Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
TUGAS AKHIR
PENERIMA MODULASI FREKUENSI DENGAN 4 FREQUENCY HOPPING
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
disusun oleh YANUARIUS VENDY PURNOMO
NIM : 045114036
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2009
ii
FINAL PROJECT
FM RECEIVER WITH 4 FREQUENCY HOPPING
In partial fulfilment of the requirements for the degree of Sarjana Teknik
Electrical Engineering Study Program Electrical Engineering Departement
Science and Technology Faculty Sanata Dharma University
YANUARIUS VENDY PURNOMO Student Number : 045114036
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
2009
vi
Tak ada musuh yang tak dapat ditaklukkan oleh cinta
Tak ada penyakit yang dapat disembuhkan oleh kasih sayang
Tak ada permusuhan yang tidak dapat dimaafkan oleh ketulusan
Tak ada kesulitan yang tak dapat dipecahkan oleh ketekunan
Tak ada batu keras yang tak dapat dipecahkan oleh kesabaran
Orang yang berhasil akan mengambil manfaat dari kesalahan-kesalahan
yang ia lakukan, dan akan mencoba kembali untuk melakukan dalam suatu
cara yang berbeda. - Dale Carnegie
Karyaku ini kupersembahkan untuk ayah dan ibuku tersayang dan
semua yang aku sayangi dan menyayangi aku
vii
INTISARI
Teknik frequency hopping (FH) merupakan salah satu metode transmisi data dalam bidang telekomunikasi. Dengan frequency hopping, gangguan-gangguan pada telekomunikasi seperti jamming dan noise dapat dikurangi. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan penerima FM dengan frequency hopping yang tersinkronisasi dengan pemancar FM FH.
Radio penerima FM dengan frequency hopping ini terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian pengolahan sinyal radio dan bagian pengaturan frequency hopping. . Bagian pengolahan sinyal radio terdiri dari penguat RF, mixer, penguat IF, dan penguat audio. Sedangkan untuk pengaturan FH terdiri dari osilator referensi, PLL (Phase Locked Loop), VCO (Voltage Controlled Oscillator), presclaer dan pembagi terprogram.
Hasil dari penelitian ini adalah radio penerima FM dengan frequency hopping yang dapat bekerja dengan baik, sinkron dengan pemancar. Radio penerima ini bekerja dengan frekuensi carrier yang bergantian pada empat frekuensi yang berbeda yaitu 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz dan 100 MHz dengan periode hopping 0,25 detik.
Kata Kunci : Frequency Hopping, VCO, mixer, FM (Frequency Modulation), PLL
viii
ABSTRACT
Frequency hopping technique is one of data transmission method in telecommunication. Frequency hopping can minimize the effect of the telecommunication disturbances such as jamming and noise. This research is aimed to result the FM receiver with frequency hopping is synchronized with the transmitter..
The FM receiver with frequency hopping is consists of two part. First, radio signal processing. This part is consists of RF amplifier, mixer, IF amplifier and Audio amplifier. The second is frequency hopping control. This part is consists of PLL (Phase Locked Loop), VCO (Voltage Controlled Oscillator), prescaler and programmable counter.
The result of this research is a FM receiver radio with the frequency which is able to work well synchronize with the transmitter. The receiver operates in four carrier frequency, 97 MHz, 99 MHz, 101 MHZ and 103 MHz with 0.25 second hopping period.
Keyword : Frequency Hopping, VCO, Mixer, FM (Frequency Modulation), PLL.
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang
telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul. “Penerima Modulasi Frekuensi
Dengan Empat Frequency Hopping”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu
syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Dalam penyusunannya, banyak
pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan pada penulis, oleh karena
itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Damar Widjaja, S.T., M.T., selaku Pembimbing I dan Bapak
Alexius Rukmono, S.T. selaku Pembimbing II yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk membimbing penulis. Terima kasih juga
untuk seluruh dosen di Fakultas Teknik atas segala tempaan ilmunya.
2. Untuk orangtuaku tercinta AFY. Priyadi dan Christina Satinem yang
selalu memberiku semangat serta nasihat, baik moral maupun materi.
3. Untuk Saudara-saudaraku, Patricia Tiwik H. dan Angela Merici Ayu
Arintasari, Antonius Hari P., Yohanes Yudi P.,Y. Bayu, C.Asti, serta
Budheku Veronica Sajiyem atas segala doa dan bantuan.
4. Teman-teman seperjuangan, Oki Nugroho, Andreas Wibisono,
Anggareno Oktaviano, Taufik Wijaya P., Bayu Pamungkas, Leonardus
Agung, Sugiarto, Ari Kuncoro dan seluruh teman-teman elektro
angkatan 2004. Teman-teman tim hopping Tulus Setiadi, Nova Budi,
xi
Dedeo Indra, Y. Mayolis, R. Putradaga. Terima kasih atas segala
masukan dan bantuannya.
5. Para laboran elektro, A. Suryana, P. Sumardi, FX. Suryo Asih Subrata.
Terima kasih atas segala bantuan dan waktunya.
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari
sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang
membangun dari Pembaca agar dalam proses penulisan di kemudian hari dapat
semakin baik. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat secara luas, baik bagi
penulis maupun bagi semua pihak yang membacanya.
Yogyakarta, 14 Agustus 2009
Penulis
xii
DAFTAR ISI
Hal.
Halaman Judul ………………………………………………………………...…..i
Halaman Pengesahan .............................................................................................iii
Halaman Pengesahan Penguji ................................................................................iv
Pernyataan Keaslian Karya .....................................................................................v
Halaman Persembahan ...........................................................................................vi
Intisari ...................................................................................................................vii
Abstract ................................................................................................................viii
Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi ……………………………………….ix
Kata Pengantar ........................................................................................................x
Daftar Isi ...............................................................................................................xii
Daftar Gambar .....................................................................................................xvi
Daftar Tabel ..........................................................................................................xx
Daftar Lampiran...................................................................................................xxi
BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................................1
I.1. Latar Belakang.................................................................................1
I.2. Batasan Masalah....... .......................................................................3
I.3. Tujuan Penelitian..............................................................................3
I.4. Manfaat Penelitian...... .....................................................................3
I.5. Sistematika Penulisan.......................................................................4
BAB II. DASAR TEORI..........................................................................................5
xiii
II.1. Modulasi Frekuensi .........................................................................5
II.2. Penerima FM………………….………………...............................7
II.2.1. Rangkaian tertala……………..……………........................7
II.2.2. Penguat RF Tertala.............................................................10
II.2.3. Faktor Q..............................................................................13
II.2.4. Mixer FM .........................................................................13
II.2.5. Penguat IF .........................................................................14
II.3. Phase Locked Loop .......................................................................14
II.3.1. Operasi Phase-Locked .......................................................17
II.3.2. Pendeteksi Fasa .................................................................18
II.3.3. Penguat .............................................................................20
II.3.4. Osilator Terkendali Tegangan …...…...….…………........21
II.3.5. Low Pass Filter …………………………..……….……...21
II.3.6. Pengali/pembagi Frekuensi …………………….….…......23
II.4. Frekuensi Hopping ...………………………………………….....24
II.5. Keamanan Sistem Komunikasi Radio ………………………..….26
BAB.III. PERANCANGAN ………………………...………………..………...27
III.1. Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio FM FH ………………27
III.2. Radio Penerima FM ……………………………………………..28
III.2.1. Penjelasan Umum Penerima FM FH .................................28
III.2.2. Subsistem Sinkronisasi Bagian Penerima FM FH …..…..30
III.2.3. Penguat Satu Tingkat ……………………………..……..30
xiv
III.2.4. Transistor Sebagai Saklar …………………………..…....31
III.3. Bagian Pengolahan Sinyal Radio ……………………….…...…..32
III.3.1.Penguat RF Penerima Tertala .............................................32
III.3.2. Mixer………………………………………………….......34
III.4.Bagian Osilator Lokal dan Pengaturan Frequency Hopping ..….....36
III.4.1.Osilator Kristal ...................................................................36
III.4.2.PLL .....................................................................................37
III.4.3. Low Pass Filter ……..…………………………………...38
III.4.4.Rangkaian VCO .................................................................39
III.4.5.Prescaler ............................................................................40
III.4.6.Rangkaian Pembagi Terprogram 14 Bit ..…………....…...41
III.4.7. Rangkaian Kendali Data Masukan Pembagi Terprogram..43
BAB IV . Hasil dan Pembahasan …….…………………………...…………….45
IV.1. Perangkat Keras Hasil Perancangan ..………………..……………45
IV.2. Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan …..…….………………46
IV.2.1. Hasil Pengujian Penerimaan ..……………….…………..46
IV.2.2. Pengujian Kualitas Penerimaan ..…………….………….48
IV.2.3. Pengujian Kestabilan Penerimaan Frekuensi Hopping ….49
IV.2.4. Pengujian Kestabilan Sinyal Informasi ...……………..…52
IV.3. Pengujian Masing-Masing Blok ...………………..…………..….54
IV.3.1. Pengujian Blok Penguat RF …...………………….……..54
IV.3.2. Pengujian Blok Mixer dan Penguat IF ..…………………56
IV.3.3. Pengujian Blok Voltage Controlled Oscillator ….………59
xv
IV.3.4. Pengujian Blok PLL …..…………………………..……..61
IV.3.5. Pengujian Blok Prescaler ..………………………..…….62
IV.3.6. Pengujian Blok Pembagi Terprogram …………….….….65
IV. 4. Analisis Frekuensi Carrier, Tone, Informasi ……………………..69
BAB V. Kesimpulan dan Saran …….……………………………………………71
V.1. Kesimpulan …………………………………………………………71
V.2. Saran ………………………………………………………………..71
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................73
DAFTAR LAMPIRAN .........................................................................................74
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Modulasi Frekuensi ...…………………………………………….…6
Gambar 2.2. Diagram blok penerima FM ……………………...............................7
Gambar 2.3. Rangkaian Tertala Seri .......................................................................8
Gambar 2.4. Rangkaian Tertala Paralel …...…………...........……….…….....…..9
Gambar 2.5. Rangkaian Penguat CE (Common Emiter) Tertala ……..….........…10
Gambar 2.6. Rangkaian ekivalen hybrid-π ............................................................11
