PEMANCAR MODULASI FREKUENSI DENGAN EMPAT FREQUENCY HOPPING TUGAS AKHIR - Pemancar modulasi frekuensi dengan empat frequency hopping - USD Repository

  

PEMANCAR MODULASI FREKUENSI DENGAN

EMPAT FREQUENCY HOPPING

TUGAS AKHIR

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

  Disusun oleh NOVA BUDI PRASETYO

  NIM : 045114045

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

FM TRANSMITTER WITH FOUR FREQUENCY HOPPING

FINAL PROJECT

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

  By : NOVA BUDI PRASETYO

  Student Number : 045114045

  

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

   

   

   

  

“Great Vision without great people is irrelevant”

“Scio Cui Credidi (Karena aku tahu kepada siapa aku

percaya)

  

“Berusahalah untuk tidak menjadi manusia yang berhasil tapi

berusahalah menjadi manusia yang berguna”

“Kamu harus tahan terhadap ulat jika ingin dapat melihat

kupu-kupu”

  

“Bapa berkatilah aku hambamu, Putra dampingilah dan temani aku

dalam setiap tindakanku, Roh Kudus tuntunlah langkahku agar

selalu berada pada kebenaran”

  

Karya ini kupersembahkan untuk Ayahku, Ibuku tersayang, Adik –

adikku yang kukasihi, dan untuk semua orang yang telah banyak

  

INTISARI

  Faktor keamanan dan kualitas layanan pada komunikasi radio dapat ditingkatkan dengan teknik frequency hopping (FH). Frequency hopping (FH) adalah perpindahan atau lompatan dari satu frekuensi ke frekuensi yang lain secara acak, semi acak, atau berurutan. Dengan teknik frequency hopping, gangguan-gangguan yang sering terjadi pada komunikasi radio seperti jamming,

  

multipath fading , dan derau dapat dikurangi. Penelitian ini bertujuan untuk

menghasilkan pemancar FM dengan frequency hopping.

  Pemancar FM dengan frequency hopping ini disusun menggunakan komponen utama berupa phase locked loop, dan komponen penunjang. Phase

  

locked loop terdiri dari phase detector, low pass filter, dan voltage controlled

oscillator yang berfungsi sebagai pembangkit sinyal carrier yang digunakan

  sebagai sinyal modulasi. Komponen penunjang terdiri dari pembangkit frekuensi referensi, prescaler, penguat akhir sinyal, dan pembagi terprogram berfungsi menghasilkan kestabilan dari frequency hopping.

  Phase locked loop dan komponen penunjang yang digunakan pada penelitian ini untuk menghasilkan pemancar FM dengan 4 frequency hopping.

  Pemancar bekerja secara sinkron dengan frekuensi carrier yang bergantian pada empat frekuensi yang berbeda yaitu 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz, dan 103 MHz dengan periode hopping 0,25 detik. Kata kunci : frequency hopping, frequency modulation, phase locked loop veronica , crystal oscillator, tuned amplifier.

  

ABSTRACT

  Security factor and service quality of radio communication can be increased with hopping frequency technique. Hopping frequency is moving or jumping from frequency to other frequency like as random, semi random, or sequence. Hopping frequency technique can minimize the effect of radio communication disturbances such as jamming, multipath fading and noise. This research aim goal is to produce FM transmitter with hopping frequency.

  The FM transmitter with hopping frequency consist of two main part’s according phase locked loop and the support component. Phase locked loop consist of phase detector, low pass filter and voltage controlled oscillator that serve as carrier signal generator that can be use as modulation signal. The support component consist of reference frequency generator, prescaler, signal amplifier and programmed divider that have a function to proceeds of frequency hopping stable.

  Phase locked loop and the support component that using about this research to result the FM transmitter with 4 hopping frequency. The transmitter can operates with synchronous in 4 carrier frequency like as 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz and 103 MHz with 0.25 second hopping period.

  Keyword : frequency hopping, frequency modulation, phase locked loop veronica, crystal oscillator, tuned amplifier.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa berkat rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul. “Pemancar 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 kepada 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 dan pikiran untuk membimbing penulis. Terima kasih pula untuk seluruh dosen Teknik Elektro atas ilmu yang telah diberikan.

