MAKALAH MODULATOR AM & FM ELEKTRONIKA KOMUNIKASI

Di susun oleh

:

RIZAL ROFIANSYAH NIM

: 2212152042

TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN INFORMASI UNIVERSITAS JENDRAL ACHMAD YANI (UNJANI) 2016

MODULATOR AM & FM 1.1

Pendahuluan Modulasi adalah proses penumpangan sinyal informasi terhadap

sinyal pembawa (carrier), sehingga sebagian dari karakteristik sinyal pembawa berubah sesuai dengan nilai sesaat dari sinyal informasi. Syarat – syarat yang harus dipenuhi untuk melakukan modulasi adalah: 1.

adanya sinyal informasi ( sinyal yang akan dikirimkan)

2.

adanya sinyal carrier

3.

frekuensi sinyal carrier lebih besar dari frekuensi sinyal informasi (fc > fi ) Misalkan : e = E sin (ωt + φ) Dimana : e = nilai sesaat dari gelombang pembawa E = amplitudo maksimum ω (2πf) = kecepatan sudut, dimana f adalah frekuensi φ = phasa Didalam proses modulasi salah satu parameter yang nantinya akan diubah adalah amplitudo (E), frekuensi (f), dan phasa (φ). Hal ini sesuai dengan jenis modulasi yang digunakan. Secara garis besar, modulasi dapat dibagi menjadi dua, yaitu modulasi analog dan modulasi digital. Perbedaan dari kedua modulasi ini adalah dilihat dari jenis sinyal informasinya. Pada modulasi analog, sinyal

informasinya

berbentuk

analog

dan

sinyal

pembawanya

berbentuk analog pula. Sedangkan pada modulasi digital, sinyal informasinya berbentuk digital dan sinyal pembawanya berbentuk analog. 1.2

MODULATOR AM

Pada prinsipnya, Modulasi Amplitudo (AM) adalah penumpangan sinyal informasi pada sinyal pembawa (sinyal carrier) dimana amplitudo dari sinyal pembawa akan berubah-ubah sesuai dengan perubahan amplitudo sinyal informasinya. Hasil dari modulasi amplitudo ini dinamakan “Sinyal Termodulasi AM”. Misal sinyal sebelum termodulasi : Sinyal informasi

: vm = Vm cos ωmt

Sinyal carrier

: vc = Vc cos ωct

Sinyal setelah dimodulasi : ·

A = Vc + vm A = Vc + Vm cos ωmt

·

v = A cos ωct v = [Vc + Vm cos ωmt] cos ωct v = Vc cos ωct + Vm cos ωmt cos ωct v = Vc cos ωct + (Vm/2)cos(ωc+ωm)t + (Vm/2) cos(ωc - ωm)t v = Vc cos ωct + m(Vc/2)cos(ωc+ωm)t+ m(Vc/2) cos(ωc - ωm)t

Dimana m adalah indeks modulasi, yang secara matematis dapat ditulis : m = Vm / Vc Vm = tegangan sinyal informasi Vc = tegangan sinyal pembawa Nilai indeks modulasi (m), memepunyai 3 kemungkinan, yaitu : 1. m =1 (keadaan ideal) 2. m > 1 (over modulation), terjadi distorsi atau cacat pada sinyal yang diterima 3. 0 < m < 1 (aplikasi dalam praktik) Pemancar AM Pemancar AM merupakan suatu pemancar yang memanfaatkan teknik modulasi analog yaitu mentransmisikan sinyal informasi.

Amplitude Modulation (AM), untuk

Blok diagram yang umum dari pemancar AM adalah sebagai berikut :

Gambar 1 : Blok diagram pemancar AM Sumber pembawa adalah sebuah osilator yang besar frekuensi keluarannya dapat diatur dengan mengubah nilai L dan C. Frekuensi yang dipancarkan diusahakan konstan agar gelombang keluaran yang dihasilkan lebih baik. Blok osilator kemudian akan diikuti oleh sebuah penguat buffer yang ditala. Dengan adanya buffer maka diusahakan agar frekuensi yang dibangkitkan oleh osilator bernilai konstan. Fungsi buffer di sini untuk mengisolasi osilator sehingga osilator tidak terbebani oleh rangkaian dibelakangnya mengingat fungsi osilator sebagai penghasil sinyal carier yang menuntut kestabilan frekuensi dan energi. Selain itu buffer difungsikan untuk menguatkan energi sinyal carier untuk mengkompensasi kemungkinan pelemahan sinyal oleh noise. Sinyal informasi dimasukkan pada rangkaian ini untuk dicampur dengan

sinyal

pembawa.

