Penerima modulasi frekuensi dengan empat frequency hopping - USD Repository

TUGAS AKHIR

PENERIMA MODULASI FREKUENSI DENGAN

4 FREQUENCY HOPPING

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

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma disusun oleh

YANUARIUS VENDY PURNOMO NIM : 045114036

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

FINAL PROJECT

FM RECEIVER WITH 4 FREQUENCY HOPPING

In partial fulfilment of the requirements for the degree of Sarjana Teknik Electrical Engineering Study Program

Electrical Engineering Departement Science and Technology Faculty Sanata Dharma University

YANUARIUS VENDY PURNOMO Student Number : 045114036

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

2009

Tak ada musuh yang tak dapat ditaklukkan oleh cinta

Tak ada penyakit yang dapat disembuhkan oleh kasih sayang

Tak ada permusuhan yang tidak dapat dimaafkan oleh ketulusan

Tak ada kesulitan yang tak dapat dipecahkan oleh ketekunan

Tak ada batu keras yang tak dapat dipecahkan oleh kesabaran

Orang yang berhasil akan mengambil manfaat dari kesalahan-kesalahan

yang ia lakukan, dan akan mencoba kembali untuk melakukan dalam suatu

cara yang berbeda. - Dale Carnegie

Karyaku ini kupersembahkan untuk ayah dan ibuku tersayang dan

semua 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 penerima FM dengan frequency hopping yang tersinkronisasi dengan pemancar FM FH.

Radio penerima FM dengan frequency hopping ini terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian pengolahan sinyal radio dan bagian pengaturan frequency . . Bagian pengolahan sinyal radio terdiri dari penguat RF, mixer, penguat

hopping

IF, dan penguat audio. Sedangkan untuk pengaturan FH terdiri dari osilator referensi, PLL (Phase Locked Loop), VCO (Voltage Controlled Oscillator),

presclaer dan pembagi terprogram.

Hasil dari penelitian ini adalah radio penerima FM dengan frequency

hopping yang dapat bekerja dengan baik, sinkron dengan pemancar. Radio

penerima ini bekerja dengan frekuensi carrier yang bergantian pada empat frekuensi yang berbeda yaitu 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz dan 100 MHz dengan periode hopping 0,25 detik.

Kata Kunci : Frequency Hopping, VCO, mixer, FM (Frequency Modulation), PLL

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 is aimed to result the FM receiver with frequency hopping is synchronized with the transmitter..

The FM receiver with frequency hopping is consists of two part. First, radio signal processing. This part is consists of RF amplifier, mixer, IF amplifier and Audio amplifier. The second is frequency hopping control. This part is consists of PLL (Phase Locked Loop), VCO (Voltage Controlled Oscillator), prescaler and programmable counter.

The result of this research is a FM receiver radio with the frequency which is able to work well synchronize with the transmitter. The receiver operates in four carrier frequency, 97 MHz, 99 MHz, 101 MHZ and 103 MHz with 0.25 second hopping period.

Keyword : Frequency Hopping, VCO, Mixer, FM (Frequency Modulation), PLL.

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. “Penerima Modulasi Frekuensi

Dengan Empat 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 juga untuk seluruh dosen di Fakultas Teknik atas segala tempaan ilmunya.

2. Untuk orangtuaku tercinta AFY. Priyadi dan Christina Satinem yang selalu memberiku semangat serta nasihat, baik moral maupun materi.

3. Untuk Saudara-saudaraku, Patricia Tiwik H. dan Angela Merici Ayu Arintasari, Antonius Hari P., Yohanes Yudi P.,Y. Bayu, C.Asti, serta Budheku Veronica Sajiyem atas segala doa dan bantuan.

4. Teman-teman seperjuangan, Oki Nugroho, Andreas Wibisono, Anggareno Oktaviano, Taufik Wijaya P., Bayu Pamungkas, Leonardus Agung, Sugiarto, Ari Kuncoro dan seluruh teman-teman elektro angkatan 2004. Teman-teman tim hopping Tulus Setiadi, Nova Budi,

Dedeo Indra, Y. Mayolis, R. Putradaga. Terima kasih atas segala masukan dan bantuannya.

