Penerima AM dengan empat frequency hopping tersinkronisasi - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

PENERIMA AM DENGAN

EMPAT FREQUENCY HOPPING TERSINKRONISASI

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 MAYOLIS

NIM : 045114065

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  

FINAL PROJECT

AM RECEIVER WITH FOUR FREQUENCIES HOPPING

SYNCHRONIZED

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  

In Science and Technology Faculty

By:

Name : Yohanes Mayolis

  

Student Number : 045114065

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2009

  Tugas akhir ini dipersembahkan untuk : Yesus Kristus atas karuniaNya

Orang tuaku tercinta (almarhum bapak Yakobus Porang dan Alex kein

serta ibu Petrosa Dua Ate), Kedua kakakku (Edwin dan Tenzo), yang

terkasih bapak Alex Kein, dan Epha yang selalu memberikan semangat,

dorongan, dan doa.

  Jangan hanya memimpikan hidup, tetapi berusahalah untuk menghidupkan mimpi.

  

PENERIMA AM DENGAN EMPAT FREQUENCY HOPPING

TERSINKRONISASI

  

INTISARI

  Teknik frequency hopping merupakan teknik yang memodulasi sinyal informasi dengan frekuensi yang lompat-lompat. Frekuensi yang berubah-ubah ini dipilih oleh kode tertentu yang disebut spreading code. Kode ini dibangkitkan oleh rangkaian pembangkit PN (Psedeu Noise) sebagai pengendali frekuensi keluaran. Proses penebaran spektral pada frequency hopping dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi pembawa secara periodik. Teknik ini dapat digunakan untuk mengatasi interferensi dan multipath fading yang dapat menurunkan kualitas layanan. Tujuan penelitian ini adalah membuat penerima AM dengan frequency hopping.

  Penerima AM dengan frequency hopping memiliki dua blok utama yaitu, blok PLL (Phase Lock Loop) dan blok penerima. Blok penerima terdiri dari RF amplifier,

  

mixer , IF amplifier, detektor, filter, dan penguat audio. Sedangkan blok PLL terdiri

  dari osilator referensi, VCO, phase comparator, dan pembagi terprogram. Proses hopping sendiri terjadi pada blok PLL.

  Penerima AM yang dibuat dapat menerima frekuensi carrier 900kHz, 950kHz, 1000kHz dan 1050kHz. Proses penerimaan sinyal belum dapat disinkronisasi karena perangkat pesinkronisasi antara pemancar dengan penerima masih dalam tahap pengerjaan. Penerima AM dapat menerima sinyal informasi dengan frekuensi carrier yang berbeda, namun belum bekerja secara baik yakni semua output frekuensi carrier dapat menerima sinyal informasi yang dikirim pada satu frekuensi carrier yang ditala.

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

  

AM RECEIVER WITH FOUR FREQUENCIES HOPPING SYNCHRONIZED

ABSTRACT

  Frequency hopping is a technique to modulate information signal with the hopping of carrier frequency. The carrier frequency are chosen by the certain code which called spreading code. This code is build by PN (Psedeu Noise) sequence generation an output frequency controller. The process of spectrum spreading in frequency hopping is done by changing frequency carrier periodically. This technique can be used to solve interference and multipath fading that can decrease service quality. The aim of this research is to build an AM receiver using frequency hopping.

  AM receiver with frequency hopping has two main blocks; there are PLL (Phase Lock Loop) block and receiver block. Receiver block consist of RF Amplifier, mixer, IF Amplifier, detector, filter, and audio amplifier. PLL block consist of reference frequency oscillator, VCO, phase comparator, programmable divider, and timer. The hopping process happened on PLL block.

  AM receiver with frequency hopping that has been made capable to receive frequency carrier of 900kHz, 950kHz, 1,000kHz and 1,050kHz. The process receiving signal cannot be synchronized yet because the synchronization circuit between transmitter and receiver is in finishing process. AM receiver can receive information signal from different carrier frequencies, but it is does not work yet appropriatcly so all of output frequency carrier can receive information signal that is sent to a frequency carrier which is tuned.

  Keywords: frequency hopping, phase locked loop, AM

  

DAFTAR ISI

Halaman Judul.......................................................................................................

  4

  1

  1

  2

  3

  3

  3

  6

  I iii iv v vi vii viii ix x xii xv xvii

  6

  6

  8

  8

  9

  12

  13

  1

  2.1.2.5 Detektor ...............................................................

  Lembar Pengesahan oleh Pembimbing................................................................. Lembar Pengesahan oleh Penguji………………………………………………. Lembar Pernyataan Keaslian Karya Ilmiah…………………………………….. Halaman Persembahan dan moto hidup................................................................ Lembar Publikasi Karya Ilmiah………………………………………………… Intisari…………………………………………………………………………...