Gambar 2.7. Diagram blok PLL ............................................................................15
Gambar 2.8. Karakteristik ideal komponen loop …………………..……........…16
Gambar 2.9. Operasi Phase-Locked ..………………….…………………...…....17
Gambar 2.10. Karakteristik phase detector............................................................19
Gambar 2.11. Rangkaian IC 74HC4046 ...............................................................19
Gambar 2.12. Konfigurasi pin 74HC/HCT4046 ...................................................20
Gambar 2.13. Low pass filter pasif RC ....………………………………...….….22
Gambar 2.14. Tanggapan frekuensi LPF ...………………….………….….....…22
Gambar 2.15. Blok diagram pengali/pembagi frekuensi dengan PLL ...…......….23
Gambar 2.16. Teknik frequency hopping ...……………..……………….………24
Gambar 2.17. Interferensi pada transmisi Frequency Hopping .…………….…..25
Gambar 3.1. Diagram blok umum sistem komunikasi radio FM FH ...…...….....27
Gambar 3.2. Diagram blok radio penerima FM FH …...………………………...28
Gambar 3.3. Diagram blok subsistem sinkronisasi penerima FM FM ….......…..30
Gambar 3.4. Rangkaian transistor sebagai saklar …...…………………………..31
xvii
Gambar 3.5. Rangkaian penguat RF tertala …...……....……….………………..34
Gambar 3.6. Rangkaian mixer …...…………………………….….……………..35
Gambar 3.7. Spektra sinyal dalam sebuah penerima …................………………36
Gambar 3.8. Rangkaian pembangkit frekuensi step 6,25 kHz ..….………...………37
Gambar 3.9. Rangkaian PLL …..………………….…………….…….…………38
Gambar 3.10. Perancangan rangkaian LPF ……………………………………...39
Gambar 3.11. Rangkaian VCO …..……………………………….…..………....40
Gambar 3.12. Skema rangkaian prescaler ...…………………………………......41
Gambar 3.13. Rangkaian pembagi terprogram TC9122P …...…………………..43
Gambar 3.14. Bentuk dari TC9122P ..………………………………………..….44
Gambar 3.15. Diagram blok dari TC9122P …...………………………………...44
Gambar 4.1. Tampilan di dalam kotak …...………………………………….…..45
Gambar 4.2. Perangkat radio penerima FM FH………………………………….45 Gambar 4.3. Pengujian Penerimaan ...…………………………………..……….47
Gambar 4.4. Spektrum penerima saat frekuensi 97 MHz ...……………………..48
Gambar 4.5. Spektrum penerima saat frekuensi 99 MHz ...……………………..48
Gambar 4.6. Spektrum penerima saat frekuensi 101 MHz .……………………..49
Gambar 4.7. Spektrum penerima saat frekuensi 103 MHz .……………………..49
Gambar 4.8. Blok diagram pengujian kestabilan hopping ………………………50
Gambar 4.9. Tunda waktu sebesar 0,25 detik ….………………………………..51
Gambar 4.10. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 97 MHz ...….52
Gambar 4.11. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 99 MHz…….53
Gambar 4.12. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 101 MHz .….53
xviii
Gambar 4.13. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 103 MHz …..53
Gambar 4.14. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 97 MHz ……………...…..54
Gambar 4.15. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 99MHz ..…………………55
Gambar 4.16. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 101 MHz ..……………….55
Gambar 4.17. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 103 MHz. ..………………55
Gambar 4.18. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 97 MHz .……………..57
Gambar 4.19. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 99 MHz. ……………..57
Gambar 4.20. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 101 MHz….………….58
Gambar 4.21. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 103 MHz ......……….. 58
Gambar 4.22. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 97 MHz. …….………..59
Gambar 4.23. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 99 MHz …..…………..60
Gambar 4.24. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 101 MHz. …….………60
Gambar 4.25. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 103 MHz. ……….……60
Gambar 4.26. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 97 MHz …...…..…62
Gambar 4.27. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 99 MHz …....….…63
Gambar 4.28. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 101 MHz …..….…63
Gambar 4.29. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 103 MHz ..…….…64
Gambar 4.30. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 1940 …….66 Gambar 4.31. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 1980 .....…66 Gambar 4.32. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 2020 ….....67
Gambar 4.33. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 2060 ...…..67
Gambar 4.34. Sinyal output blok pembagi terprogram skala time/div diperkecil..67
Gambar 4.35. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 97 MHz……..69
xix
Gambar 4.36. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 99 MHz……..70
Gambar 4.37. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 101 MHz…....70
Gambar 4.38. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 103 MHz..…..70
xx
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Tabel logika data masukan pembagi terprogram 14 bit ….....…..........43
Tabel 4.1 Bagian-bagian dari perangkat radio dan fungsi secara umum ……..…46
Tabel 4.2. Data pengamatan kestabilan penerimaan frekuensi hopping………....50
Tabel 4.3. Penguatan blok penguat RF…………………………………………..56
Tabel 4.4. Tegangan LPF untuk menala VCO…………………………………...61
Tabel 4.5. Perbandingan Hasil Pengukuran Blok Prescaler……………………...64
xxi
DAFTAR LAMPIRAN
Data spektrum frekuensi sinyal informasi pada radio penerima ……...…L1
Rangkaian pengolahan sinyal ………………………………………...…L9
Rangkaian pengaturan frekuensi hopping ……………………………...L10
Data Sheet 2SC2026 …………………………………………….……..L11
Data Sheet CXA1538 …………………………………………..………L12
Data Sheet 74HC4060………………………………………………….L15
Data Sheet 74HC4046………………………………………………….L18
Data Sheet LB3500 …………………………………………………….L21
Data Sheet TC9122P …………………………………………………...L23
Data Sheet MV2109 ……………………...…………………………….L26
Data Sheet LM386 …………………….……………………………….L28
Data Sheet BF 494 ……………………………………………………..L30
.
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Dalam perambatan gelombang radio dari pemancar ke penerima terdapat
beberapa gangguan seperti derau (noise), distorsi tunda waktu (delay) karena
multipath fading dan jamming [1]. Multipath fading merupakan gangguan
terhadap perambatan gelombang di udara karena perubahan kondisi atmosfer
secara tiba-tiba [2]. Sedangkan jamming adalah pemancaran satu sinyal
interferensi dengan sengaja pada kanal yang sama, dirancang untuk merusak kanal
pelayanan yang diganggu.
Frekuensi carrier siaran FM (Frequency Modulation) terletak pada pita
VHF (Very High Frequency) (30 MHz - 300 MHz) [4]. Jumlah kanal FM yang
disiapkan untuk radio broadcast berada dalam alokasi frekuensi 87,5 MHz hingga
108 MHz sebanyak 204 kanal. Jarak minimal antar kanal dalam satu area
pelayanan sebesar 800 kHz, sehingga kanal-kanal frekuensi yang digunakan
sangat dekat dan terkadang terjadi interferensi antar sinyal carrier dari stasiun
radio yang satu dengan frekuensi stasiun radio yang lain.
Perkembangan aplikasi sistem komunikasi berbasis spread spectrum saat
ini semakin luas [3]. Pada komunikasi digital, teknik modulasi spread spectrum
secara umum terbagi menjadi dua teknik, yaitu DSSS (Direct Sequence Spread
Spectrum) dan FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). FH (Frequency
Hopping) merupakan salah satu teknik spread spectrum yang saat ini
2
perkembangannya semakin luas di aplikasi sistem komunikasi. Implementasi dari
teknik modulasi FHSS dapat digunakan pada perangkat komunikasi radio yang
membutuhkan keamanan dalam berkomunikasi. Perangkat komunikasi radio yang
dimaksud seperti yang digunakan oleh pihak militer (polisi, tentara, dan lain –
lain).
FH adalah perpindahan atau lompatan frekuensi dari satu frekuensi ke
frekuensi yang lain dalam satu bandwidth, secara acak ataupun urutan lompatan
yang telah ditentukan sebelumnya secara otomatis per satuan detik. Pada
komunikasi radio tingkat keamanan komunikasi sangat rawan. Penyadapan atau
pembajakan yang dilakukan oleh pihak lain di dalam saluran komunikasi sering
terjadi. Salah satu solusi yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan di
atas yaitu dengan menggunakan teknik modulasi FH.
Permasalahan di atas telah dicoba di atasi dengan pembuatan perangkat
pemancar radio FM FH tersebut hanya menggunakan 2 FH. Hal ini masih rawan
terhadap penyadapan karena hanya menggunakan 2 FH. Selain itu pada penerima
FM FH rawan terjadi interferensi frekuensi, delay yang berbeda dengan
pemancakarena tidak menggunakan sinkronisasi antara pemancar dan penerima.
Dari permasalahan yang telah diuraikan, untuk meningkatkan tingkat
keamanan di dalam komunikasi radio penulis akan mengembangkan penerima FM
dengan menggunakan teknik modulasi FH yang sinkron dengan pemancar FM.
Penambahan 4 FH bertujuan untuk meningkatkan keamanan, sehingga dapat
mengantisipasi adanya penyadapan. Pada sistem komunikasi radio FH
menggunakan pemancar dan penerima dengan spesifikasi frekuensi, delay dan
3
sistem yang sama. Sehingga pancaran dari pemancar dapat diterima oleh
penerima.
I.2. Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :
1. Penerima FM FH dibuat dengan empat frekuensi carrier f1 = 97 MHz, f2
=99 MHz, f3 = 101 MHz, dan f4 =103 MHz.
2. Penerima FM FH dirancang untuk bekerja secara sinkron dengan
pemancar FM.
3. Periode perpindahan tiap frekuensi carrier (Frequency Hopping Period)
adalah sebesar 0.25 detik.
4. Penggunaan frekuensi radio broadcast pada penelitian hanya untuk
menguji dan menunjukkan cara kerja sistem FH.
I.3. Tujuan Penelitian
Menghasilkan perangkat penerima FM FH yang mampu menerima empat
sinyal carrier yang tersinkronisasi dengan pemancar FM FH .
I.4. Manfaat Penelitian
Tugas akhir ini juga bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan
khususnya bagaimana cara menghindari gangguan-gangguan seperti inteferensi
sinyal lain, jamming frekuensi, dan lain-lain pada sistem komunikasi FM. Hasil
4
penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai rujukan untuk pengembangan sistem
komunikasi radio dengan FH.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir yang digunakan di dalam penyusunan
tugas akhir adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Pendahuluan berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan penelitian,
manfaat penelitian, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini memberikan penjelasan tentang modulasi frekuensi secara umum,
penerima FM dan bagian-bagian dari penerima FM tersebut, serta penjelasan-
penjelasan umum FH.
BAB III PERANCANGAN
Bab ini berisi alur perancangan dan perhitungan nilai-nilai komponen yang
digunakan dari sistem penerima FM FH.
BAB IV DATA PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi pembandingan data hasil percobaan dengan data perhitungan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi ringkasan hasil penelitian yang telah dilakukan dan usulan yang
Berupa ide-ide untuk perbaikan atau pengembangan terhadap penelitian yang
telah dilakukan.
5
BAB II
DASAR TEORI
II.1. Modulasi Frekuensi
Modulasi adalah pengaturan parameter suatu sinyal pembawa (carrier)
berfrekuensi tinggi oleh sinyal informasi berfrekuensi rendah [4]. FM (Frequency
Modulation) merupakan salah satu jenis modulasi dimana sinyal modulasi
digunakan untuk merubah frekuensi frekuensi sinyal pembawa. Amplitudo relatif
sama.
FM menjadi teknik modulasi yang sering digunakan karena mempunyai
kelebihan dibanding AM (Amplitude Modulation) antara lain :
1. Perbandingan daya sinyal terhadap daya derau S/N (signal to noise ratio) pada
FM dapat ditingkatkan tanpa harus meningkatkan daya yang dipancarkan
tetapi dengan pelebaran bandwidth.