Pada

transmitter

terdapat

rangkaian

modulator yang pada umumnya adalah sebuah penguat kelas C. Penggunaan penguat kelas C ini akan mengakibatkan timbulnya cacat yang tidak diinginkan pada selubung modulasi yang mengandung sinyal informasi. Kemudian keluaran dari penguat RF ditransmisikan lewat antena.Modulasi Basis adalah metode memodulasi amplitudo dimana sinyal carier dan sinyal informasi sama-sama dilewatkan melalui sisi basis modulator AM (modulator AM yang digunakan berkomponen utama transistor) sehingga sinyal termodulasinya sefasa dengan sinyal informasinya. Keuntungan dari metode ini adalah pada sisi demodulator

tidak diperlukan adanya rangkaian pembalik fasa selain indeks modulasi yang relatif lebih baik daripada metode sekawannya. Kekurangan dan kelebihan Amplitudo Modulation ( AM ) Kekurangan : - Dapat terganggu oleh gangguan atmosfir. - Daya yang dibutuhkan lebih besar dibandingkan FM. Kelebihan : - Memiliki range jangkauan yang luas karena sinyal AM mampu dipantulkan pada lapisan udara teratas yaitu ionosfer. - Lebih mudah dimodulasi karena lebih sederhana. 1.3

MODULATOR FM Modulasi frekuensi didefinisikan sebagai deviasi frekuensi sesaat

sinyal pembawa ( dari krekuensi tak termodulasi ) sesuai dengan amplitudo sesaat sinyal pemodulasi. Sinyal pembawa dapat berupa gelombang sinus, sedangka sinyal pemodulasi (informasi) dapat berupa gelombang apa saja (sinusoidal, kotak, segitiga, atau sinyal lain misalnya sinyal audio).

Gambar 2 : (a) Sinyal pembawa, (b) Sinyal pemodulasi, (c) Sinyal termodulasi FM Pada gambar 2 diatas mengilustrasikan modulasi frekuensi sinyal pembawa sinussoidal dengan menggunakan sinyal pemodulasi yang

juga berbentuk sinyal sinussoidal. Secara sistematis, sinyal termodulasi FM dapat dinyatakan dengan : eFM = Vc sin ( ωc t + mf sin ωm t ) keterangan : eFM

:

sinyal termodulasi FM

em

:

sinyal pemodulasi

ec

:

sinyal pembawa

Vc

:

amplitudo maksimum sinyal pembawa

mf

:

indeks modulasi FM

ωc ωm

: frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik) :

frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik)

Indeks Modulasi Pada modulasi frekuensi sinyal pembawa diubah-ubah sehingga besarnya sebanding dengan besarnya amplitudo sinyal pemodulasi. Semakin besar amplitudo sinyal pemodulasi, maka semakin besar pula frekuensi sinyal termodulasi FM. Besar selisih antara frekuensi sinyal termodulasi FM pada suatu saat dengan frekuensi sinyal pembawa disebut dengan deviasi. Deviasi frekuensi maksimum dedefi isikan sebagai selisih antara frekuensi sinyal termodulasi tertinggi dengan terendahnya. Indeks modulasi FM (mf) merupakan perbandingan antara deviasi frekuensi dengan frekuensi sinyal pemodulasi mf = δ / f m keterangan : δ : deviasi frekuensi maksimum fm : frekuensi maksimum sinyal pemodulasi mf : indeks modulasi FM Besarnya indeks modulasi FM dapat dipilih sebesar mungkin sejauh tersedia bandwidth (lebar bidang) untuk keperluan transmisinya. Biasanya besarnya indeks modulasi ini akan dimaksimalkan dengan cara mengatur besarnya deviasi frekuensi maksimal yang diijinkan. Persamaan gelombang FM dinyatakan sbb: eFM = Vc J0 mf sin ωc t

+ Vc {J1 (mf) [sin (ωc + ωm )t - sin (ωc - ωm )t]} + Vc {J2 (mf) [sin (ωc + 2ωm )t - sin (ωc - 2ωm )t]} + Vc {J3 (mf) [sin (ωc + 3ωm )t - sin (ωc - 3ωm )t]} + Vc {J4 (mf) [sin (ωc + 4ωm )t - sin (ωc - 4ωm )t]} + ……… Keterangan eFM