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

  Abstract………………………………………………………………………… Kata Pengantar...................................................................................................... Daftar Isi .............................................................................................................. Daftar Gambar....................................................................................................... Daftar Tabel .........................................................................................................

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

  1.1 Judul ..................................................................................................

  1.2 Latar Belakang Masalah ....................................................................

  1.3 Tujuan.................................................................................................

  1.4 Manfaat .............................................................................................

  1.6 Metodologi Penulisan……………………………………………… 1.7 Sistematika Penulisan .......................................................................

  2.1.2.4 IF Amplifier..........................................................

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

  2.1 Penerima AM ....................................................................................

  2.1.1 Modulasi Amplitudo........................................................

  2.1.2 Penerima AM...................................................................

  2.1.2.1 Antena .................................................................

  2.1.2.2 RF Amplifier .......................................................

  2.1.2.3 Mixer.....................................................................

  14

  2.1.2.8 Osilator Lokal …………………………………..

  17 2.1.2.9 Speaker ………………………………………….

  18 2.2 Phase Locked Loop (PLL)..................................................................

  18

  2.2.1 Pembanding Fasa ……….………………………………

  20 2.2.2 (VCO) ..............................

  22 Voltage Controlled Oscillator 2.3 Frequency Hopping ............................................................................

  23 BAB III PERANCANGAN .................................................................................

  26 3.1 Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio Penerima AM FH.............

  26 3.2 Diagram Blok Rangkaian....................................................................

  27 3.3 Rancangan Rangkaian Tiap Blok .......................................................

  28 3.3.1 RF Amplifier ........................................................................

  28 3.3.2 Mixer, IF Amplifier, dan Detektor.......................................

  30 3.3.3 Filter …………………………………………………….....

  31 3.3.4 Audio Amplifier …………………………………………...

  34 3.3.5 Phase Locked Loop (PLL) ………………………………...

  34 3.3.5.1 Rangkaian Osilator Referensi …………………..

  35

  3.3.5.2 VCO dan Phase Comparator ………..…………

  36

  3.3.53 Pembagi Terprogram (programmable divider)…

  37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………….

  39

  4.1 Perangkat Hasil Penelitian…………………………………………

  39 4.2 Pengujian Perangkat Secara Keseluruhan………………………….

  41 4.2.1 pengujian penerima AM………………………………….

  41 4.2.2 Pengujian Tiap Blok……………………………………...

  46 4.2.2.1 RF Amplifier………………………………….

  46 4.2.2.2 Filter………………………………………….

  49 4.2.2.3 Osilator Refrensi……………………………..

  50

  4.2.2.4 Pembagi Terprogram…………………………

  51

  4.2.2.5 VCO dan Phase Comparator…………………

  52 BAB V PENUTUP…………………………………………………………...

  54 5.1 Kesimpulan………………………………………………………..

  54

  5.2 Saran………………………………………………………………

  54

  DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 2.1. Bentuk gelombang carrier