5. Para laboran elektro, A. Suryana, P. Sumardi, FX. Suryo Asih Subrata.

Terima kasih atas segala bantuan dan waktunya.

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, 14 Agustus 2009 Penulis

DAFTAR ISI Hal.

Halaman Judul ………………………………………………………………...…..i Halaman Pengesahan .............................................................................................iii Halaman Pengesahan Penguji ................................................................................iv Pernyataan Keaslian Karya .....................................................................................v Halaman Persembahan ...........................................................................................vi Intisari ...................................................................................................................vii

Abstract ................................................................................................................viii

Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi ……………………………………….ix Kata Pengantar ........................................................................................................x Daftar Isi ...............................................................................................................xii Daftar Gambar .....................................................................................................xvi Daftar Tabel ..........................................................................................................xx Daftar Lampiran...................................................................................................xxi

BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................................1 I.1. Latar Belakang.................................................................................1 I.2. Batasan Masalah....... .......................................................................3 I.3. Tujuan Penelitian..............................................................................3 I.4. Manfaat Penelitian...... .....................................................................3 I.5. Sistematika Penulisan.......................................................................4

II.1. Modulasi Frekuensi .........................................................................5

II.2. Penerima FM………………….………………...............................7

II.2.1. Rangkaian tertala……………..……………........................7

II.2.2. Penguat RF Tertala.............................................................10

II.2.3. Faktor Q..............................................................................13

II.2.4. Mixer FM .........................................................................13

II.2.5. Penguat IF .........................................................................14

II.3. Phase Locked Loop .......................................................................14

II.3.1. Operasi Phase-Locked .......................................................17

II.3.2. Pendeteksi Fasa .................................................................18

II.3.3. Penguat .............................................................................20

II.3.4. Osilator Terkendali Tegangan …...…...….…………........21

II.3.5. Low Pass Filter …………………………..……….……...21

II.3.6. Pengali/pembagi Frekuensi …………………….….…......23

II.4. Frekuensi Hopping ...………………………………………….....24

II.5. Keamanan Sistem Komunikasi Radio ………………………..….26 BAB.III. PERANCANGAN ………………………...………………..………...27

III.1. Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio FM FH ………………27

III.2. Radio Penerima FM ……………………………………………..28

III.2.1. Penjelasan Umum Penerima FM FH .................................28

III.2.2. Subsistem Sinkronisasi Bagian Penerima FM FH …..…..30

III.2.4. Transistor Sebagai Saklar …………………………..…....31

III.3. Bagian Pengolahan Sinyal Radio ……………………….…...…..32

III.3.1.Penguat RF Penerima Tertala .............................................32

III.3.2. Mixer………………………………………………….......34

III.4.Bagian Osilator Lokal dan Pengaturan Frequency Hopping ..….....36

III.4.1.Osilator Kristal ...................................................................36

III.4.2.PLL .....................................................................................37

III.4.3. Low Pass Filter ……..…………………………………...38

III.4.4.Rangkaian VCO .................................................................39

III.4.5.Prescaler ............................................................................40

III.4.6.Rangkaian Pembagi Terprogram 14 Bit ..…………....…...41

III.4.7. Rangkaian Kendali Data Masukan Pembagi Terprogram..43

BAB IV . Hasil dan Pembahasan …….…………………………...…………….45 IV.1. Perangkat Keras Hasil Perancangan ..………………..……………45 IV.2. Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan …..…….………………46 IV.2.1. Hasil Pengujian Penerimaan ..……………….…………..46 IV.2.2. Pengujian Kualitas Penerimaan ..…………….………….48 IV.2.3. Pengujian Kestabilan Penerimaan Frekuensi Hopping ….49 IV.2.4. Pengujian Kestabilan Sinyal Informasi ...……………..…52 IV.3. Pengujian Masing-Masing Blok ...………………..…………..….54 IV.3.1. Pengujian Blok Penguat RF …...………………….……..54 IV.3.2. Pengujian Blok Mixer dan Penguat IF ..…………………56

IV.3.4. Pengujian Blok PLL …..…………………………..……..61

IV.3.5. Pengujian Blok Prescaler .. ………………………..…….62

IV.3.6. Pengujian Blok Pembagi Terprogram …………….….….65

IV. 4. Analisis Frekuensi Carrier, Tone, Informasi ……………………..69

BAB V. Kesimpulan dan Saran …….……………………………………………71 V.1. Kesimpulan …………………………………………………………71 V.2. Saran ………………………………………………………………..71 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................73 DAFTAR LAMPIRAN .........................................................................................74