  2. Ibu Agustina S. tercinta yang aku kasihi yang selalu sabar dan penuh kasih sayang untuk memberikan nasihat, semangat dan motivasi kepada penulis, dan Bapak A. Saibi yang telah memberikan dukungan kepada penulis.

  3. Adikku Steffani Tia A.P. (Telo) dan Pricilia Riana Prastika (Tika) terima kasih atas canda tawa, dan semangat yang diberikan selama ini.

  Terus berjuang dan berusaha adikku, suatu saat kalian akan mendapatkan hasil jerih payah perjuangan dan usaha selama ini.

  4. Para sepupuku, Mas Sendy, Mbak Yessy, Winda, Dito, Lintang, dan Shefa. Terima kasih atas perhatian, saran, kasih sayang dan canda tawa yang diberikan kepada penulis. Mari kita bersama berusaha dan berjuang untuk masa depan.

  5. Para laboran teknik elektro. Terima kasih atas ide, saran, dan kesabaran yang telah diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.

  6. Teman – teman FM Hopping group. Suka dan Duka telah kita lalui bersama, semoga membuat kita selalu solid.

  7. Ari, Opix, Sugi, Tulus, Koko dan Agung. Terima kasih untuk ide, saran, kebersamaan yang telah diberikan selama ini. Semoga persahabatan kita tetap terjaga sampai kapan pun.

  8. Teman – teman TE’04 seperjuangan yang telah menemani dalam menempuh ilmu. Tetap semangat dan pantang menyerah.

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

  Yogyakarta, Agustus 2009

  

DAFTAR ISI

Hal.

  HALAMAN SAMPUL (INDONESIA)...................................................... HALAMAN SAMPUL (INGGRIS)……………………………………... LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING............................................ LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI..................................................... PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………………………………… HALAMAN PUBLIKASI KARYA…………………………………….. HALAMAN PERSEMBAHAN………………………………………....

  INTISARI....................................................................................................

  ABSTRACT.................................................................................................

  KATA PENGANTAR…………………………………………………… DAFTAR ISI............................................................................................... DAFTAR GAMBAR.................................................................................. DAFTAR TABEL...................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN..............................................................................

  BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang………………………………………………………... I.2 Batasan Masalah……………………………………......…………….. I.3 Tujuan Penelitian……………………………………………………... I.4 Manfaat Penelitian…………………………………………………….

  i ii iii iv v vi vii viii ix x xii xv xviii xix

  1

  3

  3

  3

  BAB II DASAR TEORI II.1 Sistem Pemancar Radio FM………………………………………….. II.2 Modulasi Frekuensi……….………………………………………….. II.3 Phase Locked Loop…………………………………………………… II.3.1 Operasi Phase-locked…………………………………………. II.3.2 Phase Detector………………………….………...………....... II.3.3 Voltage Controlled Oscillator………………..……….............. II.3.4 Low Pass Filter……………...………………………………... II.4 Prescaler...........................……………………………………...…….. II.5. Driver…………………………………………………………………. II.6 Rangkaian Tertala (Booster)............………………………………...... II.6.1 Faktor Q...........................……………………………………... II.6.2 Penguat Tertala.....…………………………………………….. II.7 Pembagi Terprogram 14 Bit…...……………………………………... II.8 Frequency Hopping................................................................................

  26

  34

  34

  32

  31

  III.3.2 Phase Detector..................…….……………………………..

  III.3.1 Pembangkit Frekuensi Referensi..…………………………...

  III.3 Osilator Dengan Menggunakan PLL......................………………….

  III.2 Diagram Blok Pemancar FM Frequency Hopping..........…..…...........

  27 BAB III PERANCANGAN ALAT III.1 Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio FM Frequency Hopping.....

  23

  5

  23

  21

  17

  16

  15

  14

  12

  11

  9

  7

  34

  III.3.5 Rangkaian Prescaler…............................……………………

  37 III.3.6 Rangkaian Rangkaian Pembagi Terprogram 14 Bit.................

  38 III.4 Driver...………………………………………………………...…......

  40 III.5 Penguat Tertala RF (Booster)..........…………………………………..

  43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan......................................................

