PENERIMA AM DENGAN EMPAT FREQUENCY HOPPING … · mixer, IF amplifier, detektor, filter, dan penguat audio. Sedangkan blok PLL terdiri dari osilator referensi, VCO, phase comparator,

i

TUGAS AKHIR

PENERIMA AM DENGAN

EMPAT FREQUENCY HOPPING TERSINKRONISASI

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 :

YOHANES MAYOLIS

NIM : 045114065

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTROJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGIUNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA2009

ii

FINAL PROJECT

AM RECEIVER WITH FOUR FREQUENCIES HOPPING

SYNCHRONIZED

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Science and Technology Faculty

By:

Name : Yohanes Mayolis

Student Number : 045114065

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

vi

Tugas akhir ini dipersembahkan untuk :

Yesus Kristus atas karuniaNya

Orang tuaku tercinta (almarhum bapak Yakobus Porang dan Alex kein

serta ibu Petrosa Dua Ate), Kedua kakakku (Edwin dan Tenzo), yang

terkasih bapak Alex Kein, dan Epha yang selalu memberikan semangat,

dorongan, dan doa.

Jangan hanya memimpikan hidup,

tetapi berusahalah untuk menghidupkan mimpi.

viii

PENERIMA AM DENGAN EMPAT FREQUENCY HOPPING

TERSINKRONISASI

INTISARI

Teknik frequency hopping merupakan teknik yang memodulasi sinyalinformasi dengan frekuensi yang lompat-lompat. Frekuensi yang berubah-ubah inidipilih oleh kode tertentu yang disebut spreading code. Kode ini dibangkitkan olehrangkaian pembangkit PN (Psedeu Noise) sebagai pengendali frekuensi keluaran.Proses penebaran spektral pada frequency hopping dilakukan dengan mengubah-ubahfrekuensi pembawa secara periodik. Teknik ini dapat digunakan untuk mengatasiinterferensi dan multipath fading yang dapat menurunkan kualitas layanan. Tujuanpenelitian ini adalah membuat penerima AM dengan frequency hopping.

Penerima AM dengan frequency hopping memiliki dua blok utama yaitu, blokPLL (Phase Lock Loop) dan blok penerima. Blok penerima terdiri dari RF amplifier,mixer, IF amplifier, detektor, filter, dan penguat audio. Sedangkan blok PLL terdiridari osilator referensi, VCO, phase comparator, dan pembagi terprogram. Proseshopping sendiri terjadi pada blok PLL.

Penerima AM yang dibuat dapat menerima frekuensi carrier 900kHz, 950kHz,1000kHz dan 1050kHz. Proses penerimaan sinyal belum dapat disinkronisasi karenaperangkat pesinkronisasi antara pemancar dengan penerima masih dalam tahappengerjaan. Penerima AM dapat menerima sinyal informasi dengan frekuensi carrieryang berbeda, namun belum bekerja secara baik yakni semua output frekuensi carrierdapat menerima sinyal informasi yang dikirim pada satu frekuensi carrier yang ditala.

Kata kunci : frequency hopping, phase locked loop, AM.

ix

AM RECEIVER WITH FOUR FREQUENCIES HOPPING SYNCHRONIZED

ABSTRACT

Frequency hopping is a technique to modulate information signal with thehopping of carrier frequency. The carrier frequency are chosen by the certain codewhich called spreading code. This code is build by PN (Psedeu Noise) sequencegeneration an output frequency controller. The process of spectrum spreading infrequency hopping is done by changing frequency carrier periodically. This techniquecan be used to solve interference and multipath fading that can decrease servicequality. The aim of this research is to build an AM receiver using frequency hopping.

AM receiver with frequency hopping has two main blocks; there are PLL(Phase Lock Loop) block and receiver block. Receiver block consist of RF Amplifier,mixer, IF Amplifier, detector, filter, and audio amplifier. PLL block consist ofreference frequency oscillator, VCO, phase comparator, programmable divider, andtimer. The hopping process happened on PLL block.

AM receiver with frequency hopping that has been made capable to receivefrequency carrier of 900kHz, 950kHz, 1,000kHz and 1,050kHz. The process receivingsignal cannot be synchronized yet because the synchronization circuit betweentransmitter and receiver is in finishing process. AM receiver can receive informationsignal from different carrier frequencies, but it is does not work yet appropriatcly soall of output frequency carrier can receive information signal that is sent to afrequency carrier which is tuned.

Keywords: frequency hopping, phase locked loop, AM

x

DAFTAR ISI

Halaman Judul.......................................................................................................

Lembar Pengesahan oleh Pembimbing.................................................................

Lembar Pengesahan oleh Penguji……………………………………………….

Lembar Pernyataan Keaslian Karya Ilmiah……………………………………..

Halaman Persembahan dan moto hidup................................................................

Lembar Publikasi Karya Ilmiah…………………………………………………

Intisari…………………………………………………………………………...

Abstract…………………………………………………………………………

Kata Pengantar......................................................................................................

Daftar Isi ..............................................................................................................

Daftar Gambar.......................................................................................................

Daftar Tabel .........................................................................................................

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................

. 1.1 Judul ..................................................................................................

1.2 Latar Belakang Masalah ....................................................................

1.3 Tujuan.................................................................................................

1.4 Manfaat .............................................................................................

1.5 Batasan Masalah ...............................................................................

1.6 Metodologi Penulisan………………………………………………

1.7 Sistematika Penulisan .......................................................................

BAB II DASAR TEORI .....................................................................................

2.1 Penerima AM ....................................................................................

2.1.1 Modulasi Amplitudo........................................................

2.1.2 Penerima AM...................................................................

2.1.2.1 Antena .................................................................

2.1.2.2 RF Amplifier .......................................................

2.1.2.3 Mixer.....................................................................

2.1.2.4 IF Amplifier..........................................................

2.1.2.5 Detektor ...............................................................

2.1.2.6 Low Pass Filter (LPF) ………………………….

2.1.2.7 Audio Amplifier ………………………………..

I

iii

iv

v

vi

vii

viii

ix

x

xii

xv

xvii

1

1

1

2

3

3

3

4

6

6

6

8

8

9

12

13

14

15

17

xi

2.1.2.8 Osilator Lokal …………………………………..

2.1.2.9 Speaker ………………………………………….

2.2 Phase Locked Loop (PLL)..................................................................

2.2.1 Pembanding Fasa ……….………………………………

2.2.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO) ..............................

2.3 Frequency Hopping ............................................................................

BAB III PERANCANGAN .................................................................................

3.1 Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio Penerima AM FH.............

3.2 Diagram Blok Rangkaian....................................................................

3.3 Rancangan Rangkaian Tiap Blok .......................................................

3.3.1 RF Amplifier ........................................................................

3.3.2 Mixer, IF Amplifier, dan Detektor.......................................

3.3.3 Filter …………………………………………………….....

3.3.4 Audio Amplifier …………………………………………...

3.3.5 Phase Locked Loop (PLL) ………………………………...

3.3.5.1 Rangkaian Osilator Referensi …………………..

3.3.5.2 VCO dan Phase Comparator ………..…………

3.3.53 Pembagi Terprogram (programmable divider)…

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………….

4.1 Perangkat Hasil Penelitian…………………………………………

4.2 Pengujian Perangkat Secara Keseluruhan………………………….

4.2.1 pengujian penerima AM………………………………….

4.2.2 Pengujian Tiap Blok……………………………………...

4.2.2.1 RF Amplifier………………………………….

4.2.2.2 Filter………………………………………….

4.2.2.3 Osilator Refrensi……………………………..

4.2.2.4 Pembagi Terprogram…………………………

4.2.2.5 VCO dan Phase Comparator…………………

BAB V PENUTUP…………………………………………………………...

5.1 Kesimpulan………………………………………………………..

5.2 Saran………………………………………………………………

DAFATAR PUSTAKA……………………………………………………...