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Modulasi Frekuensi ...…………………………………………….…6Gambar 2.2. Diagram blok penerima FM ……………………...............................7Gambar 2.3. Rangkaian Tertala Seri .......................................................................8Gambar 2.4. Rangkaian Tertala Paralel …...…………...........……….…….....…..9Gambar 2.5. Rangkaian Penguat CE (Common Emiter) Tertala ……..….........…10Gambar 2.6. Rangkaian ekivalen hybrid-

π ............................................................11

Gambar 2.7. Diagram blok PLL ............................................................................15Gambar 2.8. Karakteristik ideal komponen loop …………………..……........…16Gambar 2.9. Operasi Phase-Locked ..………………….…………………...…....17Gambar 2.10. Karakteristik phase detector............................................................19Gambar 2.11. Rangkaian IC 74HC4046 ...............................................................19Gambar 2.12. Konfigurasi pin 74HC/HCT4046 ...................................................20Gambar 2.13. Low pass filter pasif RC ....………………………………...….….22Gambar 2.14. Tanggapan frekuensi LPF ...………………….………….….....…22Gambar 2.15. Blok diagram pengali/pembagi frekuensi dengan PLL ...…......….23Gambar 2.16. Teknik frequency hopping ...……………..……………….………24Gambar 2.17. Interferensi pada transmisi Frequency Hopping .…………….…..25Gambar 3.1. Diagram blok umum sistem komunikasi radio FM FH ...…...….....27Gambar 3.2. Diagram blok radio penerima FM FH …...………………………...28Gambar 3.3. Diagram blok subsistem sinkronisasi penerima FM FM ….......…..30Gambar 3.5. Rangkaian penguat RF tertala …...……....……….………………..34Gambar 3.6. Rangkaian mixer …...…………………………….….……………..35Gambar 3.7. Spektra sinyal dalam sebuah penerima …................………………36 Gambar 3.8.

Rangkaian pembangkit frekuensi step 6,25 kHz ..….………...………37

Gambar 3.9. Rangkaian PLL …..………………….…………….…….…………38Gambar 3.10. Perancangan rangkaian LPF ……………………………………...39Gambar 3.11. Rangkaian VCO …..……………………………….…..………....40Gambar 3.12. Skema rangkaian prescaler ...…………………………………......41Gambar 3.13. Rangkaian pembagi terprogram TC9122P …...…………………..43Gambar 3.14. Bentuk dari TC9122P ..………………………………………..….44Gambar 3.15. Diagram blok dari TC9122P …...………………………………...44Gambar 4.1. Tampilan di dalam kotak …...………………………………….…..45Gambar 4.2. Perangkat radio penerima FM FH………………………………….45Gambar 4.3. Pengujian Penerimaan ...…………………………………..……….47Gambar 4.4. Spektrum penerima saat frekuensi 97 MHz ...……………………..48Gambar 4.5. Spektrum penerima saat frekuensi 99 MHz ...……………………..48Gambar 4.6. Spektrum penerima saat frekuensi 101 MHz .……………………..49Gambar 4.7. Spektrum penerima saat frekuensi 103 MHz .……………………..49Gambar 4.8. Blok diagram pengujian kestabilan hopping ………………………50Gambar 4.9. Tunda waktu sebesar 0,25 detik ….………………………………..51Gambar 4.10. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 97 MHz ...….52Gambar 4.11. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 99 MHz…….53Gambar 4.13. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 103 MHz …..53Gambar 4.14. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 97 MHz ……………...…..54Gambar 4.15. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 99MHz ..…………………55Gambar 4.16. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 101 MHz ..……………….55Gambar 4.17. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 103 MHz. ..………………55Gambar 4.18. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 97 MHz .……………..57Gambar 4.19. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 99 MHz. ……………..57Gambar 4.20. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 101 MHz….………….58Gambar 4.21. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 103 MHz ......……….. 58Gambar 4.22. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 97 MHz. …….………..59Gambar 4.23. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 99 MHz …..…………..60Gambar 4.24. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 101 MHz. …….………60Gambar 4.25. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 103 MHz. ……….……60Gambar 4.26. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 97 MHz …...…..…62Gambar 4.27. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 99 MHz …....….…63Gambar 4.28. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 101 MHz …..….…63Gambar 4.29. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 103 MHz ..…….…64Gambar 4.30. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 1940 …….66Gambar 4.31. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 1980 .....…66Gambar 4.32. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 2020 ….....67Gambar 4.33. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 2060 ...…..67Gambar 4.34. Sinyal output blok pembagi terprogram skala time/div diperkecil..67Gambar 4.36. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 99 MHz……..70Gambar 4.37. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 101 MHz…....70Gambar 4.38. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 103 MHz..…..70