  7 Gambar 2.2. Bentuk gelombang pemodulasi

  7 Gambar 2.3. Bentuk gelombang termodulasi

  7 Gambar 2.4. Diagram blok penerima AM

  8 Gambar 2.5. Rangkaian tertala seri

  9 Gambar 2.6. Rangkaian tertala paralel

  10 Gambar 2.7. Rangkaian RF amplifier

  11 Gambar 2.8. Rangkaian model hybrid dari penguat tertala

  11 Gambar 2.9. Proses mixer

  13 Gambar 2.10. Rangkaian detektor AM

  14 Gambar 2.11. Proses pada detektor AM

  14 Gambar 2.12. Karakteristik ideal Low Pass Filter

  15 Gambar 2.13. Karakteristik praktis LPF

  15 Gambar 2.14. Skematik blok osilator

  18 Gambar 2.15. Diagram blok PLL

  19 Gambar 2.16. Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda

  20 Gambar 2.17. Karakteristik Phase Comparator

  22 Gambar 2.18. Karakteristik VCO

  23 Gambar 2.19. Teknik Frequency Hopping

  24

Gambar 3.1 Blok Diagram Umum Sistem Komunikasi Radio AM FH

  38

  30

  31

  33

  34

  35

  35

  36

  36

  37

  39

  27

  41

  41

  42

  42

  42

  43

  43

  44

  44

  28

  26

Gambar 3.2 Blok Diagram Penerima AM Frequency HoppingGambar 3.12 Tampak Atas IC TC9122PGambar 3.3 Penguat Tertala OutputGambar 3.4 IC ZN414 Dengan Rangkaian EksternalGambar 3.5 Filter AktifGambar 3.6 Tanggapan Frekuensi LPFGambar 3.7 Rangkaian Penguat DayaGambar 3.8 Tampak Atas IC Pembagi 1000 CD4060BGambar 3.9 Tampak Atas IC Pembagi 10 74LS90Gambar 3.10 Rangkaian Pembangkit Frekuensi Refrensi 1kHzGambar 3.11 Rangkaian VCO Dan Phase Comparator dengan CD4046Gambar 3.13 Diagram Blok IC TC9122PGambar 4.11 Audio 3kHz Dengan Frekuensi Carrier 900kHzGambar 4.1 Tampak Atas Perangkat Penerima AMGambar 4.2 Model Sistem Pengujian Penerima AMGambar 4.3 Input Frekuensi 900kHzGambar 4.4 Input Frekuensi 950kHzGambar 4.5 Input Frekuensi 1000kHzGambar 4.6 Input Frekuensi 1050kHzGambar 4.7 Spektrum Frekuensi Carrier 900kHzGambar 4.8 Spektrum Frekuensi Carrier 950kHzGambar 4.9 Spektrum Frekuensi Carrier 1000kHzGambar 4.10 Spektrum Frekuensi Carrier 1050kHz

  45

Gambar 4.13 Audio 3kHz Dengan Frekuensi Carrier 1000kHz

  46

  53

  53

  52

  51

  50

  48

  48

  47

  47

  45

Gambar 4.14 Audio 3kHz Dengan Frekuensi Carrier 1050kHzGambar 4.24 Output Frekuensi VCO 1050kHzGambar 4.23 Output Frekuensi VCO 1000kHzGambar 4.22 Output Frekuensi VCO 950kHzGambar 4.21 Output Frekuensi VCO 900kHzGambar 4.20 Sinyal Output Pembagi TerprogramGambar 4.19 Output Osilator RefrensiGambar 4.18 Spektrum Frekuensi Output RF Amp Saat Input 1050kHzGambar 4.17 Spektrum Frekuensi Output RF amp Saat Input 1000kHzGambar 4.16 Spektrum Frekuensi Output RF Amp Saat input 950kHzGambar 4.15 Spektrum Frekuensi Output RF Amp Saat Input 900kHz

  53

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Nilai kapasitor untuk rangkaian LPFTabel 3.1 Pembagian Frekuensi Dalam Bentuk BCDTabel 4.1 Keterangan Blok Rangkaina Penerima AMTabel 4.2 Data Pengukuran LPF

BAB I PENDAHULUAN

  1.1. Judul

  Penerima AM dengan empat frequency hopping tersinkronisasi

  1.2. Latar Belakang Masalah

  Pada pertengahan tahun 1950 telah lahir sistem komunikasi spread

  

spectrum . Sistem ini dilatarbelakangi oleh kebutuhan akan sistem komunikasi

  yang dapat mengatasi masalah interferensi, serta dapat menjamin kerahasiaan informasi yang dikirim. Sistem ini dapat beroperasi pada tingkat S/N (signal to

  noise ratio ) yang rendah atau tahan terhadap derau yang besar [1].

  Dalam sistem komunikasi pada saat ini, penggunaan frekuensi pada suatu area tertentu sudah sangat padat sehingga interferensi dan noise dapat saja terjadi. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan sistem spread spectrum karena data yang dikirim pada sistem ini adalah data acak yang dikenal sebagai

  

noise . Jika penerima tidak mengetahui kode yang digunakan, maka penerima

hanya akan menerima sinyal noise saja.

  Istilah spread spectrum digunakan karena pada sistem ini, sinyal yang ditransmisikan memiliki bandwidth yang jauh lebih lebar dari bandwidth sinyal informasi (mencapai ribuan kali). Proses penebaran bandwidth sinyal informasi

  Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) adalah teknik yang

  memodulasi sinyal informasi dengan frekuensi yang lompat-lompat (tidak konstan). Frekuensi yang berubah-ubah ini dipilih oleh kode tertentu [2]. Sistem

  

frequency hopping (FH) menggunakan kode penebar (spreading code) yang

  dibangkitkan oleh rangkaian pembangkit urutan PN (pseudo noise) sebagai pengendali frekuensi keluaran sebuah pensintesis frekuensi.

