29
LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM FREKUENSI TINGGI SEMESTER IV TH 2012/2013 SPEKTRUM AMPLITUDO MODULATION 4B PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

Spektrum Am

Embed Size (px)

DESCRIPTION

laboratorium high frequency

Citation preview

Page 1: Spektrum Am

LAPORAN PRAKTIKUM

LABORATORIUM FREKUENSI TINGGI

SEMESTER IV TH 2012/2013

SPEKTRUM AMPLITUDO MODULATION

4B

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

2013

Page 2: Spektrum Am

KELOMPOK 5

NAMA PRAKTIKAN : WHITA FEBRINA NURKANTI (1311030048)

NAMA ANGGOTA : 1. FAISAL DANDI

2. M. DWIFA MAWADAN

3. M. KRISNO ADHI

Page 3: Spektrum Am

SPEKTRUM AMPLITUDO MODULATION

I. TUJUAN1. Dapat menggunakan spectrum analyzer 1 GHz

2. Dapat menampilkan spectrum frekuensi AM

II. DASAR TEORI

Modulasi amplitudo adalah proses memodulasi isyarat frekuensi rendah pada

gelombang frekuensi tinggi dengan mengubah-ubah amplitudo gelombang frekuensi

tinggi tanpa mengubah frekuensinya. Frekuensi rendah ini disebut isyarat pemodulasi

dan frekuensi tinggi adalah pembawa. Metode ini dipakai dalam transmisi radio AM

untuk memungkinkan frekuensi audio dipancarkan ke jarak yang jauh, dengan cara

superimposisi frekuesni audio pada pembawa frekuensi radio yang dapat dipancarkan

melalui antena.

Frekuensi radio adalah frekuensi yang dipakai untuk radiasi energy

elektromagnetik koheren yang berguna untuk maksud-maksud komunikasi. Frekuensi

radio terendah adalah sekitar 10 KHz dan jajarannya merentang hingga ratusan GHz.

Pembawa yang termodulasiterdiri dari tiga frekuensi yang semuanya RF, yaitu fe

pembawa. fe + f_m Frekuensi sampling atas. fe - f_m Frekuensi sampling bawah.

AM adalah system yang sederhana, murah, dan hanya membutuhkan lebar jalur

kecil. Tetapi sistem ini buruk dalam performasi isyarat terhadap desah bila

dibandingkan dengan metode lain misalnya modulasi frekuensi dan modulasi kode

pulsa.

III. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

a) Spektrum Analyzer 1 GHz

b) Osiloskop

c) Function Generator

d) Signal Generator HP8656B (0.1 – 990) Mhz

e) 2 Kabel BNC to BNC

Page 4: Spektrum Am

f) Kabel N to N

g) T Connector

IV. DIAGRAM RANGKAIAN

V. LANGKAH KERJA

A. Menampilkan spectrum frekuensi tanpa carrier FM

1. Hubungkan peralatan seperti gambar 4.1

Page 5: Spektrum Am

2. Setting signal generator, set frekuensi carrier 100 MHz dan amplitudo 0 dBm.

RF Output dalam keadaan off.

3. Setting spectrum analyzer

a) Tekan tombol frekuensi, masukkan nilai frekuensi center 100 MHz.

b) Tekan tombol spain, atur 2 MHz dengan memutar rotator.

c) Tekan tombol ref level. Atur referensi level 0,0 dBm dan RBW 220 KHz.

4. Hidupkan RF Output dan signal generator.

5. Gambarkan spectrum frekuensi carrier pada spectrum analyzer. Catat.

Frekuensi, level tegangan frekuensi carrier pada spectrum analyzer.

6. Ubah amplitudo carrier signal generator menjadi +10 dBm, gambar spectrum

frekuensinya.

7. Ubah amplitudo carrier signal generator menjadi -10 dBm, gambar spectrum

frekuensinya.

8. Pada spectrum analyzer, pilih ref menjadi 10 dBm, gambar spectrum

frekuensinya.

9. Ubah amplitudo carrier signal generator menjadi +10 dBm, gambar spectrum

frekuensinya.

10. Ubah amplitudo carrier signal generator menjadi 0.0 dBm, gambar spectrum

frekuensinya.