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Tabel logika data masukan pembagi terprogram 14 bit ….....…..........43Tabel 4.1 Bagian-bagian dari perangkat radio dan fungsi secara umum ……..…46Tabel 4.2. Data pengamatan kestabilan penerimaan frekuensi hopping………....50Tabel 4.3. Penguatan blok penguat RF…………………………………………..56Tabel 4.4. Tegangan LPF untuk menala VCO…………………………………...61Tabel 4.5. Perbandingan Hasil Pengukuran Blok Prescaler……………………...64

DAFTAR LAMPIRAN

Data spektrum frekuensi sinyal informasi pada radio penerima ……...…L1 Rangkaian pengolahan sinyal ………………………………………...…L9 Rangkaian pengaturan frekuensi hopping ……………………………...L10 Data Sheet 2SC2026 …………………………………………….……..L11 Data Sheet CXA1538 …………………………………………..………L12 Data Sheet 74HC4060………………………………………………….L15 Data Sheet 74HC4046………………………………………………….L18 Data Sheet LB3500 …………………………………………………….L21 Data Sheet TC9122P …………………………………………………...L23 Data Sheet MV2109 ……………………...…………………………….L26 Data Sheet LM386 …………………….……………………………….L28 Data Sheet BF 494 ……………………………………………………..L30 .

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

beberapa gangguan seperti derau (noise), distorsi tunda waktu (delay) karena

multipath fading dan jamming [1]. Multipath fading merupakan gangguan

terhadap perambatan gelombang di udara karena perubahan kondisi atmosfer secara tiba-tiba [2]. Sedangkan jamming adalah pemancaran satu sinyal interferensi dengan sengaja pada kanal yang sama, dirancang untuk merusak kanal pelayanan yang diganggu.

Frekuensi carrier siaran FM (Frequency Modulation) terletak pada pita

VHF (Very High Frequency) (30 MHz - 300 MHz) [4]. Jumlah kanal FM yang disiapkan untuk radio broadcast berada dalam alokasi frekuensi 87,5 MHz hingga 108 MHz sebanyak 204 kanal. Jarak minimal antar kanal dalam satu area pelayanan sebesar 800 kHz, sehingga kanal-kanal frekuensi yang digunakan sangat dekat dan terkadang terjadi interferensi antar sinyal carrier dari stasiun radio yang satu dengan frekuensi stasiun radio yang lain.

Perkembangan aplikasi sistem komunikasi berbasis spread spectrum saat ini semakin luas [3]. Pada komunikasi digital, teknik modulasi spread spectrum secara umum terbagi menjadi dua teknik, yaitu DSSS (Direct Sequence Spread

Spectrum) dan FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). FH (Frequency perkembangannya semakin luas di aplikasi sistem komunikasi. Implementasi dari teknik modulasi FHSS dapat digunakan pada perangkat komunikasi radio yang membutuhkan keamanan dalam berkomunikasi. Perangkat komunikasi radio yang dimaksud seperti yang digunakan oleh pihak militer (polisi, tentara, dan lain – lain).

FH adalah perpindahan atau lompatan frekuensi dari satu frekuensi ke frekuensi yang lain dalam satu bandwidth, secara acak ataupun urutan lompatan yang telah ditentukan sebelumnya secara otomatis per satuan detik. Pada komunikasi radio tingkat keamanan komunikasi sangat rawan. Penyadapan atau pembajakan yang dilakukan oleh pihak lain di dalam saluran komunikasi sering terjadi. Salah satu solusi yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan di atas yaitu dengan menggunakan teknik modulasi FH.