:

amplitudo sesaat gelombang termodulasi FM

Vc

:

amplitudo puncak pembawa

Jn

:

penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk indeks modulasi

mf

:

indeks modulasi FM

Penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk berbagai indeks modulasi dapat dilihat pada gambar 3 dan tabel fungsi Bessel

Gambar 3 : Penyelesaian fungsi Bessel orde ke-n untuk berbagai indeks modulasi Dengan

memasukkan

nilai-nilai

indeks

modulasi,

frekuensi

pembawa, dan frekuensi pemodulasinya maka dapat ditentukan pula penyelesaian fungsi Bessel yang bersangkutan. Selanjutnya dapat digambarkan

spektrum

frekuensi

sinyal

termodulasi

FM

yang

bersangkutan. Gambar 4 memperlihatkan contoh spektrum sinyal termodulasi FM.

Gambar 4 : spekrum sinyal termodulasi FM

Gambar 6 : Table fungsi Bessel

Blok Diagram Modulator FM

Gambar 5 : Blok Diagram Pemancar FM Stereo Encoder Bagian ini merupakan tahap awal masukan yang berasal dari audioprosessor dan hanya ada pada sistem pemancar FM stereo. Pada sistem pemancar mono bagian ini tidak ada. Encoder mengubah sinyal perbedaan L dan R menjadi sinyal komposit 38 kHz termodulasi DSBSC.

Modulator FM/PM Modulator

FM

(Frequency

Modulation)

atau

dapat

juga

berupa

modulator PM (Phase Modulation). Prinsip dasarnya adalah sebuah modulator

reaktansi.

mengguncang

Pada

reaktansi

FM,

sinyal

kapasitif

audio

dari

level

varaktor

daya

rendah

deoda

untuk

menghasilkan deviasi frekuensi osilator. Amplitudo tertinggi sinyal audio berakibat pada turunnya nilai kapasitansi (naiknya reaktansi kapasitif) varaktor sehingga frekuensi osilator berada pada nilai tertinggi. Sebaliknya, pada level terendah sinyal pemodulasi, berakibat pada naiknya kapasitansi (turunnya reaktansi kapasitif) varaktor sehingga frekuensi osilator berada pada nilai terendah. Lebar deviasi tidak lebih dari 75 kHz untuk setiap sisi atau 150 kHz secara keseluruhan.

Osilator Membangkitkan getaran frekuensi tinggi sesuai dengan frekuensi lingkar tala dari generator tala yang pada umumnya menggunakan resonator paralel berupa LC jajar. Nilai C dibangun sebagian atau keseluruhan menggunakan varaktor deoda yang ada pada bagian modulator (untuk tipe modulator dengan varaktor). Pada FM komersial, frekuensi kerja osilator mulai 87,50 MHz s/d 108,50 MHz untuk FM II dan 75,50 MHz s/d 96,50 MHz untuk FM I. Buffer (Penyangga) Penyangga (buffer) berfungsi menguatkan arus sinyal keluaran dari osilator.

Sebuah

penyangga

identik

dengan

rangkaian

dengan

impedansi masukan tinggi dan impedansi keluaran rendah sehingga sering digunakan emitor follower pada tahap ini. Driver (Kemudi)

Rangkaian driver berfungsi mengatur penguatan daya (tegangan dan arus) sinyal FM dari penyangga sebelum menuju ke bagian penguat akhir. Pada sistem pemancar FM sering digunakan penguat kelas A untuk menjamin linieritas sinyal keluaran. Mengingat efisiensi penguat kelas A yang rendah (hanya sekitar 30%), maka perlu beberapa tingkatan driver sebelum penguat akhir (final amplifier). Pada tahap driver,

penggunaan

tapis

-lolos-bawah

sangat

dianjurkan

untuk

menekan frekuensi harmonisa. Penguat Akhir (Final Amplifier) Bagian penguat akhir merupakan unit rangkaian penguat daya RF efisiensi tinggi, untuk itu sering dan hampir selalu digunakan penguat daya RF tertala kelas C karena menawarkan efisiensi daya hingga “100%”. Bagian akhir dari penguat akhir mutlak dipasang filter untuk menekan harmonisa frekuensi.

