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

(1)

i

TUGAS

AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh NOVA BUDI PRASETYO

NIM : 045114045

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PROJECT

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

in Electrical Engineering

By :

NOVA BUDI PRASETYO Student Number : 045114045

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

“Scio Cui Credidi (Karena aku tahu kepada siapa aku

percaya)

“Berusahalah untuk tidak menjadi manusia yang berhasil tapi

berusahalah menjadi manusia yang berguna”

“Kamu harus tahan terhadap ulat jika ingin dapat melihat

kupu-kupu”

“Bapa berkatilah aku hambamu, Putra dampingilah dan temani aku

dalam setiap tindakanku, Roh Kudus tuntunlah langkahku agar

selalu berada pada kebenaran”

Karya ini kupersembahkan untuk Ayahku, Ibuku tersayang, Adik –

adikku yang kukasihi, dan untuk semua orang yang telah banyak

(8)

viii

secara acak, semi acak, atau berurutan. Dengan teknik frequency hopping,

gangguan-gangguan yang sering terjadi pada komunikasi radio seperti jamming,

multipath fading, dan derau dapat dikurangi. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan pemancar FM dengan frequency hopping.

Pemancar FM dengan frequency hopping ini disusun menggunakan komponen utama berupa phase locked loop, dan komponen penunjang. Phase locked loop terdiri dari phase detector, low pass filter, dan voltage controlled oscillator yang berfungsi sebagai pembangkit sinyal carrier yang digunakan sebagai sinyal modulasi. Komponen penunjang terdiri dari pembangkit frekuensi referensi, prescaler, penguat akhir sinyal, dan pembagi terprogram berfungsi menghasilkan kestabilan dari frequency hopping.

Phase locked loop dan komponen penunjang yang digunakan pada penelitian ini untuk menghasilkan pemancar FM dengan 4 frequency hopping. Pemancar bekerja secara sinkron dengan frekuensi carrier yang bergantian pada empat frekuensi yang berbeda yaitu 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz, dan 103 MHz dengan periode hopping 0,25 detik.

(9)

ix

sequence. Hopping frequency technique can minimize the effect of radio communication disturbances such as jamming, multipath fading and noise. This research aim goal is to produce FM transmitter with hopping frequency.

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

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

(10)

x

berkat rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul. “Pemancar Modulasi Frekuensi Dengan Empat Frequency Hopping”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Dalam penyusunannya, banyak pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan kepada penulis, oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Damar Widjaja, S.T., M.T., selaku Pembimbing I dan Bapak Alexius Rukmono, S.T. selaku Pembimbing II yang telah bersedia meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis. Terima kasih pula untuk seluruh dosen Teknik Elektro atas ilmu yang telah diberikan.

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

(11)

xi berjuang untuk masa depan.

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

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

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

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

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

Yogyakarta, Agustus 2009

(12)

xii

HALAMAN SAMPUL (INGGRIS)………...

LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING...

LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI...

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………

HALAMAN PUBLIKASI KARYA………..

HALAMAN PERSEMBAHAN……….... INTISARI... ABSTRACT... KATA PENGANTAR……… DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR LAMPIRAN...

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang………... I.2 Batasan Masalah………...……….. I.3 Tujuan Penelitian………... I.4 Manfaat Penelitian………. I.5 Sistematika Penulisan………....

(13)

xiii

II.3 Phase Locked Loop………

II.3.1 Operasi Phase-locked………. II.3.2 Phase Detector……….………...………... II.3.3 Voltage Controlled Oscillator………..………... II.3.4 Low Pass Filter………...………... II.4 Prescaler...………...……..

II.5. Driver……….

II.6 Rangkaian Tertala (Booster)...………... II.6.1 Faktor Q...………... II.6.2 Penguat Tertala...……….. II.7 Pembagi Terprogram 14 Bit…...………... II.8 Frequency Hopping...

9 11 12 14 15 16 17 21 23 23 26 27

BAB III PERANCANGAN ALAT

III.1 Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio FM Frequency Hopping... III.2 Diagram Blok Pemancar FM Frequency Hopping...…..…... III.3 Osilator Dengan Menggunakan PLL...………. III.3.1 Pembangkit Frekuensi Referensi..………... III.3.2 Phase Detector...…….……….. III.3.3 Low Pass Filter...……… III.3.4 Rangkaian Voltage Controlled Oscillator………

(14)

xiv

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

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

43

IV.1 Perangkat Keras Hasil Perancangan... IV.2 Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan... IV.2.1 Pengujian Transmisi Pemancar... IV.3 Pengujian Kestabilan Frekuensi Carrier Saat Hopping... IV.4 Pengujian Setiap Blok... IV.4.1 Osilator Frekuensi Referensi 6,25 KHz... IV.4.2 Voltage Controlled Oscillator... IV.4.3 Prescaler... IV.4.4 Pembagi Terprogram... IV.4.5 Phase Detector... IV.4.6 Driver dan Booster...

47 49 49 55 59 59 60 63 66 71 72

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan... V.2 Saran...

78 78

(15)

xv

Gambar 2.2 Lengkung frekuensi-waktu………... 8

Gambar 2.3 Diagram blok PLL...…………... 9

Gambar 2.4 Karakteristik ideal komponen loop...………. 10

Gambar 2.5 Operasi phase-locked...………... 12

Gambar 2.6 Gerbang Logika XOR………... 12

Gambar 2.7 Gelombang input dan outputphase detector.………... 13

Gambar 2.8 Karakteristik phase detector...…...………... 14

Gambar 2.9 Kurva tanggapan frekuensi LPF……….………... 16

Gambar 2.10 Konfigurasi prescaler……...……….…... 17

Gambar 2.11 Grafik garis beban AC dan DC penguat kelas A... 18

Gambar 2.12 Rangkaian penguat kelas A...……… 19

Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen AC……….. 20

Gambar 2.14 Rangkaian tertala seri...……… 21

Gambar 2.15 Rangkaian tertala paralel...…………... 22

Gambar 2.16 Rangkaian penguat tertala... 24

Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen model hybrid-π konfigurasi CE...….…... 25

Gambar 2.18 Konfigurasi pin IC TC9122P………….……….……..…………. Gambar 2.19 Penebaran sinyal pada frequency hopping... 27 28 Gambar 2.20 Diagram blok dasar pemancar frequency hopping..…………... 29

Gambar 3.1 Blok diagram umum sistem komunikasi radio FM FH...………... 31

Gambar 3.2 Diagram blok pemancar FM dengan frequency hopping..………. 32

(16)

xvi

Gambar 3.7 Skema rangkaian prescaler………... 38

Gambar 3.8 Skema rangkaian pembagi terprogram 14 bit………….………... 39

Gambar 3.9 Skema rangkaian driver…... Gambar 3.10 Skema rangkaian penguat tertala RF... 43 46 Gambar 4.1 Perangkat pemancar FM dengan 4 FH………... 47