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

  49 IV.2.1 Pengujian Transmisi Pemancar.................................................

  49 IV.3 Pengujian Kestabilan Frekuensi Carrier Saat Hopping........................

  55 IV.4 Pengujian Setiap Blok...........................................................................

  59 IV.4.1 Osilator Frekuensi Referensi 6,25 KHz....................................

  59 IV.4.2 Voltage Controlled Oscillator..................................................

  60 IV.4.3 Prescaler...................................................................................

  63 IV.4.4 Pembagi Terprogram................................................................

  66 IV.4.5 Phase Detector..........................................................................

  71 IV.4.6 Driver dan Booster...................................................................

  72 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan.............................................................................................

  78 V.2 Saran.......................................................................................................

  78

  

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1 Diagram blok sistem pemancar radio FM …….…………............ 6Gambar 2.2 Lengkung frekuensi-waktu………………………………............. 8Gambar 2.3 Diagram blok PLL.............................................…………............. 9Gambar 2.4 Karakteristik ideal komponen loop.......…………………………. 10Gambar 2.5 Operasi phase-locked......................………………………........... 12Gambar 2.6 Gerbang Logika XOR……………………………………............ 12Gambar 2.7 Gelombang input dan output phase detector.……………............ 13Gambar 2.8 Karakteristik phase detector.........…......………………………... 14Gambar 2.9 Kurva tanggapan frekuensi LPF………………….………............ 16Gambar 2.10 Konfigurasi prescaler…….............…………………….…........... 17Gambar 2.11 Grafik garis beban AC dan DC penguat kelas A........................... 18Gambar 2.12 Rangkaian penguat kelas A........................……………………… 19Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen AC………………………………………….. 20Gambar 2.14 Rangkaian tertala seri.........……………………………………… 21 Gambar 2.15 Rangkaian tertala paralel............................................…………...

  22 Gambar 2.16 Rangkaian penguat tertala.............................................................. 24

Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen model hybrid-

  π konfigurasi CE...….…......... 25 Gambar 2.18 Konfigurasi pin IC TC9122P………….……….……..………….

  27 Gambar 2.19 Penebaran sinyal pada frequency hopping.....................................

  28 Gambar 2.20 Diagram blok dasar pemancar frequency hopping..…………...... 29

Gambar 3.1 Blok diagram umum sistem komunikasi radio FM FH...………... 31Gambar 3.2 Diagram blok pemancar FM dengan frequency hopping..………. 32Gambar 3.4 Rangkaian PD....................………………………………………. 35Gambar 3.5 Perancangan rangkaian LPF............................……………........... 36Gambar 3.6 Rangkaian voltage controlled oscillator……................................ 37Gambar 3.7 Skema rangkaian prescaler………................................................ 38Gambar 3.8 Skema rangkaian pembagi terprogram 14 bit………….………... 39 Gambar 3.9 Skema rangkaian driver….............................................................

  43 Gambar 3.10 Skema rangkaian penguat tertala RF..............................................

  46 Gambar 4.1 Perangkat pemancar FM dengan 4 FH…………………………... 47

Gambar 4.2 Pengujian transmisi pemancar FM FH…………………………... 49Gambar 4.3 Modulasi frekuensi dengan sinyal carrier 97 MHz……………... 50Gambar 4.4 Modulasi frekuensi dengan sinyal carrier 99 MHz……………... 50Gambar 4.5 Modulasi frekuensi dengan sinyal carrier 101 MHz………......... 51Gambar 4.6 Modulasi frekuensi dengan sinyal carrier 103 MHz………......... 51Gambar 4.7 Sinyal informasi 5 KHz…………………………………….......... 51Gambar 4.8 Sinyal DTMF………………………………………………......... 52Gambar 4.9 Spektrum frekuensi modulasi 97 MHz…………………….......... 53Gambar 4.10 Spektrum frekuensi modulasi 99 MHz………………………… 53Gambar 4.11 Spektrum frekuensi modulasi 101 MHz………………….......... 54Gambar 4.12 Spektrum frekuensi modulasi 103 MHz………………….......... 54Gambar 4.13 Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 97 MHz…... 57Gambar 4.14 Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 99 MHz…... 57Gambar 4.15 Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 101 MHz…. 58Gambar 4.16 Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 103 MHz…. 58Gambar 4.17 Tunda waktu sebesar 0,25 detik………………………………... 59Gambar 4.19 Sinyal output blok VCO 97 MHz………………………………. 61Gambar 4.20 Sinyal output blok VCO 99 MHz………………………………. 61Gambar 4.21 Sinyal output blok VCO 101 MHz……………………………... 62Gambar 4.22 Sinyal output blok VCO 103 MHz……………………………... 62Gambar 4.23 Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 97 MHz….. 65Gambar 4.24 Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 99 MHz….. 65Gambar 4.25 Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 101 MHz… 66Gambar 4.26 Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 103 MHz… 66Gambar 4.27 Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 1940.. 67Gambar 4.28 Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 1980.. 68 Gambar 4.29 Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 2020..