B. Menampilkan spectrum frekuensi AM

1. Hubungkan peralatan seperti gambar 4.2., semua alat dalam keadaan off.

2. Setting function generator

Atur amplitudo level Vpp(level) terendah

Tekan ATT-20 dB (untuk memperkecil amplitude dari FG)

Set frekuensi FG 1 MHz sebagai frekuensi audio.

3. Hubungkan output FG pada signal generator mod int/output.

4. Hidupkan signal generator (RF output masih dalam keadaan off)

Pada bagaian modulator

o Tekan tombol mod AM – Lo Ext

o Atur nilai index modulasi maksimum (99)

Pada bagian carrier set seperti langkah A2.

Page 6: Spektrum Am

5. Pada spectrum analyzer seperti langkah A5.

6. Hidupkan output RF SG

7. Gambarkan spectrum frekuensi AM yang Nampak pada spectrum analyzer,

catat frekuensi dan power level (dB) frekuensi carrier, frekuensi LSB , dan

frekuensi USB.

8. Turunkan index modulasi signal generator menjadi 55, gambar spectrum

frekuensi AM, catat frekuensi dan power level.

9. Ulangi langkah (8) dengan index modulasi 0.

10. Naikkan kembali index modulasi signal generator maksimum, atur amplitudo

function generator menjadi600 mVpp, gambarkan spectrum frekuensi AM,

catat frekuensi dab power level (dB)

11. Turunkan index modulasi menjadi 55, gambar spectrum frekuensi AM, catat

frekuensi levelnya dan power levelnya.

12. Ulangi langkah diatas dengan index modulasi 0

13. Ulangi langkah diatas dengan amplitudo function generator 800 mVpp

14. Set frekuensi function generator 1.2 MHz, ulangi langkah diatas.

15. Set frekuensi generator 1.4 MHz, ulangi langkah diatas.

VI. HASIL PENGAMATAN

1. Modulasi = 99%

Fc = 125

LSB = USB = 125 – 60 = 65

Power Level = 0 dBm

Frekuensi = 1 MHz

Page 7: Spektrum Am

2. Modulasi = 99%

Fc = 125

LSB = USB = 125 – 48= 77

Power Level = 0 dBm

Frekuensi = 1.5 MHz

3. Modulasi = 99%

Fc = 125

LSB = USB = 125 – 10= 115

Power Level = 0 dBm

Frekuensi = 2 MHz

Page 8: Spektrum Am

4. Modulasi = 55%

Fc = 125

LSB = USB = 125 – 64= 61

Power Level = 0 dBm

Frekuensi = 1MHz

5. Modulasi = 55%

Fc = 125

LSB = USB = 125 – 52 = 73

Power Level = 0 dBm

Frekuensi = 1.5 MHz

6. Modulasi = 55%

Fc = 125

LSB = USB = 125 – 20 = 105

Power Level = 0 dBm

Frekuensi = 2 MHz

Page 9: Spektrum Am

Vmax = 18 Vp

Vmin = 2Vp

Em Ec = 10 Vp

VII. ANALISA

Pada percobaan ini dapat dianalisa bahwa spectrum gelombang AM berpengaruh

terhadap signal carrier yang digunakan. Spektrum analyzer digunakan untuk

menganalisa spectrum yang Nampak saat percobaan, disini spectrum analyzer

besarnya adalah 1 GHz. Sedangkan signal generator adalah alat untuk membawa

sinyal frekuensi yang besarnya adalah 100 MHz. Dengan semakin besar besar

frekuensi yan diberikan maka akan berpengaruh ke dalam spectrum. Spektrum terdiri

dari frekuensi carrier yaitu sebesar 125 pada 0 dBm sedangkan upper side band dan

lower side bandnya sama besar yaitu dengan cara mengurangi spectrum fc dengan

USB atau LSB nya. Gelombang AM dibawa pada signal generator, ini dapat

dibuktikan pada saat signal generator dihubungka ke osiloskop maka osiloskop akan

menampilkan gambar seperti ini

Page 10: Spektrum Am

Sedangkan spektrumnya adalah seperti ini

VIII. KESIMPULAN

Modulasi amplitudo adalah proses memodulasi isyarat frekuensi rendah pada

gelombang frekuensi tinggi dengan mengubah-ubah amplitudo gelombang

frekuensi tinggi tanpa mengubah frekuensinya

Semakin tinggi persentasi modulasi, maka semakin besar spektrumnya.

Jika frekuensi semakin kecil, maka spectrum akan semakin rapat dan muncul

USB dan LSB nya.