Gambar 4.2 Pengujian transmisi pemancar FM FH………... 49

Gambar 4.3 Modulasi frekuensi dengan sinyal carrier 97 MHz………... 50

Gambar 4.7 Sinyal informasi 5 KHz………... 51

Gambar 4.8 Sinyal DTMF………... 52

Gambar 4.9 Spektrum frekuensi modulasi 97 MHz………... 53

Gambar 4.10 Spektrum frekuensi modulasi 99 MHz……… 53

Gambar 4.13 Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 97 MHz…... 57

Gambar 4.14 Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 99 MHz…... 57

Gambar 4.15 Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 101 MHz…. 58 Gambar 4.16 Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi 103 MHz…. 58 Gambar 4.17 Tunda waktu sebesar 0,25 detik………... 59

(17)

xvii

Gambar 4.22 Sinyal output blok VCO 103 MHz………... 62 Gambar 4.23 Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 97 MHz….. 65 Gambar 4.24 Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 99 MHz….. 65 Gambar 4.25 Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 101 MHz… 66 Gambar 4.26 Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 103 MHz… 66 Gambar 4.27 Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 1940.. 67 Gambar 4.28 Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 1980.. 68 Gambar 4.29 Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 2020.. Gambar 4.30 Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 2060.. Gambar 4.31 Sinyal output blok pembagi terprogram time/div diperkecil…… Gambar 4.32 Sinyal output blok driver frekuensi 97 MHz………... Gambar 4.33 Sinyal output blok driver frekuensi 99 MHz………... Gambar 4.34 Sinyal output blok driver frekuensi 101 MHz………. Gambar 4.35 Sinyal output blok driver frekuensi 103 MHz………. Gambar 4.36 Sinyal output blok booster frekuensi 97 MHz………. Gambar 4.37 Sinyal output blok booster frekuensi 99 MHz………. Gambar 4.38 Sinyal output blok booster frekuensi 101 MHz………... Gambar 4.39 Sinyal output blok booster frekuensi 103 MHz………...

(18)

xviii

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

(19)

xix

Rangkaian pengendali data masukan, pembagi terprogram, prescaler, driver

dan booster………..……… L2

Data spektrum frekuensi sinyal informasi dan DTMF pada penerima FM…. L3

Datasheet 74HC/HCT4046A………... L9

Datasheet LB3500………... L10

Datasheet TC9122P……… L11

Datasheet 2SC2026……… L12

Datasheet 2SC2053……… L13

Datasheet 74HC4060………... L14

Datasheet MV2109……….…… L15

Datasheet BF494……….………

(20)

1

I.1. Latar Belakang

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

Pemancar FM menggunakan gelombang radio untuk mengirimkan sinyal termodulasi menuju ke penerima FM. Pada saat pengiriman sinyal termodulasi ke penerima FM, terdapat beberapa gangguan seperti noise (derau), distorsi delay

(tunda waktu) karena multipath fading dan jamming. Jamming merupakan gangguan yang terjadi akibat interferensi antar sinyal carrier. Multipath fading

(21)

Pada komunikasi digital dikenal teknik modulasi akses jamak spread spectrum yang secara umum dibagi menjadi dua teknik, yaitu DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) dan FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Salah satu solusi yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan di atas adalah dengan menggunakan teknik modulasi FHSS [2]. Implementasi dari teknik modulasi FHSS dapat digunakan pada perangkat komunikasi radio yang membutuhkan keamanan seperti HT (Handy Talkie) yang digunakan oleh pihak militer [1].

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

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

(22)

Periode FH adalah 0.25. Sinyal modulasi akan ditransmisikan secara sinkron ke penerima FM. Bandwidth masing - masing frekuensi carrier sebesar 250 KHz.

I.2. Batasan Masalah

Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :

1. Pemancar FM FH menggunakan empat frekuensi carrier, f1 = 97 MHz, f2

= 99 MHz, f3 = 101 MHz, dan f4 = 103 MHz.

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

3. Periode perpindahan tiap frekuensi carrier (Frequency Hopping Period)

adalah 0,25 detik.

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

I.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan pemancar FM yang mampu mengirimkan sinyal informasi dengan menggunakan empat frekuensi carrier

secara berurutan yang telah diatur sebelumnya dengan menggunakan teknik FH.

I.4 Manfaat Penelitian

(23)

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

I.5 Sistematika Penulisan

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

BAB I . Pendahuluan

Pendahuluan berisi latar belakang penulisan, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penelitian, sistematika penulisan.

BAB II. Dasar teori

Dasar teori berisi pemaparan teori-teori yang mendasari sistem kerja pada perangkat pemancar FM FH.

BAB III. Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras berisi hal-hal yang berkaitan dengan perancangan perangkat sistem kerja pemancar FM FH.

BAB IV. Analisis Hasil dan Pembahasan

Analisis Hasil dan Pembahasan berisi analisis dari hasil pengukuran dan pembahasan yang diperoleh selama pengujian.

BAB V. Penutup

(24)

5

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

bandwidth secara acak atau berurutan secara otomatis yang telah diatur dalam suatu algoritma [2].

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

Low Pass Filter (LPF) [3]. Selain PLL, struktur penunjang perangkat pemancar FM FH adalah Prescaler, pembangkit frekuensi referensi, pengendali pembagi terprogram data masukan, driver dan booster.

II.1. Sistem Pemancar Radio FM

(25)

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

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

Keterangan masing – masing diagram blok yaitu sebagai berikut [4] : 1. Audio input merupakan sinyal informasi yang akan ditumpangkan pada

sinyal carrier.

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

3. Osilator Radio Frequency (RF) berfungsi sebagai penghasil frekuensi

carrier, sehingga menghasilkan sinyal termodulasi.

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

(26)

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

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

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

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

II.2. Modulasi Frekuensi

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

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

Persamaan dari sinyal carrier dapat dituliskan :

U

c

= A

c

sin (

ω

c

+

θ

c

)

dengan Ac adalah amplitudo sinyal carrier, ωc adalah besar frekuensi sinyal

carrier, dan θc adalah besar sudut fasa sinyal carrier. Pada teknik modulasi frekuensi, komponen ωc pada persamaan (2.1) diubah – ubah untuk menentukan

(27)

besarnya frekuensi sinyal carrier. Jika sinyal carrier pada persamaan (2.1) diubah oleh sinyal pemodulasi dengan persamaan

e

m

(t)

= A

m maks

Sin ω

m

t

maka frekuensi carrier sesaat dapat dituliskan sebagai

fi(t) = fC(t) + k Am maks

Sin ω

mt

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

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

Gambar 2.2 menunjukkan besarnya amplitudo dari sinyal informasi bernilai positif, frekuensi carrier disimpangkan sebesar ±Δf. Nilai f1 mempunyai

amplitudo sinyal informasi positif, dan akan bernilai –f1 saat amplitudo sinyal

informasi negatif. Deviasi frekuensi (Δf) adalah simpangan yang dialami oleh (2.2)

(28)

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

II.2. Phase Locked Loop

Phase locked loop (PLL) merupakan rangkaian yang bekerja dengan menggunakan frekuensi fin sebagai sinyal input dan mempunyai sinyal output

dengan frekuensi yang sama dengan fin. Diagram blok PLL ditunjukkan seperti

pada Gambar 2.3. PD adalah rangkaian pendeteksi perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang, serta membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan dari perbedaan fasa yang terjadi [6].