  68 Gambar 4.30 Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 2060..

  69 Gambar 4.31 Sinyal output blok pembagi terprogram time/div diperkecil……

  69 Gambar 4.32 Sinyal output blok driver frekuensi 97 MHz…………………...

  72 Gambar 4.33 Sinyal output blok driver frekuensi 99 MHz…………………...

  72 Gambar 4.34 Sinyal output blok driver frekuensi 101 MHz………………….

  73 Gambar 4.35 Sinyal output blok driver frekuensi 103 MHz………………….

  73 Gambar 4.36 Sinyal output blok booster frekuensi 97 MHz………………….

  74 Gambar 4.37 Sinyal output blok booster frekuensi 99 MHz………………….

  74 Gambar 4.38 Sinyal output blok booster frekuensi 101 MHz………………...

  75 Gambar 4.39 Sinyal output blok booster frekuensi 103 MHz………………...

  75

  DAFTAR TABEL Hal.

  40

  71

  64

  63

  56

  53

  48

  13

Tabel 2.1 Tabel kebenaran XOR........................................................................Tabel 4.7 Penguatan tegangan (Av) masing - masing frekuensi carrier..........Tabel 4.6 Perbandingan tegangan koreksi try and error dan PLL.....................Tabel 4.5 Galat frekuensi pada blok prescaler..................................................Tabel 4.4 Galat frekuensi carrier pada blok VCO.............................................Tabel 4.3 Data pengamatan kestabilan frequency hopping...............................Tabel 4.1 Keterangan dan fungsi umum blok – blok rangkaian pemancar…… Tabel 4.2 Kelompok frekuensi DTMF...............................................................Tabel 3.1 Logika data masukan pembagi terprogram 14 bit..............................

  77

DAFTAR LAMPIRAN

  Rangkaian pembangkit frekuensi referensi, phase detector, LPF, VCO……. L1 Rangkaian pengendali data masukan, pembagi terprogram, prescaler, driver dan booster…………………………………………………..……………… L2 Data spektrum frekuensi sinyal informasi dan DTMF pada penerima FM…. L3

  Datasheet

  74HC/HCT4046A……………………………………………....... L9

  

Datasheet LB3500………………………………………………………....... L10

Datasheet TC9122P………………………………………………………… L11

Datasheet

  2SC2026………………………………………………………… L12

  Datasheet

  2SC2053………………………………………………………… L13

  Datasheet

  74HC4060……………………………………………………...... L14

  

Datasheet MV2109…………………………………………………….…… L15

Datasheet BF494…………………………………………………….……… L16

  Pemancar FM PLL Veronica 1 Watt………………………………………… L17

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Pada perkembangan dewasa ini, sumber daya frekuensi khususnya pada

  frekuensi radio yang tersedia sangat terbatas. Seperti yang telah diketahui, khususnya di Daerah Istimewa Yogyakarta, banyak bermunculan stasiun-stasiun radio broadcast baru yang menggunakan kanal-kanal frekuensi yang masih tersedia. Jumlah kanal FM yang disiapkan untuk radio broadcast berada dalam alokasi frekuensi 87,5 MHz hingga 108 MHz sebanyak 204 kanal. Jarak kanal- kanal frekuensi yang digunakan sangat dekat dan terkadang terjadi interferensi antar sinyal carrier [1].