XII. REFERENSI

Amplitudo Modulasi (AM)

AM Envelope

AM Double-sideband full carrier (DSBFC) sering digunakan disebut juga sebagai AM

konvensional sama dengan AM.

Persamaan :

Sinyal carrier : Vc sin 2πfct

Page 11: Spektrum Am

Sinyal pemodulasi (informasi) : Vm sin 2πfmt

Gelombang modulasi Vam(t) AM konvensional

Gelombang AM dihasilkan ketika sinyal modulasi frekuensi tunggal ditumpangkan sinyal

carrier frekuensi tinggi.

Spektrum Frekuensi Gelombang AM

Luas Spektrum AM adalah fc-fm(max) sampai dengan fc+fm(max)

Bandwidth AM (B) adalah perbedaan antara USF max dengan LSF min

Jadi persamaannya B= 2 fm(max)

Contoh soal :

1. Modulator AM DSBFC dengan frekuensi carrier fc= 100 kHz dan frekuensi sinyal

pemodulasi maximum fm(max)=5kHz.

Tentukan :

a. Batas frekuensi upper dan lower side band

b. Bandwidth

Lower side frekuensi

(LSF)

Upper side frekuensi

(USF)

Lower side band Upper side band

fc-fm(max) fc+fm(max)fc

Carrier

LSF USF

Ampl

itudo

Page 12: Spektrum Am

c. Upper dan lower side frekuensi dihasilkan ketika sinyal pemodulasi adalah single

frekuensi 3 kHz.

d. Gambar output spectrum frekuensi

Jawab :

a. Luas Lower Side Band (LSB) adalah dari LSF minimum sampai dengan frekuensi carrier

LSB = (fc-fm(max)) sampai dengan fc

= (100-5) kHz sampai dengan 100 k Hz

= 95 kHz sampai dengan 100 k Hz

Luas Upper Side Band (USB) adalah dari frekuensi carrier sampai dengan USF

maximum

USB = fc sampai dengan (fc+fm(max))

= 100 k Hz sampai dengan (100+5) kHz

= 100 k Hz sampai dengan 105 kHz

b. Bandwidth

B= 2 fm(max) = 2 x 5 kHz = 10 kHz

c. Upper Side Frekuensi (USF) adalah jumlah antara carrier dan frekuensi pemodulasi

USF = fc + fm = 100 kHz + 3 kHz = 103 kHz

Lower Side Frekuensi (LSF) adalah perbedaan antara carrier dan frekuensi pemodulasi

LSF = fc - fm = 100 kHz - 3 kHz = 97 kHz

Page 13: Spektrum Am

d. Gambar output spectrum frekuensi

Koefisien modulasi adalah istilah untuk menjelaskan jumlah perubahan amplitude modulasi di

gelombang AM

Persamaan matematika :

m= EmEc

Dimana : m = koefisien modulasi

Em = tegangan amplitude pemodulasi (Volts)

Ec = tegangan amplitude carrier (Volts)

Persentase modulasi adalah koefisien modulasi dalam persentase

Persamaan matematika :

M= EmEc

x 100 %

Carrier

95 105100

97 103

B= 10 kHz

f (kHz)

Page 14: Spektrum Am

Jika sinyal pemodulasi adalah asli, gelombang sinus frekuensi single dan proses modulasi adalah

simetrik (yakni persimpangan positive dan negative dari envelope amplitude adalah sama), maka

persen modulasi :

Em=12

(V max−V min)

Ec=12

(V max+V min)

M=EmEc

=

12

(V max−V min)12

(V max+V min)x100 %

M=(V max−V min )(V max+V min)

x100 %

Dimana Vmax = Ec +Em

Vmin= Ec – Em

Perubahan puncak pada amplitude gelombang output (Em) adalah tegangan dari upper dan lower

side frequency karena Em = Eusf +Elsf dan Eusf =Elsf

Eusf=Elsf=Em2

=

12

(V max−V min )2

=14

(V max−V min)

Dimana Eusf = puncak amplitude pada usf (Volt)

Elsf = puncak amplitude pada lsf (Volt)

Contoh soal :

Diketahui gelombang AM sebagai berikut :