Antena Mengubah

getaran

listrik

frekuensi

tinggi

menjadi

gelombang

elektromagnetik dan meradiasikannya ke ruang bebas. Jenis antena sangat

berpengaruh

pada

pola

radiasi

pancaran

gelombang

elektromagnetik. Catu Daya (Power Supply) Catu daya harus mempu mensuplay kebutuhan daya listrik mulai dari tingkat modulator – osilator sampai tingkat penguat akhir daya RF. Pemasangan shelding pada blok pen-catu daya merupakan hal penting untuk sistem pemancar FM, selain itu pemakaian filter galvanis sangat dianjurkan untuk menekan sinyal gangguan pada rangkaian jala-jala dan sebaliknya

Kelebihan dan kekurangan Frequency Modulation Kelebihan : - Lebih tahan noise (gangguan atmosfir) karena frekuensi 88 – 108 Mhz jarang terkena noise seperti itu. - Daya yang dibutuhkan lebih kecil dibandingkan AM. - Bandwith lebih lebar dibandingkan AM memungkinkan transmisi stereo. Kekurangan : -

Lebih rumit dibandingkan AM.

-

Diperlukan

perangkat

penerima

siaran

yang

lebih

tinggi

kemampuannya dibandingkan dengan siaran gelombang AM. 1.4 Perbedaan AM dan FM AM menggunakan modulasi amplitudo untuk mengirimkan suara. Metode ini mengubah kekuatan sinyal, amplitudo untuk mengirimkan. Sebuah penerima AM kemudian mendeteksi variasi amplitudo pada gelombang radio pada frekuensi tertentu, dan memperkuat perubahan tegangan sinyal untuk menggerakkan loudspeaker atau earphone. Maka orang akan mendengar pesan asli yang disampaikan. Namun, jika sinyal tidak cukup kuat ketika mencapai penerima, seseorang akan mendengar hanya bunyi statik. AM jauh lebih sederhana daripada FM, yang memancarkan sinyal dengan memvariasikan frekuensi sinyal. Pada FM, frekuensi sinyal pembawa meningkat dan menurun untuk merepresentasikan perubahan tegangan dari sinyal dasar. AM biasanya disiarkan secara mono yang membuatnya cukup untuk radio talk, sedangkan, FM dapat mengirimkan stereo yang membuatnya ideal untuk musik. FM biasanya memiliki kualitas sinyal yang lebih baik dari AM, tetapi rentang yang jauh berkurang. AM

memiliki jangkauan jauh lebih tinggi daripada FM, yang biasanya turun setelah 50km dari stasiun radio. Oleh karena itu, FM harus menggunakan beberapa pemancar untuk menutupi area yang sama dari salah satu pemancar AM. Radio FM stereoponis dikembangkan dan secara resmi disetujui pada tahun 1961 di Amerika Serikat. Ini menggunakan dua atau lebih kanal audio independen untuk menghasilkan suara terdengar dari berbagai arah. Quadraphonic adalah penyiaran FM empat-channel. Dolby FM adalah sistem pengurangan kebisingan yang digunakan dengan radio FM, yang belum sangat sukses, secara komersial. Selain itu, teknologi AM jauh lebih murah daripada FM, namun karena kemajuan teknologi, biaya telah turun drastis. Untuk hal lain, sinyal AM, tidak seperti FM, sering terganggu oleh gedung-gedung tinggi dan cuaca, yang merupakan masalah besar di dunia saat ini. Pro dan Kontra AM vs FM Keuntungan dari radio AM adalah bahwa itu adalah relatif mudah untuk mendeteksi dengan peralatan sederhana, bahkan jika sinyal tidak sangat kuat. Keuntungan lain adalah bahwa ia memiliki bandwidth sempit daripada FM, dan cakupan yang lebih luas dibandingkan dengan radio FM. Kerugian utama dari AM adalah bahwa sinyal dipengaruhi oleh badai listrik dan interferensi frekuensi radio lainnya. Juga, meskipun pemancar radio dapat mengirimkan gelombang suara frekuensi hingga 15 kHz, sebagian besar penerima mampu mereproduksi frekuensi hanya sampai 5kHz atau kurang. Lebar pita FM diciptakan untuk secara khusus mengatasi kelemahan gangguan radio AM. Sebuah keuntungan yang berbeda bahwa FM ini lebih daripada AM adalah radio FM memiliki kualitas suara yang lebih baik daripada radio AM. Kerugian sinyal FM adalah bahwa itu lebih lokal dan tidak dapat dikirim melalui jarak jauh. Dengan demikian, mungkin diperlukan stasiun radio FM lebih untuk menutupi area yang luas. Selain itu,

kehadiran

gedung-gedung

tinggi

atau

daratan

dapat

membatasi

cakupan dan kualitas FM. Ketiga, FM memerlukan penerima yang cukup rumit dan pemancar dari sinyal AM.