  Pemancar FM menggunakan gelombang radio untuk mengirimkan sinyal termodulasi menuju ke penerima FM. Pada saat pengiriman sinyal termodulasi ke penerima FM, terdapat beberapa gangguan seperti noise (derau), distorsi delay (tunda waktu) karena multipath fading dan jamming. Jamming merupakan gangguan yang terjadi akibat interferensi antar sinyal carrier. Multipath fading merupakan gangguan yang diakibatkan oleh banyaknya pantulan sinyal termodulasi yang dipancarkan terhadap obstacle (penghalang). Pada komunikasi radio tingkat keamanan komunikasi sangat rawan. Penyadapan atau pembajakan

  Pada komunikasi digital dikenal teknik modulasi akses jamak spread

  

spectrum yang secara umum dibagi menjadi dua teknik, yaitu DSSS (Direct

Sequence Spread Spectrum) dan FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum).

  Salah satu solusi yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan di atas adalah dengan menggunakan teknik modulasi FHSS [2]. Implementasi dari teknik modulasi FHSS dapat digunakan pada perangkat komunikasi radio yang membutuhkan keamanan seperti HT (Handy Talkie) yang digunakan oleh pihak militer [1].

  Definisi FH (Frequency Hopping) adalah perpindahan atau lompatan dari satu frekuensi yang satu ke frekuensi yang lain secara acak, semi acak, atau berurutan yang telah ditentukan dalam suatu algoritma tertentu yang berada pada satu bandwidth. Pada FH, proses penebaran spektrum dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi sinyal carrier secara periodik [2].

  Permasalahan di atas telah dicoba di atasi dengan pembuatan perangkat pemancar radio FM FH. Pada penelitian sebelumnya, pemancar radio FM FH dibuat menggunakan 2 FH. Periode FH adalah 0.5 detik, dan Sinyal modulasi yang ditransmisikan tidak sinkron dengan penerima FM. kedua perangkat (pemancar FM dan penerima FM) harus diaktifkan dengan waktu yang bersamaan agar sinyal informasi yang diterima oleh penerima FM sesuai dengan yang dikirim oleh pemancar FM.

  Pada penelitian ini, untuk meningkatkan tingkat keamanan di dalam komunikasi radio, maka penulis akan melakukan penyempurnaan dengan Periode FH adalah 0.25. Sinyal modulasi akan ditransmisikan secara sinkron ke penerima FM. Bandwidth masing - masing frekuensi carrier sebesar 250 KHz.

  I.2. Batasan Masalah

  Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :

  1. Pemancar FM FH menggunakan empat frekuensi carrier, f

  1 = 97 MHz, f

  2

  = 99 MHz, f

  3 = 101 MHz, dan f 4 = 103 MHz.

  2. Pemancar FM dirancang untuk mengirimkan frekuensi carrier secara sinkron ke penerima FM.

  3. Periode perpindahan tiap frekuensi carrier (Frequency Hopping Period) adalah 0,25 detik.

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

  I.3. Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan pemancar FM yang mampu mengirimkan sinyal informasi dengan menggunakan empat frekuensi carrier secara berurutan yang telah diatur sebelumnya dengan menggunakan teknik FH.

  I.4 Manfaat Penelitian

  1. Teknik FH yang diaplikasikan pada perangkat pemancar FM dapat digunakan untuk mengurangi efek gangguan pada sistem komunikasi FM

  2. Pengembangan dari teknik FH dapat dimanfaatkan sebagai rujukan untuk pengembangan sistem komunikasi radio khususnya pada perangkat pemancar FM.

I.5 Sistematika Penulisan

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

BAB I . Pendahuluan Pendahuluan berisi latar belakang penulisan, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penelitian, sistematika penulisan. BAB II. Dasar teori Dasar teori berisi pemaparan teori-teori yang mendasari sistem kerja pada perangkat pemancar FM FH. BAB III. Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras berisi hal-hal yang berkaitan dengan perancangan perangkat sistem kerja pemancar FM FH. BAB IV. Analisis Hasil dan Pembahasan Analisis Hasil dan Pembahasan berisi analisis dari hasil pengukuran dan pembahasan yang diperoleh selama pengujian. BAB V. Penutup Penutup berisi mengenai kesimpulan dan saran.