  Minat akan penggunaan frekuensi AM pada saat ini sangat minim. Hal ini disebabkan karena kualitas layanan yang kurang baik. Dengan bertambahnya frekuensi AM yang baru, bandwidth yang dihasilkan akan semakin sempit, sehingga dapat menyebabkan interferensi serta tingkat keamanan informasi yang rendah.

  Permasalahan ini telah dicoba diatasi dengan membuat pemancar dan penerima radio AM dengan frequency hopping . Penelitian sebelumnya menghasilkan sistem komunikasi radio AM broadcast dengan dua frekuensi

  

carrier yang ditransmisikan secara hopping. Tidak ada sinkronsasi antara

  pemancar dan penerima. Pada penelitian ini, penulis akan mengembangkan penelitian sebelumnya dengan membuat penerima AM menggunakan menggunakan empat frekuensi carrier yang ditransmisikan secara tersinkronisasi dengan pemancar.

1.3. Tujuan

  Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitan ini adalah merancang dan

  1.4. Manfaat

  Penelitian ini diharapkan dapat menjadi bahan pertimbangan dalam memanfaatkan teknologi komunikasi khususnya mengenai Frequency Hopping

  

Spread Spectrum (FHSS), pada sistem komunikasi radio AM broadcast. Teknik

  ini diharapkan dapat memperbaiki kualitas layanan sehingga mengembalikan minat masyarakat untuk kembali menggunakan frekuensi AM.

  1.5. Batasan Masalah

  Penerima AM dibuat dengan frekuensi carrier 900kHz, 950kHz, 1000kHz, dan 1050kHz secara bergantian. Sumber sinyal berasal dari sebuah pemancar AM yang tersinkronisasi dengan penerima AM. Osilator lokal meggunakan PLL dengan waktu perubahan frekuensi selama 0,25 detik.

  1.6. Metodologi Penelitian

  Penelitian ini diawali dengan library research yang menggunakan sumber data seperti buku referensi, internet dan jurnal. Dengan library research, penulis mempelajari cara kerja, cara merancang, dan membuat peralatan tersebut. Perancangan peralatan menggunakan teori yang ada untuk memenuhi spesifikasi yang ditentukan. Pembuatan setiap bagian dari alat sesuai dengan fungsi masing- masing dan kemudian diujikan.

  Pengujian penerima AM memerlukan sebuah sumber sinyal (tone) yang diumpankan ke sebuah pemancar radio biasa. Sinyal output 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 pemancar, maka sumber lain seperti RFG (Radio Frequency Generator) dapat digunakan. Dengan alat ini besarnya nilai frekuensi yang dinginkan dapat diatur sesuai dengan spesifikasi. Selanjutnya sinyal yang dikirim pada frekuensi tersebut akan disinkronisasi oleh sebuah perangkat sinkronisasi. Penerima harus bisa menerima sinyal yang telah disinkronisasi pada empat frekuensi berbeda secara bergantian.

1.7. Sistematika Penulisan

  1. BAB I PENDAHULUAN Pendahuluan berisi judul, latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

  2. BAB II DASAR TEORI

  Bab ini berisi teori dasar AM (Amplitude Modulation) dan bagian-bagian dari penerima AM, PLL dan bagian-bagiannya, serta frequency hopping sebagai bagian dari teknik spread spectrum.

  3. BAB III PERANCANGAN SISTEM

  Bab ini berisi penjelasan tentang alur perancangan, komponen-komponen yang digunakan, dan perhitungan nilai-nilai komponen.

  4. BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

  Bab ini berisi hasil perancangan pada keadaan yang telah tertulis pada batasan masalah, tampilan hasil perancangan dengan menggunakan software (simulasi), dan analisa hasil perancangan yang diperoleh.

  5. 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

2.1. Penerima AM

2.1.1. Modulasi Amplitudo

  Modulasi adalah proses pengubahan atau pengaturan parameter sinyal berfrekuensi tinggi oleh sinyal informasi berfrekuensi rendah. Modulasi amplitudo (Amplitude Modulation, AM) merupakan jenis modulasi yang mengubah amplitudo sinyal carrier [3]. 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 c c}     (2.1)

  dengan E merupakan amplitudo sinyal carrier,  adalah frekuensi sudut _{c max c}

  

carrier , dan  adalah fasa carrier. Bentuk gelombang pembawa ditunjukkan

_c pada Gambar 2.1.

