Pemancar modulasi frekuensi dengan frequency hopping - USD Repository

PEMANCAR MODULASI FREKUENSI DENGAN

  FREQUENCY HOPPING TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro

  Disusun oleh ANTONIUS PRACOYO NUGROHO

  NIM : 025114072

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

PEMANCAR MODULASI FREKUENSI DENGAN

  FREQUENCY HOPPING TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro

  Disusun oleh ANTONIUS PRACOYO NUGROHO

  NIM : 025114072

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

FM TRANSMITTER WITH FREQUENCY HOPPING FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to obstain the Sarjana Teknik Degree in Electrical Engineering

  By : ANTONIUS PRACOYO NUGROHO

  Student Number : 025114072

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2007

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  “Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah”

  Yogyakarta, Agustus 2007 Penulis,

  Antonius Pracoyo Nugroho

  

BILA ENGKAU GAGAL………

Ingatlah kalau Tuhan selalu menyertaimu

Ingatlah akan suara hatimu

Ingatlah bahwa engkau sudah memberi yang terbaik

  

Ingatlah engkau masih punya kesempatan lagi

BILA ENGKAU BERHASIL……..

  

Ingatlah selalu atas berkah-Nya yang melimpah

Ingatlah untuk berterima kasih.

  

Ingatlah bahwa engkau dipercaya

Ingatlah untuk menjadi yang lebih baik

BILA ENGKAU DIAM……..ENGKAU KALAH

  

Karyaku ini kupersembahkan untuk Ayahku dan Ibuku tersayang,

kakak-kakakku, dan untuk Cintaku serta semua orang yang aku sayangi

dan menyayangi aku.

  

INTISARI

  Teknik frequency hopping (FH) merupakan salah satu metode transmisi data dalam bidang telekomunikasi. Dengan frequency hopping, gangguan-gangguan pada telekomunikasi seperti jamming dan noise dapat dikurangi. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan pemancar FM dengan frequency hopping.

  Pemancar FM dengan frequency hopping ini terdiri dari dua bagian utama yaitu phase locked loop dan penguat akhir sinyal. Phase locked loop berfungsi sebagai pembangkit sinyal carrier. Komponen utama phase locked loop adalah pembangkit frekuensi referensi, phase detector, low pass filter, voltage controlled

  

oscillator, prescaler, pembagi terprogram dan pengendali data masukan pembagi

terprogram.

  Hasil dari penelitian ini adalah pemancar FM dengan frequency hopping yang dapat bekerja secara efektif dan dapat digunakan baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan dalam radius 12 meter. Pemancar bekerja dengan frekuensi carrier yang bergantian pada dua frekuensi yang berbeda yaitu 90 MHz dan 100 MHz dengan periode hopping 0,5 detik. Kata kunci : frequency hopping, phase locked loop, FM.

  

ABSTRACT

  Frequency hopping technique is one of data transmission method in telecommunication. Frequency hopping can minimize the effect of the telecommunication disturbances such as jamming and noise. This research goal aim is to produce FM transmitter with frequency hopping.

  The transmitter consists of phase locked loop (PLL) that serve as carrier signal generator and output signal amplifier. The main component of PLL is reference frequency, phase detector, low pass filter, voltage controlled oscillator, prescaler, programmed divider and programmed divider input data controller.

  The result of the research is that the transmitter with hopping frequency can work effectively and can be used both indoor and outdoor in the range of 12 meter. The transmitter operates in two carrier frequency, 90 MHz and 100 MHz with 0.5 second hopping period.

  Keyword : frequency hopping, phase locked loop, FM.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul. “Pemancar Modulasi Frekuensi Dengan Frequency

  

Hopping”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

  Sarjana Teknik. Dalam penyusunannya, banyak pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan pada penulis, oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Bapak Damar Widjaja, S.T., M.T., selaku Pembimbing I dan Bapak Alexius Rukmono, S.T. selaku Pembimbing II yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis. Terima kasih pula untuk seluruh dosenku di Fakultas Teknik atas segala tempaan ilmunya.