Bab II Dasar Teori Perangkat Pemancar FM FH menggunakan teknik modulasi akses jamak

  yang menggunakan FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Perangkat pemancar FM FH terdiri dari blok – blok yang masing – masing mempunyai fungsi yang saling berkaitan dalam proses modulasi. FH adalah perpindahan atau lompatan dari berbagai frekuensi pembawa (carrier frequency) dalam satu

  

bandwidth secara acak atau berurutan secara otomatis yang telah diatur dalam

suatu algoritma [2].

  Perangkat pemancar FM FH menggunakan Phase locked loop (PLL) sebagai komponen utama. PLL berfungsi untuk mengatur frekuensi yang memanfaatkan sensitivitas deteksi fasa antara sinyal input dan output dari sebuah rangkaian osilasi yang telah diatur. PLL mempunyai beberapa komponen penyusun yaitu Voltage Controlled Oscillator (VCO), Phase Detector (PD), dan

  

Low Pass Filter (LPF) [3]. Selain PLL, struktur penunjang perangkat pemancar

  FM FH adalah Prescaler, pembangkit frekuensi referensi, pengendali pembagi terprogram data masukan, driver dan booster.

II.1. Sistem Pemancar Radio FM

  Pemancar FM merupakan suatu perangkat yang digunakan untuk elektromagnetik. Frekuensi sinyal carrier berubah menurut sinyal pemodulasi, tetapi amplitudo sinyal carrier tetap. Pada sistem pemancar radio FM terdiri dari beberapa bagian - bagian blok dasar yang mempunyai fungsi masing - masing seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 [4].

Gambar 2.1. Diagram blok sistem pemancar radio FM [4].

  Keterangan masing – masing diagram blok yaitu sebagai berikut [4] :

  1. Audio input merupakan sinyal informasi yang akan ditumpangkan pada sinyal carrier.

  2. Penguat audio berfungsi untuk menguatkan audio input yang berisi sinyal informasi sebelum diteruskan ke dalam modulator FM.

  3. Osilator Radio Frequency (RF) berfungsi sebagai penghasil frekuensi carrier , sehingga menghasilkan sinyal termodulasi.

  Modulator FM berfungsi sebagai alat untuk memodulasi sinyal carrier dari 4. osilator RF dengan sinyal informasi dari penguat audio Pengali frekuensi berfungsi sebagai pengali frekuensi termodulasi untuk

  5.

  mendapatkan frekuensi yang lebih tinggi.

  6. Buffer berfungsi untuk mengisolasi osilator dari tingkat-tingkat selanjutnya sehingga perubahan dalam penggandengan dan pembebanan antena tidak mempengaruhi frekuensi osilator RF.

  7. Driver berfungsi mengatur kestabilan frekuensi osilator RF dari penguat penyangga sebelum diumpankan ke penguat akhir.

  8. Penguat akhir berfungsi menguatkan sinyal termodulasi ke antena agar dapat dipancarkan oleh antena dengan jangkauan yang cukup jauh.

  9. Antena pemancar berfungsi untuk memancarkan sinyal termodulasi dari penguat akhir yang berupa sinyal elektromagnetik.

II.2. Modulasi Frekuensi

  Modulasi adalah proses penumpangan sinyal yang berisi informasi ke sinyal carrier yang berupa gelombang sinusoida berfrekuensi tinggi [4]. Sinyal

  

carrier merupakan sinyal radio yang mempunyai frekuensi jauh lebih tinggi dari

  frekuensi sinyal informasi. Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation, FM) adalah proses penumpangan sinyal yang berisi informasi ke sinyal carrier dengan frekuensi sinyal carrier yang akan berubah seiring dengan perubahan frekuensi sinyal informasi tetapi amplitudo gelombang carrier relatif tetap.