  Sedangkan sinyal pemodulasi dinyatakan dengan

  (2.2) e   t  E cos    t   _{m m max m m}

   adalah frekuensi dengan E merupakan amplitudo sinyal pemodulasi, _{m max m} sudut pemodulasi, dan  adalah fasa pemodulasi. Bentuk gelombang _m Proses modulasi menghasilkan sinyal termodulasi yang dinyatakan dengan   

  e   t   E  e ( t )  cos  t  (2.3)

_{c max m}

Bentuk gelombang termodulasi ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.1 Bentuk gelombang carrier [3].Gambar 2.2 Bentuk gelombang pemodulasi [3].

2.1.2. Penerima AM

  Pesawat penerima harus melaksanakan sejumlah fungsi. Pertama, penerima harus menangkap sinyal radio AM dari pemancar berupa sinyal carrier dan menolak sinyal lain yang tidak diinginkan [3]. Selanjutnya, penerima harus menguatkan sinyal yang diinginkan sampai ke tingkat yang dapat digunakan yaitu 540kHz sampai 1600kHz. Akhirnya, penerima harus memulihkan sinyal informasi dari sinyal carrier dan menyampaikan kepada pemakai. Gambar 2.4 menunjukkan diagram blok penerima AM secara umum.

Gambar 2.4 Diagram blok penerima AM [3].

2.1.2.1. Antena

  Berfungsi untuk menerima gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh pemancar radio. Antena dapat berupa konduktor yang akan menangkap sinyal radio AM dari pemancar untuk diteruskan ke bagian penguat frekuensi

2.1.2.2. RF Amplifier

  RF amplifier digunakan untuk memperkuat suatu frekuensi sinyal, dengan menaikkan tegangan suatu sinyal tanpa menyebabkan penyimpangan pada sinyal itu sendiri, atau dengan kata lain meningkatkan SNR (Signal to Noise

  

Ratio ). Rangkaian RF amplifier dirancang dengan menggunakan rangkain

penguat tertala.

  Kinerja rangkaian tertala tergantung dari frekuensi, lebar bandwidth, dan faktor kualitas (Q) [3]. Rangkaian ini biasa dipakai dalam tapis ( filter), osilator, dan penguat radio. Rangkaian tala terdiri induktor dan kapasitor baik secara seri seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5 maupun paralel seperti ditunjukkan pada

Gambar 2.6. C1 L1 r

  ₁ V1 _{SIGNAL AC 2} Gambar 2.5 Rangkaian tertala seri [3].

  Persamaan rangkaian tertala seri adalah [3] Zs = r + jX

  (2.4)

  1 Zs = r + j ( L - ) (2.5)

   C dengan r adalah resistansi internal, X adalah reaktansi total,  dalah frekuensi sudut, L adalah induktor, dan C adalah kapasitor. Besarnya impedansi adalah Karena

  1

  L = (2.7)  C maka

  1  =

  (2.8) LC

  sehingga frekuensi tala atau resonansi dapat dihitung dengan

  1 fo = (2.9) _{R L} 2  LC _C

1 SIGNAL AC

  ² Gambar 2.6 Rangkaian tertala paralel [3].

  Persamaan rangkaian tertala paralel adalah [3] ₂

  1

  1 R fo =  ₂

  (2.10)

  2  LC L

  2

  2 Jika L >> R , maka persamaan (2.10) sama dengan persamaan (2.9). Gambar 2.7. menunjukkan penguat tertala yang biasa digunakan sebagai RF amplifier.

  Konfigurasi penguat ini adalah common emitter (CE).

  Analisis DC dari penguat tertala common emitter adalah [4]

  a. Bagian Output

  

1

I  xI _{cQ c max} (2.12)

  

2

  b. Bagian Input

  Vcc 

  I Rb  Vbe  _{b e}

  I Re (2.13)

  

I

_c

(2.14)

  I  _b

   Nilai Ic dan  diperoleh dari datasheet transistor menggunakan grafik

  Ic-hfe (pada suhu kamar). Sedangkan fungsi kapasitor C2 dan C4 hanya untuk menahan sinyal DC supaya tidak masuk, dan C3 sebagai kapasitor bypass.