  2. Ibuku tercinta (A. Murni) yang selalu memberiku dorongan, semangat dan nasihat serta Almarhum Bapak (E. Sumardi) yang selalu menjagaku.

  3. Untuk Mbak-mbakku dan mas-masku, Mbak Rina dan mas Pur, Mbak Shinta dan mas Agus, mbak Lusi dan mas Widhi atas segala bantuan moril maupun materill.

  4. Teman-teman seperjuangan, Duwek, Tanto dan Andre dan seluruh teman- teman elektro angkatan 2002. Teman-teman hopping Roni, Merry dan Widhi, terima kasih atas segala masukan dan bantuannya.

  5. Para laboran elektro, Mas Sur dan Mas Mardi. Terima kasih karena selalu mau aku rusuhi.

  6. Teman-teman Ndesoku. Dwi, Tono, Tomi, Dodik, Sigit, Fredy, Arek, Hermanto, Anni, Ida, dan Melda. Terima kasih atas segala pengalaman- pengalaman dan kegilaan-kegilaan yang pernah terukir.

  7. Dan untuk kekasihku (Ima). Terima kasih atas segala dorongan, kesabaran dan pengertiannya.

  8. Teman-teman pengurus Beasiswa Paroki Klepu. Toro, Leo, Rinto, Aan, mbak Yatmi, mbak Rini, mbak Heni, Titus, Harpi, Anna, Sari, Ucik dan anak-anak subyek bantu. Terima kasih atas segala doa dan dukungannya.

  Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari Pembaca agar dalam proses penulisan di kemudian hari dapat semakin baik. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat secara luas, baik bagi penulis maupun bagi semua pihak yang membacanya.

  Yogyakarta, Agustus 2007 Penulis

  DAFTAR ISI Hal.

  HALAMAN JUDUL……………………………………………………… i LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING……………………………. iii LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI………………………………….. iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA…………………………………. v HALAMAN PERSEMBAHAN………………………………………….. vi

  

INTISARI…………………………………………………………………. vii

ABSTRACT………………………………………………………………... viii

KATA PENGANTAR……………………………………………………. ix DAFTAR ISI……………………………………………………………… xi

DAFTAR GAMBAR……………………………………………………... xiv

DAFTAR TABEL………………………………………………………… xvii

DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………... xviii

  BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang………………………………………………………...

  1 I.2 Pembatasan Masalah…………………………………………………..

  2 I.3 Tujuan Penelitian……………………………………………………...

  3 I.4 Manfaat Penelitian…………………………………………………….

  3 I.5 Sistematika Penulisan…………………………………………………

  3 BAB II DASAR TEORI

  II.1 Modulasi Frekuensi (FM)……………………………………………..

  III.2.2 Rangkaian Phase Detector…………………………………...

  20

  21

  22

  28

  30 BAB III PERANCANGAN ALAT III.1 Diagram Blok dan Penjelasan Umum Rancangan…………………...

  III.2 Osilator Dengan PLL………………………………………………… III.2.1 Pembangkit Frekuensi Referensi 6,25 kHz………………….

  III.2.3 Rangkaian Low Pass Filter…………………………………..

  19

  III.2.4 Rangkaian Voltage Controlled Oscillator……………………

  33

  35

  35

  35

  36

  19

  18

  II.2 Sistem Pemancar Radio FM…………………………………………..

  II.4.3 Pembagi terprogram 14 bit…………………………………….

  II.3 Phase Locked Loop…………………………………………………… II.3.1 Operasi Phase-locked………………………………………….

  II.3.2 Phase Detector…………………………………………….......

  II.3.3 Low Pass Filter ………………………………………..............

  II.3.4 Voltage Controlled Oscillator………………………………...

  II.4 Komponen Penunjang………………………………………………… II.4.1 Frekuensi referensi……………………………………………..

  II.4.2 Prescaler……………………………………………………......