LAMPIRAN…………………………………………………………………

17

18

18

20

22

23

26

26

27

28

28

30

31

34

34

35

36

37

39

39

41

41

46

46

49

50

51

52

54

54

54

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Bentuk gelombang carrier 7

Gambar 2.2. Bentuk gelombang pemodulasi 7

Gambar 2.3. Bentuk gelombang termodulasi 7

Gambar 2.4. Diagram blok penerima AM 8

Gambar 2.5. Rangkaian tertala seri 9

Gambar 2.6. Rangkaian tertala paralel 10

Gambar 2.7. Rangkaian RF amplifier 11

Gambar 2.8. Rangkaian model hybrid dari penguat tertala 11

Gambar 2.9. Proses mixer 13

Gambar 2.10. Rangkaian detektor AM 14

Gambar 2.11. Proses pada detektor AM 14

Gambar 2.12. Karakteristik ideal Low Pass Filter 15

Gambar 2.13. Karakteristik praktis LPF 15

Gambar 2.14. Skematik blok osilator 18

Gambar 2.15. Diagram blok PLL 19

Gambar 2.16. Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda 20

Gambar 2.17. Karakteristik Phase Comparator 22

Gambar 2.18. Karakteristik VCO 23

Gambar 2.19. Teknik Frequency Hopping 24

Gambar 2.20. Interferensi pada transmisi frequency hopping 25

xiii

Gambar 3.1 Blok Diagram Umum Sistem Komunikasi Radio AM FH

Gambar 3.2 Blok Diagram Penerima AM Frequency Hopping

Gambar 3.3 Penguat Tertala Output

Gambar 3.4 IC ZN414 Dengan Rangkaian Eksternal

Gambar 3.5 Filter Aktif

Gambar 3.6 Tanggapan Frekuensi LPF

Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Daya

Gambar 3.8 Tampak Atas IC Pembagi 1000 CD4060B

Gambar 3.9 Tampak Atas IC Pembagi 10 74LS90

Gambar 3.10 Rangkaian Pembangkit Frekuensi Refrensi 1kHz

Gambar 3.11 Rangkaian VCO Dan Phase Comparator dengan CD4046

Gambar 3.12 Tampak Atas IC TC9122P

Gambar 3.13 Diagram Blok IC TC9122P

Gambar 4.1 Tampak Atas Perangkat Penerima AM

Gambar 4.2 Model Sistem Pengujian Penerima AM

Gambar 4.3 Input Frekuensi 900kHz




Gambar 4.7 Spektrum Frekuensi Carrier 900kHz




Gambar 4.11 Audio 3kHz Dengan Frekuensi Carrier 900kHz


26

27

28

30

31

33

34

35

35

36

36

37

38

39

41

41

42

42

42

43

43

44

44

45

45

xiv



Gambar 4.15 Spektrum Frekuensi Output RF Amp Saat Input 900kHz

Gambar 4.16 Spektrum Frekuensi Output RF Amp Saat input 950kHz

Gambar 4.17 Spektrum Frekuensi Output RF amp Saat Input 1000kHz

Gambar 4.18 Spektrum Frekuensi Output RF Amp Saat Input 1050kHz

Gambar 4.19 Output Osilator Refrensi

Gambar 4.20 Sinyal Output Pembagi Terprogram

Gambar 4.21 Output Frekuensi VCO 900kHz




45

46

47

47

48

48

50

51

52

53

53

53

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF

Tabel 3.1 Pembagian Frekuensi Dalam Bentuk BCD

Tabel 4.1 Keterangan Blok Rangkaina Penerima AM

Tabel 4.2 Data Pengukuran LPF

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Judul

Penerima AM dengan empat frequency hopping tersinkronisasi

1.2. Latar Belakang Masalah

Pada pertengahan tahun 1950 telah lahir sistem komunikasi spread

spectrum. Sistem ini dilatarbelakangi oleh kebutuhan akan sistem komunikasi

yang dapat mengatasi masalah interferensi, serta dapat menjamin kerahasiaan

informasi yang dikirim. Sistem ini dapat beroperasi pada tingkat S/N (signal to

noise ratio) yang rendah atau tahan terhadap derau yang besar [1].

Dalam sistem komunikasi pada saat ini, penggunaan frekuensi pada suatu

area tertentu sudah sangat padat sehingga interferensi dan noise dapat saja

terjadi. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan sistem spread spectrum

karena data yang dikirim pada sistem ini adalah data acak yang dikenal sebagai

noise. Jika penerima tidak mengetahui kode yang digunakan, maka penerima

hanya akan menerima sinyal noise saja.

Istilah spread spectrum digunakan karena pada sistem ini, sinyal yang

ditransmisikan memiliki bandwidth yang jauh lebih lebar dari bandwidth sinyal

informasi (mencapai ribuan kali). Proses penebaran bandwidth sinyal informasi

ini disebut spreading. Salah satu teknik spread spectrum yang dikenal adalah

Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).

2

Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) adalah teknik yang

memodulasi sinyal informasi dengan frekuensi yang lompat-lompat (tidak

konstan). Frekuensi yang berubah-ubah ini dipilih oleh kode tertentu [2]. Sistem

frequency hopping (FH) menggunakan kode penebar (spreading code) yang

dibangkitkan oleh rangkaian pembangkit urutan PN (pseudo noise) sebagai

pengendali frekuensi keluaran sebuah pensintesis frekuensi.

Minat akan penggunaan frekuensi AM pada saat ini sangat minim. Hal ini

disebabkan karena kualitas layanan yang kurang baik. Dengan bertambahnya

frekuensi AM yang baru, bandwidth yang dihasilkan akan semakin sempit,

sehingga dapat menyebabkan interferensi serta tingkat keamanan informasi yang

rendah.

Permasalahan ini telah dicoba diatasi dengan membuat pemancar dan

penerima radio AM dengan frequency hopping. Penelitian sebelumnya

menghasilkan sistem komunikasi radio AM broadcast dengan dua frekuensi

carrier yang ditransmisikan secara hopping. Tidak ada sinkronsasi antara

pemancar dan penerima. Pada penelitian ini, penulis akan mengembangkan

penelitian sebelumnya dengan membuat penerima AM menggunakan

menggunakan empat frekuensi carrier yang ditransmisikan secara tersinkronisasi

dengan pemancar.

1.3. Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitan ini adalah merancang dan

membuat suatu perangkat penerima AM dengan metode frequency hopping

untuk empat frekuensi carrier.

3

1.4. Manfaat

Penelitian ini diharapkan dapat menjadi bahan pertimbangan dalam

memanfaatkan teknologi komunikasi khususnya mengenai Frequency Hopping

Spread Spectrum (FHSS), pada sistem komunikasi radio AM broadcast. Teknik

ini diharapkan dapat memperbaiki kualitas layanan sehingga mengembalikan

minat masyarakat untuk kembali menggunakan frekuensi AM.

1.5. Batasan Masalah

Penerima AM dibuat dengan frekuensi carrier 900kHz, 950kHz,

1000kHz, dan 1050kHz secara bergantian. Sumber sinyal berasal dari sebuah

pemancar AM yang tersinkronisasi dengan penerima AM. Osilator lokal

meggunakan PLL dengan waktu perubahan frekuensi selama 0,25 detik.

1.6. Metodologi Penelitian

Penelitian ini diawali dengan library research yang menggunakan

sumber data seperti buku referensi, internet dan jurnal. Dengan library research,

penulis mempelajari cara kerja, cara merancang, dan membuat peralatan tersebut.

Perancangan peralatan menggunakan teori yang ada untuk memenuhi spesifikasi

yang ditentukan. Pembuatan setiap bagian dari alat sesuai dengan fungsi masing-

masing dan kemudian diujikan.

Pengujian penerima AM memerlukan sebuah sumber sinyal (tone) yang

diumpankan ke sebuah pemancar radio biasa. Sinyal output dari pemancar akan

4

disinkronisasi oleh sebuah perangkat sinkronisasi. Penerima harus bisa menerima

sinyal yang telah disinkronisasi pada empat frekuensi berbeda secara bergantian.

Jika pada pengujiannya tidak terdapat pemancar, maka sumber lain

seperti RFG (Radio Frequency Generator) dapat digunakan. Dengan alat ini

besarnya nilai frekuensi yang dinginkan dapat diatur sesuai dengan spesifikasi.

Selanjutnya sinyal yang dikirim pada frekuensi tersebut akan disinkronisasi oleh

sebuah perangkat sinkronisasi. Penerima harus bisa menerima sinyal yang telah

disinkronisasi pada empat frekuensi berbeda secara bergantian.

1.7. Sistematika Penulisan

1. BAB I PENDAHULUAN

Pendahuluan berisi judul, latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan

penelitian, manfaat penelitian, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

2. BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi teori dasar AM (Amplitude Modulation) dan bagian-bagian dari

penerima AM, PLL dan bagian-bagiannya, serta frequency hopping sebagai

bagian dari teknik spread spectrum.

3. BAB III PERANCANGAN SISTEM

Bab ini berisi penjelasan tentang alur perancangan, komponen-komponen yang

digunakan, dan perhitungan nilai-nilai komponen.

5

4. BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil perancangan pada keadaan yang telah tertulis pada batasan

masalah, tampilan hasil perancangan dengan menggunakan software (simulasi),

dan analisa hasil perancangan yang diperoleh.

