TUGAS AKHIR - Pemancar modulasi amplitudo dengan 4 frequency hopping - USD Repository

  TUGAS AKHIR PEMANCAR MODULASI AMPLITUDO 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 :

YOHANES DEDEO INDRA

  NIM : 045114060

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2009

  i

  FINAL PROJECT

AMPLITUDE MODULATION TRANSMITTER WITH 4

FREQUENCY HOPPING

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

  Science and Tecnology Faculty Sanata Dharma University

YOHANES DEDEO INDRA

  NIM : 045114060

  

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

  ii

    

   

     

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

  Tugas akhir ini dipersembahkan untuk : Yesus Kristus dan Bunda Maria atas karuniaNya

Kedua orang tuaku tercinta (Agustinus Wuryanto (Alm) dan Rohana Pandiangan)

Kedua adikku tercinta (Bernat dan Wira) , Eyang putri Atas semangat, doa, serta dukungan secara moril maupun materiil Teman-temanku semua, khususnya almamaterku Teknik Elektro 2004

  Janganlah hendaknya kamu kuatir tentang apapun juga, tetapi nyatakanlah dalam segala hal keinginanmu kepada Allah dalam doa dan permohonan dengan ucapan syukur. Damai sejahtera Allah, yang melampaui segala akal, akan memelihara hati dan pikiranmu dalam Kristus Yesus. ( Filipi 4 : 6 – 7 ) vi   

   

  

INTISARI

  Teknik frequency hopping (FH) merupakan salah satu teknik spread spectrum pada sistem komunikasi. Frequency hopping mempunyai kelebihan dalam aplikasinya, meliputi kemampuan antijam, penekanan interferensi dari luar, kemampuan melawan multipath fading, dan keamanan komunikasi. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan pemancar AM dengan frequency hopping. Pemancar AM dengan frequency hopping ini terdiri tiga bagian utama yaitu

  

phase-locked loop, driver dan booster. 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, pembagi terprogram dan pengendali data masukan pembagi terprogram.

  Hasil dari penelitian ini adalah pemancar AM dengan frequency hopping yang dapat bekerja secara efektif dan dapat digunakan baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan dalam radius 5 meter. Pemancar bekerja dengan frekuensi carrier yang bergantian pada empat frekuensi yang berbeda yaitu 900 kHz, 950 kHz,1000 kHz, dan 1050 kHz.

  Kata kunci : frequency hopping, phase-locked loop, AM

  

ABSTRACT

  Frequency hopping technique is one off the spread spectrum technique in communication system. Frequency hopping have several advantages in its application, that are antijam ability, repression of interferensi from the outside, ability to combat multipath fading, and communication security. This research goal is to produce AM transmitter with frequency hopping.

  The transmitter consists of three main parts that are phase-locked loop as a carrier signal generator, driver, and booster. The main component of phase-locked loop are reference frequency generator, phase detector, low pass filter, voltage controlled oscillator, programmed divider, and programmed divider input data controller.

  The result of the research is that the AM transmitter with hopping frequency can work effectively and can be used both indoor and outdoor in the range of 5 meters. The transmitter operates at four carrier frequencies, 900 kHz, 950 kHz, 1000 kHz, and 1050 kHz.

  Keyword : frequency hopping, phase-locked loop, AM.

  

DAFTAR ISI

  Halaman Halaman Judul…………………………………………………………………….i Halaman Persetujuan..............................................................................................iii Halaman Pengesahan..............................................................................................vi Pernyataan Keaslian Karya.....................................................................................v Halaman Persembahan dan Motto Hidup..............................................................vi Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah Untuk Kepentingan Akademis...............................................................................................................vii Intisari...................................................................................................................viii Abstract..................................................................................................................ix Kata Pengantar........................................................................................................x Daftar Isi...............................................................................................................xii Daftar Gambar......................................................................................................xv Daftar Tabel.......................................................................................................xviii Daftar Lampiran..................................................................................................xix