2. Lebih tahan terhadap noise. Alokasi frekuensi untuk FM antara 88 MHz –
108 MHz yang terletak dalam pita VHF (Very High Frequency) relatif lebih
bebas dari gangguan akibat atmosfer maupun interferensi.
3. Bandwidth yang lebih lebar. FM terletak pada bagian VHF dari spektrum
frekuensi yang mempunyai bandwidth lebih lebar daripada gelombang pada
bagian MF (Medium Frequency) .
Sinyal informasi dinyatakan sebagai
em(t) =Emmaks sin 2 π fm t (2.1)
6
Sinyal carrier dinyatakan sebagai
ec(t) = Ecmaks sin ( 2 π fc t + Φ )
dan sinyal FM dinyatakan sebagai
ec (t) = Ecmaks cos (2 π fc t + ∆f / fm sin 2 π fm t )
Bentuk dari sinyal FM ditunjukkan Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Modulasi Frekuensi [5].
(a) Sinyal informasi. (b) Sinyal carrier. (c) Gelombang termodulasi frekuensi
dengan tegangan sebagai fungsi waktu. (d) Gelombang termodulasi frekuensi
dengan frekuensi sebagai fungsi waktu.
(2.2)
(2.3)
7
II.2. Penerima FM
Pesawat penerima harus melaksanakan sejumlah fungsi [4]. Pertama,
penerima harus dapat memilih sinyal radio FM yaitu dari 88 MHz sampai 108
MHz dan menolak sinyal lain yang tidak diinginkan. Selanjutnya, penerima harus
dapat menguatkan sinyal yang diterima tersebut agar dapat digunakan pada proses
selanjutnya. Akhirnya, penerima harus dapat memisahkan sinyal informasi dari
sinyal pembawa dan menyampaikan kepada pemakai. Gambar 2.2 menunjukkan
diagram blok penerima FM secara umum.
Gambar 2.2. Diagram blok penerima FM [4]
II.2.1. Rangkaian tertala
Rangkaian tertala adalah rangkaian yang komponen-komponennya dapat
diatur untuk menyusun rangkaian yang mempunyai tanggapan terhadap frekuensi
tertentu dalam jangkauan frekuensi yang sudah ditentukan [2]. Rangkaian ini
biasa dipakai dalam tapis (filter), osilator, dan penguat radio. Rangkaian ini
8
(2.6)
didapatkan dari merangkai induktor dan kapasitor baik secara seri maupun paralel
[6].
Gambar 2.3 Rangkaian Tertala Seri [6]
Rangkaian tertala seri terdiri atas kumparan yang dihubungkan seri dengan
sebuah kapasitor. Gambar rangkaian tertala seri ditunjukkan oleh Gambar 2.3.
Rumus untuk rangkaian tertala seri adalah sebagai berikut:
Besarnya impedansi adalah:
karena:
maka
sehingga
(2.4)
(2.5)
(2.7)
(2.8)
9
Sedangkan rangkaian tertala paralel terdiri atas kumparan yang
dihubungkan paralel dengan sebuah kapasitor. Gambar rangkaian dari rangkaian
tala paralel ditunjukkan oleh Gambar 2.4 .
Gambar 2.4. Rangkaian Tertala Paralel [6]
Rumus untuk rangkaian tertala paralel adalah sebagai berikut [6] :
jika L2>>R2, maka
Pada saat frekuensi resonansi maka:
a. Rangkaian bertindak sebagai resistansi murni. Untuk rangkaian seri,
impedansi minimum, sedang untuk rangkaian paralel impedansinya
maksimum.
(2.9)
(2.10)
(2.11)
10
b. Arus catu berada sefase dengan tegangan catu. Untuk rangkaian seri,
arus catu akan menjadi maksimum, sedang untuk rangkaian paralel
arus catu akan minimum.
II.2.2. Penguat RF Tertala
Gambar 2.5. Rangkaian Penguat CE (Common Emiter) Tertala [6].
Penguat-penguat RF tertala (tuned RF amplifier) digunakan untuk
memberikan penguatan dan selektivitas ujung depan (front end) pada pesawat
penerima radio untuk memisahkan sinyal masuk dari antena, sehingga didapatkan
penyaringan (filtering) bandpass yang tepat yang diperlukan penguat IF
(Intermediate Frequency) [6]. Analisis DC amplifier CE adalah sebagai berikut :
a. Bagian Keluaran [9]
Vcc = Ic.Rc + Vce + Ie.Re (2.12)
11
b. Bagian Masukan
Vcc= Ib.Rb + Vbe + Ie.Re
Sedangkan amplifier tertala CE dapat dianalisis dengan model hybrid-π
[6]. Rangkaian ikivalen ini diberi nama hybrid-π berdasarkan bentuknya yaitu π,
dan unit-unitnya merupakan campuran atau hybrid, yang mengandung pembangkit
arus yang tergantung tegangan. Rangkaian ekivalen hybrid-π untuk transistor BJT
(Bipolar Junction) ditunjukkan oleh Gambar 2.6.
Ib
rb'b
rb'e
C
Ic
B'
E
rc Cc
Cb'c
Cb'e
gmVb'e
B
Gambar 2.6. Rangkaian ekivalen hybrid-π [6].
Terminal B, E, dan C merupakan terminal eksternal base, emitter, dan
collector. Terminal B’ adalah internal bagi transistor dan ditunjukkan karena rb’b
(extrinsic base resistance) harus dalam situasi tertentu pada frekuensi tinggi.
Rangkaian pada Gambar 2.6 memiliki elemen yang berpengaruh pada tanggapan
frekuensi tinggi. Elemen-elemen tersebut adalah :
a. Transkonduktansi (gm) dirumuskan dengan
(2.13)
(2.14)
12
(2.17)
(2.18)
dengan pada suhu kamar. Jadi trankonduktansi dapat diperoleh dari
informasi Ic (arus bias kolektor).
b. Hambatan keluaran(rc) dirumuskan dengan
dengan merupakan tegangan awal.
c. Hambatan masukan dirumuskan dengan
dengan adalah frekuensi rendah, penguatan arus hubungan pendek.
Kapasitor keluaran kolektor (cc) beroperasi dengan cara reversed bias.
Nilai kapasitansi kapasitor ini kecil dibandingkan dengan kapasitor lainnya yang
terdapat di dalam rangkaian. Kapasitor kolektor – basis (ccb’) merupakan kapasitor
deplesi sambungan antara kolektor dan basis. Kapasitor ini beroperasi dengan cara
reversed bias. Kapasitor basis – basis (cb’e) beroperasi dengan cara forward bias.
Kapasitor ini merupakan kapasitor deplesi sambungan antara basis dan emitor
forward bias.
Mengacu pada Gambar 2.6, maka arus masukan atau arus basis (ib)
dinyatakan sebagai
maka diperoleh penguatan arus (Aisc) sebesar
(2.15)
(2.16)
13
(2.19)
(2.20)
Faktor Q efektif rangkaian sisi keluaran dapat dituliskan
dengan
II.2.3.Faktor Q
Faktor Q (Quality Factor) disebut juga dengan faktor kualitas yang dapat
didefinisikan sebagai perbandingan reaktansi induktif pada resonansi terhadap
resistansi pada rangkaian yang ditala [6]. Faktor Q ini akan mempengaruhi
bandwidth. Rangkaian ditala seri mempunyai faktor Q sebesar :
Faktor Q pada rangkaian ditala seri disebut juga faktor penguatan tegangan
karena memberikan perbandingan besarnya tegangan reaktif terhadap tegangan
yang diterapkan pada saat resonansi. Sedangkan rangkaian ditala paralel
mempunyai faktor Q sebesar :
II.2.4. Mixer FM
Mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari satu frekuensi ke frekuensi
lain [6]. Bagian mixer berfungsi untuk mengurangi frekuensi penerimaan menjadi
frekuensi intermediate. Dalam aplikasi penerima, rangkaian osilator merupakan
(2.21)
(2.22)
14
bagian tak terpisahkan dari rangkaian mixer. Mixer juga menerima sebuah sinyal
dari osilator lokal. Kedua sinyal tersebut kemudian dicampur bersama untuk
menghasilkan IF yang kemudian akan diproses lagi.
Frekuensi intermediate dapat dihitung dengan
dengan merupakan frekuensi IF, merupakan frekuensi penerima dan
adalah frekuensi osilator. Karena tidak ada frekuensi yang bernilai negatif, maka
II.2.5. Penguat IF
Penguat IF mempunyai dua fungsi utama, yang pertama adalah sebagai
bandpass untuk memungkinkan hanya sinyal yang dikehendaki saja yang
diteruskan ke detektor [4]. Yang kedua adalah sebagai penguat sinyal yang
diterima dari mixer. Setelah dikonversi ke frekuensi intermediate, sinyal keluaran
mixer dikuatkan oleh beberapa penguat IF. Hampir semua penguatan dari
penerima radio dihasilkan pada bagian penguat IF. Keseluruhan bandwidth dari
penerima radio biasanya ditentukan oleh bandwidth dari penguat IF. Penguatan
yang dihasilkan harus dapat divariasikan agar dapat menghasilkan sebuah
tegangan keluaran yang konstan dari sinyal masukan memiliki amplitudo yang
berbeda-beda.
II.3. Phase Locked Loop
PLL (Phase Locked Loop) adalah rangkaian umpan balik kalang tertutup
(2.23)
(2.24)
15
yang menghasilkan sinyal keluaran yang tersinkronisasi (lock) dengan sinyal
masukan. PLL dapat diterapkan sebagai rangkaian deteksi FM, demodulator AM
dan FM, deteksi FSK, frequency multiplier, dan frequency synthesizer [8].
Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah Capture Range dan
Lock Range. Capture Range ± fC adalah jangkauan/range frekuensi di sekitar
frekuensi pusat saat PLL terjadi sinkronisasi. Lock range ± fL adalah
jangkauan/range frekuensi di sekitar frekuensi pusat saat PLL dapat
mempertahankan sinkronisasi dari sejak mulai terjadi. Secara umum lock range
lebih lebar dari capture range. Jadi PLL dapat mempertahankan sinkronisasi pada
jangkauan frekuensi yang lebih lebar dari jangkauan saat terjadi sinkronisasi.
Gambar 2.7. Diagram blok PLL [7].
Peran utama dalam PLL dipegang oleh phase comparator yang bertugas
membandingkan fasa sinyal masukan dari VCO (Voltage Controlled Oscillator)
dengan suatu signal reference dan sebagai keluarannya adalah beda fasa.
Gambar 2.7 menunjukkan diagram blok umum PLL. Sinyal masukan dapat
berupa gelombang sinus atau kotak yang memiliki frekuensi radian ωi dan fase θi
16
yang menjadi masukan dari phase detector [7]. Keluaran dari phase detector
diumpankan ke filter dan dikuatkan untuk mengontrol frekuensi osilator (VCO).
Keluaran VCO adalah gelombang sinus atau kotak dengan frekuensi ωo, untuk
menjadi masukan kedua phase detector. Pada dasarnya PLL memiliki dua
kegunaan utama, yaitu menghasilkan tegangan v3 yang mengontrol VCO dan
frekuensi ωo sebagai keluaran VCO.