5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi ringkasan hasil penelitian yang telah dilakukan dan usulan yang

berupa ide-ide untuk perbaikan atau pengembangan terhadap penelitian yang

telah dilakukan

6

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Penerima AM

2.1.1. Modulasi Amplitudo

Modulasi adalah proses pengubahan atau pengaturan parameter sinyal

berfrekuensi tinggi oleh sinyal informasi berfrekuensi rendah. Modulasi

amplitudo (Amplitude Modulation, AM) merupakan jenis modulasi yang

mengubah amplitudo sinyal carrier [3]. Dalam modulasi amplitudo, suatu

tegangan yang sebanding dengan sinyal modulasi ditambahkan kepada amplitudo

sinyal carrier.

Sinyal carrier dinyatakan dengan [3]

cccc tEte cosmax

dengan maxcE merupakan amplitudo sinyal carrier, c adalah frekuensi sudut

carrier, dan c adalah fasa carrier. Bentuk gelombang pembawa ditunjukkan

pada Gambar 2.1.

Sedangkan sinyal pemodulasi dinyatakan dengan

mmmm tEte cosmax

dengan maxmE merupakan amplitudo sinyal pemodulasi, m adalah frekuensi

sudut pemodulasi, dan m adalah fasa pemodulasi. Bentuk gelombang

pemodulasi ditunjukkan pada Gambar 2.2.

(2.2)

(2.1)

6

7

Proses modulasi menghasilkan sinyal termodulasi yang dinyatakan

dengan

tteEte mc cos)(max

Bentuk gelombang termodulasi ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.1 Bentuk gelombang carrier [3].

Gambar 2.2 Bentuk gelombang pemodulasi [3].

Gambar 2.3 Bentuk gelombang termodulasi [3].

(2.3)

8

2.1.2. Penerima AM

Pesawat penerima harus melaksanakan sejumlah fungsi. Pertama,

penerima harus menangkap sinyal radio AM dari pemancar berupa sinyal carrier

dan menolak sinyal lain yang tidak diinginkan [3]. Selanjutnya, penerima harus

menguatkan sinyal yang diinginkan sampai ke tingkat yang dapat digunakan

yaitu 540kHz sampai 1600kHz. Akhirnya, penerima harus memulihkan sinyal

informasi dari sinyal carrier dan menyampaikan kepada pemakai. Gambar 2.4

menunjukkan diagram blok penerima AM secara umum.

Gambar 2.4 Diagram blok penerima AM [3].

2.1.2.1. Antena

Berfungsi untuk menerima gelombang elektromagnetik yang dipancarkan

oleh pemancar radio. Antena dapat berupa konduktor yang akan menangkap

sinyal radio AM dari pemancar untuk diteruskan ke bagian penguat frekuensi

seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.

9

2.1.2.2. RF Amplifier

RF amplifier digunakan untuk memperkuat suatu frekuensi sinyal,

dengan menaikkan tegangan suatu sinyal tanpa menyebabkan penyimpangan

pada sinyal itu sendiri, atau dengan kata lain meningkatkan SNR (Signal to Noise

Ratio). Rangkaian RF amplifier dirancang dengan menggunakan rangkain

penguat tertala.

Kinerja rangkaian tertala tergantung dari frekuensi, lebar bandwidth, dan

faktor kualitas (Q) [3]. Rangkaian ini biasa dipakai dalam tapis ( filter), osilator,

dan penguat radio. Rangkaian tala terdiri induktor dan kapasitor baik secara seri

seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5 maupun paralel seperti ditunjukkan pada

Gambar 2.6.

r L1C1

V1

SIGNAL AC

1 2

Gambar 2.5 Rangkaian tertala seri [3].

Persamaan rangkaian tertala seri adalah [3]

Zs = r + jX

Zs = r + j ( L -C

1)

dengan r adalah resistansi internal, X adalah reaktansi total, dalah frekuensi

sudut, L adalah induktor, dan C adalah kapasitor. Besarnya impedansi adalah

22 XrZs

(2.4)

(2.5)

(2.6)

10

Karena

L =C

1

maka

=LC

1

sehingga frekuensi tala atau resonansi dapat dihitung dengan

fo =LC2

1

C

L

SIGNAL AC

1 2

R

Gambar 2.6 Rangkaian tertala paralel [3].

Persamaan rangkaian tertala paralel adalah [3]

fo =2

21

2

1

L

R

LC

Jika L2 >> R2 , maka persamaan (2.10) sama dengan persamaan (2.9). Gambar

2.7. menunjukkan penguat tertala yang biasa digunakan sebagai RF amplifier.

Konfigurasi penguat ini adalah common emitter (CE).

Analisis DC dari penguat tertala common emitter adalah [4]

a. Bagian Output

Reec IVceRcIVcc (2.11)

(2.7)

(2.8)

(2.9)

(2.10)

11

max2

1ccQ xII

b. Bagian Input

Reeb IVbeRbIVcc

c

b

II

Nilai Ic dan diperoleh dari datasheet transistor menggunakan grafik

Ic-hfe (pada suhu kamar). Sedangkan fungsi kapasitor C2 dan C4 hanya untuk

menahan sinyal DC supaya tidak masuk, dan C3 sebagai kapasitor bypass.

Gambar 2.8 menunjukkan rangkaian ekuivalen AC model hybrid dari rangkaian

penguat tertala common emitter.

Gambar 2.7 Rangkaian RF Amplifier [3].

RB hie hoe RC RLhfe.Ib RE

Vi Vo

Io

Zo

ibZi

Ii

- -

+ +

Gambar 2.8 model hybrid dari rangkaian penguat tertala

(2.12)

(2.13)

(2.14)

12

Analisis AC dari penguat tertala common emitter adalah

a. Impedansi input (Zi)

ieB hRZi //

b. Impedansi output (Zo)

ieC hRZo /1//

c. Penguatan tegangan (Av)

ie

oeCfe

i

ov

h

hRh

V

VA

)/1//(

d. Penguatan arus (Ai)

fe

i

ov h

I

IA

2.1.2.3. Mixer

Mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari suatu frekuensi ke

frekuensi lain. Pada penerima AM, mixer berfungsi mencampur sinyal RF

amplifier dengan sinyal output osilator. Semua rangkaian mixer memanfaatkan

dua sinyal sinusoidal yang dikalikan bersama. Hasilnya terdiri atas komponen

frekuensi yang dijumlahkan dan dikurangkan atau selisihnya. Dengan persamaan

sinyal osilator [3] adalah

tVV oscoscosc sin

dan sinyal RF adalah

tVV sigsigsig sin

(2.19)

(2.20)

(2.15)

(2.16)

(2.17)

(2.18)

13

perkalian kedua sinyal menjadi

ttVVVV

ttxVVVV

sigoscsigosc

sigosc

sigosc

sigsigoscoscsigosc

coscos2

sinsin

Suku yang mengandung frekuensi sigosc biasanya dipilih dengan

penyaringan, sebagai sinyal IF (Intermediate Frequency). Gambar 2.9

menunjukkan proses pencampuran sinyal RF amplifier (Vsig) dengan sinyal dari

osilator (Vosc).

Gambar 2.9 Proses mixer [6].

2.1.2.4. IF amplifier

IF amplifier menggunakan rangkaian yang sama dengan rangkaian RF

amplifier. Yang membedakan adalah frekuensi sinyal masukan. Jika IF amplifier

dibuat dengan rangkaian pasif, maka perhitungan mengacu pada sub bab 2.1.2.2.

Rangkaian IF amplifier mendapat sinyal masukan dari mixer yang berfrekuensi

455kHz. Kemudian daya sinyal tersebut akan dikuatkan. Sinyal radio yang

diterima pada frekuensi sf dicampur dengan sinyal dari osilator lokal pada of

(biasanya ditempatkan di atas sf ), dan frekuensi selisih yang dihasilkan diambil

sebagai frekuensi intermediate atau IF karena

so ffIF

(2.21)

(2.22)

14

2.1.2.5. Detektor

Detektor berfungsi memulihkan sinyal informasi dari modulated carrier

sehingga menghasilkan tegangan keluaran proporsional yang merupakan sinyal

modulasi atau sinyal informasi [3].

Detektor AM biasanya menggunakan aplikasi dioda. Dioda bertindak

sebagai sebagai penyearah dan dapat dianggap sebagai saklar ON apabila

tegangan input positif, yang memungkinkan kapasitor memuat (charge) sampai

ke puncak input RF. Selama berlangsungnya setengah negatif dari siklus RF,

dioda OFF, tetapi kapasitor tetap menahan muatan positif yang diterima

sebelumnya, maka tegangan keluaran tetap pada nilai positif puncak RF. Akan

terjadi pelepasan muatan kapasitor (discharge), yang menghasilkan riak RF (RF

ripple) pada bentuk gelombang output. Rangkaian detektor AM ditunjukkan

pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Rangkaian detektor AM [8].

Gambar 2.11 menunjukkan proses pada detektor yaitu masukkan sinyal

carrier yang diubah sehingga keluaran menjadi sinyal audio.