  II.4.4 Driver dan Booster……………………………………………..

  16

  II.4.5 Timer…………………………………………………………...

  II.5 Frequency Hopping…………………………………………………...

  5

  8

  9

  12

  13

  37

  III.2.5 Rangkaian Prescaler…………………………………………

  49

  70 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….

  70

  V.1 Kesimpulan…………………………………………………………… V.2 Saran………………………………………………………………….

  65 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  64

  63

  61

  60

  59

  58

  58

  55

  54

  49

  48

  III.2.6 Rangkaian Pembagi terprogram 14 Bit……………………… III.2.7 Rangkaian Kendali Data Masukan Pembagi Terprogram…..

  IV.2 Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan……………………………

  III.3 Driver………………………………………………………………… III.4 Booster……………………………………………………………….

  38

  39

  40

  42

  44 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan……………………………….....

  IV.2.1 Pengujian Transmisi Pemancar……………………………… IV.2.2 Pengujian Kestabilan Frekuensi Carrier Saat Hopping……...

  IV.3.7 Driver dan Booster…………………………………………..

  IV.2.3 Pengujian Jarak Cakupan Pemancar………………………… IV.3 Pengujian Setiap Blok………………………………………………..

  IV.3.1 Frekuensi Referensi 6,25 KHz……………………………….

  IV.3.2 Rangkaian Voltage Controlled Oscillator……………………

  IV.3.3 Prescaler LB3500……………………………………………

  IV.3.4 Pembagi Terprogram…………………………………………

  IV.3.5 Phase Detector dan Low Pass Filter………………………… IV.3.6 Rangkaian kendali data masukan…………………………….

  71

  DAFTAR GAMBAR Hal.

Gambar 2.1 Modulasi Frekuensi………………………………………....

  6 Gambar 2.2 Lengkung frekuensi-waktu……………………………….....

  7 Gambar 2.3 Diagram blok dasar sistem pemancar radio FM…………..... 8 Gambar 2.4 Diagram blok umum PLL…………………………………..

  10 Gambar 2.5 Karakteristik ideal komponen loop………………………....

  11 Gambar 2.6 Operasi phase-locked……………………………………..... 12 Gambar 2.7 Gerbang EOR…………………………………………….....

  13 Gambar 2.8 Gelombang input dan output PD……………………………

  14 Gambar 2.9 Karakteristik phase detector………………………………... 15

Gambar 2.10 Blok internal IC 74 HC/HCT4046A………………………... 15Gambar 2.11 Konfigurasi pin 74 HC/HCT4046A………………………… 16Gambar 2.12 Tanggapan frekuensi LPF…………………………………... 17Gambar 2.13 Low pass filter pasif RC…………………………………….. 17Gambar 2.14 VCO dengan dioda varactor………………………………… 18Gambar 2.15 Pembangkit frekuensi referensi dengan osilator kristal…….. 19Gambar 2.16 Konfigurasi pin 74HC4060…………………………………. 20 Gambar 2.17 Diagram blok dan konfigurasi pin IC LB3500……………..

  21 Gambar 2.18 Konfigurasi pin IC TC9122P……………………………….

  22 Gambar 2.19 Garis beban AC dan DC penguat kelas A…………………... 23

Gambar 2.20 Rangkaian penguat kelas A…………………………………. 24 Gambar 2.21 Rangkaian ekivalen AC……………………………………..