Gambar 2.8. Karakteristik ideal komponen loop: (a) Phase detector, (b) Low pass
filter, (c) Amplifier, (d) Voltage controlled oscillator [7].
Gambar 2.8 menunjukkan karakteristik sederhana untuk beberapa
komponen loop. Secara sederhana fase dan frekuensi sudut dapat dirumuskan
sebagai berikut [7] :
17
II.3.1. Operasi Phase-Locked
Gambar 2.9a menunjukkan bila kedua masukan phase detector adalah
sinyal sinusoida dengan frekuensi ωFR dengan fasa sama. Sehingga beda fasa
sama dengan nol dan tegangan v1, v2, v3 pada diagram blok Gambar 2.7 sama
dengan nol [7].
Gambar 2.9. (a) Kedua masukan memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda
fasa konstan. (b) Peningkatan frekuensi masukan menyebabkan kesalahan positif
fasa ∆θ [7].
(2.25)
(2.26)
18
Tegangan v3 menjadi masukan VCO agar keluaran tetap pada frekuensi
ωFR yang sama dengan ωi, sehingga loop terjaga atau yang sering disebut
equilibrium loop. Apabila ωi berubah naik, maka θi semakin besar.
Dengan adanya beda fasa (∆θ = θi - θo ), maka muncul tegangan v1 dan
setelah itu, ditapis dan dikuatkan sehingga tegangan v3 semakin tinggi. Kecepatan
sudut ωo akan naik mencapai ωo yang sama dengan ωi sehingga kedua vektor
berotasi pada kecepatan yang sama. Loop yang baru terjadi dan terjaga (new
equilibrium loop). Saat kondisi lock tercapai, tegangan v3 proposional terhadap
frekuensi VCO. Jika ωi sama dengan ωo, maka
II.3.2. Pendeteksi Fasa
Gambar 2.8a menunjukkan karakteristik phase detector, dengan v1 adalah
tegangan keluaran blok phase detector, Kp adalah konstanta, θi dan θo adalah fasa
dari kedua masukan blok phase detector. PLL menghasilkan keluaran v1 jika
sinyal masukan dan VCO terdapat beda fasa. Phase detector secara matematis
dapat dinyatakan dengan [8].
Rangkaian ini menghasilkan tegangan keluaran proporsional dengan
perbedaan fasa antara dua sinyal masukan. Pembanding fasa (phase comparator)
adalah rangkaian pendeteksi perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua
(2.27)
(2.28)
19
gelombang masukan, dan membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan koreksi
dari perbedaan fasa yang terjadi [6].
Gambar 2.10. Karakteristik phase detector [7].
Jika sinyal v0(t) bergeser ke kiri, sehingga ∆θ sama dengan nol, maka v1(t)
konstan di -5 Volt. Saat v0(t) bergeser ke kanan 900, maka sinyal v1(t) sama
dengan ± 5 Volt dengan tegangan rata-rata (average) nol Volt. Apabila ∆θ digeser
1800, maka v1(t) konstan di +5 volt seperti pada Gambar 2.10.
Gambar 2.11. Rangkaian IC 74HC4046 [12].
20
IC 74HC/HCT4046 merupakan IC PLL yang terdiri dari VCO dan phase
detector/phase comparator seperti yang ditunjukkan Gambar 2.11. Level
penguatan phase detector dapat dicari dengan persamaan [8]
dengan Kp adalah konstanta penguatan phase detector dan Vcc merupakan
tegangan catu IC. Gambar 2.12 menunjukkan konfigurasi pin dari IC 4046A
Gambar 2.12. Konfigurasi pin 74HC/HCT4046 [12].
II.3.3. Penguat
Komponen loop yang kedua adalah penguat (amplifier) [8]. Amplifier
biasanya digunakan sebagai dc amplifier. Fungsinya untuk meningkatkan loop
gain dengan menguatkan keluaran phase detector. Gambar 2.8c merupakan
karakteristik dari amplifier dengan parameter peguatannya adalah . Amplifier
bekerja dengan menguatkan tegangan v2.
(2.29)
21
II.3.4. Osilator Terkendali Tegangan
Osilator yang terkendali oleh tegangan (VCO) banyak ditemukan pada
banyak penggunaan, seperti kontrol frekuensi otomatis, preset tuning radio, dan
pengunci loop fase [4]. Osilator dirancang sedemikian rupa sehingga frekuensinya
dapat diubah dengan menggunakan tegangan kendali. Struktur umpan balik PLL
memaksa VCO untuk menghasilkan sinyal FM yang sama dengan yang dihasilkan
oleh pemancar.
Gambar 2.8d menunjukkan karakteristik VCO. VCO beroperasi pada
frekuensi free-running ketika v3 sama dengan nol [8]. Nilai positif atau
negatif dari v3 menyebabkan frekuensi free-running menjadi meningkat atau
menurun sesuai dengan konstanta penguatan VCO
dengan Ko merupakan konstanta penguatan loop VCO.
II.3.5. Low Pass Filter
Filter adalah rangkaian yang dirancang untuk melewatkan suatu pita
frekuensi tertentu dan memperlemah pita frekuensi yang lain. Filter pasif terdiri
dari komponen pasif seperti resistor, kapasitor dan induktor [9]. Filter berfungsi
untuk memperhalus tegangan error yang muncul pada kedua masukan
pembanding fasa dan mengurangi noise secara signifikan sehingga menghasilkan
sinyal yang bersih [7].
Gambar 2.13 menujukkan rangkaian sederhana LPF (Low Pass Filter).
Kelebihan dari filter pasif adalah lebih sederhana dan murah serta jangkauan
(2.30)
22
frekuensi yang luas. Kekurangan dari filter aktif adalah losses yang besar
khususnya jika induktor yang dioperasikan pada frekuensi rendah. Jika induktor
digunakan untuk menyimpan induksi yang cukup lama, maka akan banyak daya
yang hilang. Tanggapan frekuensi untuk LPF dapat dilihat pada Gambar 2.14.
Gambar 2.13. Low pass filter pasif RC [9]
Gambar 2.14. Tanggapan frekuensi LPF [9].
Frekuensi cutoff filter (fc) dihitung menggunakan persamaan 2.24. Dengan
fc adalah frekuensi cutoff filter, R1 adalah resistor filter dan C1 adalah kapasitor
filter.
(2.31)
23
II.3.6. Pengali/pembagi Frekuensi
Cara kerja PLL sebagai pengali/pembagi ditunjukkan pada Gambar 2.15
[6]. Sinyal masukan mempunyai frekuensi referensi fr.. Pembanding fasa adalah
suatu rangkaian yang memproduksi sinyal dc yang amplitudonya proporsional
terhadap selisih fasa antara sinyal acuan fr dan keluaran counter
Apabila selisih fasa antara kedua sinyal fr dan fo/N sebesar nol, maka
keluaran dc pembanding fasa sama yang dibutuhkan untuk menala VCO menjadi
frekuensi Nfr. Jika di antara keduanya ada selisih fasa, maka bias yang diterapkan
pada VCO akan berubah arah untuk menaikkan atau menurunkan fo sehingga
dapat menghilangkan selisih fasa. Saat keluaran VCO mencapai nilai Nfr, maka
VCO akan mengunci frekuensi loop umpan balik. Frekuensi keluaran fo
disesuaikan pada nilai baru dengan mengubah bilangan yang membagi counter
tersebut. Bilangan N adalah jumlah pulsa yang akan dihitung oleh counter
sebelum mengulang kembali siklus, yang disandikan dalam biner.
Gambar 2.15. Blok diagram pengali/pembagi frekuensi dengan PLL [7].
(2.32)
(2.33)
24
II.4. Frekuensi Hopping
Frequency hopping atau lompatan frekuensi adalah perubahan frekuensi
sinyal pembawa secara periodis dari suatu transmisi sinyal yang diatur oleh
algoritma tertentu [10]. Frekuensi ini akan membawa informasi selama perioda
tertentu dan berpindah ke frekuensi yang lain, begitu seterusnya, seperti
diperlihatkan pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16. Teknik frequency hopping [10].
Anak panah pada Gambar 2.21 menunjukkan urutan lompatan (hop)
frekuensi dari frekuensi 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.
25
Frequency hopping merupakan salah satu dari teknik spektrum tersebar
(spread-spectrum) dengan bandwidth yang digunakan jauh lebih lebar dari
bandwidth minimum yang diperlukan untuk mengirimkan informasi yang sama
jika menggunakan pembawa tunggal. Sistem komunikasi yang menggunakan
teknik spread spectrum akan mempunyai kelebihan dalam aplikasinya meliputi :
kemampuan antijamming, penekanan interferensi dari luar, mampu melawan
multipath fading, Low probability of intercept (LPI), komunikasi yang aman dan
perbaikan efisiensi spektral.
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
interefensi muncul dan menggangu salah satu kanal berfrekuensi, misal 2f , maka
sinyal pembawa akan selalu mengalami gangguan tetapi hanya saat berada pada
frekuensi 2f . Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.17.
Gambar 2.17. Interferensi pada transmisi Frequency Hopping [10].
26
II.5. Keamanan Sistem Komunikasi Radio
Lahirnya sistem komunikasi spread spectrum pada pertengahan tahun
1950 dilatarbelakangi oleh kebutuhan akan sistem komunikasi yang dapat
mengatasi masalah interferensi, dapat menjamin kerahasiaan informasi yang
dikirim dan dapat beroperasi pada tingkat S/N (signal to noise ratio) yang rendah
atau tahan terhadap derau yang besar [15]. Dalam sistem komunkasi sekarang ini,
penggunaan frekuensi sudah cukup padat sehingga interferensi dan noise dari
transceiver lain cukup besar.
Sistem komunikasi radio saat ini sering terjadi penyadapan pembicaraan
pada handphone oleh pesawat radio lain. Namun dengan sistem spread spektrum
ketakutan yang dialami pada sistem komunikasi diatas akan dapat di atasi karena
data yang dikirimkan pada sistem spread spektrum adalah data acak. Jadi jika
penerima tidak mengetahui kode yang digunakan untuk melebarkan data maka
penerima hanya akan menerima sinyal noise saja.
27
BAB III
PERANCANGAN
III.1. Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio FM Frekuensi
Hopping
Sistem komunikasi radio FM FH mempunyai blok-blok utama penyusun
sistem yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. Untuk mendukung sinkronisasi,
pemancar dan penerima FM FH menggunakan spesifikasi frekuensi, delay dan
sistem yang sama. Sinkronisasi antara pemancar dan penerima ditunjukkan saat
penerima mampu menerima sinyal FH sesuai kanal yang dipancarkan oleh
pemancar.
Gambar 3.1. Diagram blok umum sistem komunikasi radio FM FH.
Bagian pemancar (Tx, Transmitter) mempunyai Tone Generator yang
berfungsi untuk membangkitkan sinyal sinkronisasi dari empat frekuensi carrier.