  Persamaan dari sinyal carrier dapat dituliskan :

  

U + c = A c sin ( ω c θ c )

  (2.1) dengan Ac adalah amplitudo sinyal carrier c adalah besar frekuensi sinyal , ω

  carrier , dan

  θc adalah besar sudut fasa sinyal carrier. Pada teknik modulasi besarnya frekuensi sinyal carrier. Jika sinyal carrier pada persamaan (2.1) diubah oleh sinyal pemodulasi dengan persamaan (2.2)

  

e m (t) = A m maks Sin ω m t

  maka frekuensi carrier sesaat dapat dituliskan sebagai (2.3)

  

f (t) = f (t) + k A t

i C m maks Sin ω m

Gambar 2.2. (a) Sinyal informasi. (b) Sinyal carrier.

  (c) Gelombang termodulasi frekuensi dengan tegangan sebagai fungsi waktu. (d) Gelombang termodulasi frekuensi dengan frekuensi sebagai fungsi waktu [5].

Gambar 2.2 menunjukkan besarnya amplitudo dari sinyal informasi bernilai positif, frekuensi carrier disimpangkan sebesar ±

  1 mempunyai

  Δf. Nilai f frekuensi pembawa (fc) karena amplitudo informasi (Am) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 [5].

II.2. Phase Locked Loop

  Phase locked loop (PLL) merupakan rangkaian yang bekerja dengan

  menggunakan frekuensi f in sebagai sinyal input dan mempunyai sinyal output dengan frekuensi yang sama dengan f in . Diagram blok PLL ditunjukkan seperti pada Gambar 2.3. PD adalah rangkaian pendeteksi perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang, serta membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan dari perbedaan fasa yang terjadi [6].

Gambar 2.3. Diagram blok PLL [6].

  Sinyal input yang berupa gelombang sinus yang mempunyai frekuensi

  1

  radian ωi dan fasa Өi diteruskan menuju PD yang menghasilkan tegangan DC V yang besarnya sebanding dengan beda fasa dari dua sinyal input. Beda fasa yang dihasilkan kemudian diteruskan menuju low pass filter yang akan ditapis untuk

  DC V

  2 yang telah ditapis dan dikuatkan ke amplifier untuk mengontrol frekuensi

  VCO. Output dari VCO menghasilkan gelombang sinus yang mempunyai fr ekuensi ωo dan fasa Өo yang sama dengan sinyal input ωi, Өi . Jika output dari

  VCO belum sama, maka sinyal akan diumpankan kembali menuju PD sampai keadaan sinyal output sama dengan sinyal input. Pada dasarnya PLL memiliki dua kegunaan utama, yaitu menghasilkan tegangan V

  3 yang mengontrol VCO dan

  frekuensi o sebagai output VCO. Struktur umpan balik PLL memaksa VCO

  ω

  untuk menghasilkan sinyal modulasi frekuensi yang sama dengan yang dihasilkan pemancar [6].

Gambar 2.4. Karakteristik ideal komponen loop. (a) Phase Detector, (b) Low

  

Pass Filter , (c) Amplifier, (d) Voltage Controlled Oscillator [7]

Gambar 2.4 menujukkan karakteristik sederhana untuk beberapa terdapat beda fase. Karakteristik voltage-controlled oscillator ditunjukkan pada

Gambar 2.4 (d), VCO beroperasi pada frekuensi free-running ( FR ) ketika v

  3 sama ω

  dengan nol. Nilai positif atau negatif dari v

  3 menyebabkan frekuensi free-running menjadi meningkat atau menurun seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2.4).

  (2.4) II.2.1. Operasi Phase-Locked.

Gambar 2.5 (a) menunjukkan bila kedua input phase detector adalah sinyal sinusoida dengan frekuensi dengan fasa sama, maka beda fasa sama dengan

  ω FR

  nol dan tegangan v

  1 , v 2 , v

3 sama dengan nol. Tegangan v

3 menjadi input VCO agar

output tetap pada frekuensi yang sama dengan , sehingga loop terjaga atau

ω FR ω i

  yang sering disebut equilibrium loop. Apabila i berubah naik, maka i semakin

  ω θ besar, sehingga i sama dengan o seperti pada Gambar 2.3 [7]. θ θ

  Dengan adanya beda fasa ( dan setelah itu,

  ∆θ), maka muncul tegangan v

  1

  ditapis dan dikuatkan sehingga tegangan v

  3 semakin tinggi. Kecepatan sudut o ω

  akan naik mencapai yang sama dengan sehingga kedua vektor berotasi pada

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

  Saat kondisi lock tercapai, tegangan v

  3 proposional terhadap frekuensi VCO. Jika

  sama dengan maka

  ω i ω o,

  (2.5)

Gambar 2.5. (a) Kedua masukan memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda

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

  ∆θ [7].