  26 Gambar 2.22 Timer 555…………………………………………………… 28

Gambar 2.23 Bentuk gelombang Timer 555 astable multivibrator……….. 29Gambar 2.24 Teknik frequency hopping………………………………….. 30Gambar 2.25 Interferensi pada transmisi frequency hopping……………... 31Gambar 3.1 Diagram blok pemancar FM dengan frequency hopping…… 33Gambar 3.2 Rangkaian pembangkit frekuensi referensi 6,25 kHz………. 35Gambar 3.3 Rangkaian phase detector…………………………………... 36Gambar 3.4 Rangkaian LPF……………………………………………… 37Gambar 3.5 Rangkaian voltage controlled oscillator……………………. 38Gambar 3.6 Rangkaian prescaler LB3500………………………………. 39Gambar 3.7 Rangkaian pembagi terprogram TC9122P………………….. 39Gambar 3.8 Rangkaian pengendali data masukan terkendali timer……… 41Gambar 3.9 Rangkaian driver……………………………………………. 44Gambar 3.10 Rangkaian booster…………………………………………. 47Gambar 4.1 Blok pemancar hopping…………………………………….. 48Gambar 4.2 Pengujian transmisi pemancar………………………………. 49Gambar 4.3 Spektrum frekuensi pemancar dengan frekuensi carrier 90 MHz……………………………………………...

  50 Gambar 4.4 Spektrum frekuensi pemancar dengan frekuensi

  carrier 100 MHz……………………………………………. 50

Gambar 4.5 Modulasi frekuensi dengan gelombang carrier 90 MHz…… 51Gambar 4.6 Modulasi frekuensi dengan gelombang carrier 100 MHz….. 51Gambar 4.7 Sinyal informasi 4 KHz yang dikirim………………………. 52Gambar 4.8 Spektrum frekuensi audio pada penerima FM dengan frekuensi carrier 100 MHz………………………………….

  53 Gambar 4.9 Spektrum frekuensi audio pada penerima FM dengan frekuensi carrier 90 MHz……………………………………

  53 Gambar 4.10 Pengujian kestabilan pemancar saat hopping……………….. 54

Gambar 4.11 Spektrum frekuensi penerima 100 MHz pada jarak 13 meter. 57Gambar 4.12 Gelombang output IC 4060 sebagai pembangkit frekuensi referensi 6,25 kHz….……………………………..

  58 Gambar 4.13 Sinyal output rangkaian osilator 90 MHz…………………... 59

Gambar 4.14 Sinyal output rangkaian osilator 100 MHz…………………. 60Gambar 4.15 Sinyal output rangkaian prescaler saat frekuensi carrier 90 MHz……………………………………………...

  61 Gambar 4.16 Sinyal output rangkaian prescaler saat frekuensi carrier 100 MHz…………………………………………….

  61 Gambar 4.17 Gelombang output pembagi terprogram sebagai pembagi 1800………………………………………………..

  62 Gambar 4.18 Gelombang output pembagi terprogram sebagai pembagi 2000……………………………………………….. 62

Gambar 4.19 Sinyal output IC 4066………………………………………. 65Gambar 4.20 Gelombang output rangkaian driver frekuensi carrier 90 MHz……………………………………………...

  66 Gambar 4.21 Gelombang output rangkaian booster frekuensi carrier 90 MHz……………………………………………...

  66 Gambar 4.22 Gelombang output rangkaian driver frekuensi carrier 100 MHz…………………………………………….

  67 Gambar 4.23 Gelombang output rangkaian booster frekuensi carrier 100 MHz…………………………………………….

  68

  DAFTAR TABEL Hal.

Tabel 2.1 Tabel kebenaran EOR…………………………………………. 13Tabel 3.1 Tabel logika data masukan pembagi terprogram 14 bit……….. 40Tabel 4.1 Data hasil pengujian kestabilan pemancar saat hopping………. 55Tabel 4.2 Data hasil pengukuran jarak pancar…………………………… 56

DAFTAR LAMPIRAN

  Rangkaian pembangkit frekuensi referensi, phase detector, LPF, VCO………………………………………………………………… L1 Rangkaian pengendali data masukan, pembagi terprogram, prescaler,

  driver dan booster………………………………………………………… L2

  Data spektrum frekuensi sinyal informasi pada penerima FM…………… L3

  