Page 15: Spektrum Am

Vmax = 18 Vp

Vmin = 2Vp

Em Ec = 10 Vp

Tentukan :

a. Puncak amplitude USF adan LSF

b. Puncak amplitude modulasi carrier

c. Perubahan puncak pada envelope amplitude pemodulasi

d. Koefisien modulasi

e. Persentase koefisien modulasi

Jawab :

a. Eusf=Elsf= ¼(18-2) = 4 Volt

b. Ec=½( 18+2) = 10 Volt

c. Em= ½(18-2) = 8 Volt

d. m = 8/10 = 0.8

e. M= m x 100 % = 0,8 x 100 % = 80 %

Siaran AM local menggunakan jalur gelombang menengah (medium wave band) : 550 – 1600

kHz

Page 16: Spektrum Am

Siaran AM internasional terdapat beberapa jalur-jalur HF tersebar dari 1600 kHz – kira kira 15

MHz

Tegangan Distribusi AM

Persamaan matematik carrier termodulasi : Vc (t) = Ec sin (2πfct)

Dimana : Vc(t) = time varying tegangan gelombang untuk carrier

Ec = amplitude puncak carrier (Volt)

fc = frekuensi carrier (Hz)

laju pengulangan envelope AM = frekuensi sinyal pemodulasi

amplitude gelombang AM berubah secara proposional menjadi amplitude sinyal pemodulasi

amplitude maximum gelombang pemodulasi = Ec + Em

amplitude swesaat dari gelombang pemodulasi dinyatakan ;

Vam (t) = [Ec+Em sin (2πfmt)] [sin (2πfct)] (a)

Dimana : [Ec+Em sin (2πfmt)] = amplitude gelombang pemodulasi

Em = perubahan puncak pada envelope amplitude (Volt)

fm = frekuensi sinyal pemodulasi (Hz)

jika mEc disubtitusikan ke Em,

Vam(t) = [Ec+ mEc sin (2πfmt)] [sin (2πfct)] (b)

Dimana : [Ec+ mEc sin (2πfmt)] = amplitude gelombang pemodulasi

Factor Ec dari persamaan (b) menjadi :

Vam(t) = [1+ m sin (2πfmt)] [ Ec sin (2πfct)] (c)

Page 17: Spektrum Am

Dimana : [1+ m sin (2πfmt)] = konstanta + sinyal pemodulasi

[ Ec sin (2πfct)] = sinyal carrier

Pada persamaan (c ) dapat dilihat bahwa sinyal pemodulasi mengandung komponen konstanta

(1) dan komponen sinusoidal pada frekuensi pemodulasi [m sin (2πfmt)].

Analisisnya : komponen konstanta menghasilkan komponen carrier gelombang pemodulasi dan

konmponen sinusoidal menghasilkan side frekuensi.

Perkalian dari persamaan b dan c menghasilkan :

Vam(t) = Ec sin (2πfct) + [m sin (2πfmt)] [sin (2πfct)]

Jadi :

V am ( t )=Ec sin(2π f c¿t)−mEc

2cos¿¿¿ (d)

Dimana

Ec sin(2 π f c¿t)¿ = sinyal carrier (Volt)

−mEc2

cos¿¿ = sinyal usf (Volt)

+mEc2

cos¿¿ = sinyal lsf (Volt)

Beberapa karakteristik amplitude dsbfc di persamaan (d) :

1. Amplitude carrier setelah modulasi seperti sebelum modulasi Ec

Jadi amplitude carrier tidak di pengaruhi proses modulasi.

2. Amplitude usf dan lsf bergantung pada amplitude carrier dan koefisien modulasi, untuk

100% modulasi, m=1 dan amplitrudo usf dan lsf = ½ amplitude carrier (Ec/2). Oleh

karena itu pada 100% modulasi, untuk

V(max) = Ec + Ec/2 + Ec/2 = 2 Ec

V(min) = Ec - Ec/2 - Ec/2 = 0 Volt

Page 18: Spektrum Am

Voltage (Vp)

CarrierEc

f lsf f usf f c Frekuensi (Hz)

Dari hubungan diatas dan menggunakan persamaan d terlihat jelas bahwa tidak melebihi

100% modulasi, maximum puncak amplitude untuk AM envelope V(max) = 2 Ec dan

minimum puncak amplitude (Vmin) = 0 V.