  Phase Detector

  II.2.2 Detektor fasa (Phase Detector, PD) merespons perbedaan fase dengan menghasilkan tegangan output DC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 [7].

  Vo(t)

  2

  1 V1(t)

  3 Vi(t)

Gambar 2.6. Gerbang logika XOR [4].

Gambar 2.6 adalah bentuk gerbang logika XOR, dan Tabel 2.1 adalah tabel kebenaran yang menjadi acuan karakteristik dari PD.Tabel 2.1. Tabel kebenaran XOR [4].

  

v i v o v

  1

• 5 -5 -5
• 5

  5

  5 5 -5

  5

  5 5 -5

Gambar 2.7. Sinyal input dan output phase detector [4]

  Secara umum PD secara matematis dapat dinyatakan Berdasarkan Gambar 2.4. dengan

  (2.6) V1 merupakan tegangan output dari PD

  , Kp adalah konstanta, θi dan θo merupakan fasa dari kedua input PD [7].

  Karakteristik dari PD seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7

  90º dan V

  1 (t) akan selalu berada pada -5 Volt saat tidak ada beda fasa. Saat Vo(t)

  di geser ke arah kanan maka Vi(t) akan tertinggal 90º yang menyebabkan input akan berada dalam keadaan yang sama dan dalam keadaan yang berbeda dalam beberapa waktu, sehingga output akan berada pada +5 Volt dengan nilai tegangan rerata pada sinyal kotak sama dengan 0. Pada saat beda fasa sebesar 180º, input akan selalu berbeda dan output akan berada dalam keadaan konstan di +5 Volt seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8 [7].

  Konstanta digital phase detector dituliskan sebagai (2.7)

Gambar 2.8. Karakteristik phase detector [7].

II.2.3. Voltage Controlled Oscilator

  VCO banyak terdapat dibeberapa aplikasi, seperti pada pengendali frekuensi otomatis, tuning radio, dan PLL. VCO dirancang untuk menghasilkan frekuensi yang berbeda-beda dengan pengaturan tegangan. Variasi perbandingan

  Pada saat tegangan input pada VCO sama dengan nol, VCO akan menghasilkan frekuensi free running pada nilai frekuensi (fo) [6]. Saat tegangan yang masuk ke dalam VCO bernilai positif, frekuensi VCO akan lebih besar dari pada fo. Tegangan yang masuk ke dalam VCO bernilai negatif maka frekuensi

  VCO akan bernilai lebih kecil daripada fo seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 (d) [7].

II.2.4. Low Pass Filter

  Filter merupakan rangkaian yang bekerja melewatkan sinyal dengan range frekuensi tertentu dan menekan atau menghilangkan range frekuensi yang lain.

  Secara umum filter terdiri dari 2 jenis, yaitu [8]:

  1. Filter aktif Terdiri dari kombinasi resistor (R) dan kapasitor dan satu atau lebih komponen aktif (Op Amp) dengan feedback.

  2. Filter pasif Terdiri dari kombinasi susunan resistor (R), kapasitor (C), dan induktor (L). Filter pasif memiliki beberapa keunggulan dari pada filter aktif, yaitu mempunyai karakteristik yang baik dengan penerapan yang luas dari frekuensi audio dan handal sampai frekuensi yang sangat tinggi.

  Low pass filter (LPF) pada dasarnya digunakan untuk melewatkan sinyal

  frekuensi rendah dan meredam sinyal berfrekuensi tinggi. Sinyal yang dilewatkan dan diredam dapat berupa sinyal listrik seperti perubahan tegangan dan data-data digital visual dan audio. Tanggapan frekuensi untuk LPF ditunjukkan seperti pada Gambar 2.9 [8].