Datasheet 74HC/HCT4046A……………………………………………... L10

Datasheet 74VHC4066…………………………………………………… L15

Datasheet LB3500………………………………………………………... L17

Datasheet TC9122P………………………………………………………. L19

Datasheet 2SC2026………………………………………………………. L21

Datasheet 2SC2053……………………………………………………….. L22

Datasheet LM555………………………………………………………… L23

Datasheet 74LS04………………………………………………………… L25

Datasheet 74HC4060……………………………………………………... L27

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Dalam perambatan gelombang radio dari pemancar ke penerima terdapat

  beberapa gangguan (interference) seperti bising (noise) dan juga kerusakan (distorsi) yang berpengaruh pada bentuk gelombang radio tersebut. Gangguan itu antara lain [1]: a. Atenuasi (berkurangnya besar arus/tegangan/daya sinyal dalam transmisi antara 2 titik).

  b.

  Distorsi delay (tunda waktu) karena multipath fading.

  c. Derau (noise) d.

  Jamming adalah pemancaran satu sinyal interferensi dengan sengaja pada kanal yang sama, dirancang untuk merusak kanal pelayanan yang diganggu [2].

  Jamming bisa diatasi dengan penggunaan kanal pembicaraan secara acak,

  sehingga pihak yang tidak bertanggung jawab tidak mengetahui kanal mana yang dipakai untuk pembicaraan. Penggunaan kanal frekuensi pembicaraan secara acak dalam istilah telekomunikasi biasa dikenal dengan istilah hopping. Frequency

hopping adalah salah satu teknik pemodulasian untuk akses jamak (multiple accses).

  Sistem frequency hopping menerapkan pertukaran (switching) frekuensi-frekuensi yang dipancarkan. Pilihan frekuensi khusus yang dipancarkan dapat dilakukan dengan menerapkan urutan yang sudah tertentu ataupun dapat diseleksi dengan cara semu-acak dari suatu perangkat frekuensi yang menempati bidang frekuensi (bandwidth) yang lebar [3].

  FM (frequency modulation) lebih populer dibandingkan dengan AM (amplitudo modulation). Kelebihan FM dibanding AM antara lain [4]:

  1. Perbandingan daya sinyal terhadap daya derau S/N (signal to noise

ratio) pada FM lebih tinggi dibandingkan dengan pada AM.

  2. Setiap peningkatan atau penurunan besar frekuensi dalam suatu pemancar FM dengan daya yang konstan.

  (VHF) dan dalam jalur frekuensi ultra tinggi (UHF), sehingga dapat memanfaatkan pancaran gelombang-gelombang ruang (space wave) yang menyebabkan jangkauan pancarannya sejauh garis pandang. Pada tugas akhir ini, penulis akan membuat pemancar termodulasi frekuensi dengan frequency hopping.

  Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah

  1. Pemancar FM frequency hopping dua frekuensi carrier f

  1 ± 90MHz

  dan f

  2

  ±100MHz

  2

3. Pemancar-pemancar FM beroperasi dalam jalur frekuensi sangat tinggi

I.2. Pembatasan Masalah

  I.3. Tujuan Penelitian Menghasilkan pemancar FM dengan frequency hopping.

  I.4. Manfaat Penelitian 1. Mengurangi efek gangguan pada sistem komunikasi FM.

2. Hasil penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai rujukan untuk pengembangan sistem komunikasi radio dengan frequency hopping.

I.5. Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan yang dipergunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :

  BAB I . Pendahuluan Berisi latar belakang penulisan, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. BAB II. Dasar teori Berisi teori-teori yang mendasari sistem pemancar FM frequency hopping ini. BAB III. Perancangan Perangkat Keras Berisi beberapa hal yang berkaitan dengan perancangan sistem pemancar FM frequency hopping.

  4 BAB IV. Analisis Hasil dan Pembahasan Berisi analisis hasil pengukuran dan pembahasan yang diperoleh dalam penelitian.

  BAB V. Penutup Berisi kesimpulan dan saran.