Permasalahan di atas telah dicoba di atasi dengan pembuatan perangkat pemancar radio FM FH tersebut hanya menggunakan 2 FH. Hal ini masih rawan terhadap penyadapan karena hanya menggunakan 2 FH. Selain itu pada penerima FM FH rawan terjadi interferensi frekuensi, delay yang berbeda dengan pemancakarena tidak menggunakan sinkronisasi antara pemancar dan penerima.

Dari permasalahan yang telah diuraikan, untuk meningkatkan tingkat keamanan di dalam komunikasi radio penulis akan mengembangkan penerima FM dengan menggunakan teknik modulasi FH yang sinkron dengan pemancar FM. Penambahan 4 FH bertujuan untuk meningkatkan keamanan, sehingga dapat mengantisipasi adanya penyadapan. Pada sistem komunikasi radio FH sistem yang sama. Sehingga pancaran dari pemancar dapat diterima oleh penerima.

I.2. Batasan Masalah

Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :

1. Penerima FM FH dibuat dengan empat frekuensi carrier f

1 = 97 MHz, f

2 =99 MHz, f = 101 MHz, dan f =103 MHz.

2. Penerima FM FH dirancang untuk bekerja secara sinkron dengan pemancar FM.

3. Periode perpindahan tiap frekuensi carrier (Frequency Hopping Period) adalah sebesar 0.25 detik.

4. Penggunaan frekuensi radio broadcast pada penelitian hanya untuk menguji dan menunjukkan cara kerja sistem FH.

I.3. Tujuan Penelitian

Menghasilkan perangkat penerima FM FH yang mampu menerima empat sinyal carrier yang tersinkronisasi dengan pemancar FM FH .

I.4. Manfaat Penelitian

Tugas akhir ini juga bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya bagaimana cara menghindari gangguan-gangguan seperti inteferensi sinyal lain, jamming frekuensi, dan lain-lain pada sistem komunikasi FM. Hasil penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai rujukan untuk pengembangan sistem komunikasi radio dengan FH.

1.5. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir yang digunakan di dalam penyusunan tugas akhir adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN Pendahuluan berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penulisan dan sistematika penulisan. BAB II DASAR TEORI Bab ini memberikan penjelasan tentang modulasi frekuensi secara umum,

penerima FM dan bagian-bagian dari penerima FM tersebut, serta penjelasan- penjelasan umum FH.

BAB III PERANCANGAN Bab ini berisi alur perancangan dan perhitungan nilai-nilai komponen yang digunakan dari sistem penerima FM FH. BAB IV DATA PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi pembandingan data hasil percobaan dengan data perhitungan. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi ringkasan hasil penelitian yang telah dilakukan dan usulan yang Berupa ide-ide untuk perbaikan atau pengembangan terhadap penelitian yang telah dilakukan.

BAB II DASAR TEORI II.1. Modulasi Frekuensi Modulasi adalah pengaturan parameter suatu sinyal pembawa (carrier)

berfrekuensi tinggi oleh sinyal informasi berfrekuensi rendah [4]. FM (Frequency

Modulation) merupakan salah satu jenis modulasi dimana sinyal modulasi

digunakan untuk merubah frekuensi frekuensi sinyal pembawa. Amplitudo relatif sama.

FM menjadi teknik modulasi yang sering digunakan karena mempunyai kelebihan dibanding AM (Amplitude Modulation) antara lain :

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

FM dapat ditingkatkan tanpa harus meningkatkan daya yang dipancarkan tetapi dengan pelebaran bandwidth.

2. Lebih tahan terhadap noise. Alokasi frekuensi untuk FM antara 88 MHz – 108 MHz yang terletak dalam pita VHF (Very High Frequency) relatif lebih bebas dari gangguan akibat atmosfer maupun interferensi.

3. Bandwidth yang lebih lebar. FM terletak pada bagian VHF dari spektrum frekuensi yang mempunyai bandwidth lebih lebar daripada gelombang pada bagian MF (Medium Frequency) .