Keempat frekuensi carrier yang telah tersinkronisasi tersebut kemudian diterima
oleh penerima FM (Rx, Receiver) secara bergantian sesuai waktu yang telah
28
ditentukan. TD (Tone Detector) pada Rx berfungsi untuk mendeteksi sinyal yang
sesuai dengan sinyal yang transmisikan dari TG (Tone Generator).
III.2.1.Penjelasan Umum Penerima FM FH
Rangkaian radio penerima FM dengan FH terdiri dari : penguat RF, mixer,
penguat IF, penguat AF, osilator kristal, PLL, VCO, timer, decoded counter,
analog switch dan programable counter (pembagi terprogram). Bagian-bagian ini
dapat dikelompokan menjadi dua bagian utama, yaitu bagian pengolahan sinyal
radio dan bagian osilator lokal dan pengaturan FH. Bagian pengolahan sinyal
radio terdiri dari penguat RF, mixer, penguat IF, dan penguat audio. Sedangkan
untuk bagian osilator lokal dan pengaturan FH terdiri dari osilator kristal, PLL,
VCO, timer, decoded counter (pencacah 10 tingkat), analog switch dan pembagi
terprogram. Gambar 3.2 menunjukkan diagram blok dari radio penerima FM FH.
Gambar 3.2. Diagram blok radio penerima FM FH.
Penguat RF Mixer Penguat IF Penguat audio
ANTENA
Speaker
Sub sistem Sinkronisasi
Pembagi Terprogram
VCO
Prescaler
PLL Local oscilator
29
Pada awalnya, sinyal radio ditangkap oleh antena penerima. Karena antena
akan menangkap semua sinyal yang ada, maka penguat RF akan memilih sinyal
FM dan kemudian dikuatkan. Setelah sinyal tersebut dikuatkan oleh penguat RF,
kemudian sinyal FM tersebut dicampur menggunakan mixer dengan sinyal dari
osilator lokal yang berupa rangkaian PLL dan VCO yang telah diatur oleh
pencacah 10 tingkat serta pembagi terprogram.
Hasil keluaran dari mixer adalah sinyal IF. Sinyal IF ini akan dikuatkan
oleh penguat IF. Karena penguat IF juga berfungsi sebagai filter bandpass, maka
keluaran dari penguat IF berupa sinyal audio. Setelah didapat sinyal audio, sinyal
tersebut dikuatkan oleh penguat audio agar daya dari sinyal tersebut dapat
membunyikan speaker.
Penguat RF menggunakan rangkaian penguat tertala. Sedangkan mixer
menggunakan IC CXA1538. Penguat AF menggunakan sebuah rangkaian low
voltage audio power amplifier dari IC LM386. Osilator kristal menggunakan
komponen kristal sebesar 6.4MHz, kemudian frekuensi tersebut dibagi sampai
menjadi 6.25KHz. Phase detector dari PLL menggunakan HCT4046.
VCO menggunakan rangkaian osilator Clapp. Osilator Clapp merupakan
suatu versi khusus dari rangkaian Colpitss, dengan komponen induktansinya
digantikan suatu rangkaian LC seri. Salah satu kapasitor menggunakan dioda
varaktor. Dioda varaktor yang digunakan adalah MV2107. pembagi terprogram
menggunakan kombinasi IC TC9122, pencacah 10 tingkat IC CD4017B dan suatu
pembangkit sinyal kotak dengan periode 0.25 detik.
30
III.2.2. Subsistem Sinkronisasi Bagian Penerima FM FH
Secara umum subsistem sinkronisasi bagian penerima penerima radio FM
FH ditunjukkan pada Gambar 3.3. Sinyal-sinyal DTMF dari TG yang melewati
transmisi diterima oleh TD melalui penguat satu tingkat. Penguat satu tingkat
berfungsi untuk menguatkan sinyal, agar dapat diterima oleh TD
Gambar 3.3. Diagram blok subsistem sinkronisasi penerima FM FH.
TD pada penerima FM ini berfungsi untuk mendeteksi frekuensi yang
dihasilkan dari TG. Keluaran dari rangkaian TD dihubungkan ke transistor
sebagai saklar. Sedangkan keluaran transistor sebagai saklar terhubung ke
masukan dari timer. Perubahan tegangan yang dihasilkan oleh TD mempengaruhi
masukan clock pada timer.
III.2.3. Penguat Satu Tingkat
Untuk menjaga agar sinyal DTMF yang masuk ke tone decoder dapat
diterima dengan baik, maka sebelum sinyal masuk dikuatkan terlebih dahulu
dengan penguat satu tingkat. Pada penguat satu tingkat ini menggunakan
31
konfigurasi emitter follower yang penguatan tegangan (Av) 1. Perancangan
penguat satu tingkat akan menggunakan transistor UTC 9014, karena transistor ini
mempunyai penguatan tegangan (Av) sebesar 1000 kali dan tegangan balik yang
besar jadi lebih aman.
III.2.4. Transistor Sebagai Saklar
Gambar 3.4 menunjukkan sebuah rangkaian transistor sebagai saklar
elektrik yang digerakkan oleh tegangan keluaran dari TD. Transistor yang
digunakan adalah transistor UTC 9014. Rangkaian transistor sebagai saklar
disebut juga rangkaian LED driver, karena transistor mengendalikan LED. Fungsi
LED hanya sebagai indikator untuk mengetahui transistor dalam keadaan cutoff
atau saturasi. Jika tegangan masukan rendah, maka transistor akan cut-off dan
LED tidak menyala. Jika tegangan masukan tinggi, maka transistor akan
mengalami saturasi dan LED menyala.
+5V
Tone Decoder
D1
LED
UTC 9014
3
2
1
Timer
RC33
RB
1.2 K
Gambar 3.4. Rangkaian transistor sebagai saklar.
32
III.3. Bagian Pengolahan Sinyal Radio
III.3.1.Penguat RF Penerima Tertala
Penguat RF (Radio Frequency) pada FM berfungsi sebagai penguat sinyal
yang diterima dari antena dan juga berfungsi sebagai pembatas frekuensi-
frekuensi lain yang tidak diinginkan diinginkan. Penguat RF berupa rangkaian
penguat tertala LC. Perancangan penguat RF tertala untuk penerima FM ini
memiliki spesifikasi frekuensi tengah 97,5MHz dengan bandwidth 5MHz.
Penetuan frekuensi tengah bertujuan sebagai filter bandpass untuk melewatkan
frekuensi sinyal RF yang dikehendaki dan menolak sinyal yang lain. Dengan
menggunakan frekuensi tengah ini maka diharapkan frekuensi-frekuensi yang
diterima tidak bergeser.
Berikut ini adalah perancangan nilai-nilai komponennya :
a. Perancangan untuk sinyal AC
Dengan menggunakan persamaan (2.9), diperoleh
Jika nilai L diasumsikan 1µH, maka
33
b. Perancangan bias DC biasing pada bagian keluaran :
Transistor yang digunakan adalah 2SC2026 dan nilai Ic yang digunakan
merupakan arus kolektor maksimum yaitu sebesar 50 mA , kemudian dari
datasheet bisa diketahui nilai hfe maksimum sebesar 200.
Nilai hambatan dalam induktor diasumsikan 2Ω. Dengan menggunakan
persamaan (2.12),
Nilai adalah
Jadi nilai Re dapat dihitung sebagai berikut:
34
c. Perancangan DC biasing pada bagian masukan :
Dengan menggunakan persamaan (3.13) akan dihitung nilai-nilai
komponen lain,
Gambar 3.5 adalah hasil perancangan rangkaian penguat RF penerima
tertala.
RB21600
R2117.4
R3200
L11u
C12.665p
C233u
Q1
C333u
C4100u
12V
V2
vo
Gambar 3.5. Rangkaian penguat RF penerima tertala [6].
III.3.2.Mixer
Mixer pada penerima FM berfungsi untuk mendapatkan sinyal informasi
dari sinyal termodulasi. Keluaran dari mixer belum sepenuhnya berupa sinyal
informasi tetapi masih berupa sinyal frekuensi intermediate. Rangkaian mixer
pada radio penerima FM FH mendapat masukan dari sinyal VCO dan penguat RF.
35
Kedua sinyal ini akan dicampur untuk mendapatkan sinyal IF, agar sesuai dengan
sinyal yang dikehendaki oleh penguat IF. Rangkaian mixer menggunakan IC
CXA1538. Gambar 3.6 adalah gambar hasil perancangan mixer.
keluaran VCO
J1
CX
A153
8
123456789101112131415 16
1718192021222324252627282930
C2100u
keluaran RF
C1 0.01u
R1
3k
5V
masukan tone control
R27.5k
10.7MHz
1
23
Gambar 3.6. Rangkaian mixer [12].
Gambar 3.7 mengilustrasikan spektra sinyal di berbagai titik dalam
penerima. Spektrum sinyal RF diperoleh dari antenna diperlihatkan dalam (A),
dengan saluran yang dikehendaki dan dua saluran yang berdekatan. Keluaran yang
tidak terfilter dari mixer (B) meliputi sinya RF, frekuensi osilator dan
pengulangan sinyal RF pada jumlah dan selisih. Spektrum keluaran dari bandpass
IF (C) menunjukkan saluran yang dikehendaki pada IF, dengan semua frekuensi
lainnya, termasuk saluran yang berdekatan akan dibuang. Akhirnya, spektrum
filter low pass demodulator (D) menunjukkan hanya frekuensi basebandnya saja.
Dalam proses pengubahan frekuensi, frekuensi osilatornya dapat ditempatkan di
atas atau di bawah frekuensi sinyal, dan frekuensi jumlah atau frekuensi selisih
dapat dipergunakan sebagai keluaran.
36
Gambar 3.7. Spektra sinyal dalam sebuah penerima [6].
III.4. Bagian Osilator Lokal dan Pengaturan Frequency Hopping
III.4.1.Osilator Kristal
Osilator kristal yang terpasang pada masukan PLL akan digunakan sebagai
frekuensi step untuk mengatur kenaikan dari frekuensi yang dihasilkan VCO.
Frekuensi step yang digunakan adalah 6.25kHz. Nilai frekuensi step ini
merupakan suatu persetujuan internasional untuk penerima FM menggunakan
PLL. Frekuensi 6,25 kHz dihasilkan dari osilator kristal 6,4 MHz yang dirangkai
seperti pada Gambar 3.8.
37
C2
100pF
C3
37pF
Y16.4Meg
out 6.25kHz
R1100k
U1
4060
11
12
7546141315123
910
PI
RST
Q4Q5Q6Q7Q8Q9
Q10Q12Q13Q14
POPO
Gambar 3.8. Rangkaian pembangkit frekuensi step 6,25 kHz [12].
IC HC4060 berfungsi sebagai pembagi frekuensi sebanyak 1000.
Kapasitor digunakan untuk mendekatkan frekuensinya. Keluaran dari rangkaian
ini, yaitu yang terletak pada pin 15, akan digunakan sebagai masukan untuk phase
detector pada rangkaian PLL.