Gambar 2.3. Diagram blok PLL [6].

Sinyal input yang berupa gelombang sinus yang mempunyai frekuensi

radian ωi dan fasa Өi diteruskan menuju PD yang menghasilkan tegangan DC V1

(29)

DC V2 yang telah ditapis dan dikuatkan ke amplifier untuk mengontrol frekuensi

VCO. Output dari VCO menghasilkan gelombang sinus yang mempunyai

frekuensi ωo dan fasa Өo yang sama dengan sinyal inputωi, Өi . Jika output dari

VCO belum sama, maka sinyal akan diumpankan kembali menuju PD sampai keadaan sinyal output sama dengan sinyal input. Pada dasarnya PLL memiliki dua kegunaan utama, yaitu menghasilkan tegangan V3 yang mengontrol VCO dan

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

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

Gambar 2.4. Karakteristik ideal komponen loop. (a) Phase Detector, (b) Low Pass Filter, (c) Amplifier, (d) Voltage Controlled Oscillator [7]

(30)

terdapat beda fase. Karakteristik voltage-controlled oscillator ditunjukkan pada Gambar 2.4 (d), VCO beroperasi pada frekuensi free-running (ωFR) ketika v3 sama

dengan nol. Nilai positif atau negatif dari v3 menyebabkan frekuensi free-running

menjadi meningkat atau menurun seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2.4).

II.2.1. Operasi Phase-Locked.

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

nol dan tegangan v1, v2, v3 sama dengan nol. Tegangan v3 menjadi input VCO agar output 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, sehingga θi sama dengan θo seperti pada Gambar 2.3 [7].

Dengan adanya beda fasa (∆θ), 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

(2.4)

(31)

1 2

3 V1(t)

Vi(t) Vo(t)

Gambar 2.5. (a) Kedua masukan memiliki frekuensi dan fasa yang sama, beda fasa konstan. (b) Peningkatan frekuensi masukan menyebabkan kesalahan positif

fasa ∆θ[7].

II.2.2 Phase Detector

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

Gambar 2.6. Gerbang logika XOR [4].

(32)

Tabel 2.1. Tabel kebenaran XOR [4].

vi vo v1

-5 -5 -5

-5 5 5

5 -5 5

5 5 -5

Gambar 2.7. Sinyal input dan outputphase detector [4]

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

V1 merupakan tegangan output dari PD, Kp adalah konstanta, θi dan θo merupakan fasa dari kedua input PD[7].

(33)

90º dan V1(t) akan selalu berada pada -5 Volt saat tidak ada beda fasa. Saat Vo(t)

di geser ke arah kanan maka Vi(t) akan tertinggal 90º yang menyebabkan input

akan berada dalam keadaan yang sama dan dalam keadaan yang berbeda dalam beberapa waktu, sehingga output akan berada pada +5 Volt dengan nilai tegangan rerata pada sinyal kotak sama dengan 0. Pada saat beda fasa sebesar 180º, input

akan selalu berbeda dan output akan berada dalam keadaan konstan di +5 Volt seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8 [7].

Konstanta digital phase detector dituliskan sebagai

Gambar 2.8. Karakteristik phase detector [7].

II.2.3. Voltage Controlled Oscilator

VCO banyak terdapat dibeberapa aplikasi, seperti pada pengendali frekuensi otomatis, tuning radio, dan PLL. VCO dirancang untuk menghasilkan frekuensi yang berbeda-beda dengan pengaturan tegangan. Variasi perbandingan yang dihasilkan adalah linear seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 (d) [6].

(34)

Pada saat tegangan input pada VCO sama dengan nol, VCO akan menghasilkan frekuensi free running pada nilai frekuensi (fo) [6]. Saat tegangan yang masuk ke dalam VCO bernilai positif, frekuensi VCO akan lebih besar dari pada fo. Tegangan yang masuk ke dalam VCO bernilai negatif maka frekuensi VCO akan bernilai lebih kecil daripada fo seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 (d) [7].

II.2.4. Low Pass Filter

Filter merupakan rangkaian yang bekerja melewatkan sinyal dengan range

frekuensi tertentu dan menekan atau menghilangkan range frekuensi yang lain. Secara umum filter terdiri dari 2 jenis, yaitu [8]:

1. Filter aktif

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

2. Filter pasif

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

(35)

digital visual dan audio. Tanggapan frekuensi untuk LPF ditunjukkan seperti pada Gambar 2.9 [8].

Gambar 2.9. Kurva tanggapan frekuensi LPF [7]

Rangkaian LPF pada komponen PLL berfungsi untuk meredam / menghilangkan ripple tegangan output dari PD yang berupa tegangan DC agar lebih stabil. Tegangan DC yang telah ditapis oleh LPF kemudian akan dikuatkan oleh Amplifier. Batas frekuensi antara sinyal yang dapat dilewatkan dan yang diredam disebut dengan frekuensi cutoff yang dapat ditentukan dengan persamaan (2.8) sebagai berikut:

dengan fc adalah frekuensi cutoff filter, R adalah resistor filter, dan C adalah kapasitor filter [8].

II.4. Prescaler

Prescaler adalah komponen elektronika yang berkerja memampatkan frekuensi dengan cara membagi frekuensi menggunakan pre-determined factor

[11]. Salah satu jenis dari prescaler yang digunakan adalah IC LB3500 yang mempunyai karakteristik ratio pembagian frekuensi 1/8 dan pembagian frekuensi

(36)

maksimum sebesar 150 MHz. Gambar 2.10 merupakan blok internal dari IC

prescaler LB3500.

(a) (b)

Gambar 2.10 (a) Aplikasi schematic IC LB3500 (b) Diagram blok IC LB3500 [11].