Sinyal informasi dinyatakan sebagai Sinyal carrier dinyatakan sebagai

e c

(t) = E cmaks sin ( 2 π f c t + Φ )

dan sinyal FM dinyatakan sebagai

e c

(t) = E cmaks cos (2 π f c t +

∆f / f m sin 2 π f m t ) Bentuk dari sinyal FM ditunjukkan Gambar 2.1.

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

(2.2) (2.3)

II.2. Penerima FM

Pesawat penerima harus melaksanakan sejumlah fungsi [4]. Pertama, penerima harus dapat memilih sinyal radio FM yaitu dari 88 MHz sampai 108 MHz dan menolak sinyal lain yang tidak diinginkan. Selanjutnya, penerima harus dapat menguatkan sinyal yang diterima tersebut agar dapat digunakan pada proses selanjutnya. Akhirnya, penerima harus dapat memisahkan sinyal informasi dari sinyal pembawa dan menyampaikan kepada pemakai. Gambar 2.2 menunjukkan diagram blok penerima FM secara umum.

Gambar 2.2. Diagram blok penerima FM [4]

II.2.1. Rangkaian tertala

Rangkaian tertala adalah rangkaian yang komponen-komponennya dapat diatur untuk menyusun rangkaian yang mempunyai tanggapan terhadap frekuensi tertentu dalam jangkauan frekuensi yang sudah ditentukan [2]. Rangkaian ini didapatkan dari merangkai induktor dan kapasitor baik secara seri maupun paralel [6].

Gambar 2.3 Rangkaian Tertala Seri [6]

Rangkaian tertala seri terdiri atas kumparan yang dihubungkan seri dengan sebuah kapasitor. Gambar rangkaian tertala seri ditunjukkan oleh Gambar 2.3.

Rumus untuk rangkaian tertala seri adalah sebagai berikut:

(2.4) (2.5)

Besarnya impedansi adalah:

(2.6)

karena:

(2.7)

maka

(2.8)

sehingga

(2.9)

Sedangkan rangkaian tertala paralel terdiri atas kumparan yang dihubungkan paralel dengan sebuah kapasitor. Gambar rangkaian dari rangkaian tala paralel ditunjukkan oleh Gambar 2.4 .

Gambar 2.4. Rangkaian Tertala Paralel [6]

Rumus untuk rangkaian tertala paralel adalah sebagai berikut [6] :

(2.10)

jika L >>R , maka

(2.11)

Pada saat frekuensi resonansi maka:

a. Rangkaian bertindak sebagai resistansi murni. Untuk rangkaian seri, impedansi minimum, sedang untuk rangkaian paralel impedansinya b.

Arus catu berada sefase dengan tegangan catu. Untuk rangkaian seri, arus catu akan menjadi maksimum, sedang untuk rangkaian paralel arus catu akan minimum.

II.2.2. Penguat RF Tertala Gambar 2.5. Rangkaian Penguat CE (Common Emiter) Tertala [6].

Penguat-penguat RF tertala (tuned RF amplifier) digunakan untuk memberikan penguatan dan selektivitas ujung depan (front end) pada pesawat penerima radio untuk memisahkan sinyal masuk dari antena, sehingga didapatkan penyaringan (filtering) bandpass yang tepat yang diperlukan penguat IF (Intermediate Frequency) [6]. Analisis DC amplifier CE adalah sebagai berikut : a.

Bagian Keluaran [9] b.

Bagian Masukan

(2.13)

Vcc= Ib.Rb + Vbe + Ie.Re

Sedangkan amplifier tertala CE dapat dianalisis dengan model hybrid-

[6]. Rangkaian ikivalen ini diberi nama hybrid-

π berdasarkan bentuknya yaitu π,

dan unit-unitnya merupakan campuran atau hybrid, yang mengandung pembangkit arus yang tergantung tegangan. Rangkaian ekivalen hybrid-

π untuk transistor BJT (Bipolar Junction) ditunjukkan oleh Gambar 2.6.

Cb'c B' B rb'b

C Ic

Cc Ib rc rb'e Cb'e gmVb'e

Gambar 2.6. Rangkaian ekivalen hybrid- π [6].

Terminal B, E, dan C merupakan terminal eksternal base, emitter, dan

collector. Terminal B’ adalah internal bagi transistor dan ditunjukkan karena r b’b (extrinsic base resistance) harus dalam situasi tertentu pada frekuensi tinggi.