  BAB I PENDAHULUAN.....................................................................................1

  1.1 Judul................................................................................................1

  1.2 Latar Belakang ..............................................................................1

  1.3. Batasan Masalah.............................................................................2

  1.4 Tujuan dan Mamfaat ......................................................................2

  1.5 Motodologi Penulisan.....................................................................3

  1.6 Siatematika Penulisan.....................................................................3 xii

  BAB II DASAR TEORI.......................................................................................5

  2.1 Modulasi Amplitudo ..................................................................... 5

  2.2 Blok diagram pamancar AM………………………………….......7

  2.3 Phase Locked Loop…………...…………………….......................8

  2.3.1 Operasi Phase Locked Loop..............................................10

  2.3.2 Detektor Fasa....................................................................11

  2.3.3 Voltage Controlled Oscillator...........................................12

  2.3.4 Low Pass Filter.................................................................13

  2.4 Osilator..........................................................................................14

  2.5 Frequency Hopping.......................................................................17

  2.6 Penguat Kelas A............................................................................19

  2.7 Penguat Tertala..............................................................................24

  2.7.1 Rangkaian Tala……………....…………………………...25

  2.7.2 Penguat RF yang Ditala………………..………………....26

  

BAB III PERANCANGAN ……………………….………………..…………31

  3.1 Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio AM Frequency

  Hopping………………………………………………….….…...31

  3.2 Diagram Blok Perancangan Pemancar AM

  Frequency Hopping .....................................................................32

  3.3 Rancangan Rangkaian Tiap Blok……………………….…..…..33

  3.3.1 Osilator dengan Menggunakan PLL……………………33

  3.3.1.1 Rangkaian Osilator Referensi.………………….33 xiii

  3.3.1.2 Rangkaian Detektor Fasa, Filter, dan Voltage

   Controlled Oscillator......................................... 35

  3.3.1.3 Rangkaian Pembagi Terprogram..........................37

  3.4 Rangkaian Driver……………………........................................40

  3.5 Rangkaian Booster.......................................................................43

  3.6 Modulator AM………………………………………………….43

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan…………………………….47

  4.2 Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan………………………48

  4.2.1 Pengujian Transmisi Pemancar…………………………..48

  4.2.2 Pengujian Saat Hopping……............................................52

  4.3 Pengujian Setiap Blok…………………………………………...54

  4.3.1 Frekuensi Pembagi 10 kHz……………………………….54

  4.3.2 Frekuensi Referensi 1 kHz………………………………..55

  4.3.3 Voltage Controlled Oscillator……………………………56

  4.3.4 Pembagi Terprogram……………………………………..58

  4.3.5 Driver dan Booster……………………………………….60

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan………………………………………………………63

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

  

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................64

LAMPIRAN .....................................................................................................L

  xiv

  DAFTAR GAMBAR

  16 Gambar 2.13 Teknik frequency hopping...........................................……… 17

  28 Gambar 2.22 Rangkaian ekivalen hybrid- π untuk BJT.. ……...............

  27 Gambar 2.21 Grafik Ic-hfe transistor 2N2222A ……………………….

  26 Gambar 2.20 Rangkaian Penguat Common Emitter (CE) Tertala...........

  25 Gambar 2.19 Rangkaian tertala paralel..……………………………….

  23 Gambar 2.18 Rangkaian tertala seri ………………….……..………...

  21 Gambar 2.17 Rangkaian Ekivalen AC…………………………………….

  20 Gambar 2.16 Rangkaian Penguat Kelas A………………………………...

Gambar 2.14 Interferensi pada transmisi frequency hopping....................... 19 Gambar 2.15 Garis beban AC dan DC penguat kelas A…………………..

  15 Gambar 2.12 Pemodelan amplifier untuk kondisi sinyal kecil.............……

  Halaman Gambar 2.1 Bentuk gelombang carrier …….…………............................

  14 Gambar 2.11 Diagram blok osilator.............................................................

  13 Gambar 2.9 Tanggapan frekuensi low pass filter (LPF).………………… 14 Gambar 2.10 Low pass filter (LPF) pasif RC........................................…..

  11 Gambar 2.8 Karakteristik VCO........…………………………………….

  9 Gambar 2.6 Operasi phase-locked loop…………………………………. 10 Gambar 2.7 Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda.……………......

  7 Gambar 2.5 Diagram blok umum PLL.....................…………………….

  7 Gambar 2.4 Diagram blok sistem pemancar AM.......……………………

  6 Gambar 2.3 Bentuk gelombang termodulasi..............................................

  6 Gambar 2.2 Bentuk gelombang pemodulasi …………………………….

  28 xv

Gambar 3.1 Blok diagram umum sistem komunikasi radio AM FH …….