II.5. Driver

Driver dibentuk dari penguat kelas A yang mempunyai kelebihan karena lebih efisien dalam penguatan sinyal kecil. Garis yang dibatasi oleh titik A dan B merupakan garis beban AC dan garis yang dibatasi oleh titik C dan D merupakan garis beban DC [6]. Gambar 2.11 menunjukkan garis beban AC dan DC beserta titik kerja penguat kelas A. Penguat kelas A mempunyai titik kerja sepanjang garis beban antara titik A dan titik B atau daerah aktif transistor.

(37)

Pada saat transistor mencapai titik jenuh (saturasi), VCE sama dengan nol sehingga diperoleh

dengan IC(sat) adalah arus jenuh AC, VCE(sat) adalah tegangan putus AC, ICQT adalah

arus kolektor DC, VCEQT adalah tegangan kolektor emitor DC dan rC merupakan resistansi AC. Penguatan tegangan penguat kelas A dapat dinyatakan dengan

dengan AV adalah penguatan tegangan dan re merupakan resistansi dalam transistor. Resistansi dalam transistor merupakan resistansi yang dihasilkan dengan adanya arus DC yang mengalir dalam transistor. Harga resistansi dalam dapat dinyatakan dengan

dengan ICQT adalaharus yang mengalir pada kolektor transistor.

Gambar 2.12 merupakan rangkaian penguat kelas A. Persamaan loop

tegangan yang melingkari basis pada rangkaian adalah

Karena IE ≅ IB.β, maka persamaan 2.12 dapat disederhanakan menjadi

denganI_E ≅ I_C adalah arus kolektor, β adalah penguatan arus transistor, RBQ

adalah resistansi thevenin, RE adalah resistansi emitor, VBQ adalah tegangan

thevenin dan VBE merupakan tegangan basis emitor. Tegangan thevenin diperoleh

dengan persamaan

(2.9)

(2.10)

(2.11)

(2.12)

(38)

RE R1 RL C3 Input C1 Vcc L R2 C2

Penguat kelas A yang baik mempunyai faktor kualitas rangkaian Q dan faktor kualitas kumparan QL yang tinggi. Secara praktis harga minimum faktor kualitas rangkaian sebesar 10, sedangkan faktor kualitas induktor sebesar 50. Harga faktor kualitas induktor dapat dicari dengan menggunakan persamaan

dengan XL adalah reaktansi induktif dan RS merupakan resistansi kumparan seri.

Reaktansi induktif dinyatakan dengan

XL adalah reaktansi induktif, fr adalah frekuensi sinyal input dan L merupakan

induktor.

Gambar 2.12. Rangkaiam penguat kelas A [6].

Besar nilai impedansi input (Rin) berdasarkan gambar 2.13 dapat dinyatakan

dengan persamaan.

(2.15)

(2.16)

(39)

Sehingga besar frekuensi input dapat dituliskan.

dan besar frekuensi output dan frekuensi emitor (fE) dituliskan dalam persamaan.

Rout merupakan resistansi output yang dapat dinyatakan dalam persamaan.

Rangkaian penguat kelas A mempunyai besar daya input DC (Pin) dan daya output

AC (Pout) yang dituliskan dalam persamaan.

Besar daya output adalah

RL merupakan beban yang dipasang pada rangkaian ekivalen AC. Besar nilai

efisiensi daya maksimum yang dihasilkan (ηmax) dapat dituliskan pada persamaan.

Gambar 2.13. Rangkaian ekivalen AC [6].

(2.18)

(2.19)

(2.20)

(2.21)

(2.22)

(2.23)

(40)

II.6. Rangkaian Tertala

Rangkaian tertala adalah rangkaian yang komponen-komponennya dapat diatur untuk menyusun rangkaian yang mempunyai tanggapan terhadap frekuensi tertentu dalam jangkauan frekuensi yang telah ditentukan. Rangkaian tertala biasanya dipakai dalam filter, osilator, dan penguat radio [12]. Rangkaian ini dapat dibentuk dengan merangkai resistor, induktor dan kapasitor secara seri atau paralel. Rangkaian tertala seri ditunjukkan seperti pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14. Rangkaian tertala seri [12].

Rangkaian tertala mempunyai persamaan dasar berikut

Besarnya impedansi rangkaian tertala adalah

dengan r adalah resistor, dan X adalah reaktansi. Karena

(2.26)

(2.27)

(41)

maka

sehingga besarnya frekuensi resonansi (fo) rangkaian tertala seri adalah

Rangkaian tertala paralel terdiri atas induktor dan resistor yang dihubungkan paralel dengan sebuah kapasitor. Rangkaian tertala paralel ditunjukkan seperti pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15. Rangkaian tertala paralel [12].

Persamaan frekuensi resonansi (fo) pada rangkaian tertala paralel adalah

Jika L2 >> R2, maka

Rangkaian tertala paralel mempunyai besar impedansi yang ditunjukkan pada persamaan (2.27). Pada saat rangkaian tertala berada dalam keadaan frekuensi resonansi (fo), maka :

(2.29)

(2.30)

(2.31)

(42)

(2.33)

(2.34) 1. Rangkaian bertindak sebagai resistansi murni. Untuk rangkaian seri, impedansi bernilai minimum, sedangkan untuk rangkaian paralel impedansi bernilai maksimum.

2. Arus catu berada sefase dengan tegangan catu. Untuk rangkaian seri, arus catu akan menjadi maksimum, sedangkan untuk rangkaian paralel arus catu akan minimum.

II.6.1. Faktor Q

Faktor Q, disebut juga dengan faktor kualitas, adalah perbandingan reaktansi induktif pada resonansi terhadap resistansi pada rangkaian yang ditala [12]. Faktor Q akan mempengaruhi bandwidth. Semakin besar nilai faktor Q,

bandwidth akan semakin sempit dan sebaliknya.

Faktor Q rangkaian tertala seri dapat dinyatakan sebagai

faktor Q pada rangkaian tertala seri disebut juga faktor penguatan tegangan karena memberikan perbandingan besarnya tegangan reaktif terhadap tegangan yang diterapkan pada saat resonansi. faktor Q pada rangkaian tertala paralel dapat dinyatakan sebagai

II.6.2. Penguat Tertala

(43)

(2.35)

(2.36) konfigurasi common emitter (CE) dan dapat digunakan sebagai booster pada pemancar FM. Rangkaian ini ditunjukkan seperti pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16. Rangkaian penguat tertala [12].

Analisis DC untuk rangkaian penguat tertala CE adalah [12] a. Bagian Keluaran

VCC = IC.RC + VCE + IE.RE

b. Bagian Masukan

VCC = IB.RB + VBE + IE.RE

Sedangkan analisis AC mengacu pada model Hybrid-π. Rangkaian ekivalen

Hybrid-π terdiri atas pembangkit arus yang tergantung pada tegangan.

(44)

(2.37)

(2.38)

Gambar 2.17. Rangkaian ekivalen model Hybrid-π konfigurasi CE [12].