Gambar 2.11 Proses pada detektor AM [8].

15

2.1.2.6. LPF (Low Pass Filter)

Filter adalah rangkaian yang menghasilkan karakteristik tanggapan

frekuensi yang telah ditentukan dengan tujuan melewatkan rentang frekuensi

tertentu dan menekan/menolak rentang frekuensi yang lain [9]. Sedangkan LPF

adalah filter yang mampu melewatkan frekuensi rendah saja.

Gambar 2.12 Karakteristik ideal LPF [9].

Gambar 2.12 merupakan bentuk karakteristik ideal LPF jika ditinjau

berdasarkan band. Ada dua area pada filter, yaitu

1. Pass Band, rentang frekuensi yang dilewatkan (ditunjukkan dengan huruf a)

2. Stop Band, rentang frekuensi yang ditolak (ditunjukkan dengan huruf b)

Gambar 2.13 menunjukan bentuk karakteristik praktis LPF

Gambar 2.13 Karakteristik praktis LPF [9].

ffc

a

b

16

Untuk merancang LPF aktif digunakan penskalaan frekuensi dan

impedansi (Frequency and Impedance Scaling) dengan prosedur penskalaan

sebagai berikut :

Prosedur Penskalaan :

1. Konstanta Penskalaan Frekuensi (Kf)

Kf dapat dinyatakan dengan persamaan

r

r

r

rf

fK

2

dengan r adalah frekuensi referensi pada rancangan ternormalisasi, r adalah

frekuensi referensi pada rancangan aktual.

Setelah Kf diketahui, nilai R/C diubah dengan faktor Kf (kali / bagi). Jika

frekuensi pada rancangan aktual lebih tinggi, maka R/C dibagi Kf. Secara praktis

yang sering diubah adalah C, R biasanya diubah untuk tipe filter tala.

2. Konstanta Penskalaan Impedansi (Kr)

Kr = Level Impedansi pada Rangkaian Aktual

Level Impedansi pada Rangkaian Ternormalisasi

Rangkaian yang mempunyai impedansi tinggi akan mempunyai nilai R besar dan

nilai C kecil, dan sebaliknya.

Tabel 2.1. merupakan nilai ternormalisasi dari kapasitor untuk rangkaian

LPF.

Tabel 2.1. Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF

# Kutub C1 C2 C3

2 1,414 0,7071

3 3,546 1,392 0,2024

(2.23)

(2.24)

17

Tabel 2.1. (Lanjutan) Nilai kapasitor untuk rangkaian LPF

4 1,082

2,613

0,9241

0,3825

5 1,753

3,235

1,354

0,3089

0,4214

6 1,035

1,414

3,863

0,9660

0,7071

0,2588

7 1,531

1,604

4,493

1,336

0,6235

0,2225

0,4885

2.1.2.7. Audio Amplifier

Audio amplifier berfungsi memperkuat daya dari filter yang

menghasilkan sinyal audio. Jenis penguat yang digunakan adalah penguat

menggunakan OpAmp. Rangkaian menggunakan OpAmp akan lebih mudah

dibuat dari pada menggunakan transistor dan volume bisa diatur dengan

potensiometer. Selain mempunyai bati tegangan, penguat memiliki bati daya,

yang ditentukan dengan [10].

dcPacP

Ain

o

dengan acPo adalah daya output ac, dcPin adalah daya input dc.

2.1.2.8. Osilator Lokal

Secara umum osilator dapat dimodelkan sebagai amplifier berumpan

balik positif. Setiap gangguan kecil pada input amplifier, seperti yang

ditimbulkan oleh noise, akan diperkuat dan sebagian sinyal yang diperkuat

(2.25)

18

diumpanbalikkan kepada input. Jika sinyal umpan balik itu mempunyai

amplitudo yang cukup dan fasanya tepat, maka proses dapat menghasilkan suatu

sinyal yang menopang sendiri atau osilasi. Gambar 2.14 menunjukan skematik

blok osilator.

Gambar 2.14 Skematik blok osilator [3].

Input Vi dikalikan dengan penguatan depan A untuk memberikan Output

Vo. Sebagian kecil B diumpan balikan untuk memberikan input Vi. Jadi AB = 1

adalah kondisi yang diperlukan untuk menopang osilasi.

2.1.2.9. Speaker

Speaker merupakan perangkat yang menerima sinyal masukan dan

memberikan respon keluaran berupa frekuensi audio dengan cara menggetarkan

komponennya yang berbentuk selaput. Speaker berfungsi untuk mengubah sinyal

suara yang berupa getaran listrik menjadi suara.

2.2. Phase Lock Loop (PLL)

Phase Lock Loop (PLL) adalah rangkaian umpan balik kalang tertutup

yang menghasilkan sinyal output yang tersinkronisasi (lock) dengan sinyal input.

19

PLL dapat diterapkan sebagai rangkaian deteksi FM, demodulator AM dan FM,

deteksi FSK, frequency multiplier, dan frequency synthesizer [9].

Dua parameter penting dalam operasi PLL adalah Capture Range dan

Lock Range. Capture Range, ± fC , adalah jangkauan/range frekuensi di sekitar

frekuensi pusat di mana PLL mulai 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. Diagram blok PLL ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Diagram blok PLL [13].

Diagram blok PLL terdiri dari pembanding fasa (phase comparator),

filter, amplifier, dan VCO (Voltage Control Oscillator)[13]. Sinyal input dapat

berupa gelombang sinus atau kotak yang memiliki frekuensi radian ωi dan fase θi

yang menjadi input dari phase detector. Output dari phase detector diumpankan

ke filter, dikuatkan untuk mengontrol frekuensi osilator (VCO). Output VCO

adalah gelombang sinus atau kotak dengan frekuensi ωo, untuk menjadi input

20

kedua phase detector. Pada dasarnya PLL memiliki dua kegunaan utama, yaitu

menghasilkan tegangan V3 yang mengontrol VCO dan frekuensi ωo sebagai

output VCO.

Secara sederhana fase dan frekuensi sudut dapat dirumuskan [7]

dt

d ii

dt

d oo

2.2.1. Pembanding Fasa

Pembanding fasa (phase comparator) adalah rangkaian pendeteksi

perbedaan sudut fasa dan beda frekuensi antara dua gelombang input, dan

membangkitkan suatu keluaran berupa tegangan koreksi dari perbedaan fasa

yang terjadi [6].

Gambar 2.16 Dua gelombang sinus dengan fasa berbeda [6].

Gambar 2.16 menunjukkan ada perbedaan fasa pada dua gelombang sinus

1f sebagai sinyal referensi dan 2f sebagai sinyal dari VCO dengan perbedaan

(2.26)

(2.27)

21

sudut sebesar sudut e (phase error). Sinyal referensi pembanding fasa dianggap

gelombang sinus, dengan persamaan [8]

]sin[)( 111 ttUtu n

dengan sudut fasa 1 merupakan bagian dari fungsi waktu (t), dan dianggap 1 =

0 untuk t < 0. Sedangkan pada t 0 nilai 1 =

)()(1 tut

dengan tu adalah fungsi unit step. Fungsi unit step merupakan bagian dari

modulasi fasa (modulasi berbeda), sedang untuk perubahan frekuensi (frekuensi

dan fasa berbeda) yaitu pada modulasi frekuensi, maka persamaan sinyal

referensi menjadi

1111 sin)sin( tUttUu oo

sudut fasa 1 dapat ditulis sebagai

tt 1

Sinyal yang akan dibandingkan ( 2f ), yaitu sinyal dari osilator VCO, adalah

sinyal output dengan persamaan :

ttUtu o 222 cos

Jika pembanding fasa digunakan pada sistem PLL linier dan bekerja pada

frekuensi tengahnya, maka terdapat beda fasa sebesar 902

antara sinyal

referensi dengan sinyal keluaran. Jika dua sinyal adalah sinyal fungsi sinus, dan

satunya fungsi kosinus, maka beda fasa 21 e menjadi bernilai 0. Gambar

2.17 menunjukkan grafik karakteristik pembanding fasa.

(2.28)

(2.29)

(2.30)

(2.31)

(2.32)

22

V

Kf

0 i

Gambar 2.17 Karakteristik phase comparator [13].

Phase comparator membandingkan beda fasa antara 2 sinyal, sinyal yang

pertama merupakan referensi dan yang lain adalah sinyal yang akan

dibandingkan. Apabila frekuensi sinyal input lebih tinggi dari frekuensi sinyal

acuan, maka terjadi beda fasa ( ) sebesar n atau frekuensi sinyal

input lebih rendah dari frekuensi sinyal acuan maka n . Jika frekuensi

sinyal input sama dengan frekuensi sinyal acuan, maka tidak terjadi beda fasa

atau .0 Tegangan output Phase comparator dapat dirumuskan dengan

persamaan

V = Kf ( 0 i )

2.2.2. VCO

. Voltage-controlled oscillators (VCO) dirancang untuk menghasilkan

frekuensi yang berbeda-beda dengan pengaturan tegangan. Karakteristik VCO

ditunjukkan pada Gambar 2.18.