  46 Gambar 4.1 Blok Pemancar AM Hopping……………………………….. 47 Gambar 4.2 Pengujian Transmisi Pemancar……………………………..

  52 Gambar 4.11 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 1050 kHz….

  51 Gambar 4.10 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 1000 kHz….

  51 Gambar 4.9 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 950 kHz…...

  50 Gambar 4.8 Spektrum Frekuensi dengan Frekuensi Carrier 900 kHz…...

  50 Gambar 4.7 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 1050 kHz.

  50 Gambar 4.6 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 1000 kHz.

  50 Gambar 4.5 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 950 kHz..

  49 Gambar 4.4 Modulasi Amplitudo dengan Gelombang Carrier 900 kHz..

  49 Gambar 4.3 Sinyal Informasi 1 kHz yang dikirim……………………….

  46 Gambar 3.13 Rangkaian Modulator.............................................................

  31 Gambar 3.2 Diagram blok pemancar AM FH.………................................

  43 Gambar 3.12 Rangkaian penguat tertala RF................................................

  39 Gambar 3.11 Rangkaian Driver……………………………………………

  38 Gambar 3.10 Rangkaian lengkap pembagi terprogram……………………

  38 Gambar 3.9 Diagram blok IC TC9122P ………….…………………….

  37 Gambar 3.8 IC TC9122P.………..............................................................

  36 Gambar 3.7 Rangkaian Detektor Fasa dan VCO dengan IC4046..............

  35 Gambar 3.6 Blok diagram IC CD4046..............…………………............

  34 Gambar 3.5 Rangkaian pembangkit frekuensi referensi 1kHz...................

  34 Gambar 3.4 Tampak atas IC pembagi 10 74LS90………………………..

  32 Gambar 3.3 Tampak atas IC pembagi 1.000 CD4060B ………….……...

  52 xvi

Gambar 4.12 Pengujian kestabilan Pemancar saat hopping …………….

  53 Gambar 4.13 Gelombang keluaran IC 4060 Frekuensi pembagi 10 kHz..

  54 Gambar 4.14 Gelombang keluaran IC 74LS90 frekuensi referensi 1 kHz..

  55 Gambar 4.15 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 900 kHz………………..

  56 Gambar 4.16 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 950 kHz ……………….

  56 Gambar 4.17 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 1000 kHz ……………...

  57 Gambar 4.18 Sinyal keluaran Rangkaian VCO 1500 kHz ……………...

  57 Gambar 4.19 Sinyal keluaran pembagi terprogram …………………….

  59 Gambar 4.20 Grafik perbandingan frekuensi dengan penguatan rangkaian

  booster…………………………………………………….. 61

  xvii

  

DAFTAR TABEL

  Halaman Tabel 3.1 Pembagian frekuensi dalam bentuk BCD..................................

  39 Tabel 4.1. Keterangan dan fungsi umum blok – blok rangkaian pemancar AM……………………………………………………………..

  48 Tabel 4.2. Data Pengamatan kestabilan Frekuensi Hopping........................

  53 Tabel 4.3. Galat Frekuensi Carrier pada Rangkaian VCO..........................

  58 Tabel 4.4. Penguatan Tegangan (Av) masing - masing Frequency Hopping dengan perubahan amplitudo masukan dengan frekuensi tetap (1 kHz)........................................................................................

  60 Tabel 4.5. Jarak Pancar Maksimum masing-masing Sinyal termodulasi pada Pemancar AM………………………………………………….

  61

DAFTAR LAMPIRAN

  Rangkaian lengkap pemancar AM dengan 4 frequency hopping……… L1

  

Datasheet CD4060B …………………………………………………… L2

Datasheet SN74LS90………………………………………………….. L3

Datasheet CD4046……………………………………………………… L4

Datasheet TC9122P ……………………………………………............. L5

Datasheet 2SC2026…………………………………………………….. L6

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Judul

  Pemancar Modulasi Amplitudo dengan 4 Frequency Hopping (Amplitude Modulation Transmitter with 4 Frequency Hopping).