Rangkaian ekivalen model Hybrid-π , terdiri dari beberapa komponen dasar seperti Transkonduktans (gm). Transkonduktans adalah fungsi arus kolektor yang

dinyatakan sebagai

dengan VT = 26 mV (pada temperatur kamar).

Resistansi output (rc) rangkaian dinyatakan sebagai

VA merupakan tegangan awal pada transistor.

Kapasitor output 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. rb’b

rb’e Cb’e

Cb’c

gmVb’e rc cc

(45)

(2.39)

(2.40)

(2.41)

(2.42)

(2.43) Sehingga resistansi input (rb’e) dinyatakan dengan persamaan berikut

Mengacu pada gambar 2.17, maka arus input atau arus basis (ib) dinyatakan

sebagai

maka diperoleh penguatan arus (Aisc) sebesar

Faktor Q efektif rangkaian sisi output dapat dituliskan

dengan

II.7. Pembagi Terprogram 14 Bit

Pembagi terprogram 14 bit bekerja berdasarkan modus pembagian yang akan digunakan. Modus yang digunakan merupakan pembagian langsung yang terdiri atas 4 digit bilangan pembagi. Bilangan tersebut terdiri dari N1, N2, N3 dan

N4 masing-masing merupakan bilangan pembagi dengan urutan ribuan, ratusan,

puluhan dan satuan. Nilai pembagi maksimal sebanyak 3999 (langkah 1 digit) [13].

(46)

bekerja dengan jangkauan frekuensi 1 MHz sampai 15 MHz pada suhu antara -30°C sampai dengan 70°C.

IC TC9122P akan membagi sinyal input, sesuai dengan bilangan desimal (dalam format bilangan biner) yang diumpankan pada masukan IC TC9122P, berbentuk sinyal sinusoidal dan kotak dengan tegangan Vpp(max) sebesar 5 volt. Di

atas tegangan puncak ini IC, tidak dapat bekerja. Arus yang dibutuhkan IC untuk beroperasi maksimum adalah 5 mA pada catu tegangan 5 volt. Konfigurasi pin dan penjelasan mengenai fungsi masing – masing pin ditunjukkan IC TC9122P ditunjukkan pada gambar 2.18.

(a) (b)

Gambar 2.18. (a). Konfigurasi terminal IC TC9122P (b). Tabel fungsi terminal IC TC9122P [13].

II.8. Frequency Hopping

(47)

penyebaran spektral dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi gelombang pembawa secara periodik [14]. Pemancar FH hanya dapat mengirimkan data pada setiap frekuensi dalam jumlah yang sangat terbatas, karena perioda antar lompatan frekuensi sangat singkat (400μs – 577 μs) [16]. Jika terjadi penyadapan komunikasi yang dilakukan oleh pihak lain, maka hanya terdengar bunyi tone yang tidak jelas dan tidak beraturan karena data yang dikirimkan pada teknik FH adalah data acak.

Lompatan dari satu frekuensi ke frekuensi yang lain diatur secara berurutan atau secara acak dengan menggunakan kode pseudonoise (PN) [17]. Sandi pseudonoise

merupakan sandi acak yang mempunyai deretan sandi yang akan terulang secara periodis dalam perioda yang cukup lama.

Gambar 2.19. Penebaran sinyal pada frequency hopping [15].

Gambar 2.19 memperlihatkan sinyal informasi yang telah dimodulasi dan disebar pada daerah spektral antara f1 s/d f4 [15]. Dengan mengacak pola lompatan, sinyal

(48)

pembawa akan selalu mengalami gangguan tetapi hanya saat berada pada frekuensi f2.

Gambar 2.20 merupakan diagram blok dasar pemancar FH yang terdiri dari modulator FSK, generator kode PN, pensintesis frekuensi, dan mixer

(multiplier). Rangkaian pembagi frekuensi pada pensintesis frekuensi dikendalikan oleh kode penebar keluaran generator kode PN k-bit, sehingga dihasilkan sinyal output (sinyal tersebar). Sinyal output pensintesis frekuensi yang akan digunakan sebagai sinyal carrier tersebut selanjutnya dicampur (dikalikan) pada rangkaian mixer dengan sinyal Frequency Shift Keying (FSK), hasil modulasi sinyal carrier dengan sinyal informasi. Dengan pencampuran tersebut terjadi proses pemodulasian sinyal FSK pada sinyal keluaran pensintesis frekuensi, sehingga sinyal yang termodulasi FSK tersebut dapat disebarkan ke bidang frekuensi f1 s/d f N [16].

(49)

Aplikasi dari metode modulasi akses jamak FH selain digunakan pada perangkat pemancar FM, juga digunakan pada teknologi Bluetooth dan jaringan sistem selular GSM.Teknik modulasi FH menggunakan modulasi FSK yang lebih handal terhadap noise dan hanya membutuhkan konsumsi daya yang rendah.

(50)

31

BAB III

ALUR PERANCANGAN

III.1. Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio FM Frequency Hopping

Sistem komunikasi radio FM FH mempunyai blok-blok utama penyusun sistem seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. Pada bagian pemancar (Transmitter, Tx) terdapat sub blok tone generator yang berfungsi untuk membangkitkan sinyal sinkronisasi dari empat frekuensi carrier. Keempat frekuensi carrier yang telah disinkronisasi tersebut kemudian diterima oleh penerima FM (Receiver, Rx) secara bergantian sesuai waktu yang telah ditentukan. Rx terdapat sub blok tone detector untuk menerima sinyal sinkronisasi yang berfungsi untuk mendeteksi sinyal yang diterima sesuai dengan sinyal yang ditransmisikan dari sub blok tone generator.

(51)

III.2. Diagram Blok Perancangan Pemancar FM Frequency Hopping

Sistem perangkat pemancar FM FH terdiri dari beberapa blok komponen-komponen dasar dari PLL yang telah dijelaskan pada Bab II. Osilator yang akan dibangun untuk perangkat pemancar menggunakan rangkaian PLL yang terdiri dari pembangkit frekuensi referensi, PD, LPF, VCO, Prescaler, pembagi terprogram, dan komponen-komponen pendukung lainnya. Diagram blok dari sistem perangkat pemancar FM FH yang akan dirancang ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Diagram blok pemancar FM FH.

Perancangan pemancar FM ini bekerja pada empat frekuensi carrier yaitu 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz, 103 MHz. Sinyal informasi yang digunakan berasal dari AFG (Audio Frequncy Generator), sedangkan pembangkit frekuensi referensi

(52)

menggunakan osilator kristal. Sinyal referensi akan dibandingkan dengan sinyal

output pembagi terprogram yang masuk ke PD. Output blok PDmerupakan sinyal dengan tegangan rata-rata sesuai karakteristik. Tegangan rata-rata akan mengontrol VCO sehingga menghasilkan frekuensi carrier yang diinginkan. Pada blok VCO, terintegrasi modulator yang digunakan untuk memodulasi sinyal carrier dan sinyal informasi. LPF berfungsi untuk meredam / menghilangkan

ripple tegangan output dari PD.