Gambar 2.8 menunjukkan rangkaian ekuivalen AC model hybrid dari rangkaian penguat tertala common emitter.Gambar 2.7 Rangkaian RF Amplifier [3]. +

  Ii _ib ^Io Vi ^Vo hfe.Ib RB hie RC RL RE hoe _Zo

• _{+ Zi}

Analisis AC dari penguat tertala common emitter adalah

  a. Impedansi input (Zi)

  Zi  R // h _{B ie} (2.15)

  b. Impedansi output (Zo)

  Zo  R // _{C ie} 1 / h (2.16)

  c. Penguatan tegangan (Av)

  h ( R //

  1 / h )

  V fe C oe _o (2.17)

  A _v    V h

_{i ie}

  d. Penguatan arus (Ai)

  I

_o

(2.18)

  A   h

_{v fe}

  I

_i

2.1.2.3 . Mixer

  Mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari suatu frekuensi ke

  frekuensi lain. Pada penerima AM, mixer berfungsi mencampur sinyal RF

  

amplifier dengan sinyal output osilator. Semua rangkaian mixer memanfaatkan

  dua sinyal sinusoidal yang dikalikan bersama. Hasilnya terdiri atas komponen frekuensi yang dijumlahkan dan dikurangkan atau selisihnya. Dengan persamaan sinyal osilator [3] adalah

  V  V sin  t osc osc osc (2.19)

  dan sinyal RF adalah

  V  _{sig sig sig} V sin  t (2.20) perkalian kedua sinyal menjadi

  V V V sin  txV sin  t _{osc sig osc osc sig sig}   V  _{osc sig}

  V

     

  V  _{osc sig   osc sig   osc sig  } V  cos  t  cos  t (2.21)

2 Suku yang mengandung frekuensi    biasanya dipilih dengan

  _{osc sig} penyaringan, sebagai sinyal

  IF (Intermediate Frequency ). Gambar

  2.9 menunjukkan proses pencampuran sinyal RF amplifier (Vsig) dengan sinyal dari osilator (Vosc).

Gambar 2.9 Proses mixer [6].

  . IF amplifier

2.1.2.4 IF amplifier menggunakan rangkaian yang sama dengan rangkaian RF

  

amplifier . Yang membedakan adalah frekuensi sinyal masukan. Jika IF amplifier

dibuat dengan rangkaian pasif, maka perhitungan mengacu pada sub bab 2.1.2.2.

  Rangkaian IF amplifier mendapat sinyal masukan dari mixer yang berfrekuensi 455kHz. Kemudian daya sinyal tersebut akan dikuatkan. Sinyal radio yang diterima pada frekuensi f dicampur dengan sinyal dari osilator lokal pada f _{s o}

  (biasanya ditempatkan di atas f ), dan frekuensi selisih yang dihasilkan diambil _s

2.1.2.5. Detektor

  Detektor berfungsi memulihkan sinyal informasi dari modulated carrier sehingga menghasilkan tegangan keluaran proporsional yang merupakan sinyal modulasi atau sinyal informasi [3].

  Detektor AM biasanya menggunakan aplikasi dioda. Dioda bertindak sebagai sebagai penyearah dan dapat dianggap sebagai saklar ON apabila tegangan input positif, yang memungkinkan kapasitor memuat (charge) sampai ke puncak input RF. Selama berlangsungnya setengah negatif dari siklus RF, dioda OFF, tetapi kapasitor tetap menahan muatan positif yang diterima sebelumnya, maka tegangan keluaran tetap pada nilai positif puncak RF. Akan terjadi pelepasan muatan kapasitor (discharge), yang menghasilkan riak RF (RF

  ) pada bentuk gelombang output. Rangkaian detektor AM ditunjukkan

  ripple pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Rangkaian detektor AM [8].Gambar 2.11 menunjukkan proses pada detektor yaitu masukkan sinyal carrier yang diubah sehingga keluaran menjadi sinyal audio.

2.1.2.6. LPF ( Low Pass Filter)

  adalah rangkaian yang menghasilkan karakteristik tanggapan

  Filter

  frekuensi yang telah ditentukan dengan tujuan melewatkan rentang frekuensi tertentu dan menekan/menolak rentang frekuensi yang lain [9]. Sedangkan LPF adalah filter yang mampu melewatkan frekuensi rendah saja.

  a b f f c

Gambar 2.12 Karakteristik ideal LPF [9].

Gambar 2.12 merupakan bentuk karakteristik ideal LPF jika ditinjau berdasarkan band. Ada dua area pada filter, yaitu

  1. Pass Band, rentang frekuensi yang dilewatkan (ditunjukkan dengan huruf a)

  2. Stop Band, rentang frekuensi yang ditolak (ditunjukkan dengan huruf b)

Gambar 2.13 menunjukan bentuk karakteristik praktis LPF

  Untuk merancang LPF aktif digunakan penskalaan frekuensi dan impedansi (Frequency and Impedance Scaling) dengan prosedur penskalaan sebagai berikut : Prosedur Penskalaan :

  1. Konstanta Penskalaan Frekuensi (Kf) Kf dapat dinyatakan dengan persamaan

   _{r r} 2  f

  

K  

_{f (2.23) r r}

    _r  _r dengan  adalah frekuensi referensi pada rancangan ternormalisasi, adalah frekuensi referensi pada rancangan aktual.