  1.2 Latar Belakang

  Beberapa tahun terakhir, perkembangan sistem komunikasi berbasis

  

spread spectrum sangat pesat [1]. Sistem komunikasi dengan teknik spread

spectrum mempunyai kelebihan dalam aplikasinya, meliputi kemampuan antijam,

  penekanan interferensi dari luar, kemampuan melawan multipath fading, dan keamanan komunikasi.

  Pada teknik spread spectrum, lebar bidang transmisi yang digunakan jauh lebih besar dari pada bandwidth minimum yang dibutuhkan untuk mentrasmisikan informasi. Salah satu teknik spread spectrum adalah Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).

  Frequency hopping merupakan perpindahan atau lompatan dari satu

  frekuensi yang satu ke frekuensi yang lain dalam satu pita frekuensi. Frekuensi- frekuensi yang berada dalam satu bandwidth akan menempati frekuensi-frekuensi tersebut secara acak ataupun yang telah ditentukan sebelumnya secara otomatis per satuan detik [2]. Teknik frequency hopping sangat bagus digunakan dalam sistem komunikasi wireless seperti pada sistem komunikasi radio AM broadcast.

  2

  Bandwidth yang padat karena semakin banyak stasiun radio AM yang beroperasi sehingga beresiko muncul permasalahan-permasalahan diatas.

  Penelitian sebelumnya telah menghasilkan sistem komunikasi AM

  

broadcast yang hanya menggunakan dua frekuensi carrier dan tidak ada

  sinkronisasi antara pemancar dan penerima. Oleh karena itu penulis mengembangkan suatu perangkat pemancar AM dengan empat frequency hopping yang tersinkronisasi dengan penerima. Pengembangan ini dilakukan agar diperoleh mamfaat yang lebih efektif dalam mengatasi resiko masalah.

1.3 Batasan Masalah

  Perangkat pemancar AM dengan frequency hopping yang dibuat memiliki spesifikasi sebagai berikut:

  1. Menggunakan frekuensi carrier 900 kHz, 950 kHz, 1000 kHz, dan 1050 kHz.

  2. Periode perpindahan tiap frekuensi carrier (frequency hopping period) yang terjadi sebesar 0,25 detik.

1.4 Tujuan dan Manfaat

  Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitan ini adalah merancang dan membuat suatu perangkat pemancar AM dengan frequency hopping. Penelitian ini dapat menjadi bahan pertimbangan bagi pembaca dalam memanfaatkan teknologi komunikasi serta sebagai referensi yang dapat mendukung penelitian selanjutnya yang berkaitan dengan komunikasi termodulasi amplitudo dan frequency hopping.

  3

1.5 Metodologi Penelitian

  Penyusunan Tugas Akhir ini dilakukan beberapa metodologi penelitian yang terdiri dari :

  1. Studi pustaka dengan mengumpulkan dan mempelajari berbagai informasi, baik dari buku, makalah maupun internet mengenai hal-hal yang berkaitan dengan pemancar AM dan frequency hopping.

  2. Merealisasikan pengetahuan yang diperoleh dalam bentuk perancangan dan pembuatan hardware.

  3. Melakukan pengujian terhadap hasil perancangan agar dapat diketahui hasil secara realistis. Pengujian dilakukan dengan menggunakan penerima AM dengan 4 frekuensi hopping. Sinyal keluaran dari pemancar akan disinkronisasi oleh sebuah perangkat sinkronisasi. Penerima harus bisa menerima sinyal yang telah disinkronisasi pada empat frekuensi berbeda secara bergantian. Jika pada pengujiannya tidak terdapat penerima, maka menggunakan empat contoh frekuensi radio broadcast yang sama.

  4. Menganalisis hasil pengujian dan membandingkan dengan teori yang ada.

  5. Mengambil kesimpulan terhadap perancangan dan pengujian yang telah dilakukan.

1.6 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah:

BAB I PENDAHULUAN

  4

Bab ini berisi judul, latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II DASAR TEORI Bab ini berisi dasar teori yang berhubungan dengan pemancar AM dan frequency hopping. BAB III PERANCANGAN Bab ini berisi penjelaskan tentang alur perancangan pemancar AM dengan frequency hopping. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi data hasil pengujian alat dan analisa pembahasan dari hasil penelitian. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian.