Prescaler digunakan sebagai pembagi awal frekuensi sinyal output VCO, Frekuensi output VCO harus disesuaikan terlebih dahulu agar menghasilkan step frekuensi yang konstan setelah dibagi di pembagi terprogram. Pembagi terprogram dikendalikan oleh electronic switch.

Electronic switch menggunakan shift register untuk menggeser data input

yang berguna sebagai pencacah untuk mengontrol clock yang berasal dari blok

tone generator. Electronic switch akan memberikan input berupa data BCD (Binary Code Desimal) sebagai pengatur besarnya pembagian frekuensi di pembagi terprogram. Output pembagi terprogram ini akan dibandingkan dengan frekuensi referensi di PD, sehingga menghasilkan level tegangan untuk mengatur VCO dan menghasilkan frekuensi carrier. Waktu tunda perpindahan antar

frequency carrier sebesar 0,25 detik diatur oleh blok tone generator. Driver dan

(53)

C2

39 pF

Output 6,25 KHz

C1 100 pF 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

XTAL 6,4 MHz

R1 100K

III.3. Osilator Dengan Menggunakan PLL

III.3.1. Pembangkit Frekuensi Referensi

Rangkaian pembangkit frekuensi referensi yang dirancang menggunakan komponen IC 74HC4060. IC tersebut dapat dirangkai dengan konfigurasi osilator RC dan osilator kristal yang mampu melakukan pembagian frekuensi sampai dengan 10 tingkat dari pin Q4 sampai dengan pin Q14. Komponen kristal.yang digunakan berfungsi untuk osilasi frekuensi. Perancangan mengacu sesuai dari

datasheet dengan menggunakan kristal 6,4 MHz untuk menghasilkan frekuensi referensi sebesar 6,25 KHz dan pembangkit step 50 KHz. Nilai frekuensi referensi ini merupakan suatu persetujuan internasional untuk frekuensi PLL. Rancangan rangkaian pembangkit frekuensi referensi ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Pembangkit frekuensi referensi 6,25 KHz [19].

III.3.2. Phase Detector

(54)

74HC4046 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

input Frekuensi Ref erensi input dari TC 9122P

Output Phase Detector

mVp-p, mampu menghasilkan frekuensi maksimal 17 MHz pada catu tegangan (VCC) 4,5 Volt, dan stabil karena pergeseran frekuensi yang terjadi sangat minim. Perancangan akan menggunakan bagian Phase Comparator dari IC 74HC/HCT4046A dengan tegangan catu (VCC) yang digunakan sebesar 5 Volt. Gambar 3.4 merupakan rangkaian PD dengan menggunakan IC 74HC/HCT4046A. PD mempunyai persamaan konstanta penguatan (Kp) seperti pada persamaan (2.7) yang besarnya

Gambar 3.4. Rangkaian PD [20].

III.3.3. Low Pass Filter

(55)

VCO R1

212.2

C1 0.1u PD

LPF dirancang dengan frekuensi cutoff sebesar 7,5 KHz dan nilai kapasitansi (C1) sebesar 0,1 uF. Nilai resistansi R1 berdasarkan persamaan (2.8)

Gambar 3.5 menunjukkan perancangan rangkaian LPF

Gambar 3.5. Perancanganrangkaian LPF [7].

III.3.4. Rangkaian Voltage Controlled Oscillator

(56)

komponen transistor yang digunakan sebagai pengatur feedback osilasi.Frekuensi modulasi 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz, dan 103 MHz didapat dengan cara mengubah nilai kapasitansi komponen D1 dan D2. Perancangan rangkaian VCO seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.6 mengacu berdasarkan salah satu referensi VCO PLL.

Gambar 3.6. Skema rangkaian VCO [21].

III.3.5. Rangkaian Prescaler

Prescaler LB3500 dirancang sebagai pembagi delapan. Perancangan

Prescaler LB3500 mengacu pada rancangan yang terdapat pada referensi

(57)

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

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 rangkaian dapat beroperasi, maka diberi catu tegangan sebesar 5 Volt. Gambar 3.7 memperlihatkan perancangan prescaler menggunakan IC LB3500.

Gambar 3.7. Skema rangkaian prescaler [11].

III.3.6. Rangkaian Pembagi Terprogram 14 Bit

Perancangan rangkaian pembagi terprogram 14 bit menggunakan IC TC9122P. Frekuensi output dapat dicari dengan menggunakan formula yang sama dengan frekuensi referensi 6,25 KHz. Besarnya nilai frekuensi output dari masing – masing frekuensi akan dijelaskan sebagai berikut :

 Frekuensi 97 MHz

(58)

Nilai output frekuensi dari prescaler adalah 12,375 MHz, maka :

N merupakan angka desimal hasil dari pembagian dari output prescaler dan frekuensi referensi. Angka desimal yang didapatkan tersebut akan dikonversi ke bilangan biner BCD 8421 yang digunakan sebagai logika input untuk IC TC9122P. Rangkaian pembagi terprogram 14 bit dapat dilihat pada Gambar 3.8 dan tabel logika data masukan pembagi terprogram 14 bit ditunjukkan pada Tabel 3.1.

(59)

Tabel 3.1. logika data masukan pembagi terprogram 14 bit [13]

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 1 0 1 1 0 0 0 0 0

2 0 6 0

III.4. Driver

Driver dirancang dengan penguat kelas A dengan menggunakan transistor 2SC2026. Pada datasheet arus kolektor IC yang dibutuhkan untuk mengaktifkan transistor adalah sebesar 50 mA. Penguat kelas A yang ideal adalah arus pada kolektor sama dengan arus DC yang mengalir pada emitor dan tegangan VCE

bernilai ½ VCC. Berdasarkan persamaan (2.15), tegangan emitor diperoleh sebesar.

Menurut hukum Ohm arus dan tegangan, resistansi RE adalah

(60)

dengan tegangan catu (Vcc) 12 V, tegangan basis 6,7 V dan R2 sebesar 20 KΩ

maka R1 adalah

dalam rangkaian AC setiap induktor mempunyai reaktansi. Sehingga dengan nilai induktor 33 uH, frekuensi kerja 90 Mhz, 95 MHz, 100 MHz dan 105 Mhz dengan menggunakan persamaan (2.17) diperoleh reaktansi induktor sebesar

secara praktis harga Q induktor minimal adalah 50, sehingga resistansi paralel dari hasil konversi resistansi induktor didapat dari persamaan (2.16) sebesar.