(2.33)

23

Gambar 2.18 Karakteristik VCO [13].

Grafik karakteristik VCO menunjukkan pada saat input VCO (Vin) = 0,

maka output nya akan mengambil frekuensi free running. Frekuensi sudut output

dapat dirumuskan dengan persamaan

FRo VinKo )(

dengan o adalah frekuensi sudut output, FR frekuensi free running,Vin adalah

tegangan input dari VCO, dan Ko adalah penguatan dari VCO.

2.3. Teknik Frequency hopping

Frequency hopping atau lompatan frekuensi adalah perubahan frekuensi

sinyal pembawa secara periodis yang diatur oleh algoritma tertentu. Frekuensi ini

akan membawa informasi selama periode tertentu dan berpindah ke frekuensi

yang lain , begitu seterusnya seperti diperlihatkan Gambar 2.19 [18].

(2.34)

24

Gambar 2.19 Teknik frequency hopping [18].

Anak panah pada Gambar 2.23 menunjukkan urutan lompatan (hop)

frekuensi, dari frekuensi 6452731 fffffff , demikian

berulang-ulang. Perpindahan frekuensi terjadi beberapa ratus sampai beberapa

ribu kali dalam satu detik. Stasiun penerima juga harus melakukan perpindahan

frekuensi dengan lompatan yang sama supaya informasi yang dikirimkan dapat

diterima kembali.

Frequency hopping merupakan salah satu dari teknik spektrum tersebar

(spread-spectrum) dimana bandwidth yang digunakan jauh lebih lebar dari

bandwidth minimum yang diperlukan untuk mengirimkan informasi yang sama

jika menggunakan pembawa tunggal [18].

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 ,

25

maka sinyal pembawa akan selalu mengalami gangguan tetapi hanya saat berada

pada frekuensi 2f . Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Interferensi pada transmisi frequency hopping [18].

26

BAB III

PERANCANGAN

3.1. Diagram Blok Sistem Komunikasi Radio AM Frequency

Hopping

Sistem komunikasi radio AM Frequency Hopping (FH) mempunyai

blok-blok utama penyusun sistem seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Pada bagian pemancar (Transmitter, Tx) terdapat blok tone generator yang

berfungsi untuk membangkitkan sinyal sinkronisasi dari empat frekuensi

carrier. Empat frekuensi carrier yang telah tersinkronisasi tersebut

kemudian diterima oleh penerima AM (Receiver, Rx) secara bergantian

sesuai waktu yang telah ditentukan. Rx terdapat blok tone detector untuk

menerima sinyal sinkronisasi yang berfungsi untuk mendeteksi sinyal yang

diterima sesuai dengan sinyal yang ditransmisikan dari tone generator.

Gambar 3.1. Blok diagram umum sistem komunikasi radio AM FH.

26

27

3.2. Diagram Blok Rangkaian

Gambar 3.2 merupakan diagram blok penerima AM dengan frequency

hopping tersinkronisasi. Sinyal yang masuk melalui antena akan diumpankan ke

penguat RF untuk memperbaiki derau. Kemudian sinyal diteruskan ke mixer,

dicampur dengan sinyal dari osilator lokal sebagai sinyal referensi, sehingga

terbentuk frekuensi antara IF (Intermediate Frequency). Amplitudo sinyal

dikuatkan oleh penguat IF dan diteruskan ke detektor untuk pemisahan sinyal

informasi dan sinyal carrier. Selanjutnya sinyal diteruskan lagi ke LPF untuk

ditapis. Kemudian sinyal audio dari output LPF diteruskan ke pengatur volume

untuk dihubungkan ke speaker dengan empat tone audio yang berbeda di

masing-masing frekuensi. Sinyal referensi yang berasal dari osilator lokal diganti

dengan sistem PLL. Teknik frequency hopping terjadi pada blok PLL.

Gambar 3.2 Diagram blok penerima AM dengan frequency hopping

tersinkronisasi.

28

3.3. Rancangan Rangkaian Tiap Blok

3.3.1. RF AMPLIFIER

RF amplifier menggunakan rangkaian penguat tertala output, yaitu

kapasitor dan induktor paralel pada output (kaki kolektor transistor). Skema

rangkaian ditunjukkan pada Gambar 3.3.

RB21,6k

RE118

Q1

C1

6.8n

L13.9u

C26.8n

R3200

C36.8n

V1

12v

C46.8n

vin

vo

Gambar 3.3 Penguat tertala output.

Sinyal yang masuk berada pada frekuensi 900kHz, 950kHz, 1000kHz,

dan 1050kHz. Frekuensi tengah 975kHz digunakan untuk menghitung nilai

kapasitor dengan asumsi L = 3,9 H . Nilai ini dipilih karena mudah didapat di

pasaran. Nilai kapasitor dihitung menggunakan persamaan (2.9)

LCfo

2

1

CxkHz

6109,32

1975

Setelah dilakukan penyederhanaan maka diperoleh

nF

xxxxC 84,6

109,3210.975

16223

29

Pada praktek menggunakan C sebesar 6,8nF karena toleransi yang dihasilkan

kurang dari 5% dibandingkan dengan nilai C pada perhitungan.

Transistor yang digunakan adalah 2N2222A dan nilai Ic yang digunakan

merupakan arus kolektor yang typical yaitu sebesar 50 mA. Dengan asumsi nilai

eCQ II dan menggunakan datasheet feC hI , nilai diperoleh sebesar 200.

Rc ditentukan dengan asumsi bahwa Rc adalah hambatan dalam induktor sebesar

2Ω. Perhitungan biasing dc mengacu pada persamaan (2.11) dan (2.13), yaitu

a. Bagian output dari kaki kolektor transistor

Nilai eR ditentukan sebagai berikut:

Vcc = Ic.Rc + Vce + Ie.Re

Ie

VceIcRcVcc Re

1181050

62105012Re

3

3

x

xx

Pada praktek menggunakan nilai Re sebesar 120 karena toleransi yang

dihasilkan kurang dari 5% dibandingkan dengan nilai pada perhitungan.

b. Bagian input dari kaki basis transistor

Nilai bR ditentukan sebagai berikut:

Re. IeVbeRbIbVcc

Menggunakan persamaan (2.14), maka

uAxIc

Ib 250200

1050 3

Dengan asumsi Vbe = 0,7 Volt (jenis silikon), maka

Ib

IeVbeVccRb

Re

30

kx

Rb 6,2110250

11810507,0126

3

3.3.2. MIXER, IF AMPLIFIER, dan DETEKTOR

Mixer, IF amplifier, dan detektor menggunakan sebuah IC ZN414. IC

ZN414 mampu digunakan pada frekuensi 150kHz sampai 3MHz. Tampak bawah

dari IC ZN414 ditunjukkan pada Gambar 2.11 dan skema rangkaian ZN414

ditunjukkan Gambar 2.12. Perhitungan nilai komponen eksternal IC ZN414

menggunakan persamaan (2.18) yaitu :

31042

1

xxxRC

AGC

out

Fxxxxx

Cout9

331094,9

1041042

1

Pada praktek menggunakan outC sebesar 10nF.

Perancangan menggunakan nilai AGCR sebesar 4kΩ. Nilai ini digunakan

agar mendapatkan nilai outC yang mudah didapat dipasaran. Gambar 3.4

menunjukkan rangkaian IC ZN414 dengan rangkaian eksternal.

Gambar 3.4 IC ZN 414 dengan rangkaian eksternal [7].

31

IC ZN414 membutuhkan lima komponen eksternal untuk memberikan

kualitas yang baik pada penerima AM. Induktor dan kapasitor yang diparalel

digantikan dengan sebuah komponen IFT (Intermediate Frequency Transformer)

yang berfungsi menepatkan frekuensi antara, sedangkan komponen resistor dan

kapasitor lainnya merupakan komponen pendukung agar dapat memberikan

kualitas yang baik. Input mendapat masukan sinyal dari PLL dan RF amplifier,

dan langsung masuk pada mixer. Kemudian dikeluarkan melalui output setelah

melalui IF amplifier dan detektor di dalam IC.

3.3.3. LOW PASS FILTER

Perancangan menggunakan LF356 [20] sebagai rangkaian filter aktif dua

pole (kutub), karena dengan dua pole sudah mampu melewatkan frekuensi yang

diharapkan yaitu 20kHz. Rangkaian filter aktif dua pole ditunjukkan pada

Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Filter aktif.