BAB II DASAR TEORI Pemancar AM (Amplitude Modulation) merupakan alat yang digunakan

  untuk memancarkan sinyal yang telah dimodulasi amplitudo. Penulis mencoba untuk menerapkan teknik frequency hopping dalam pemancar AM ini. Frequency

  

hopping diterapkan dengan mengubah-ubah frekuensi carrier secara periodis yang

  diatur dengan urutan tertentu. Pengaturan perubahan frekuensi carrier menggunakan PLL (phase locked loop). PLL memberi kemudahan dalam mengatur frekuensi carrier secara periodis.

2.1 Modulasi Amplitudo

  Modulasi adalah proses penumpangan sinyal-sinyal informasi yang berfrekuensi rendah pada sinyal pembawa (carrier) [3]. Modulasi amplitudo merupakan salah satu jenis modulasi yang mengubah amplitudo sinyal carrier dengan frekuensi tetap. Dalam modulasi amplitudo, suatu tegangan yang sebanding dengan sinyal modulasi ditambahkan kepada amplitudo sinyal carrier.

  Sinyal carrier dinyatakan dengan [3]

  ( ) ( ) e t = E cos t + c c max ω c φ c

  (2.1)

  5

  6 dengan

  E merupakan amplitudo sinyal carrier, adalah frekuensi sudut c max ω c carrier, dan

  adalah fasa carrier. Bentuk gelombang pembawa ditunjukkan

  φ c pada Gambar 2.1.

  Sedangkan sinyal pemodulasi dinyatakan dengan

  ( ) ( ) e t = E cos t + m m max ω m φ m (2.2)

  dengan

  E merupakan amplitudo sinyal pemodulasi, adalah frekuensi m m max

  ω

  sudut pemodulasi, dan adalah fasa pemodulasi. Bentuk gelombang pemodulasi

  m φ ditunjukkan pada Gambar 2.2.

  Proses modulasi menghasilkan sinyal termodulasi yang dinyatakan dengan =

  e t E t t + ( ) [ ] ( ) (2.3)

  ω φ c max e+ ( ) cos m Bentuk gelombang termodulasi ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.1 Bentuk Gelombang Carrier [3]Gambar 2.2 Bentuk Gelombang Pemodulasi [3]

  7

Gambar 2.3 Bentuk Gelombang Termodulasi [3]

  2.2 Blok diagram pemancar AM Bentuk dasar pemancar AM ditunjukkan pada Gambar 2.4.

  Osilator Driver Booster Modula tor

Gambar 2.4 Diagram Blok Sistem Pemancar AM [3]

  Keterangan dari setiap blok sistem adalah sebagai berikut [3]:

  1. Osilator digunakan sebagai penghasil sinyal carrier yang akan dimodulasi oleh sinyal informasi.

  2. Driver berfungsi untuk menguatkan tegangan karena amplitudo sinyal keluaran osilator masih kecil.

  3. Booster berfungsi sebagai penguat akhir untuk menguatkan daya sinyal termodulasi ke antena.

  8

  4. Modulator adalah pengubah parameter sinyal carrier agar informasi yang akan ditumpangkan pada sinyal carrier lewat sebuah trafo modulator mempunyai daya yang cukup. Modulator AM digunakan sebagai alat untuk memodulasi sinyal informasi dengan sinyal dari osilator, sehingga menghasilkan gelombang termodulasi.

5. Antena pemancar digunakan untuk memancarkan sinyal termodulasi yang berupa sinyal elektromagnetik.

2.3 Phase Locked Loop

  Phase Locked Loop (PLL) adalah suatu sistem dengan sinyal umpan balik

  yang digunakan untuk menghasilkan fasa sinyal keluaran yang tersinkronisasi (lock) dengan fasa sinyal masukan[4]. Bentuk sinyal masukan bisa berupa sinyal sinus atau digital. PLL dapat digunakan sebagai filter, sintesa frekuensi, kontrol kecepatan motor, modulasi-demodulasi dan beragam aplikasi lain. Kemampuan

  

self-correcting membuat PLL mampu untuk melacak perubahan frekuensi dari

sinyal masukan.

  Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah Capture Range dan

  

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

C

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

  L

  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

  9 jangkauan frekuensi yang lebih lebar dari jangkauan saat terjadi sinkronisasi. Diagram blok PLL terlihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Diagram Blok Umum PLL [5]

  Sinyal masukan dapat berupa gelombang sinus atau kotak yang memiliki frekuensi radian dan fasa . Keluaran dari phase detector diumpankan ke filter

  i i ω θ

  dan dikuatkan untuk mengontrol frekuensi osilator (VCO). Keluaran VCO adalah gelombang sinus atau kotak dengan frekuensi dan menjadi masukan kedua

  o ω

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

  menghasilkan tegangan V yang mengontrol VCO dan frekuensi sebagai

  3 o ω

  masukan VCO. Secara sederhana fasa dan frekuensi sudut dapat dirumuskan dengan [5]

  

d

θ i

  = (2.4)

  ω i dt d

  θ o

  =

  (2.5) ω o dt

  10

2.3.1 Operasi Phase Locked Loop

  Gambar 2.6a menunjukkan jika kedua masukan detektor fasa adalah sinyal sinusoida dengan frekuensi dengan fasa sama, maka beda fasa akan sama

  FR ω dengan nol dan tegangan v , v , v pada Gambar 2.5. juga sama dengan nol.

  1

  2

  3 Tegangan v menjadi masukan VCO agar keluaran tetap pada frekuensi yang

  3 FR ω sama dengan , sehingga loop terjaga atau yang sering disebut equilibrium loop. i

  ω

  Jika frekuensi naik maka berubah naik dan semakin besar, sehingga

  i i i ω θ θ dengan yang menyebabkan terjadi bada fasa seperti pada Gambar 2.6 b [5]. o

  θ

Gambar 2.6 (a) Kedua masukan memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda fasa konstan. (b) Peningkatan frekuensi masukan menyebabkan kesalahan positif fasa

  

∆θ [5]

  Dengan adanya beda fasa (

  1 yang ditapis dan ∆θ), maka muncul tegangan v

  dikuatkan sehingga tegangan v

  3 semakin tinggi. Kecepatan sudut o akan naik ω

  mencapai o yang sama dengan i , sehingga kedua vektor berotasi pada

  ω ω kecepatan yang sama. Loop yang baru terjadi dan terjaga (new equilibrium loop).

  11 Saat kondisi lock tercapai, tegangan v proposional terhadap frekuensi VCO. Jika

  3

  sama dengan maka

  ω i ω o, ω i − ω FR

  (2.6) v =

  3 k o dengan FR adalah kecepatan radian frekuensi running, k o adalah konstanta.

  ω

2.3.2 Detektor Fasa

  Detektor fasa 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 2.7 menunjukkan ada perbedaan fasa pada dua gelombang sinus f 1 sebagai sinyal referensi dan f 2 sebagai sinyal dari VCO dengan perbedaan sudut sebesar sudut (phase error).

  θ e

Gambar 2.7 Dua Gelombang Sinus dengan Fasa berbeda [6]

  Sinyal referensi pembanding fasa dianggap gelombang sinus, dengan persamaan ]

  )( sin[ ( )

  u t = U t + t

  1 1 n

  1 ω θ

   (2.7)

  12 dengan sudut fasa merupakan bagian dari fungsi waktu (t) dan dianggap = 0

  1

  1 θ

  θ

  untuk t < 0. Sedangkan pada t =

  

1 ∆

  ≥ 0 nilai θ φ

  (t) (t) = (2.8) θ 1 ∆ u φ

  dengan u ( ) t adalah fungsi unit step. Fungsi merupakan bagian dari modulasi fasa (modulasi berbeda), sedang untuk perubahan frekuensi (frekuensi dan fasa berbeda) yaitu pada modulasi frekuensi, maka persamaan sinyal referensi menjadi

  ( ) u sin( t + t ) = U sin t +

  1 = U 1 o 1 o

  1

ω ω θ

ω

  ∆

   (2.9)

  Sudut fasa dapat ditulis sebagai

  θ

  1 ( t ) =

  θ ∆ t ω (2.10)

1 Sinyal yang akan dibandingkan ( f 2 ), yaitu sinyal dari osilator VCO,

  adalah sinyal keluaran dengan persamaan

  t u t [ ( ) ] (2.11) ( )