BAB II DASAR TEORI Pemancar FM (frequency modulation) merupakan alat yang digunakan untuk

  memancarkan sinyal yang telah dimodulasi frekuensi, sinyal informasi memodulasi sinyal carrier. Pemancaran sinyal FM memiliki teknik pemancaran yang sangat beragam, diantaranya adalah teknik pemancaran dengan menggunakan frequency

  

hopping. Frequency hopping sendiri adalah perubahan sinyal carrier secara periodis

  yang diatur dengan algoritma tertentu. Pengaturan perubahan frekuensi carrier digunakan pesintesa PLL (phase locked loop). PLL memberi kemudahan dalam mengatur frekuensi carrier secara periodis. Komponen utama PLL adalah phase

  

detector, low pass filter (LPF) dan voltage controlled oscillator (VCO). Komponen

  penunjang yang digunakan sebagai pelengkap untuk membangun pemancar FM dengan frequency hopping adalah pembangkit frekuensi referensi, prescaler, pengendali data masukan pembagi terprogram, driver dan booster.

II.1. Modulasi Frekuensi (FM)

  Modulasi adalah proses penumpangan sinyal informasi pada sinyal carrier yang berasal dari osilator RF, sedangkan modulasi frekuensi adalah suatu proses modulasi dengan cara mengubah-ubah frekuensi gelombang carrier dengan amplitudo tetap [5].

Gambar 2.1. Modulasi Frekuensi [5].

  (a) Sinyal informasi. (b) Sinyal carrier. (c) Gelombang termodulasi frekuensi dengan tegangan sebagai fungsi waktu. (d) Gelombang termodulasi frekuensi dengan frekuensi sebagai fungsi waktu.

  Dari Gambar 2.1 terlihat bahwa, ketika amplitudo sinyal informasi positif, frekuensi carrier disimpangkan sebesar . Sedangkan pada saat

  1

  ∆f menjadi f amplitudo sinyal informasi negatif, frekuensi pembawa disimpangkan sebesar ∆f Deviasi frekuensi ( ∆f) adalah simpangan yang dialami oleh frekuensi pembawa (f C ) karena amplitudo informasi (A m ). Semakin besar amplitudo informasi, semakin besar pula deviasinya sehingga dapat menggangu pemancar lain [6].

  Frekuensi pembawa sesaat dapat dinyatakan [6] _{i c m} +

  f ( t ) f ( t ) ke ( t )

  = (2.1) Sinyal modulasi e (t) digunakan untuk mengubah frekuensi pembawa.

  m Perubahan pada frekuensi adalah ke m (t), dengan k adalah konstanta deviasi frekuensi.

  Frekuensi pembawa tanpa modulasi dilambangkan dengan fc. Bila e m (t) suatu gelombang sinus

  e ( t ) = A sin ω t _{m m m maks}

  (2.2) frekuensi pembawa sesaat menjadi

  f ( t ) = f ( t ) kA sin t _{i c m ω m maks}

• (2.3)

  Sketsa dari fi ditunjukkan pada Gambar 2.2

Gambar 2.2. Lengkung frekuensi-waktu [6].

  Deviasi frekuensi puncak dari sinyal didefinisikan sebagai [6] (2.4) _mmaks

  = kA f ∆

  sehingga persamaan 2.3 menjadi (2.5)

  _{ω m c i} t f t f t f

  ) sin ( ) ( ∆ + =

II.2. Sistem Pemancar Radio FM

  Pemancar FM merupakan suatu perangkat yang digunakan untuk memancarkan sinyal informasi beserta sinyal carrier dalam bentuk gelombang elektromagnetik [4]. Diagram kotak pemancar radio FM dasar ditunjukkan pada

Gambar 2.3. Pada pemancar FM frequency hopping ini, osilator RF akan dibangun dengan menggunakan PLL.Gambar 2.3. Diagram blok dasar sistem pemancar radio FM [4].

  Keterangan Gambar 2.3 1.

  Audio input digunakan sebagai sumber sinyal informasi.

