Penerima modulasi frekuensi dengan empat frequency hopping - USD Repository

i

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

ii

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

vi 

 

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

vii

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.

viii 

 

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 

 

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.

xi 

 

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

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

xiii

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

xiv

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

xv

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

xvi

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

xvii

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

xviii

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

xx

DAFTAR TABEL

xxi 

 

1

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.

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.

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

penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai rujukan untuk pengembangan sistem komunikasi radiodengan 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

5

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

Sinyal carrier dinyatakan sebagai

ec(t) = Ecmaks sin ( 2

π

fc t +

Φ

)

dan sinyal FM dinyatakan sebagai

e

c

(t) = E

cmaks

cos (2

π

f

c

t +

∆

f / f

m

sin 2

π

f

m

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)

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

(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)

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)

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]

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)

(2.17)

(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)

(2.19)

(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)

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)

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

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 keluaranVCO.

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

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)

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 v3semakin 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)

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 ∆θsama dengan nol, maka v1(t)

konstan di -5 Volt. Saat v0(t) bergeser ke kanan 90

0

, maka sinyal v1(t) sama

dengan ± 5 Volt dengan tegangan rata-rata (average) nol Volt. Apabila ∆θdigeser

180

0

, maka v1(t) konstan di +5 volt seperti pada Gambar 2.10.

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.

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 merupakankonstanta 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).

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 C1adalah kapasitor

filter.

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)

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

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 f2. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.17.

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

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

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

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

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

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 RC 33 RB 1.2 K

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

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:

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. RB 21600 R2 117.4 R3 200 L1 1u C1 2.665p C2 33u Q1 C3 33u C4 100u 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

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 C X A 153 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 C2 100u keluaran RF C1 _0.01u R1 3k 5V masukan tone control

R2 7.5k 10.7MHz 1 2 3

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

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

C2 100pF C3 37pF Y 1 6.4Meg out 6.25kHz R1 100k U1 4060 11 12 7 5 4 6 14 13 15 1 2 3 9 10 PI RST Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q12 Q13 Q14 PO PO

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,

detector 2. Gambar 3.9 adalah gambar rangkaian dari PLL menggunakan IC HCT4046. C1 40p R2 R in VCO R1 3k U1 4046 3 4 14 6 7 5 11 12 1 2 13 9 10 15 CIN VCOUT SIN CX CX INH R1 R2 PP P1 P2 VCOIN DEMO ZEN 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

VCO

R1

212.2

C1 0.1u

PD

Gambar 3.10. Perancanganrangkaian 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

R10 120

Siny al Inf ormasi

C3 22 pF L1 12 V L3 C5 1 nF R7 150 C2 68 pF dari LPF R13 330 D1 MV2107 1 2 R12 22k Q4 BF494 1 3 2 D2 MV2107 1 2 R14 150 L2 R11 68k Q2 BF494 1 3 2

C9 1 nF C1 68 pF R8 120 R6 15k Q3 BF494 1 3 2

C8 1 nF

L6 R9 68k R3 330 C15 1 nF C18 4700 uF

R5 150 Q1 BF494 1 3 2 L7 FB1 R4 22k R15 15k C10 15 pF

R1

330 C14

0,01 uF

L5

C7 _{15 pF}

C13 220 uF

C11 22 pF C4 5 pF C12 1 nF R2 330 out L4

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

C3 47 pF C7 10 nF 5 V out LB3500

1 2 3 4 5 6 7 8 9

C1 100 pF C6 1 nF in C2

100 pF C4

10 nF

C5 10 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 keluaranpembagi terprogram sama

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

Keluaranrangkaian prescaler 12,375 MHz (=99MHz/8)

Frekuensi 100 MHz

Keluaran rangkaian prescaler 12,625 MHz (=101MHz/8)

Frekuensi 105 MHz

Keluaranrangkaian prescaler 12,875 MHz (=103MHz/8)

Tabel 3.1 menunjukkkan logika data masukan pembagi terprogram 14 bit. Cara

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 A0 1940 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

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]

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.

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

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

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 4.6. 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

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

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.

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 4.11. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 99MHz.

Gambar 4.12. Spektrum frekuensi audio dengan frekuensi carrier 101 MHz.

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 4.15. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 99 MHz.

Gambar 4.16. Sinyal keluaran penguat RF pada saat 101 MHz .

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

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 4.20. 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

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 4.23. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 99 MHz.

Gambar 4.24. Sinyal keluaran VCO pada saat frekuensi 101 MHz.

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

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 4.27. Sinyal keluaran prescaler pada saat frekuensi 99 MHz

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 %

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

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 2020.

Gambar 4.33. Sinyal keluaran pembagi terprogram sebagai pembagi 2060.

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

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