penerima modulasi frekuensi dengan 4 frequency …

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


Frekuensi 100 MHz


Frekuensi 105 MHz


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.



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 4.16. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 101 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.


58


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




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


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


Frekuensi 101 MHz


Frekuensi 103 MHz


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


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.


67



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


99 MHz


101 MHz


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.


L2



L3




L4



L5


1. Sinyal informasi 4 kHz


L6



L7




L8



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

penerima modulasi frekuensi dengan 4 frequency …

Documents