III.4.2.PLL
PLL ini dirancang agar berfungsi sebagai penghasil sinyal osilasi. IC PLL
pada rancangan ini tidak termasuk VCO, sehingga diperlukan VCO dari luar. IC
PLL yang digunakan adalah HCT4046.
Hal utama dari IC HCT4046 adalah bagian phase detector, yaitu pin 3
untuk masukan sinyal dari VCO, pin 14 untuk masukan sinyal dari osilator kristal,
pin 2 untuk keluaran dari phase detector 1 dan pin 13 untuk keluaran phase
38
detector 2. Gambar 3.9 adalah gambar rangkaian dari PLL menggunakan IC
HCT4046.
C140p
R2
R
in VCO
R1
3k
U1
4046
34
14
6
75
1112
12
13
9
1015
CINVCOUT
SIN
CX
CXINHR1R2
PPP1
P2
VCOIN
DEMOZEN
out kristal
out VCO
Gambar 3.9. Rangkaian PLL [12].
III.4.3. Low Pass Filter
Rangkaian LPF yang dirancang mempunyai frekuensi cutoff sebesar 7,5
KHz dipilih agar frekuensi referensi 6,25 KHz masih berada dalam daerah Band
Pass Filter. Keluaran rangkaian PD memiliki komponen frekuensi sebesar 6,25
kHz yang berasal dari rangkaian pembangkit frekuensi referensi dan rangkaian
pembagi terprogram. Perancangan LPF ditunjukkan pada Gambar 3.10.
LPF dirancang dengan frekuensi cutoff sebesar 7,5 KHz dan nilai
kapasitansi (C1) sebesar 0,1 uF. Nilai resistansi R1 berdasarkan persamaan (2.9)
39
VCO
R1
212.2
C10.1u
PD
Gambar 3.10. Perancangan rangkaian LPF.
III.4.4.Rangkaian VCO
Perancangan VCO mengacu pada Gambar 3.11 yang didapat dari salah
satu referensi VCO PLL [13]. Dioda varactor D1 dan D2 sebagai kapasitor
variabel dikendalikan oleh tegangan LPF (Low Pass Filter), sehingga memiliki
nilai kapasitansi tertentu pada saat tegangan LPF tertentu. C1,C2,C3,C4,D2,D3
dan L1,L2,L3,L4,L5,L6 merupakan komponen penghasil osilasi. Frekuensi 100
MHz dan 90 MHz didapat dengan mengatur nilai kapasitansi D2 dan D3. Nilai
L1,L2,L3,L4,L5,L6 adalah 2 lilit coil 6mm, sedangkan Transistor Q1,Q2,Q3,Q4
merupakan transistor yang mengatur feedback osilasi.
40
R10 120
Siny al Inf ormasi
C322 pF
L1
12 V
L3
C51 nF
R7 150
C268 pF
dari LPF
R13 330
D1
MV2107
12
R12 22k
Q4BF494
1
3
2
D2
MV2107
12
R14 150
L2
R1168k
Q2BF494
1
3
2
C9 1 nF
C168 pF
R8 120
R6 15k
Q3BF494
1
3
2
C8 1 nF
L6
R968k
R3 330
C151 nF
C18
4700 uF
R5 150Q1
BF4941
3
2
L7
FB1
R4 22k
R15 15k
C10 15 pF
R1330 C14
0,01 uF
L5
C7 15 pF
C13220 uF
C11 22 pF
C45 pF
C121 nFR2
330
outL4
C6 22 pF
Gambar 3.11. Rangkaian VCO [13].
III.4.5. Rangkaian Prescaler
Prescaler LB3500 dirancang sebagai pembagi delapan. Perancangan
Prescaler LB3500 mengacu pada rancangan yang terdapat pada referensi
datasheet. Frekuensi carrier harus dibagi karena komponen pembagi terprogram
mempunyai range frekuensi operasi maksimal sebesar 15 MHz, yang mengacu
pada referensi datasheet.
Frekuensi 97 MHz akan dibagi menjadi 12,125MHz, frekuensi 99 MHz
akan dibagi menjadi 12,375 MHz, frekuensi 101 MHz akan dibagi menjadi 12,625
MHz, dan frekuensi 103 MHz akan dibagi menjadi 12,875 MHz. Frekuensi yang
telah dibagi akan diteruskan pada input pembagi terprogram 14 bit. Agar
41
C347 pF
C710 nF
5 V
out
LB3500
1 2 3 4 5 6 7 8 9
C1100 pF
C6
1 nF
in
C2100 pF C4
10 nFC510 nF
rangkaian dapat beroperasi, maka diberi catu tegangan sebesar 5 Volt. Gambar
3.12 memperlihatkan perancangan prescaler menggunakan IC LB3500.
Gambar 3.12. Skema rangkaian prescaler.
III.4.6.Rangkaian Pembagi Terprogram 14 Bit
Skema rangkaian pembagi terprogram dengan IC TC9122P dapat dilihat
pada Gambar 3.13. Pembagi terpogram dibangun dari sebuah IC TC9122. IC ini
merupakan IC pembagi yang memiliki masukan 14 bit. Pembagi ini bekerja
dengan prinsip BCD (Binary Code Decimal). Pada masukan BCD yang
dimasukkan pada pin masukan A, B, C, dan akan menentukan tegangan keluaran
dari TC9122. Keluaran tegangan ini akan mengatur VCO untuk mengubah-ubah
frekuensi.
Logika untuk menghasilkan frekuensi keluaran pembagi terprogram sama
dengan frekuensi referensi 6,25 kHz adalah sebagai berikut. Pada perhitungan ini
42
diperlukan logika pembagi 8 (1/8), prescaler LB3500 dari pemancar FM FH.
Dari persamaan (2.33) maka dapat dihitung
Frekuensi 90 MHz
Keluaran rangkaian prescaler 12,125 MHz (=97MHz/8)
Frekuensi 95 MHz
Keluaran rangkaian prescaler 12,375 MHz (=99MHz/8)
Frekuensi 100 MHz
Keluaran rangkaian prescaler 12,625 MHz (=101MHz/8)
Frekuensi 105 MHz
Keluaran rangkaian prescaler 12,875 MHz (=103MHz/8)
Tabel 3.1 menunjukkkan logika data masukan pembagi terprogram 14 bit. Cara
penyusunan tabel logika sesuai dengan prinsip BCD.
43
Tabel 3.1. Tabel logika data masukan pembagi terprogram 14 bit.
N B3 A3 D2 C2 B2 A2 D1 C1 B1 A1 D0 C0 B0 A01940 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0
1 9 4 0 1980 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
1 9 8 0 2020 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
2 0 2 0 2060 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0
2 0 6 0
Gambar 3.13. Rangkaian pembagi terprogram TC9122P [12].
III.4.7. Rangkaian Kendali Data Masukan Pembagi Terprogram
Proses tunning pada penerima radio FM FH didukung oleh spesifikasi
kendali data masukan pembagi terprogram yang sama dengan bagian pemancar,
sehingga penerima harus mempunyai frekuensi, delay dan sistem yang sama
dengan pemancar. Proses tunning dimulai dengan menentukan kode-kode
frekuensi pada pembagi terprogram IC TC9122 yang disusun sama seperti pada
pemancar. Setelah diperoleh kode yang sama, selanjutnya penyusunan kendali
data masukan pembagi terprogram yang juga disusun dengan delay dan urutan
44
pergeseran logika yang sama dengan pemancar. Pengaturan delay diatur oleh
rangkaian tone detector sehingga didapat aliran waktu yang kontinyu untuk
melakukan shift register 4 FH. Karena frekuensi maksimal yang dapat digunakan
pada pembagi terprogram sebesar 15MHz, maka diperlukan prescaler untuk
membagi frekuensi agar pembagi terprogram aktif. Bentuk dari TC9122P
ditunjukkan pada Gambar 3.14. Gambar 3.15 menunjukkan diagram blok IC
TC9122.
Gambar 3.14. Bentuk dari TC9122P [12]
Gambar 3.15. Diagram blok dari TC9122P [12]
45
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1. Perangkat Keras Hasil Perancangan
Hasil perancangan perangkat keras yang tergabung dalam blok penerima
FH ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2. Pada Tabel 4.1.
menunjukkan nama dan fungsi masing-masing blok secara umum.
Gambar 4.1. Tampilan di dalam kotak.
Gambar 4.2. Perangkat radio penerima FM FH.
46
Tabel 4.1 Bagian-bagian dari perangkat radio dan fungsi secara umum.
No. Nama Bagian Fungsi Bagian
1. Antena Menerima sinyal dari pemancar
2. Blok Penguat RF Menguatkan sinyal yang diterima dari
pemancar
3. Blok Mixer dan penguat IF
Mendemodulasi sinyal termodulasi dan
menguatkannya.
4. Blok Osilator Kristal Sebagai frekuensi referensi
5. Blok phase detector Mengatur keluaran VCO
6. Blok VCO Penghasil frekuensi carrier
7. Blok Prescaler Pembagi 8 frekuensi carrier
8. Blok pembagi terprogram Mengatur frekuensi keluaran
9. Blok Penguat Audio Menguatkan sinyal informasi yang telah
diperoleh
10. Power supply Menyuplai tegangan sistem
11. Potensio Mengatur suara secara keseluruhan
12. Jack GND Sebagai sumber catu daya ground
13. Jack 5V Sebagai sumber catu daya 5V
14. Jack tone Masukan dari blok Tone Detector
IV.2. Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan
IV.2.1. Hasil Pengujian Penerimaan
Proses pengujian dilakukan dengan model sistem yang ditunjukkan pada
Gambar 4.3. Pada bagian pemancar disusun oleh gabungan pemancar radio FM
47
FH dan tone generator, sedang pada blok penerima disusun oleh gabungan
penerima radio FM FH dengan tone detector.
Gambar 4.3. Pengujian Penerimaan.
Blok penerima hopping menerima sinyal sinkronisasi dan sinyal informasi.
Sinyal informasi dihasilkan oleh pemancar hopping sedangkan sinyal sinkronisasi
berupa sinyal DTMF yang berasal dari sub blok tone generator. Sinyal informasi
terdiri dari empat frekuensi carrier yaitu 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz dan 103
MHz.
Sinyal-sinyal yang dikirim diterima oleh satu perangkat keras penerima
FM FH yang masing-masing tertala pada frekuensi carrier 97 MHz, 99 MHz,
101 MHz dan 103 MHz. Untuk menerima sinyal informasi diperlukan
sinkronisasi pada penerima yaitu blok tone detector. Blok ini menerima sinyal
DTMF dari penguat audio yand telah disaring. Penerima dapat melakukan proses
hopping setelah mendapat masukan dari tone detector. Blok tone detector akan
mengendalikan pembagi terprogram untuk menghasilkan frekuensi yang
Pemancar radio FM FH
Penerima radio FM FH
Tone generator Tone detector
Sinyal termodulasi 97MHZ, 99MHZ, 101MHz, 103MHz Sinyal DTMF
Sinyal informasi
48
dirancang. Penerima dapat bekerja dengan baik dengan adanya sinkronisasi antara
pemancar dan penerima.