Penguat bekerja pada beban nol, sehingga kapasitor gandeng keluaran (C1) harus

(61)

dari perhitungan di atas nilai kapasitor C1 direrata dan dipilih sebesar 1 pF.

Kapasitor pintas emitor digunakan untuk melewatkan arus AC dan menahan arus DC. Dengan persamaan (2.21) dan β sebesar 200, maka

dengan persamaan (2.20) nilai kapasitor pintas emitor didapatkan sebesar

dari perhitungan di atas nilai kapasitor nilai kapasitor C2 direrata dan dipilih

(62)

L2 33u

J1

Output Driv er

1 C1 1pf + 12V R6 15k J2

Input dari VCO

1 1 Q2_2SC2026

2 3 R8 120 C2 39pf R7 20k

Gambar 3.9. Rangkaian driver [6].

III.5. Penguat Tertala RF (Booster)

Penguat RF (Radio Frequency) pada pemancar FM berfungsi sebagai penguat sinyal modulasi sebelum dipancarkan ke antena dan juga berfungsi sebagai pembatas frekuesi-frekuensi lain selain yang diinginkan. Penguat RF berupa rangkaian penguat tertala LC. Perancangan penguat RF tertala untuk pemancar FM ini memiliki spesifikasi frekuensi tengah 97,5 MHz dengan

(63)

tengah ini maka diharapkan frekuensi-frekuensi yang dipancarkan tidak bergeser. Berikut ini adalah perancangan nilai-nilai komponennya:

1. Perancangan untuk sinyal AC:

Dengan menggunakan persamaan (2.30)

Sehingga diperoleh:

Jika diasumsikan nilai L adalah 1μH, maka

2. Perancangan bias DC: 1. Bagian output :

(64)

Sehingga diperoleh

Nilai IB adalah

Maka, nilai Re dapat dihitung sebagai berikut:

2. Bagian input :

Dengan menggunakan persamaan (2.36) akan dihitung nilai-nilai komponen lain

(65)

Gambar 3.10 menunjukkan skema rangkaian dari penguat tertala. Nilai dari komponen pasif (resistor, induktor dan kapasitor) yang digunakan berdasarkan hasil perhitungan pada perancangan.

(66)

47

IV.1. Perangkat Keras Hasil Perancangan

Perangkat keras yang dirancang terdiri dari satu bagian perangkat keras pemancar FM broadcast. Gambar 4.1 merupakan perangkat pemancar FM FH yang telah dibuat.

(a) (b)

Gambar 4.1. (a) Pemancar FM tampak sisi depan (b) Pemancar FM tampak sisi atas

(67)

Tabel 4.1. Keterangan dan fungsi umum blok – blok rangkaian perangkat pemancar FM

No. Nama Bagian Fungsi umum

1 Switch F1 Pembangkit frekuensi carrier 97 MHz.

5 Ground Sumber ground pada perangkat pemancar FM.

6 VCC (+5V) Sumber +5V pada perangkat pemancar FM.

7 Sinyal sinkronisasi

Sinyal pemodulasi yang terdiri dari sinyal DTMF dan sinyal informasi.

8 Antena Memancarkan sinyal modulasi FM.

9 Driver dan Booster

Penguat sinyal modulasi sebelum dipancarkan melalui antena.

10 VCO

Penghasil frekuensi carrier dan tempat terjadinya modulasi.

11 Prescaler Pembagi 8 frekuensi VCO.

12

Osilator referensi dan

Phase Detector

Pembanding Fasa dan penghasil tegangan koreksi.

13 Pembagi terprogram Pengatur pembangkit frekuensi carrier.

14 Power Supply

Sumber catu daya pada perangkat pemancar FM.

(68)

IV.2. Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan

IV.2.1. Pengujian Transmisi Pemancar

Pengujian transmisi sinyal termodulasi dilakukan dengan model sistem yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Pengambilan data transmisi menggunakan satu pemancar FM FH dan tone generator serta satu penerima FM FH dan tone detector yang ditala pada frekuensi 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz dan 103 MHz.

Gambar 4.2. Pengujian transmisi pemancar FM FH

(69)

dikirim oleh pemancar FM FH harus terdeteksi secara benar pada penerima FM FH.

Pemancar juga diuji dengan modulasi frekuensi antara sinyal informasi berbentuk sinusoida frekuensi 5 KHz dan sinyal DTMF dengan beberapa sinyal

carrier, sehingga didapatkan bentuk sinyal FM seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3, Gambar 4.4., Gambar 4.5., dan Gambar 4.6.

Gambar 4.3. Modulasi frekuensi dengan sinyal carrier 97 MHz

(70)

(71)

Gambar 4.7. Sinyal informasi 5 KHz

Sinyal DTMF yang termasuk sebagai sinyal pemodulasi, ditunjukkan seperti pada Gambar 4.8

Gambar 4.8. Sinyal DTMF

(72)

merupakan pembentuk sinyal DTMF tone 4 yang berdasarkan pada ketentuan dari sinyal DTMF yang ditunjukkan pada Tabel 4.2

Tabel 4.2. Kelompok frekuensi DTMF

Spektrum frekuensi dari sinyal modulasi ditunjukkan seperti pada Gambar 4.9, Gambar 4.10, Gambar 4.11, Gambar 4.12. Pengamatan spektrum frekuensi pada pemancar bertujuan untuk mengetahui kestabilan, ketepatan penalaan, dan

bandwidth sinyal modulasi yang dipancarkan.

(73)

Gambar 4.10. Spektrum frekuensi modulasi 99 MHz

Gambar 4.11. Spektrum frekuensi modulasi 101 MHz

(74)

Bandwidth yang terukur pada saat frekuensi modulasi 97 MHz, 99 MHz, 101 MHz adalah 250 KHz. Bandwidth pada saat frekuensi modulasi 103 MHz adalah 300 KHz. Bandwidth yang terukur menunjukkan bahwa sinyal carrier masing – masing frekuensi modulasi masih berada dalam toleransi peraturan untuk

bandwidth frekuensi pada radio broadcast komersial adalah 400 KHz.

IV.3. Pengujian Kestabilan Frekuensi Carrier Saat Hopping

Pemancar diuji dengan mengamati proses hopping yang berlangsung. Pengamatan terhadap proses hopping dilakukan dengan menggunakan tunda waktu (delay) sebesar 0,25 detik. Pengambilan data dilakukan sebanyak 10 kali dengan kelipatan waktu tiap 20 detik.