  Setelah Kf diketahui, nilai R/C diubah dengan faktor Kf (kali / bagi). Jika frekuensi pada rancangan aktual lebih tinggi, maka R/C dibagi Kf. Secara praktis yang sering diubah adalah C, R biasanya diubah untuk tipe filter tala.

  2. Konstanta Penskalaan Impedansi (Kr)

  (2.24)

  Kr = Level Impedansi pada Rangkaian Aktual Level Impedansi pada Rangkaian Ternormalisasi

  Rangkaian yang mempunyai impedansi tinggi akan mempunyai nilai R besar dan nilai C kecil, dan sebaliknya.

Tabel 2.1. merupakan nilai ternormalisasi dari kapasitor untuk rangkaian LPF.Tabel 2.1. Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF

  

# Kutub C C C

_{1 2 3}

Tabel 2.1. (Lanjutan) Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF

  4 1,082 2,613 0,9241 0,3825

  5 1,753 3,235 1,354 0,3089

  0,4214 6 1,035 1,414 3,863

  0,9660 0,7071 0,2588 7 1,531

  1,604 4,493 1,336 0,6235

  0,2225 0,4885

  2.1.2.7. Audio Amplifier Audio amplifier berfungsi memperkuat daya dari filter yang

  menghasilkan sinyal audio. Jenis penguat yang digunakan adalah penguat menggunakan OpAmp. Rangkaian menggunakan OpAmp akan lebih mudah dibuat dari pada menggunakan transistor dan volume bisa diatur dengan potensiometer. Selain mempunyai bati tegangan, penguat memiliki bati daya, yang ditentukan dengan [10].

      dc P P ac A _in ^o

   dengan   ac P _o adalah daya output ac,   dc P _in adalah daya input dc.

  2.1.2.8. Osilator Lokal

  Secara umum osilator dapat dimodelkan sebagai amplifier berumpan

  (2.25) diumpanbalikkan kepada input. Jika sinyal umpan balik itu mempunyai amplitudo yang cukup dan fasanya tepat, maka proses dapat menghasilkan suatu sinyal yang menopang sendiri atau osilasi. Gambar 2.14 menunjukan skematik blok osilator.

Gambar 2.14 Skematik blok osilator [3].

  Input Vi dikalikan dengan penguatan depan A untuk memberikan Output

  Vo. Sebagian kecil B diumpan balikan untuk memberikan input Vi. Jadi AB = 1 adalah kondisi yang diperlukan untuk menopang osilasi.

2.1.2.9. Speaker

  Speaker merupakan perangkat yang menerima sinyal masukan dan

  memberikan respon keluaran berupa frekuensi audio dengan cara menggetarkan komponennya yang berbentuk selaput. Speaker berfungsi untuk mengubah sinyal suara yang berupa getaran listrik menjadi suara.

2.2. Phase Lock Loop (PLL)

  PLL dapat diterapkan sebagai rangkaian deteksi FM, demodulator AM dan FM, deteksi FSK, frequency multiplier, dan frequency synthesizer [9].

  Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah Capture Range dan

  

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

  frekuensi pusat di mana PLL mulai terjadi sinkronisasi. Lock range, ± f L , 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. Diagram blok PLL ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Diagram blok PLL [13].

  Diagram blok PLL terdiri dari pembanding fasa (phase comparator),

  

filter , amplifier, dan VCO (Voltage Control Oscillator)[13]. 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 kedua phase detector. Pada dasarnya PLL memiliki dua kegunaan utama, yaitu menghasilkan tegangan V

  3 yang mengontrol VCO dan frekuensi o sebagai ω output

  VCO.

  Secara sederhana fase dan frekuensi sudut dapat dirumuskan [7]

  d  _i (2.26)

    _i

  dt d  _o (2.27)

   _o 

  dt

2.2.1. Pembanding Fasa

  Pembanding fasa (phase comparator) adalah rangkaian pendeteksi perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang input, dan membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan koreksi dari perbedaan fasa yang terjadi [6].