IV.2.2. Pengujian Kualitas Penerimaan
Pengujian kualitas penerimaan dilakukan dengan melakukan analisa sinyal
yang diterima oleh penguat RF. Gambar 4.4, Gambar 4.5, Gambar 4.6, Gambar
4,6 dan Gambar 4.7 menunjukkan spektrum frekuensi penguat RF saat menerima
4 frekuensi carrier secara bergantian. Dari pengamatan spektrum menunjukkan
frekuensi yang diterima sesuai dengan frekuensi pemancar.
Gambar 4.4. Spektrum penerima saat frekuensi 97 MHz.
Gambar 4.5. Spektrum penerima saat frekuensi 99 MHz.
49
Gambar 4.6. Spektrum penerima saat frekuensi 101MHz.
Gambar 4.7. Spektrum penerima saat frekuensi 103MHz.
IV.2.3. Pengujian Kestabilan Penerimaan Frekuensi Hopping
Pengujian kestabilan frekuensi hopping dilakukan dengan melakukan
pengambilan data pada penguat RF. Penerima diuji dengan mengamati proses
hopping yang berlangsung. Pengamatan terhadap proses hopping dilakukan
dengan menggunakan tunda waktu (delay) sebesar 1 detik. Pengambilan data
dilakukan seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.2 dengan kelipatan waktu tiap
50
20 detik. Proses pengambilan data kestabilan penerimaan frekuensi hooping
ditunjukkan pada Gambar 4.8.
Gambar 4.8. Blok diagram pengujian kestabilan hopping.
Tabel 4.2. Data pengamatan kestabilan penerimaan frekuensi hopping
Waktu
(detik)
Frekuensi 1
(97 MHz)
Frekuensi 2
(99 MHz)
Frekuensi 3
(101 MHz)
Frekuensi 4
(103 MHz)
20 97,004 99,005 101,006 102,966
40 97,005 99,005 101,008 102,980
60 97,010 99,008 101,001 102,980
80 97,010 99,005 101,002 102,993
100 97,014 99,008 101,002 102,995
120 97,010 99,008 101,003 102,989
97,008 99,007 101.004 102,984
% Galat 0,082% 0,071% 0,031% 0,016%
51
Berdasarkan tabel 4.2 terlihat bahwa persen rata-rata galat frekuensi carrier
cukup kecil. Dari persentase galat itu dapat dikatakan bahwa sinyal yang diterima
memiliki frekuensi yang cukup stabil saat hopping berlangsung. Tunda waktu
sebesar 0,25 detik pada proses hopping ditunjukkan seperti pada Gambar 4.9.
Pengamatan tunda waktu dilakukan dengan mengamati periode sinyal yang
dihasilkan oleh counter (pencacah) pada blok tone generator. Persamaan yang
dapat digunakan untuk mendapatkan tunda waktu adalah
Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan menunjukkan bahwa tunda waktu
sebesar 0,25 detik mampu dicapai.
Gambar 4.9. Tunda waktu sebesar 0,25 detik.
52
IV.2.4. Pengujian Kestabilan Sinyal Informasi
Kualitas penerimaan diuji dengan membandingkan sinyal informasi yang
dipancarkan dengan audio yang diterima pada penerima. Gambar 4.10, Gambar
4.11, Gambar 4.12 dan Gambar 4.13 menunjukkan sinyal informasi yang
dihasilkan oleh penerima FM FH. Sinyal audio yang ditampilkan pada
pembahasan adalah sinyal informasi sebesar 5 kHz.
Pengambilan data ini dilakukan dengan mengamati keluaran mixer. Data
ini juga menunjukkan blok mixer berjalan dengan baik. Karena mixer mampu
melakukan demodulasi sinyal sehingga diperoleh sinyal informasi yang sesuai
dengan pemancar. Hasil pengamatan sinyal informasi sebesar 5kHz, menunjukkan
sinyal stabil untuk semua frekuensi carrier yang dipakai.
Gambar 4.10. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 97 MHz.
53
Gambar 4.11. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 99MHz.
Gambar 4.12. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 101 MHz.
Gambar 4.13. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 103 MHz.
54
Selanjutnya pengamatan juga dilakukan dengan mengamati kualitas bunyi
tone pada speaker penerima FM. Secara kualitatif dapat diketahui bahwa semakin
tinggi frekuensi sinyal informasi, semakin tinggi pula bunyi tone yang terdengar
demikian pula sebaliknya. Data untuk frekuensi lain dapat dilihat pada lampiran.
IV.3. Pengujian Masing-Masing Blok
IV.3.1. Pengujian Blok Penguat RF
Pengujian untuk keluaran RF ini diambil pada saat pemancar
mengirimkan sinyal termodulasi dengan sinyal informasi. Selain dapat
menunjukkan penalaan penguat RF pada frekuensi 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz
dan 103 MHz. Gambar 4.14, Gambar 4.15, Gambar 4.16 dan Gambar 4.17
menunjukkan bahwa sinyal yang diterima oleh penguat RF adalah sinyal FM.
Gambar 4.14. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 97 MHz.
55
Gambar 4.15. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 99 MHz.
Gambar 4.16. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 101 MHz .
Gambar 4.17. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 103 MHz.
56
Hasil pengamatan keluaran blok penguat RF menunjukkan frekuensi
yang dihasilkan sesuai dengan perancangan. Bentuk sinyal yang diterima
merupakan modulasi frekuensi. Tabel 4.3 menunjukkan frekuensi yang dihasilkan
oleh penguat RF dan penguatannya.
Tabel 4.3. Penguatan blok penguat RF.
Frekuensi
carrier (MHz)
Amplitudo
keluaran (Vpp)
Amplitudo
masukan (Vpp) Penguatan
97,004 1,11 0,766 1,45
99,005 1,25 0,816 1,53
101,006 1,23 1,07 1,15
102,966 1,15 1,39 0,83
Penguatan yang dihasilkan oleh penguat RF tidak besar, namun hal ini
dapat menunjukkan bahwa blok ini berjalan dengan baik. Karena penguatan
dalam perancangan tidak dibahas tentang penguatan tegangan.
IV.3.2. Pengujian Blok Mixer dan Penguat IF
Bagian mixer dan penguat IF yang keduanya terintegrasi di dalam
sebuah IC CXA1538. Masukan dari mixer adalah sinyal termodulasi dari penguat
RF dan sinyal dari VCO. Karena keluaran dari penguat IF langsung digabungkan
dengan detektor dan penguat audio didalam IC, maka keluaran penguat IF tidak
dapat diamati. Dalam pengamatan blok ini, data diambil dari keluaran audio IC
57
CXA1538 pada pin 5 dan 6. Sehingga didapat sinyal tone yang digunakan untuk
proses sinkronisasi dan sinyal informasi. Gambar 4.18, Gambar 4.19, Gambar
4.20 dan Gambar 4.21 menunjukkan sinyal tone yang diterima oleh mixer.
Gambar 4.18. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 99 MHz.
Gambar 4.19. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 99 MHz.
58
Gambar 4.20. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 101 MHz.
Gambar 4.21. Sinyal keluaran mixer pada saat frekuensi 103 MHz .
Keluaran mixer yang diperoleh, dinyatakan berjalan dengan baik karena
dapat digunakan oleh tone detector untuk mengatur frekuensi agar sinkron
dengan pemancar. Tone yang digunakan untuk sinkronisasi adalah sebagai
berikut : Tone 1 memiliki komponen frekuensi 700 Hz dan 1250 Hz, tone 2
memiliki komponen frekuensi antara lain 700 Hz dan 1350 Hz, tone 3 memiliki
59
komponen frekuensi antara lain 700 Hz dan 1500 Hz, tone 4 memiliki komponen
frekuensi antara lain 800 Hz dan 1240 Hz. Penjelasan lebih lanjut tentang
sinkronisasi akan dibahas pada tugas akhir lain.
IV.3.3. Pengujian Blok Voltage Controlled Oscillator
Gambar 4.22, Gambar 4.23, Gambar 4.24 dan Gambar 4.25 menunjukkan
pengukuran kinerja dari osilator. VCO yang dirancang dapat menghasilkan 4
frekuensi yang berlainan yaitu 97 MHz, 99 MHz. 101 MHz dan 103 MHz sesuai
dengan perancangan. Frekuensi yang dihasilkan VCO sangat berpengaruh pada
proses pergantian frekuensi. Sehingga dibutuhkan rancangan VCO yang stabil dan
tahan terhadap interferensi. Pergeseran komponen-komponen penyusun VCO
sangat berpengaruh saat VCO bekerja. Untuk mengatasi hal itu, digunakan spons
untuk menganjal lilitan-lilitan VCO agar tidak mudah bergeser.
Gambar 4.22. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 97 MHz.
60
Gambar 4.23. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 99 MHz.
Gambar 4.24. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 101 MHz.
Gambar 4.25. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 103 MHz.
61
IV.3.4. Pengujian Blok PLL
Untuk membangkitkan sinyal VCO maka diperlukan tegangan masukan
dari phase detector yang dapat mengatur besarnya frekuensi yang digunakan.
Dalam sistem penerima FM FH, frekuensi VCO akan berubah seiring perubahan
tegangan keluaran LPF. Tabel 4.4 menunjukkan tegangan yang dibutuhkan VCO
untuk menala 4 buah frekuensi yang diambil saat perancangan dan sistem.
Tabel 4.4. Tegangan LPF untuk menala VCO.
Tegangan PLL
perancangan (Volt)
Tegangan PLL
sistem (Volt)
Galat
Tegangan (%)
Frekuensi
VCO(MHz)
4.9 4,97 1,42 103,016
3.4 3,32 2,35 101,005
2.2 2.15 2,27 99,032
1.1 1,12 1,82 97,019
Berdasarkan Tabel 4.4, galat tegangan antara perancangan dengan
tegangan sistem PLL untuk masing – masing frekuensi carrier mempunyai selisih
nilai yang cukup kecil. Selisih tegangan yang terjadi mengakibatkan sedikit
pergeseran frekuensi carrier. Jadi blok PLL berjalan dengan baik karena mampu
memberikan tegangan untuk VCO, sehingga mampu menghasilkan frekuensi
yang dibutuhkan.
62
IV.3.5. Pengujian Blok Prescaler
Gambar 4.26, Gambar 4.27, Gambar 4.28 dan Gambar 4.29 menunjukkan
hasil pengujian dan pengukuran prescaler LB3500 sebagai pembagi delapan.
Keluaran rangkaian prescaler menghasilkan empat frekuensi yaitu frekuensi
12,130 MHz saat frekuensi carrier 97 MHz, frekuensi 12,380 MHz saat frekuensi
carrier 99 MHz, frekuensi 12,6302 MHz saat frekuensi carrier 99 MHz,
frekuensi 12,88 MHz saat frekuensi carrier 103 MHz, sehingga rangkaian yang
telah dibuat dapat bekerja sesuai dengan perancangan. Tabel 4.5 menunjukkan
perbandingan perancangan dengan pengukuran.
Gambar 4.26. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 97 MHz
63
Gambar 4.27. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 99 MHz
Gambar 4.28. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 101 MHz .