Low Pass Filter (LPF) pada penerima AM mempunyai frequency cutoff

( fc ) 20kHz. Perhitungan nilai resistor dan kapasitor menggunakan penskalaan

frekuensi dan impedansi sebagai berikut :

32

1. Menentukan fK menggunakan persamaan (2.23)

1256631

102022 3

xxfcK f

2. Menentukan basicC

Nilai kapasitor ternormalisasi mengacu pada Tabel 2.1.

fK

isasiCternormalCbasic

FCbasic 25,11125663

414,11

FCbasic 62,5125663

7071,02

3. Menentukan actualR menggunakan persamaan (2.24)

Dengan asumsi 12000rK , maka

31012120001 xR

KRR

actual

rsasiternormaliaktual

4. Menentukan aktualC

nFx

x

K

CC

nFx

x

K

CC

r

basic

r

basic

468,01012

1062,5

937,01012

1025,11

3

62

2

3

61

1

Pada praktek menggunakan 1C sebesar 1nF dan 2C sebesar 0,47nF.

Dengan nilai yang sudah ditentukan, dapat dibuktikan frekuensi yang

dilewatkan sudah tidak melebihi frekuensi keluaran IF amplifier. Bentuk decibel

dari tanggapan amplitudo dapat dicari dengan menggunakan persamaan (2.22)

33

n

db

fc

f

M2

1

1log20

22

310201

1log2056

x

x

fdb

Setelah dilakukan penyederhanaan diperoleh

kHzxf 5021036,64 22

10K 100K 1M-60.000

-45.000

-30.000

-15.000

0.000

15.000

db(V(OUT)/V(IN))F (Hz)

Micro-Cap 8 Evaluation Version

LPF aktif.CIR

Left Right Delta Slope

0.020M,-3.016

0.545M,-56.511

-3.016 -56.511 -53.495 -1.019E-040.020M 0.545M 0.525M 1.000E00

Gambar 3.6 Tanggapan frekuensi LPF.

Gambar 3.6 merupakan hasil simulasi menggunakan software Micro-Cap

8.0. Terlihat bahwa filter yang dirancang mempunyai atenuasi sampai -56dB

berada pada frekuensi 502kHz. Jadi, LPF sudah mencukupi kebutuhan untuk

melewatkan 20kHz.

34

3.3.4. AUDIO AMPLIFIER

Audio amplifier menggunakan TBA820. Op Amp ini merupakan Op Amp

untuk penguat daya dengan kontrol volume. Rangkaian dan nilai komponen

sesuai dengan datasheet. Penguatan terjadi pada resistor (R1) kaki input negatif

TBA820. Semakin besar nilai resistor (R1) maka semkin kecil penguatan yang

dihasilkan dan sebaliknya. Skema rangkaian penguat daya ditunjukkan pada

Gambar 3.7.

v cc (12v )

input

+

-

U2

TBA820

3

25

6 1

4 8

7

R21

C2220uF

C7220nF

J2

GND

1

C4

220uF

C3100uF

R133

C1

10uF

LS1

SPEAKER

R3100K

13

2

C6100nF

Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Daya [11].

3.3.5 PLL

PLL yang dirancang mempunyai output frequency sebesar 900kHz,

950kHz, 1000kHz dan 1050kHz, dengan frequency steps sebesar 1kHz. Output

frequency merupakan frekuensi keluaran yang diharapkan dari perancangan.

Frequency steps adalah perubahan frekuensi tiap clock. Output PLL dicampur

dengan sinyal keluaran RF amplifier di mixer.

35

3.3.5.1 Rangkaian Osilator Referensi

Osilator referensi akan menentukan besar langkah frekuensi (frequency

step) yang terjadi. Untuk kestabilan, dipilih osilator kristal. Osilator referensi

menggunakan kristal berfrekuensi 10,245MHz yang digunakan sebagai input dari

IC CD4060B. Frekuensi yang diharapkan dari osilator referensi adalah 1kHz.

Oleh karena itu, perlu ada IC pembagi dan kapasitor variabel.

IC CD4060B digunakan sebagai pembagi 1000 sehingga keluaran dari IC

ini adalah 10,245kHz. Tampak atas IC CD4060B ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Sinyal keluaran IC CD4060B diumpankan ke IC 74LS90 yang berfungsi sebagai

pembagi 10 sehingga frekuensi yang dihasilkan nantinya adalah 1kHz. Tampak

atas IC 74LS90 ditunjukkan pada Gambar 3.9. rangkaian pembangkit frekuensi

interferensi 1 kHz ditunjukkan pada gaambar 3.10.

Gambar 3.8. Tampak atas IC pembagi 1.000 CD4060B [14].

Gambar 3.9. Tampak atas IC pembagi 10 74LS90 [15].

36

ke VCO

vcc 5volt

C20100pF

Y110.240Mhz

C1539pF

U10

CD4060B/SO

8

12

1516

45

6

7

1314

123

91011

GN

D

RST

Q10VDD

Q6Q5

Q7

Q4

Q9Q8

Q12Q13Q14

Ø0Ø0Ø1

R17

100K

U5

74LS90

141

2367

129811

51

0

AB

R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)

QAQBQCQD

VC

CG

ND

DIV 1000

DIV 10

Gambar 3.10. Rangkaian pembangkit frekuensi referensi 1kHz [14].

3.3.5.2 Voltage Controlled Oscillator (VCO) dan Phase

Comparator

Pada perancangan ini, VCO dan phase comparator menggunakan IC

CD4046. VCO pada IC CD4046 menggunakan komponen eksternal untuk

menentukan frekuensi kerja osilator.

input pembagi terprogram

output pembagi terprogram

output osilator referensi

vcc 5volt

R1

10K

C20.1uF

RS

10K

R310K

R410K

U12

74HC4046/SO

34

14

6

75

1112

12

13

9

1015

16

8

CINVCOUT

SIN

CX

CXINHR1R2

PPP1

P2

VCOIN

DEMOZEN

VD

DV

SS

C1

100pF

VCO

Gambar 3.11 Rangkaian VCO dan Phase Comparator dengan CD4046 [12].

37

Gambar 3.11 merupakan rangkaian VCO dan phase comparator dengan

IC CD4046 dan rangkaian eksternal. Tegangan yang akan diberikan pada

masukan VCO akan mengendalikan frekuensi yang dibangkitkan. Frequency

range ditentukan oleh kapasitor trimmer yang terhubung ke pin 6 dan pin 7. Pada

pin 13 dan pin 9 terdapat resistor (R3) dan kapasitor (C2) yang berfungsi sebagai

filter. Jika menggunakan tegangan Vcc 5 volt, maka nilai C2100pF dan

R25kΩ [12].

3.3.5.3 Pembagi Terprogram (programmable divider)

Pembagi terprogram (programmable divider) menggunakan IC TC9122P.

Sistem ini menggunakan pembagian langsung, yaitu 4 digit bilangan bagi yang

terdiri dari N1, N2, N3, dan N4. Masing-masing adalah pembagi ribuan, ratusan,

puluhan, dan satuan. Logika pembagi ini adalah logika TTL dengan tegangan

5Volt.

Input berasal dari output VCO dan output diumpankan ke input rangkaian

phase comparator sebagai input yang akan dibandingkan dengan VCO. Tampak

atas IC TC9122P ditunjukkan pada Gambar 3.12, sedangkan diagram blok IC

TC9122P ditunjukkan pada Gambar 3.13.

Gambar 3.12 Tampak atas IC TC9122P [19].

38

Gambar 3.13 Diagram blok IC TC9122P [19].

Pembagian bilangan ditunjukkan pada Tabel 3.1. dengan frekuensi yang

digunakan 1f = 900Hz, 2f = 950Hz, 3f = 1000Hz, 4f =1050Hz. Frekuensi

yang diharapkan dari output pembagi terprogram adalah 1kHz untuk

dibandingkan dengan frekuensi dari osilator referensi. Output dari VCO 900kHz

dibagi 900 untuk menghasilkan frekuensi 1kHz, output dari VCO 950kHz dibagi

950 untuk menghasilkan frekuensi 1kHz, output dari VCO 1000kHz dibagi 1000

untuk menghasilkan frekuensi 1kHz, dan output dari VCO 1050kHz dibagi 1050

untuk menghasilkan frekuensi 1kHz.

Tabel 3.1. Pembagian frekuensi dalam bentuk BCD [18].