  2. Penguat audio digunakan sebagai penguat awal yang menguatkan sinyal dari audio input.

  3. Osilator RF digunakan sebagai penghasil frekuensi carrier yang oleh modulator FM akan dimodulasi dengan sinyal informasi.

  4. Modulator FM digunakan sebagai alat untuk memodulasi sinyal informasi dari penguat audio dengan sinyal dari osilator RF, sehingga menghasilkan gelombang termodulasi.

  5. Pengali frekuensi digunakan sebagai pengali frekuensi dari output modulator untuk mendapatkan frekuensi carrier yang diinginkan.

  6. Penguat penyangga (buffer) digunakan untuk mengisolasi osilator dari tingkat-tingkat selanjutnya sehingga perubahan dalam penggandengan dan pembebanan antena tidak mempengaruhi frekuensi osilator RF.

  7. Penguat penggerak (driver) digunakan untuk menggerakan frekuensi osilator RF dari penguat penyangga sebelum diumpankan ke penguat akhir.

  8. Penguat akhir digunakan untuk menguatkan dan mendorong gelombang termodulasi ke antena agar dapat dipancarkan oleh antena dengan jangkauan yang cukup jauh.

  9. Antena pemancar digunakan untuk memancarkan gelombang termodulasi dari penguat akhir yang berupa gelombang elektromagnetik.

II.3. Phase Locked Loop

  Phase locked loop adalah rangkaian umpan balik negatif dengan frekuensi menggunakan PLL adalah demodulator untuk AM dan FM, pengali frekuensi dan pesintesa frekuensi [7].

Gambar 2.4 menunjukkan diagram blok umum PLL. Sinyal input dapat berupa gelombang sinus atau kotak yang memiliki frekuensi radian i dan fase i

  ω θ

  yang menjadi input dari phase detector. Output dari phase detector diumpankan ke

  

filter, dikuatkan untuk mengontrol frekuensi osilator (VCO). Output VCO adalah

  gelombang sinus atau kotak dengan frekuensi o , untuk menjadi input kedua phase

  ω

detector. Pada dasarnya PLL memiliki dua kegunaan utama, yaitu menghasilkan

  tegangan V

3 yang mengontrol VCO dan frekuensi o sebagai output VCO.

  ω

  Secara sederhana fase dan frekuensi sudut dapat dirumuskan [7]

  d θ _i

  (2.6) ω = _i

  dt

  θ

  d _o

  (2.7) ω _o =

  dt

Gambar 2.4. Diagram blok umum PLL [7].

  11 Gambar 2.5 menujukkan karakteristik sederhana untuk beberapa komponen

  loop. Phase detector secara matematis dapat dinyatakan dengan [7] = − v K ( θ θ ) _{1 p i o}

  (2.8) dengan v

  1 adalah tegangan output blok phase detector, K p adalah konstanta, i dan o

  θ θ adalah fase dari kedua input blok phase detector.

  PLL menghasilkan output v

  1 bilamana sinyal input dan VCO terdapat beda

  fase. Karakteristik voltage-controlled oscillator ditunjukkan pada gambar 2.5d, VCO beroperasi pada frekuensi free-running ( ) ketika v sama dengan nol. Nilai positif

  ω FR

  3

  atau negatif dari v

  3 menyebabkan frekuensi free-running menjadi meningkat atau

  menurun sesuai dengan

  K v

  ω = ω + _{o FR o 3} (2.9) dengan K o adalah konstanta.

Gambar 2.5. Karakteristik ideal komponen loop: (a) Phase detector, (b) Low pass filter, (c) Amplifier, (d) Voltage controlled oscillator [7].