64
Gambar 4.29. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 103 MHz.
Tabel 4.5. Perbandingan Hasil Perancangan dengan Pengukuran Blok Prescaler
Frekuensi Carrier Perancangan Pengukuran Galat
97 MHz 12,125 MHz 12,132 MHz 1,44 %
99 MHz 12,375 MHz 12,3801 MHz 0,04 %
101 MHz 12, 625 MHz 12, 6302 MHz 0,04 %
103 MHz 12,875 MHz 12,88MHz 0,02 %
Galat yang dihasilkan oleh prescaler kecil, sehingga memungkinkan
pembagi terprogram untuk bekerja pada sistem penerima FM FH. Pengamatan
juga dilakukan dengan membandingkan frekuensi yang dihasilkan oleh VCO
dengan prescaler. Pengecekan dilakukan dengan melakukan perhitungan sebagai
berikut :
65
Frekuensi 97 MHz
(galat sebesar 1,44%)
Frekuensi 99 MHz
(galat sebesar 0,04%)
Frekuensi 101 MHz
(galat sebesar 0,04%)
Frekuensi 103 MHz
(galat sebesar 0,02%)
Dari hasil perhitungan dihasilkan frekuensi carrier yang tidak tepat. Meskipun
terdapat galat, prescaler mampu menjalankan pembagi terprogram untuk
menghasilkan frekuensi sebesar 6,25 kHz.
IV.3.6. Pengujian Blok Pembagi Terprogram
Gambar 4.30, Gambar 4.31, Gambar 4.32 dan Gambar 4.33 menunjukkan
gelombang keluaran pembagi terprogram TC9122P. Dari hasil pengamatan
diperoleh nilai frekuensi keluaran pembagi terprogram yang sesuai dengan
perancangan. Yaitu sebesar 6, 25 kHz untuk masing- masing frekuensi carrier.
Sinyal yang diolah berasal dari blok prescaler. Logika BCD yang digunakan
sebagai data masukan pada blok pembagi terprogram sesuai dengan perancangan.
Frekuensi 12,125 MHz menghasilkan logika BCD 1940, frekuensi 12,375 MHz
menghasilkan logika BCD 1980, frekuensi 12,625 MHz menghasilkan logika
BCD 2020 dan frekuensi 12,875 MHz menghasilkan logika BCD 2060.
66
Pembagian antara masing – masing frekuensi dengan logika BCD tersebut
di atas menghasilkan frekuensi yang sama dengan osilator pembangkit frekuensi
referensi sebesar 6,25 KHz.
Gambar 4.30. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 1940.
Gambar 4.32. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 1980.
67
Gambar 4.32. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 2020.
Gambar 4.33. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 2060.
Gambar 4.34. Sinyal output blok pembagi terprogram skala time/div diperkecil
68
Frekuensi pembagi terprogram yang terukur dapat dihitung dengan
melakukan perhitungan sebagai berikut :
Pembagi 1940
Pembagi 1980
Pembagi 2020
Pembagi 2060
Nilai N pada masing – masing frekuensi merupakan perbandingan antara
frekuensi prescaler dengan logika BCD pada blok pembagi terprogram 14 bit
yang telah ditentukan sebelumnya pada perancangan. Galat antara perancangan
dengan pengamatan dari sinyal output blok pembagi terprogram adalah
Sehingga dapat disimpulkan bahwa blok pembagi terprogram berjalan dengan
baik sesuai perancangan.
69
IV. 4. Analisis Frekuensi Carrier, Tone, Informasi
Sinyal termodulasi masing – masing frekuensi hopping terdiri dari sinyal
carrier, sinyal informasi, dan sinyal sinkronisasi (sinyal DTMF). Gambar 4.35,
Gambar 4.36, Gambar 4.37, dan Gambar 4.38 merupakan spektrum frekuensi dari
sinyal informasi dan sinyal sinkronisasi (sinyal DTMF). Spektrum frekuensi untuk
sinyal carrier tidak dapat terukur karena jangkauan skala frekuensi antara sinyal
informasi dan sinyal sinkronisasi (sinyal DTMF) dalam KHz, sedangkan sinyal
carrier dalam MHz. Pengambilan data dilakukan pada blok mixer pada penerima
FM FH.
Gambar 4.35. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi frekuensi
97 MHz
70
Gambar 4.36. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi frekuensi
99 MHz
Gambar 4.37. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi frekuensi
101 MHz
Gambar 4.38. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi frekuensi
103 MHz
71
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan
Berdasarkan pengamatan dan pembahasan pada rangkaian Radio Penerima
FM Frequency Hopping, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan:
1. Alat yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik sesuai dengan
perancangan.
2. Radio penerima dapat menala dengan baik pemancar dengan frekuensi
carrier 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz dan 103 MHz secara bergantian.
3. Periode hopping untuk satu frekuensi adalah 0,25 detik. Dengan
mendeteksi sinyal DTMF sebagai sinyal tersinkronisasi yang dipakai pada
tone detector.
V.2. Saran
Penelitian ini dapat lebih disempurnakan dengan memperhatikan beberapa
hal, yaitu :
1. Rangkaian Mixer dan penguat RF harus dirancang sebaik mungkin agar
mampu menala frekuensi pemancar yang bebas dari interferensi oleh
sinyal lainnya.
2. Grounding pada rangkaian harus diperhatikan, karena sangat berpengaruh
terhadap kestabilan perangkat keras yang dibuat.
72
3. Pengembangan penelitian ini dapat dilakukan dengan menambah jumlah
frekuensi hopping berbasis mikrokontroler.
73
DAFTAR PUSTAKA
[1] Hioki, Warren., Telecommunication, 3rd edition. Prentice Hall, 1998.
[2] www.answer.com
[3] Ulrici Rohde, Jerry Whitaker., Communications Receiver.Third edition,
McGraw-Hill,2002
[4] Dennis Roddy, Kamal Idris, Jhon Coolen., Electronic Communication. 3rd
edition, Prentice Hall Inc, New Jersey, 1995.
[5] Kennedy, George, Electronic Communication System, 3rd edition, Mcgraw
Hill Book Company, 1984.
[6] Dennis Roddy, Kamal Idris, Jhon Coolen., Electronic Communication. 4rd
edition, Prentice Hall Inc, New Jersey, 1995.
[7] Malik.R, Norbert, Electronic Circuits Analysis, Simulation and Design,
Prentice –Hall international Inc, 1995.
[8] Paul . Young, Electronic Communication Techniques 5th edition, Prentice
Hall Inc, New Jersey, 2004.
[9] Stanley.D, William, Operational Amplifier with Linear Integrated Circuit,
3rd edition. Maxmillan College Publishing Company, New York,
1994.
[10] Wijaya, Damar, “Peningkatan Kapasitas Sistem dan Kualitas Sinyal Pada
Jaringan GSM dengan Frekuensi Hopping”, Majalah SIGMA., vol 5. No 2,
hal. 171-183, Juli 2002..
74
[11] Jain, R.P, Modern Digital Electronics, 3rd edition, Mcgraw Hill Book
Company, New York, 2004.
[12] www.alldatasheet.com
[13] www.irational.org/veronica schematic
[14] George Clayton, Steve Wilder, Operational Amplifiers, edisi kelima,
Erlangga, 2004.
[15] bebas.vlsm.org/v11/ref-ind-1/physical/wireless/spread-spectrum-teknologi-
komunikasi-digital-masa-mendatang-1.rtf
L1
Data spektrum frekuensi sinyal informasi pada radio penerima
Frekuensi carrier pemancar 97 MHz
1. Sinyal informasi 4 kHz.
2. Sinyal informasi 5 kHz.
L2
3. Sinyal informasi 6 kHz.
4. Sinyal informasi 7 kHz.
L3
Frekuensi carrier pemancar 99 MHz
1. Sinyal informasi 4 kHz.
2. Sinyal informasi 6 kHz.
L4
3. Sinyal informasi 7 kHz.
4. Sinyal informasi 8 kHz.
L5
Frekuensi carrier pemancar 101 MHz
1. Sinyal informasi 4 kHz
2. Sinyal informasi 6 kHz
L6
3. Sinyal informasi 7 kHz
4. Sinyal informasi 8 kHz
L7
Frekuensi carrier pemancar 103 MHz
1. Sinyal informasi 4 kHz
2. Sinyal informasi 6 kHz
L8
3. Sinyal informasi 7 kHz
4. Sinyal informasi 8 kHz
L9
Rangkaian Pengolahan Sinyal
C433u
J2
VCC
1 2
J812V
1 2
C4
220uC5
33u
J4
out v co1
J6
gnd speaker
12
J3
5v
1
R27.5k
C10.01u
J7to mixer
1 2
J3
GND
12
J4Input
1 2
C2100n
C2100u
J5out rf
1
J2
in penguat day a 1Q22N2222A
3
2
1
R121600
J1
CON8A
1
35
72
46
8
J10
gnd
12
R210
R4117
10.7MHz
1
23
C64.7u
C2
33u
J5
speaker
1 2
J6antena
1 2
C30.05u
R1
1k
13
2
C5
1u
J6
gnd
1
J9out
1 2
J7
CON32A
1
3
5
7
9
11
13
1517
19
21
23
25
27
29
312
4
6
8
10
12
14
1618
20
22
24
26
28
30
32
L21uC3
2.66p
R1
3k
C1
10u
C4
100u
R5200
Rangkaian Pengaturan Frekuensi Hopping
R15 15k
4060
11
12
7546141315123910
PI
RST
Q4Q5Q6Q7Q8Q9
Q10Q12Q13Q14POPO
Q1BF494
1
3
2
C1
100 pF
C6 22 pF
C510n
J6LB3500
1 2 3 4 5 6 7 8 9
R10 120
Q4BF494
1
3
2
C51 nF
C45 pF
R1100K
R1220
C322 pF
C11 22 pF
C447p
Siny al Inf ormasi
5V
R6 15k
R7 150
C268 pF
Tone 3 (TG)
C9 1 nF
Tone 4 (TG)
L2
J1
TC9122
1
3
5
7
911
13
15
172
4
6
810
12
14
16
18
L6
C168 pF
Ke Phase Detector
R968k C15
1 nFC13220 uF
C210n
L7
FB1
R12 22k
12 V
C140,01 uF
R13 330
L5
R14 150
74HC4046
34
14
6
75
1112
12
13
9
1015
CINVCOUT
SIN
CX
CXINHR1R2
PPP1
P2
VCOIN
DEMOZEN
R2330
C10 15 pF
C121 nF
Tone 2 (TG)
C2
39 pF
R1168k
C10,1uF
D2
MV2107
12
R8 120
R4
1k
Q2BF494
1
3
2
R3 330
R4 22k
C1100p
C7
1nR2100
R5 150
D1
MV2107
12
Tone 1 (TG)
C3100p
R51k
C18
4700 uFL1
L3
XTAL 6,4 MHz
L4
C7 15 pF
Output VCO ke mixer
R1330
Q3BF494
1
3
2
C610n
C8 1 nF
L10
L11
L12
L13
L14
L15
L16
L17
L18
L19
L20
L21
L22