Rangkaian pada Gambar 2.6 memiliki elemen yang berpengaruh pada tanggapan frekuensi tinggi. Elemen-elemen tersebut adalah : a. Transkonduktansi (g ) dirumuskan dengan

m dengan pada suhu kamar. Jadi trankonduktansi dapat diperoleh dari informasi Ic (arus bias kolektor).

b. Hambatan keluaran(r ) dirumuskan dengan

c (2.15) dengan merupakan tegangan awal.

c. Hambatan masukan dirumuskan dengan

(2.16) dengan adalah frekuensi rendah, penguatan arus hubungan pendek.

Kapasitor keluaran kolektor (c ) beroperasi dengan cara reversed bias.

Nilai kapasitansi kapasitor ini kecil dibandingkan dengan kapasitor lainnya yang terdapat di dalam rangkaian. Kapasitor kolektor – basis (c ) merupakan kapasitor

cb’

deplesi sambungan antara kolektor dan basis. Kapasitor ini beroperasi dengan cara

reversed bias. Kapasitor basis – basis (c ) beroperasi dengan cara forward bias.

b’e

Kapasitor ini merupakan kapasitor deplesi sambungan antara basis dan emitor forward bias.

Mengacu pada Gambar 2.6, maka arus masukan atau arus basis (i )

dinyatakan sebagai

(2.17)

maka diperoleh penguatan arus (A ) sebesar

isc (2.18) Faktor Q efektif rangkaian sisi keluaran dapat dituliskan

(2.19)

dengan

(2.20)

II.2.3.Faktor Q

Faktor Q (Quality Factor) disebut juga dengan faktor kualitas yang dapat didefinisikan sebagai perbandingan reaktansi induktif pada resonansi terhadap resistansi pada rangkaian yang ditala [6]. Faktor Q ini akan mempengaruhi

bandwidth. Rangkaian ditala seri mempunyai faktor Q sebesar : (2.21)

Faktor Q pada rangkaian ditala seri disebut juga faktor penguatan tegangan karena memberikan perbandingan besarnya tegangan reaktif terhadap tegangan yang diterapkan pada saat resonansi. Sedangkan rangkaian ditala paralel mempunyai faktor Q sebesar :

(2.22)

II.2.4. Mixer FM Mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari satu frekuensi ke frekuensi bagian tak terpisahkan dari rangkaian mixer. Mixer juga menerima sebuah sinyal dari osilator lokal. Kedua sinyal tersebut kemudian dicampur bersama untuk menghasilkan IF yang kemudian akan diproses lagi.

Frekuensi intermediate dapat dihitung dengan

(2.23)

dengan merupakan frekuensi IF, merupakan frekuensi penerima dan adalah frekuensi osilator. Karena tidak ada frekuensi yang bernilai negatif, maka

(2.24)

II.2.5. Penguat IF

Penguat IF mempunyai dua fungsi utama, yang pertama adalah sebagai

bandpass untuk memungkinkan hanya sinyal yang dikehendaki saja yang

diteruskan ke detektor [4]. Yang kedua adalah sebagai penguat sinyal yang diterima dari mixer. Setelah dikonversi ke frekuensi intermediate, sinyal keluaran

mixer dikuatkan oleh beberapa penguat IF. Hampir semua penguatan dari

penerima radio dihasilkan pada bagian penguat IF. Keseluruhan bandwidth dari penerima radio biasanya ditentukan oleh bandwidth dari penguat IF. Penguatan yang dihasilkan harus dapat divariasikan agar dapat menghasilkan sebuah tegangan keluaran yang konstan dari sinyal masukan memiliki amplitudo yang berbeda-beda.

II.3. Phase Locked Loop yang menghasilkan sinyal keluaran yang tersinkronisasi (lock) dengan sinyal masukan. PLL dapat diterapkan sebagai rangkaian deteksi FM, demodulator AM dan FM, deteksi FSK, frequency multiplier, dan frequency synthesizer [8].

Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah Capture Range dan

Lock Range. Capture Range ± f adalah jangkauan/range frekuensi di sekitar

frekuensi pusat saat PLL terjadi sinkronisasi. Lock range ± f adalah

jangkauan/range frekuensi di sekitar frekuensi pusat saat PLL dapat mempertahankan sinkronisasi dari sejak mulai terjadi. Secara umum lock range lebih lebar dari capture range. Jadi PLL dapat mempertahankan sinkronisasi pada jangkauan frekuensi yang lebih lebar dari jangkauan saat terjadi sinkronisasi.

Gambar 2.7. Diagram blok PLL [7].

Peran utama dalam PLL dipegang oleh phase comparator yang bertugas membandingkan fasa sinyal masukan dari VCO (Voltage Controlled Oscillator) dengan suatu signal reference dan sebagai keluarannya adalah beda fasa.

Gambar 2.7 menunjukkan diagram blok umum PLL. Sinyal masukan dapat yang menjadi masukan dari phase detector [7]. Keluaran dari phase detector diumpankan ke filter dan dikuatkan untuk mengontrol frekuensi osilator (VCO).

Keluaran VCO adalah gelombang sinus atau kotak dengan frekuensi , untuk

o ω

menjadi masukan kedua phase detector. Pada dasarnya PLL memiliki dua kegunaan utama, yaitu menghasilkan tegangan v yang mengontrol VCO dan

3 frekuensi sebagai keluaran VCO.

ω o

Gambar 2.8. Karakteristik ideal komponen loop: (a) Phase detector, (b) Low pass filter, (c) Amplifier, (d) Voltage controlled oscillator [7].Gambar 2.8 menunjukkan karakteristik sederhana untuk beberapa komponen loop. Secara sederhana fase dan frekuensi sudut dapat dirumuskan

sebagai berikut [7] :

(2.25) (2.26)

II.3.1. Operasi Phase-Locked

Gambar 2.9a menunjukkan bila kedua masukan phase detector adalah sinyal sinusoida dengan frekuensi dengan fasa sama. Sehingga beda fasa

FR ω

sama dengan nol dan tegangan v , v , v pada diagram blok Gambar 2.7 sama

dengan nol [7].

Gambar 2.9. (a) Kedua masukan memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda

fasa konstan. (b) Peningkatan frekuensi masukan menyebabkan kesalahan positif

Tegangan v menjadi masukan VCO agar keluaran tetap pada frekuensi

yang sama dengan , sehingga loop terjaga atau yang sering disebut

FR i ω ω equilibrium loop. Apabila berubah naik, maka semakin besar. i i

ω θ

- Dengan adanya beda fasa ( ), maka muncul tegangan v dan

i o

∆θ = θ θ

setelah itu, ditapis dan dikuatkan sehingga tegangan v semakin tinggi. Kecepatan

sudut akan naik mencapai yang sama dengan sehingga kedua vektor

ω o ω o ω i

berotasi pada kecepatan yang sama. Loop yang baru terjadi dan terjaga (new

equilibrium loop). Saat kondisi lock tercapai, tegangan v proposional terhadap

frekuensi VCO. Jika sama dengan maka

ω i ω o, (2.27)

II.3.2. Pendeteksi Fasa

Gambar 2.8a menunjukkan karakteristik phase detector, dengan v adalah

tegangan keluaran blok phase detector, K adalah konstanta, dan adalah fasa

p θ i θ o

dari kedua masukan blok phase detector. PLL menghasilkan keluaran v jika

sinyal masukan dan VCO terdapat beda fasa. Phase detector secara matematis dapat dinyatakan dengan [8].

(2.28)

Rangkaian ini menghasilkan tegangan keluaran proporsional dengan perbedaan fasa antara dua sinyal masukan. Pembanding fasa (phase comparator) adalah rangkaian pendeteksi perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang masukan, dan membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan koreksi dari perbedaan fasa yang terjadi [6].

Gambar 2.10. Karakteristik phase detector [7].

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

1 ∆θ sama dengan nol, maka v

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

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

∆θ digeser 180 , maka v (t) konstan di +5 volt seperti pada Gambar 2.10.

1 IC 74HC/HCT4046 merupakan IC PLL yang terdiri dari VCO dan phase

detector/phase comparator seperti yang ditunjukkan Gambar 2.11. Level

Penerima modulasi frekuensi dengan empat frequency hopping - USD Repository