10%. Hambatan radiasi sekitar 36,5 ohm dan mempunyai nilai direktifitas sebesar 3,28 (5,16 dB).

2. Antena

  Dipole

  Antena dipole setengah gelombang memiliki panjang yang besarnya sama dengan besar setengah panjang gelombang kerjanya. Walaupun panjang dari antena tersebut bisa lebih besar dan lebih kecil dari nilai setengah panjang gelombang tersebut.

Gambar 2.9 Antena Dipole

  Pada gambar di atas menunjukkan bahwa bentuk dari antena dipole setengah (1/2) panjang gelombang yang dimana panjang dari sisi – sisinya bernilai seperempat (1/4) dari panjang gelombang kerjanya. Besar gain pada antena dipole umumnya sekitar 2 dB dan mempunyai lebar bandwidth sekitar 10 % dengan direktifitas 1,64 (2,15 dB).

2.8 Spesifikasi Telepon Genggam Nokia 8210

  Jenis telepon genggam yang digunakan pada tugas akhir ini menggunakan Nokia 8250. Telepon genggam ini mendukung fasilitas standar yang dimiliki telepon genggam biasa antara lain : proses telepon, pengiriman sms dan beberapa aplikasi standar seperti games, browsing dan lain-lain. Walaupun hanya mendukung proses mengiriman data standar, telepon genggam ini memiliki beberapa kelebihan tampilan layar warna serta kapasitas waktu operasi baterai lebih lama dari pada telepon genggam canggih yang ada saat ini. Nokia 8250 ini memiliki sumber daya berupa baterai LI-ION (lithium ion) yang dapat disi ulang (rechargeable).

Gambar 2.10 Telepon Genggam dan Baterai Nokia 8210

  Pada sistem yang dilakukan di tugas akhir ini proses charging dilakukan saat baterai terpasang pada telepon genggam, dengan demikian proses charging dapat diamati melalui indikator charging yang ada pada telepon genggam pada umumnya.

Tabel 2.3 Spesifikasi Telepon Genggam Nokia 8250

  Spesifikasi Ukuran SIM card Mini Sim

  GSM 900. 1800 Dimensi 102,5 x 45 x 19 mm, Vol 69

  Tampilan STN 84 x 48 px Berat 81 gram

  Baterai Li-ion 650 Mah

2.9 Spesifikasi

  Handy Talky Firstcomm FC 08

  Pada tugas akhir ini sinyal radio frekuensi dihasilkan oleh handy talky. Handy

  

talky merupakan alat komunikasi radio yang dapat dibawa kemana-mana dan

  berfungsi untuk melakukan pertukaran data dalam hal ini suara. Pada proses pengiriman data handy talky mengeluarkan sinyal radio frekuensi yang digunakan sebagai sumber energi pada pengisian baterai telepon genggam. Dalam pengerjaan tugas akhir handy talky yang digunakan yaitu firstcomm Fc 08. Handy talky

  

firstcomm Fc 08 memiliki beberapa karakteristik atau spesifikasi standar. Spesifikasi

tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 2.4 Spesifikasi Handy Talky Fisrtcom Fc 08

  Spesifikasi Ukuran Frekuensi range 135 – 174 Mhz (VHF)

  Tegangan operasi 7.4 volt DC Suhu -20 – 50 celcius

  Impedansi antena 50 ohm Berat 250 g

  Dimensi 111 x 55 x 36 mm Output Power 5 watt / 1 watt (VHF)

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM Perancangan dan pembuatan sistem merupakan bagian yang terpenting pada

  pembuatan tugas akhir. Perancangan yang baik dilakukan dengan sistematik agar memberikan kemudahan dalam pembuatan alat serta mempermudah dalam melakukan analisa dari sistem yang dirancang.

3.1 Perancangan Sistem

  Dalam perancangan sistem dari tugas akhir ini, pembuatan charger baterai telepon seluler dengan memanfaatkan sinyal frekuensi radio memiliki blok – blok yang penting yaitu pemancar RF, antena, Voltage doubler N-stage, LED dan beban (baterai). Keseluruhan bagian tersebut merupakan menjadi dasar kinerja sistem dari tugas akhir. Hal ini ditunjukkan pada blok diagram di bawah.

  Beban Antenna

  Voltage Doubler n- Trasnmit

  (Baterai Monopole stage ter RF

  HP) LED

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem

3.1.1 Fungsi masing – masing blok

  Blok diagram di atas merupakan sistem kerja dari tugas akhir yang dirancang yaitu charger baterai telepon genggam (handphone) yang memanfaatkan sinyal radio frekuensi. Blok diagram di atas terdiri berbagai macam blok. Blok – blok diagram tersebut memiliki fungsi khusus tersendiri. Berikut uraian tentang fungsi dari blok – blok diagram sistem kerja dari tugas akhir ini.

  1. Pemancar Radio Frekuensi Pemancar radio frekuensi merupakan bagian yang berfungsi memancarkan sinyal radio frekuensi tetapi pemancar sinyal radio frekuensi pada tugas akhir ini tidak dirancang hanya menggunakan transmitter sinyal radio frekuensi yang sudah ada. Dalam hal ini menggunakan radio (handy talky Firstcom Fc

  80).