Frekuensi Ribuan (N1) Ratusan (N2) Puluhan (N3) Satuan (N4)

900Hz 00 1001 0000 0000

950Hz 00 1001 0101 0000

1000Hz 01 0000 0000 0000

1050Hz 01 0000 0101 0000

39

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perangkat Hasil Penelitian

Perangkat yang dihasilkan pada penelitian ini adalah alat penerima radio

AM dengan empat frekuensi hopping. Pengambilan data menggunakan Radio Frequency

Generator (RF Generator). RF Generator ditala pada frekuensi 900kHz, 950kHz,

1000kHz dan 1050kHz secara bergantian. Frekuensi audio 1kHz diambil dari Audio

Frequency Generator (AFG) yang diumpankan ke RFG. Tampak atas perangkat

ditunjukkan pada Gambar 4.1. Keterangan pada blok rangkaian darienerima AM

berdasarkan nomor – nomor yang tertera pada Gambar 4.1 ditunjukkan pada Tabel 4.1

Gambar 4.1 Tampak atas perangkat.

12

3

4

5

39

40

Tabel 4.1. Keterangan dan fungsi umum blok – blok rangkaian pemancar AM

No Nama Bagian Fungsi Umum

1. Power supply Sumber catu daya pada pemancar AM

2. PLL

Pembangkit frekuensi referensi dan

mengendalikan frekuensi yang dibangkitkan.

3. RF amplifier & ICZN414

Menerima sinyal termodulasi kemudian

mencampurkannya dengan sinyal dari osilator local

4. LPF

Menyaring sinyal informasi agar terdengar lebih

bersih

5. Penguat Audio Menguatkat sinyal audio

Perangkat penerima AM yang dibuat belum dapat bekerja dengan baik. Karena

faktor IC ZN414 kurang bekerja dengan baik dan terjadinya osilasi pada internal

frekuensi perangkat sehingga menyebabkan semua output frekuensi carrier dapat

menerima sinyal informasi yang dikirim oleh satu frekuensi carrier yang ditala. Jika

diberi sinyal input dengan frekuensi carrier 900kHz maka yang seharusnya menerima

sinyal informasi adalah frekuensi f1 = 900kHz, tetapi perangkat yang dihasilkan semua

frekuensi lain (f2,f3,dan f4) juga dapat menerima sinyal informasi begitupun dengan

input frekuensi lainnya. Amplitudo f1,f2,f3,f4, dan f5 pada Gambar 4.6 merupakan

amplitudo dari osilasi internal frekuensi. Frekuensi ini muncul saat perangkat penerima

AM dengan frekuensi hopping tidak diberikan input, frekuensi-frekuensi ini juga

merupakan faktor penyebab perangkat tidak bekerja secara baik.

41

Penulis telah melakukan usaha perbaikan, namun belum memberikan hasil yang

maksimal. Hasil percobaan ini dianggap sebagai hasil yang terbaik. Gambar 4.2

menunjukkan output gelombang audio 1kHz yang dikirim pada frekuensi carrier

900kHz. Gambar 4.3 menunjukkan output gelombang audio 1kHz yang juga diterima

pada frekuensi carrier 950kHz saat input dikirim pada frekuensi carrier 900kHz.

Gambar 4.4 menunjukkan output gelombang audio 1kHz yang juga diterima pada

frekuensi carrier 1000kHz saat input dikirim pada frekuensi carrier 900kHz. Gambar 4.5

menunjukkan output gelombang audio 1kHz yang juga diterima pada frekuensi carrier

1050kHz saat input dikirim pada frekuensi carrier 900kHz. Gambar 4.6 menunjukkan

amplitudo gelombang osilasi yang tejadi saat tidak diberikan input.

Gambar 4.2 Audio 1kHz yang diterima pada frequency carrier 900kHz saat input

dikirim pada frekuensi carrier 900kHz.

42





43



Gambar 4.6 Amplitudo osilasi internal frekuensi saat tidak diberikan input.

F1

F2F3

F4F5

44

4.2 Pengujian Perangkat Secara Keseluruhan

4.2.1 Pengujian Penerima AM

Pengujian dilakukan dengan model sistem yang ditunjukkan pada Gambar 4.7. RF

Generator mengirimkan sinyal termodulasi 50% dengan frekuensi carrier 900kHz,

950kHz, 1000kHz dan 1050kHz yang ditala secara bergantian. Pengujian dilakukan pada

poin 1 dan poin 2.

Gambar 4.7 Model sistem pengujian Penerima AM.

Gambar 4.8 menunjukkan sinyal input penerima AM dengan frekuensi carrier

900kHz yang diamati pada poin 1. Gambar 4.9 menunjukkan sinyal input penerima AM

dengan frekuensi carrier 950kHz yang diamati pada poin 1. Gambar 4.10 menunjukkan

sinyal input penerima AM dengan frekuensi carrier 1000kHz yang diamati pada poin 1.

Gambar 4.11 menunjukkan sinyal input penerima AM dengan frekuensi carrier 1050kHz

yang diamati pada poin 1.

Gambar 4.8 Input frekuensi 900kHz.

45




46

Hasil pengukuran spektrum frekuensi menunjukkan frekuensi yang dikirim

adalah benar. Spektrum frekuensi carrier 900kHz ditunjukkan pada Gambar 4.12,

spektrum frekuensi carrier 950kHz ditunjukkan pada Gambar 4.13, spektrum frekuensi

carrier 1000kHz ditunjukkan pada Gambar 4.14, dan spektrum frekuensi carrier

1050kHz ditunjukkan pada Gambar 4.15.

Gambar 4.12 Spektrum frekuensi carrier 900kHz.


47



Pengujian untuk menentukan frekuensi audio yang dihasilkan, dilakukan pada

poin 1 dan poin 2 secara bersamaan. Saat poin 1 menerima frekuensi carrier 900kHz

poin 2 diukur dan hasil ditunjukkan pada Gambar 4.16. Saat poin 1 menerima frekuensi

carrier 950kHz poin 2 diukur dan hasil ditunjukkan pada Gambar 4.17. Saat poin 1

menerima frekuensi carrier 1000kHz poin 2 diukur dan hasil ditunjukkan pada Gambar

4.18. Saat poin 1 menerima frekuensi carrier 1050kHz poin 2 diukur dan hasil

ditunjukkan pada Gambar 4.19.

48

Gambar 4.16 Audio 1kHz dengan frequency carrier 900kHz.



49


F1 menunjukkan frekuensi fundamental. Meskipun harmonisa yang dihasilkan

cukup banyak, harmonisa yang dihasilkan tidak mempengaruhi kinerja sistem.

Penempatan spektrum tidak bisa tepat di frekuensi tengah, jika digeser ke kiri ataupun ke

kanan, hasil yang didapatkan menjauhi nilai frekuensi sebenarnya, maka hasil yang

ditunjukkan pada Gambar 4.18 dan Gambar 4.19 adalah pengambilan terbaik dari semua

time/div yang telah dicoba.

4.2.2 Pengujian Tiap Blok

4.2.2.1 RF Amplifier

Pengujian RF amplifier bertujuan untuk mendapatkan sinyal termodulasi yang

telah dikuatkan dari sinyal input. Spektrum frekuensi sinyal output dari RF amplifier saat

frekuensi 900kHz ditunjukkan pada Gambar 4.20, spektrum frekuensi output dari RF

50

amplifier saat frekuensi input 950kHz ditunjukkan pada Gambar 4.21, spektrum frekuensi

output dari RF amplifier saat frekuensi input 1000kHz ditunjukkan pada Gambar 4.22,

dan spektrum frekuensi output dari RF amplifier saat frekuensi input 1050kHz

ditunjukkan pada Gambar 4.23. Penguatan RF Amplifier dapat dihitung dengan

persamaan 875,460,1

80,7

vpp

vpp

Vin

VoutAv (4.1)

Penerima AM tidak memerlukan input amplitudo yang besar. amplitudo input yang tinggi

dapat merusak kinerja sistem. Perancangan tidak membahas berapa besar penguatan yang

diharapkan. Dari hasil pengamatan menunjukkan penguatan sudah cukup mampu untuk

menerima sinyal input.

Gambar 4.20 Spektrum frekuensi output RF amplifier saat input 900kHz.

Gambar 4.21 Spektrum frekuensi output RF amplifier saat input 950kHz

51



F1 menunjukkan puncak tertinggi sinyal yang berada pada frekuensi 900kHz,

950kHz, 100kHz, 1050kHz Harmonisa yang dihasilkan sedikit, sehingga tidak

mengganggu kinerja sistem. Hasil pengukuran output dari RF Amplifier sudah sesuai

dengan perancangan.

52

4.2.2.2 Filter

Data pengamatan hasil pengujian filter diperoleh dengan melakukan pengukuran

tegangan input filter (Vin) dan tegangan output filter (Vout). Frekuensi cutoff ditentukan

saat Av = 0,707 dari Av maksimum. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Tabel 4.2.