Data pengamatan proses kestabilan frekuensi hopping ditunjukkan pada Tabel 4.3. Galat kestabilan frekuensi dapat dicari dengan menggunakan persamaan 4.1

merupakan rata – rata jumlah frekuensi yang diamati (∑ frekuensi) dibagi dengan banyak data yang diambil (N). dapat dicari dengan menggunakan persamaan 4.2.

(4.1)

(75)

Tabel 4.3. Data pengamatan kestabilan frekuensi hopping Waktu (detik) Frekuensi 1 (MHz) Frekuensi 2 (MHz) Frekuensi 3 (MHz) Frekuensi 4 (MHz)

20 96,732 99,032 101,032 103,032

40 97,031 99,032 101,032 103,033

60 96,726 99,032 101,031 103,033

80 97,032 99,032 101,032 103,033

100 97,031 99,031 101,032 103,031

120 97,032 99,031 101,032 103,031

140 96,762 99,032 101,031 103,031

160 96,745 99,031 101,032 103,032

180 97,021 99,031 101,031 103,032

200 96,784 99,032 101,031 101,033

96,899 99,031 101,032 103,033

% Galat 0,104 0,031 0,032 0,032

Berdasarkan data pengamatan pada Tabel 4.3, bahwa galat yang dihasilkan pada saat proses hopping berlangsung cukup kecil. Galat yang terjadi saat proses

(76)

Sinyal termodulasi masing – masing frekuensi hopping terdiri dari sinyal

carrier, sinyal informasi, dan sinyal sinkronisasi (sinyal DTMF). Gambar 4.13, Gambar 4.14, Gambar 4.15, dan Gambar 4.16 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 booster pada pemancar FM FH.

Gambar 4.13. Spektrum frekuensi pembentuk sinyal termodulasi frekuensi 97 MHz

(77)

(78)

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 4.17. Tunda waktu sebesar 0,25 detik

IV.4 Pengujian Setiap Blok

IV.4.1. Osilator Frekuensi Referensi 6,25 KHz

(79)

Gambar 4.18. Sinyal output blok osilator frekuensi referensi 6,25 kHz

Dari hasil pengukuran, nilai frekuensi yang terukur memperlihatkan bahwa rangkaian osilator frekuensi referensi yang telah dibuat telah bekerja sesuai dengan perancangan.

IV.4.2. Voltage Controlled Oscillator

Blok VCO mempunyai fungsi utama sebagai penghasil sinyal carrier

tanpa sinyal informasi. Blok VCO juga mempunyai fungsi pendukung sebagai tempat terjadinya modulasi frekuensi jika dihubungkan dengan sinyal informasi yang berasal dari AFG.

(80)

Gambar 4.19. Sinyal output blok VCO 97 MHz

(81)

Galat antara perancangan dengan pengamatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 4.3.

(82)

Galat frekuensi antara perancangan dengan pengamatan pada blok VCO ditunjukkan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4. Galat frekuensi carrier pada blok VCO.

Frekuensi Perancangan (MHz) Frekuensi Pengamatan (MHz) Galat Frekuensi (%)

97 97,0135 0,014

99 99.0029 0,009

101 101,004 0,004

103 103,001 0,000

Besar % frekuensi galat yang dihasilkan antara frekuensi perancangan dengan frekuensi pengamatan seperti yang ditunjukkan Tabel 4.4. Setelah diamati dapat disimpulkan bahwa blok VCO dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan.

IV.4.3. Prescaler

(83)

menghasilkan frekuensi output 12,6366 MHz. Frekuensi sinyal carrier 103 MHz menghasilkan frekuensi output 12,9015 MHz. Gambar 4.23, Gambar 4.24, Gambar 4.25, Gambar 4.26 merupakan bentuk sinyal output dari blok prescaler

yang diamati.

Tabel 4.5. Galat frekuensi pada blok prescaler

Frekuensi

carrier (MHz)

Frekuensi Perancangan (MHz) Frekuensi Pengamatan (MHz) Frekuensi Galat (%)

97 12,125 12,125 0,000

99 12,375 12,379 0.032

101 12,625 12,636 0,087

103 12,875 12,901 0,202

(84)

Gambar 4.23. Sinyal output blok prescaler saat frekuensi carrier 97 MHz

(85)

IV.4.4. Pembagi Terprogram

(86)

dari blok prescaler .Output blok pembagi terprogram digunakan sebagai pembanding fasa terhadap sinyal yang dihasilkan oleh osilator frekuensi referensi 6,25 KHz. Logika BCD yang digunakan sebagai data input 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.

Pembagian antara masing – masing frekuensi dengan logika BCD tersebut di atas menghasilkan frekuensi yang sama dengan osilator pembangkit frekuensi referensi sebesar 6,25 KHz. Sinyal output blok pembagi terprogram untuk masing – masing frekuensi ditunjukkan seperti pada Gambar 4.27, Gambar 4.28, Gambar 4.29, Gambar 4.30, dan Gambar 4.31.

(87)

Gambar 4.28. Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 1980

(88)

Gambar 4.30. Sinyal output blok pembagi terprogram sebagai pembagi 2060

Gambar 4.31. Sinyal output blok pembagi terprogram skala time/div diperkecil

(89)

untuk membuktikan bahwa hasil pengamatan sesuai dengan perancangan adalah :

 Frekuensi 12,125 MHz

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. Berdasarkan perhitungan, maka galat antara perancangan dengan pengamatan dari sinyal output blok pembagi terprogram adalah

(90)

IV.4.5. Phase Detector

Output blok phase detector menghasilkan tegangan koreksi akibat adanya perbedaan fase antara osilator frekuensi 6,25 KHz dengan pembagi terprogram. Tegangan koreksi yang dihasilkan akan mempengaruhi kapasitansi dioda varaktor pada VCO yang menghasilkan frekuensi carrier sesuai perancangan. Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan dengan cara try and error, VCO akan menghasilkan frekuensi carrier sesuai perancangan seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 4.6.

Tabel 4.6. Perbandingan tegangan koreksi try and error dan PLL.

Tegangan koreksi

try and error

(Volt)

Tegangan koreksi

PLL (Volt)

Galat

Tegangan (%)

Frekuensi carrier

(MHz)

4,80 4,92 2,50 103,016

3,14 3,10 1,27 101,005

1,78 1,85 3,93 99,032

0,83 1,01 21,68 97,019

(91)

IV.4.6. Driver dan Booster

Blok driver dan booster merupakan bagian yang berfungsi sebagai penguat sinyal modulasi agar dapat di pancarkan oleh antena. Pengamatan masing – masing sinyal output pada blok driver ditunjukkan seperti pada Gambar 4.32, Gambar 4.33, Gambar 4.34, dan Gambar 4.35.

Gambar 4.32. Sinyal output blok driver frekuensi 97 MHz

(92)

Berdasarkan pengamatan data blok driver, dapat dilihat bahwa