• 2

  2

  = U cos t θ

  2 ω o

  Jika pembanding fasa digunakan pada sistem PLL linier dan bekerja pada

  π

  frekuensi tengahnya, maka terdapat beda fasa sebesar antara sinyal 2 90

  ( ) o

  referensi dengan sinyal keluaran. Jika dua sinyal adalah sinyal fungsi sinus dan fungsi kosinus, maka beda fasa = menjadi bernilai 0.

  e

  1

  

2

θ θ − θ

2.3.3 Voltage Controlled Oscillator

  Voltage controlled oscillator (VCO) adalah suatu osilator elektronik yang frekuensi keluarannya diatur oleh suatu tegangan masukan DC yang diberikan[4].

  Pada saat tegangan masukan pada VCO sama dengan nol, VCO akan menghasilkan frekuensi free running pada nilai frekuensi (fo). Pada saat tegangan

  13 yang masuk ke dalam VCO bernilai positif, frekuensi VCO akan lebih besar dari pada fo. Saat tegangan yang masuk ke dalam VCO bernilai negatif, maka frekuensi VCO akan bernilai lebih kecil daripada fo. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Karakteristik VCO [14]

2.3.4 Low Pass Filter

  Filter adalah rangkaian yang menghasilkan karakteristik tanggapan

  frekuensi yang telah ditentukan dengan tujuan melewatkan rentang frekuensi tertentu dan menekan/menolak rentang frekuensi yang lain[7]. Sedangkan low

  

pass filter (LPF) adalah filter yang mampu melewatkan frekuensi rendah saja.

  Penapisan diperlukan agar tegangan kendali pada VCO berupa tegangan dc murni. Untuk itu diperlukan filter pelewat rendah. Filter pelewat rendah ini dapat dibangun dengan kombinasi resistor dan kapasitor. Tanggapan frekuensi untuk

  low pass filter (LPF) dapat dilihat pada Gambar 2.9 Gambar

  2.10 memperlihatkan low pass filter (LPF) pasif RC.

  14

Gambar 2.9 Tanggapan Frekuensi Low Pass Filter (LPF)

  R1 C1

  output input

Gambar 2.10 Low Pass Filter (LPF) Pasif RC

  Frekuensi cut off filter (f c ) dihitung menggunakan persamaan (2.12) dengan fc adalah frekuensi cut off filter, R

  1 adalah resistor filter dan C 1 adalah kapasitor filter.

  1

  (2.12)

  =

  f c

  2 R

  1 π

  1 C

2.4 Osilator

  Rangkaian osilator merupakan rangkaian yang dapat membangkitkan gelombang sendiri. Pada dasarnya osilasi dapat dibangkitkan dengan adanya umpan balik untuk berosilasi dan adanya pembangkitan sendiri (self-excitation). Osilator juga dapat dimodelkan sebagai amplifier berumpan balik positif. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2.11[3]. Setiap gangguan kecil pada masukan terhadap

  amplifier akan diperkuat dan sebagian sinyal yang diperkuat diumpanbalikkan

  15 kepada masukan. Jika sinyal umpan balik mempunyai amplitudo yang cukup dan fasanya tepat, maka proses dapat menghasilkan pembentukan suatu sinyal yang menopang sendiri atau osilasi.

  Pada Gambar 2.11 masukan dikalikan penguatan depan A untuk memberikan keluaran . Keluaran dari B diumpan balikan untuk memberikan masukan . Jadi, AB = atau AB=1 adalah kondisi yang diperlukan untuk menopang osilasi. Hal ini dikenal sebagai kriteria Barkausen.

Gambar 2.11 Diagram Blok Osilator [3]

  Dalam praktek, biasanya penguatan A tidak bergantung pada frekuensi dan mendapatkan suatu pergeseran fasa 180°. Dalam kondisi close-loop, besarnya A harus sama dengan besarnya 1/B agar dapat mempertahankan osilasi. Jaringan umpan balik B terdiri atas komponen pasif yang merupakan elemen penentu frekuensi dan memberikan pergeseran fasa 180°, sehingga total pergeseran fasa saat close-loop menjadi 360°.