  12 II.3.1. Operasi Phase-Locked.

  Gambar 2.6a menunjukkan bila kedua input phase detector adalah sinyal sinusoida dengan frekuensi FR dengan fasa sama, maka beda fasa sama dengan nol

  ω

  dan tegangan v

  1 , v 2 , v 3 sama dengan nol. Tegangan v 3 menjadi input VCO agar output

  tetap pada frekuensi FR yang sama dengan i , sehingga loop terjaga atau yang sering

  ω ω

  disebut equilibrium loop. Apabila i berubah naik, maka i semakin besar, sehingga

  ω θ sama dengan seperti pada Gambar 2.6b [7]. θ i θ o

Gambar 2.6. (a) Kedua input memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda fasa

  konstan. (b) Peningkatan frekuensi input menyebabkan kesalahan positif fasa ∆θ[7].

  Dengan adanya beda fasa ( dan setelah itu,

  ∆θ), maka muncul tegangan v

  1

  ditapis dan dikuatkan sehingga tegangan v

  3 semakin tinggi. Kecepatan sudut o akan ω

  naik mencapai yang sama dengan sehingga kedua vektor berotasi pada

  ω o ω i kecepatan yang sama. Loop yang baru terjadi dan terjaga (new equilibrium loop). Saat kondisi lock tercapai, tegangan v

  3 proposional terhadap frekuensi VCO. Jika i sama ω

  dengan maka

  ω o,

  ω − ω _{i FR}

  v = ₃

  (2.10)

  k _o II.3.2. Phase Detector.

   Pendeteksi fasa (phase detector) adalah suatu rangkaian pendeteksi

  perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang, serta membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan dari perbedaan fasa yang terjadi [8].

  Phase detector (PD) memiliki beberapa jenis yaitu Digital PD, Large Signal

Gilbert Cell PD dan Small Signal Gilbert Cell PD. Digital PD memiliki prinsip logika

  gerbang digital EOR seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 dan logika EOR yang ditunjukkan pada Tabel 2.1[7]. _{Vi(t) Vo(t) 3 2 1 V1(t)} Gambar 2.7. Gerbang EOR [7].

Tabel 2.1. Tabel kebenaran EOR [7].

  v i v o v

  1

• 5 -5 -5
• 5 5

  5 5 -5 5 5 5 -5

  14 Sinyal input v i (t) dan v o (t) adalah gelombang kotak dengan frekuensi fundamental i dan o . Sehingga EOR phase detector pada Gambar 2.7 beroperasi

  ω ω pada logika 1 (5 Volt) dan 0 (-5 Volt).

Gambar 2.8. Gelombang input dan output PD [7].

  Pada Gambar 2.8, sinyal v (t) periodik, jika frekuensi kedua input identik dan

  1

  yang paling mempengaruhi karakteristik phase detector adalah komponen DC (average). LPF akan menapis frekuensi yang tidak diinginkan dan melewatkan komponen DC.

  Jika sinyal v o (t) bergeser ke kiri, sehingga

  1 (t) ∆θ sama dengan nol, maka v

  konstan di -5 Volt. Saat v (t) bergeser ke kanan 90 , maka sinyal v (t) sama dengan ±

  o

  1

  5 Volt dengan tegangan rata-rata (average) nol Volt. Apabila , maka

  ∆θ digeser 180 v 1 (t) konstan di +5 volt seperti pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9. Karakteristik phase detector [7].

  IC (integrated circuit) 74HC/HCT4046 merupakan IC PLL yang terdiri dari VCO dan phase detector/phase comparator seperti yang ditunjukkan Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Blok internal IC 74HC/HCT4046A [9].

  Perancangan pemancar FM frequency hopping hanya akan menggunakan bagian phase detector dari IC. Phase detector yang digunakan adalah tipe-2, yaitu dengan kondisi mengunci saat beda fasa nol atau sama fasa. PD tipe-2 yang pada picu pinggiran positif/naik gelombang masukan Resistansi dari kedua masukan

  phase detector cukup tinggi yaitu sekitar 1 M

  Ω dan sensitivitas masukannya berada pada kisaran 400mVp-p [9]. Gambar 2.11 menunjukkan konfigurasi pin

  74HC/HCT4046 . Level penguatan phase detector dapat dicari dengan persamaan [9]

  Vcc

  (2.11)

  Kp =

  π