Berikut ini gambar spectrum tegangan gelombang AM DSBFC ( catatan ; semua tegangan

terlihat pada nilai puncak)

Contoh Soal :

Input kesatu modulator AM konvensional dengan frekuensi carrier (fc) 500 kHz amplitude carrier(Ec) = 20 Vp. Input kedua sinyal pemodulasi (fm) = 10 kHz perubahan amplitude dalam gelombang output (Em) ± 7,5 Vp. Tentukan :

a. USF dan LSFb. Koefisien modulasi dan persen modulasic. Puncak amplitude dari carrier dan tegangan : USF dan LSF d. Maximum dan minimum amplitude envelope

Page 19: Spektrum Am

e. Tulis persamaan matematika gelombang modulasi AMf. Gambar output spectrumg. Sketsa output envelope

Jawab :

a. USF dan LSF adalah jumlah dan perbedaan frekuensi USF = fc + fm = 500 + 10 = 510 kHzLSF = fc – fm = 500 – 10 = 490 kHz

b. Koefisien modulasi dan persen modulasi

m = Em/Ec = 7,5/20 = 0,375

M=m x 100%= 0,375 x 100%= 37,5%

c. Puncak amplitude dari carrier dan tegangan : USF dan LSF Puncak amplitude dari carrier : Ec ( modulated) = Ec (unmodulated) = 20 Vptegangan : E usf = E lsf = mEc/2 =(0,375 x 20)/2 = 3,75 Vp

d. Maximum dan minimum amplitude envelopeV(max) = Ec + Em = 20 + 7,5 = 27,5 VpV(min) = Ec - Em = 20 - 7,5 = 12,5 Vp

e. Tulis persamaan matematika gelombang modulasi AM

V am ( t )=Ec sin(2π f c¿t)−mEc

2cos¿¿¿

V am ( t )=20 sin(2 π500 t ¿)−3,75 cos (2π 510¿t)+3,75 cos (2π¿490 t)¿¿¿

f. Gambar output spectrum

Page 20: Spektrum Am

Voltage (Vp)

Carrier20 Vp

490 510 500 Frekuensi (Hz)

+ 27,5 Vp

+12,5 Vp-12,5 Vp0 Vp

- 27,5 Vp

g. Sketsa output envelope

Power Distribution AM ( Daya rata-rata AM)

Daya rata-rata sebuah gelombang sin dan cos

Pav = E2/ R

E = tegangan rms

Tegangan pembawa rms = Ec = 0,707 Ec max

Page 21: Spektrum Am

Pc=(0,707Ec )2

R=

(Ec )2

2R

Daya USB dan LSB

Pusb=Plsb=m2 Pc

4

Total Daya AM DSBFC envelope :

Pt = Pc + Pusb + Plsb

Atau

Pt=Pc (1+m2

2 )Dimana : Pt = Total daya AM DSBFC envelope (Watt)

Pc = Daya carrier (Watt)

Pusb = daya upper side band (Watt)

Plsb = daya lowerside band (Watt)

m = koefisien modulasi

gambar spectrum daya gelombang AM DSBFC :

Page 22: Spektrum Am

Power (W

att)

f lsf f usf f c Frekuensi (Hz)

Contoh soal :

Diketahui gelombang AM DSBFC dengan tegangan pembawa puncak (Ec) = 10 Vp Resistensi beban (RL )= 10 Ω dan koefisien modulasi (m) = 1. Tentukan :

a. Daya USB dan LSBb. Daya total side bandc. Daya total gelombang modulasi d. Gambar spectrum daya

Jawab :

a. Daya USB dan LSB

Pc=(Ec )2

2R= 100/ 20 = 5 Watt

Pusb=Plsb=m2 Pc

4=1 x

54=¿ 1, 25 Watt

b. Daya total side band

Psbt=m2Pc

2 = 1 X 5/2 = 2,5 Watt

c. Daya total gelombang modulasi

Pt=Pc (1+m2

2 )= 5 (1 + ½ ) = 7,5 Watt

Page 23: Spektrum Am

Power (W

att)

f lsf f usf f c Frekuensi (Hz)

d. Gambar spectrum daya

Page 24: Spektrum Am

LAMPIRAN

Page 25: Spektrum Am

DAFTAR PUSTAKA

http://teuinsusla2009.files.wordpress.com (diakses tanggal 8 Maret 2013 pukul 19.00)

http://meandmyheart.files.wordpress.com.modulation/radio/amplitude/.pdf (diakses tanggal 10 Maret 2013 pukul 10.00)