  Analisis sinyal kecil pada umumnya digunakan untuk memantapkan kondisi start bagi osilasi dan frekuensi saat osilasi itu terjadi. Analisis sinyal kecil memanfaatkan konsep impedansi dan admitansi yang ditetapkan untuk bentuk gelombang sinusoidal sehingga menghasilkan frekuensi osilasi sinusoidal. Osilasi

  16 akan melewati tahapan transient dari keadaan awal permulaan hingga keadaan

  

steady akhir. Dalam steady state akhir, transistor biasanya bekerja dalam kondisi

  sinyal besar, sehingga parameter sinyal kecil tidak berpengaruh. Sinyal kecil menghasilkan kondisi minimum yang diperlukan agar osilasi dapat dipertahankan dan menunjukkan ketergantungan frekuensi pada parameter rangkaian.

  Rangkaian umpan balik harus dalam kondisi close-loop sehingga persamaan Barkhausen AB=1 selalu berlaku. Jaringan umpan baliknya merupakan suatu rangkaian pasif, oleh karena itu amplifier gain harus berubah secara otomatis untuk mempertahankan A=1/B seiring dengan meningkatnya osilasi sampai kepada kondisi steady state.

Gambar 2.12 (a) Rangkaian amplifier sinyal kecil ekivalen dengan generator arus bergantung tegangan dan (b) Generator tegangan bergantung

  tegangan [3] Gambar 2.12(a) menunjukkan pemodelan amplifier untuk kondisi sinyal kecil yang didasarkan pada model hybrid-

  π sinyal sinyal kecil. Impedansi masukan merupakan impedansi masukan transistor yang peralel dengan komponen bias masukan. Impedansi keluaran adalah impedansi keluaran

  17 transistor yang paralel dengan komponen bias keluaran. Impedansi umpan balik adalah yang ada di dalam amplifier seiring dengan yang diberikan oleh jaringan umpan balik eksternal B. Gambar 2.12(b) diperoleh dari Gambar 2.12(a) dengan mengubah sumber arus Norton menjadi sumber tegangan ekivalen

  Thevenin.

2.5 Frequency Hopping

  Frequency hopping (FH) atau lompatan frekuensi adalah perubahan frekuensi sinyal pembawa secara periodis yang diatur oleh algoritma tertentu.

  Frekuensi ini akan membawa informasi selama periode tertentu dan berpindah ke frekuensi yang lain , begitu seterusnya seperti diperlihatkan Gambar 2.13[9].

Gambar 2.13 Teknik Frequency Hopping [9]

  Anak panah pada Gambar 2.13 menunjukkan urutan lompatan (hop) frekuensi f

  1 Æf 4 Æf 2 Æf 1 , demikian secara berulang-ulang[9]. Perpindahan frekuensi terjadi beberapa ratus sampai beberapa ribu kali dalam satu detik.

  18 Stasiun penerima juga harus melakukan perpindahan frekuensi dengan lompatan yang sama supaya informasi yang dikirimkan dapat diperoleh kembali.

  Frequency hopping (FH) merupakan salah satu dari teknik spektrum

  tersebar (spread spectrum). Bandwidth yang digunakan jauh lebih lebar dari

  

bandwidth minimum yang diperlukan untuk mengirimkan informasi yang sama

jika menggunakan frekuensi pembawa tunggal.

  Pemancar FH hanya dapat mengirimkan data pada setiap frekuensi dalam jumlah yang sangat terbatas, karena perioda antar lompatan frekuensi sangat singkat (400µs – 577 µs) berbeda untuk setiap sistem komunikasi digital. Perioda antar lompatan ini disebut chip atau time slot.

  Lompatan dari satu frekuensi ke frekuensi yang lain diatur secara berurutan atau secara acak dengan menggunakan sandi pseudorandom. Sandi

  

pseudorandom adalah sandi acak yang mempunyai deretan sandi yang akan

  terulang secara periodis dalam perioda yang cukup lama. Dengan mengacak pola lompatan, sinyal pengganggu (interfering signal) diharapkan dapat dihindari. Jika interferensi muncul dan mengganggu salah satu kanal berfrekuensi, misal f

  2 , maka

  sinyal pembawa akan selalu mengalami gangguan tetapi hanya saat berada pada frekuensi f

  2 . Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.14.

  19