Gambar 2.16 Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda [6].Gambar 2.16 menunjukkan ada perbedaan fasa pada dua gelombang sinus sudut sebesar sudut  (phase error). Sinyal referensi pembanding fasa dianggap _e gelombang sinus, dengan persamaan [8]

  u ( t )  U sin[   t    t ] _{1 1 n 1} (2.28)

   merupakan bagian dari fungsi waktu (t), dan dianggap  = dengan sudut fasa _{1 1} 0 untuk t < 0. Sedangkan pada t  =   0 nilai  ₁

  (2.29)

   ( t )    u ( t ) ₁ dengan u   t adalah fungsi unit step. Fungsi unit step 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  U sin( t   t )  U sin  t   (2.30) _{1 1 o 1 o 1}

  sudut fasa  dapat ditulis sebagai ₁    t    t

₁

(2.31)

  Sinyal yang akan dibandingkan ( f

  2 ), yaitu sinyal dari osilator VCO, adalah

  sinyal output dengan persamaan :

  (2.32)

    

  u   t  U cos  t   t  _{2 2 o 2} Jika pembanding fasa digunakan pada sistem PLL linier dan bekerja pada

   frekuensi tengahnya, maka terdapat beda fasa sebesar antara sinyal

  

  2

  90  

  referensi dengan sinyal keluaran. Jika dua sinyal adalah sinyal fungsi sinus, dan satunya fungsi kosinus, maka beda fasa    menjadi bernilai 0. Gambar _e   _{1 2}

  V K f   

     _i Gambar 2.17 Karakteristik phase comparator [13].

  Phase comparator membandingkan beda fasa antara 2 sinyal, sinyal yang

  pertama merupakan referensi dan yang lain adalah sinyal yang akan dibandingkan. Apabila frekuensi sinyal input lebih tinggi dari frekuensi sinyal acuan, maka terjadi beda fasa (   ) sebesar     n  atau frekuensi sinyal

  

input lebih rendah dari frekuensi sinyal acuan maka     n  . Jika frekuensi

  sinyal input sama dengan frekuensi sinyal acuan, maka tidak terjadi beda fasa atau  . Tegangan output Phase comparator dapat dirumuskan dengan

   

  persamaan

  (2.33)

  V = Kf (    ) _i

2.2.2. VCO

  . Voltage-controlled oscillators (VCO) dirancang untuk menghasilkan frekuensi yang berbeda-beda dengan pengaturan tegangan. Karakteristik VCO ditunjukkan pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Karakteristik VCO [13].

  Grafik karakteristik VCO menunjukkan pada saat input VCO (Vin) = 0, maka output nya akan mengambil frekuensi free running. Frekuensi sudut output dapat dirumuskan dengan persamaan

   ( Ko Vin )  _{o FR}    (2.34) dengan  adalah frekuensi sudut output,  frekuensi free running,Vin adalah _{o FR} tegangan input dari VCO, dan Ko adalah penguatan dari VCO.

2.3. Teknik Frequency hopping

  Frequency hopping 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

Gambar 2.19 Teknik frequency hopping [18].

  Anak panah pada Gambar 2.23 menunjukkan urutan lompatan (hop) frekuensi, dari frekuensi f

  1  f 3  f 7  f 2  f 5  f 4  f 6 , demikian

  berulang-ulang. Perpindahan frekuensi terjadi beberapa ratus sampai beberapa ribu kali dalam satu detik. Stasiun penerima juga harus melakukan perpindahan frekuensi dengan lompatan yang sama supaya informasi yang dikirimkan dapat diterima kembali.

  Frequency hopping merupakan salah satu dari teknik spektrum tersebar

  (spread-spectrum) dimana bandwidth yang digunakan jauh lebih lebar dari

  

bandwidth minimum yang diperlukan untuk mengirimkan informasi yang sama

jika menggunakan pembawa tunggal [18].

  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 penggangu (interfering signal) diharapkan dapat dihindari. Jika maka sinyal pembawa akan selalu mengalami gangguan tetapi hanya saat berada pada frekuensi f

  2 . Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Interferensi pada transmisi frequency hopping [18].

BAB III PERANCANGAN

3.1. Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio AM Frequency

  Hopping

  Sistem komunikasi radio AM Frequency Hopping (FH) mempunyai blok-blok utama penyusun sistem seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

  Pada bagian pemancar (Transmitter, Tx) terdapat blok tone generator yang berfungsi untuk membangkitkan sinyal sinkronisasi dari empat frekuensi

  carrier . Empat frekuensi carrier yang telah tersinkronisasi tersebut