Dari Tabel 4.2 terlihat bahwa frekuensi cutoff filter sebesar 18,562kHz. Gambar 4.24

menunjukan grafik dari data pengukuran LPF.

Tabel 4.2 Data Pengukuran LPF.

Vin(Vpp)

Vout(Vpp) Av

Frekuensi(Hz)

0,4 0,4 1 17810,4 0,4 1 38400,4 0,4 1 59500,4 0,4 1 79730,4 0,4 1 100700,4 0,31 0,8 120000,4 0,30 0,8 124560,4 0,29 0,75 165180,4 0,28 0,7 185620,4 0,24 0,6 210000,4 0,16 0,4 290810,4 0,06 0,15 390760,4 0,04 0,1 490420,4 0,03 0,075 60017

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1 10 100 1000 10000 100000

frekuensi

Penguata

nam

plitu

do

Gambar 4.24 Grafik LPF.

53

Perancangan menentukan frekuensi cutoff yang diharapkan adalah 20kHz. Persen

error rangkaian filter sebesar %19,7%10020000

1856220000

x . Dengan persen error yang

dihasilkan, rangkaian filter masih dapat bekerja sesuai perancangan, yaitu melewatkan

frekuensi rendah meskipun tidak tepat pada frekuensi cutoff yang dirancang. Batasan

error maksimum yang diinginkan adalah 10% dari frekuensi cutoff. Hasil perhitungan

error yang didapat menunjukan bahwa filter yang dirancang masih mampu untuk

digunakan.

LPF yang dirancang adalah LPF unity gain sehingga penguatan yang dihasilkan

adalah 1 untuk penguatan maksimum. Hasil yang diperoleh menunjukkan penguatan

maksimum adalah 1. Jadi filter yang dihasilkan baik untuk digunakan.

4.2.2.3 Osilator Referensi

Pengujian osilator bertujuan mendapatkan data mengenai tingkat keakuratan

frekuensi. Output osilator referensi menentukan frekuensi output yang digunakan sebagai

step frekuensi 1kHz. Hasil pengukuran menggunakan osilator digital ditunjukkan pada

Gambar 4.25.

Gambar 4.25 Output osilator referensi.

54

Gambar 4.20 menunjukkan output dari osilator referensi berupa gelombang kotak

dengan frekuensi 1000Hz. Frekuensi yang dihasilkan dapat dihitung menggunakan

persamaan (4.1).

HzHzxHzTTf 1000)101(01

12

13

.

Persen error frekuensi osilator referensi adalah %00,0%1001000

10001000

x .

Dengan persen error 0,00% rangkaian osilator referensi dapat bekerja sesuai dengan

perancangan.

4.2.2.4 Pembagi Terprogram

Pengukuran pembagi terprogram bertujuan untuk mengetahui pembagian

frekuensi yang akan diumpankan ke phase comparator. Pembagi terprogram

menghasilkan frekuensi 1kHz. Gambar 4.26 menunjukkan sinyal output pembagi

terprogram.

Gambar 4.26 Sinyal output pembagi terprogram.

Frekuensi 1000kHz dibagi 1kHz dan frekuensi 1050kHz dibagi 1050Hz untuk

menghasilkan frekuensi yang sama dengan output osilator referensi yaitu 1kHz.

55

Frekuensi output pembagi terprogram pada Gambar 4.26 dapat dihitung menggunakan

persamaan (4.1).

HzHzxxHzTTf 1000)10180(108201

12

166

.

Persen error frekuensi pembagi terprogram adalah %00,0%1001000

10001000

x .

Dengan persen error 0,04% rangkaian pembagi terprogram dapat bekerja sesuai dengan

perancangan.

4.2.2.5 VCO dan Phase Comparator

Output dari VCO menghasilkan empat frekuensi yang berlainan yaitu 900kHz,

950kHz, 1000kHz dan 1050kHz. Output dari VCO sudah menghasilkan proses hopping

yang sesuai dengan perancangan. Hal ini terlihat dengan adanya perubahan frekuensi

carrier saat pengaktifan pin pada pembagi terprogram. Gambar 4.27 menunjukkan

frekuensi sinyal output dari VCO sebesar 900kHz, Gambar 4.28 menunjukkan frekuensi

sinyal output dari VCO sebesar 950kHz, Gambar 4.29 menunjukkan frekuensi sinyal

output dari VCO sebesar 1000kHz, dan Gambar 4.30 menunjukkan frekuensi sinyal

output dari VCO sebesar 1050kHz.

Gambar 4.27 Output frekuensi VCO 900kHz.

56



Gambar 4.30 Output frekuensi VCO 1050k

57

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan perancangan dan pengamatan yang telah dilakukan, maka

diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Penerima AM dapat menerima frekuensi carrier 900kHz, 950kHz, 1000kHz,

1050kHz.

2. Phase Lock Loop dapat berkerja dengan baik sehingga proses hopping dapat

menghasilkan frekuensi 900kHz, 950kHz, 1000kHz, 1050kHz.

3. Hasil pengamatan menunjukkan penerima AM dengan frequency hopping

yang dibuat belum bekerja dengan baik, yakni semua output frekuensi carrier

dapat menerima sinyal informasi yang dikirim pada satu frekuensi carrier

yang ditala.

5.2. Saran

1. Rangkaian Phase Locked Loop (PLL) dan penerima AM harus dibuat dengan

baik, karena komponen dan grounding rangkaian berpengaruh terhadap

kestabilan sistem perangkat keras yang dibuat.

58

2. Rangkaian penerima AM dibuat menggunakan mikrokontroler sehingga

mengurangi osilasi yang terjadi pada internal frekuensi.

59

DAFTAR PUSTAKA

1.http://fl3xu5.wordpress.com/2007/02/28/spread-spectrum-teknologi-komunikasidigital-

di-masa-datang/

2..http://www.kaskus.us/showthread.php?t=293517

3 .Denis Roddy dan John Coolen., 2001, Komunikasi Elektronik, alih bahasa, Tony Mulia;

penyunting, Peter Herman Bachtiar. Edisi 4, 9-16, 193-195, 218-223, Prenhallindo, Jakarta.

4.Robert Boylestad dan Louis Nashelsky., 1996, Electronic Devices And Circuit

Theory, Sixth Edition., Prentice Hall, New Jersey.

5. _____, ________, 2N2222A, High Speed Switches, www.st.com, 2004. Diakses pada

10 Mei 2006.

6. Young, Paul H., 2004, Electronic Communication Techniques, Fifth Edition., Pearson

Prentice Hall, New Jersey.

7. _____, ________, ZN414, AM Radio Receivers, www.semiconductor.com, 2004.

Diakses pada 13 Januari 2007.

8. _____,______,http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/audio/bcast.html#c3. Diakses

pada 18 Maret 2007.

9. Stanley, W.D., Operational Amplifiers With Linier Integrated Circuits, New York,

Macmillan College Publishing Co., 1994.

10. Albert Paul Malvino., 2003, Prinsip-Prinsip Elektronika, diterjemahkan oleh Alb.

Joko Santoso, Edisi 1., 355-356, Salemba Teknika, Jakarta.

11. _____, ________, TBA820, 1,2W Audio Amplifier, SGS Thomson Microelectronics,

2001. Diakses pada 10Agustus 2007.

59

60

12. _____, ______, CD4046, CMOS Micropower Phase-Lock-Loop, Texas

Instrument. Diakses pada 11 Januari 2007.

13. Malik, N. R. Electronic Circuit Analysis, Simulation and Design, New Jersey,

Prenticehall International Inc, 1995.

14. _____, ______, HEF4046, 14-stage ripple-carry binary counter/divider and

oscillator, Philips Semiconductors. Diakses pada 11 Januari 2007

15. _____, ______, SN74LS90, Decade, Divide-by-twelve and Binary Counter, Texas

Instrument Incorporated, 1988. Diakses pada 11 Januari 2007.

16. Tokheim, Roger L., 1996, Prinsip-Prinsip Digital, Edisi 1., 132-134, Penerbir

Erlangga, Jakarta.

17. _____, ______, LM555, Timer, National Semiconductor Corporation, 1995. Diakses

pada 24 Januari 2007

18. Wijaya, Damar., 2002, Peningkatan Kapasitas Sistem Dan Kualitas Sinyal Pada

Jaringan GSM Dengan Frequency Hopping; SIGMA Jurnal Sains dan Teknologi,

5, 171-173.

[19] _____, ______, TC9122P, High-Speed BCD Programmable Counter, Audio

Digital IC. Diakses pada 11 Januari 2007.

Documents

PENERIMA AM DENGAN EMPAT FREQUENCY HOPPING … · mixer, IF amplifier, detektor, filter, dan penguat audio. Sedangkan blok PLL terdiri dari osilator referensi, VCO, phase comparator,