Modulasi AM FM

MODULASI

 

A.Definisi

Sebuah sistem komunikasi merupakan suatu sistem dimana informasi disampaikan dari satu tempat ke tempat lain. Contoh dari komunikasi adalah ketika ada dua orang sedang diskusi di kebun kemudian mereka berdua bercakap-cakap mendiskusikan sesuatu. Secara otomatis keduanya telah melakukan komunikasi. Selain contoh tersebut di atas, bentuk komunikasi juga terjadi ketika seorang berbicara melalui telephone juga dapat dikategorikan komunikasi.    

Sebenarnya apa yang dimaksud dengan komunikasi. Beberapa contoh tersebut di atas dapat dikatakan komunikasi jika minimal ada dua titik yang melakukan komunikasi yaitu titik pengirim dan penerima.

Pada sistem komunikasi, terdapat 3 bagian yaitu :

• Pemancar, merupakan bagian dari sistem komunikasi . Hal ini meliputi dua materi :sumber informasi dan noise.

• Saluran adalah suatu media dimana informasi berjalan antara pemancar dan penerima. Satu contoh dari sebuah saluran adalah kawat tembaga, serat optik, dan atmosfir.

• Penerima, merupakan bagian sistem komunikasi yang mendapatkan semua informasi dan noise dari pemancar pada saluran.

Saluran merupakan bagian yang sangat penting dalam telekomunikasi. Saluran ini bisa berupa media saluran guided atau unguided. Pada saluran ini, sinyal informasi dikirimkan dari pengirim menuju penerima. Sebelum dikirimkan sinyal informasi harus dimodulasi (ditumpangkan) dahulu, sehingga sinyal informasi menjadi sinyal yang termodulasi.

Modulasi merupakan suatu proses dimana informasi, baik berupa sinyal audio, video ataupun data ditumpangkan pada sinyal pembawa/carrier (berfrekuensi tinggi) sebelum dikirimkan.

MODULASI ANALOG

Modulasi analog adalah modulasi dimana sinyal masukannya (sinyal informasinya) adalah sinyal analog. Modulasi analog adalah komunikasi yang mentransmisikan sinyal-sinyal analog yaitu time signal yang berada pada nilai kontinu pada interval waktu yang terdefinisikan. Dalam modulasi analog, proses modulasi merupakan respon atas informasi sinyal analog. Ada beberapa macam yaitu AM, FM, PM, QAM, SM, SSB.

MODULASI AMPLITUDO ATAU AMPLITUDE MODULATION (AM)

Modulasi ini merupakan modulasi yang paling sederhana, dimana frekuensi pembawa atau carrier diubah amplitudonya sesuai dengan amplitudo sinyal informasi yang akan dikirimkan.

Dengan kata lain AM adalah modulasi yang mana amplitudo dari sinyal pembawa (carrier) berubah sesuai dengan amplitudo sinyal informasi. Modulasi ini disebut juga linear modulation, artinya bahwa pergeseran frekuensinya bersifat linier mengikuti signal informasi yang akan ditransmisikan. Amplitudo modulasi ini biasanya digunakan pada stasiun pemancar radio MW/SW dan merupakan jenis modulasi yang paling tua.

Amplitudo modulasi sekarang ini sudah sangat luas digunakan untuk pemakaian suara analog yang memerlukan penerima yang sangat sederhana seperti pemancar radio komersial atau dipancarkan melalui propagasi ionosfir yang memerlukan bandwith yang kecil.

Amplitudo modulasi terdiri dari tiga persamaan yang menunjukan gelombang pembawa tidak termodulasi, frekuensi Lower side band (fc-fm) dan Upper side band (fc+fm). Karena antara lower side band dan upper side band bentuknya sama, sehingga sinyal AM membutuhkan bandwith ganda. Karena membutuhkan bandwidth ganda, maka sinyal AM digolongkan sebagai Dual Side Band (DSB).

Gambar sinyal pembawa, sinyal informasi, dan sinyal hasil modulasi pada sistem modulasi AM ditunjukkan berikut ini:

Keterangan :

Carrier                    : sinyal pembawa

Modulating wave   : sinyal informasi (sinyal pemodulasi)

Modulated Result   : sinyal termodulasi (hasil modulasi)

Sesudah sinyal dimodulasi, maka ada dua bentuk gelombang sinyal baseband pada gelombang AM yang disebut dengan band sisi atas dan sisi bawah (upper and
lower sideband). Sebagian besar daya dari sinyal modulasi berada pada gelombang pembawanya, sedangkan sinyal informasi hanya berada pada sidebandnya. Hal inilah yang menyebabkan gelombang AM sangat tidak efisien.

Bentuk gelombang AM disebut juga modulasi DSBSC (Double Side Band Suppressed Carrier) atau DSB. Karena antara sisi atas dan bawah berisi gelombang informasi yang sama maka salah satu sisinya dapat ditindas dengan tujuan mereduksi(mengurangi) bandwith. Proses ini sering dikenal dengan SSBSC (Single Side Band Suppressed Carrier) atau SSB.

Dengan SSB, maka sinyal modulasi hanya membutuhkan separuh/setengah dari bandwith, sehingga daya akan lebih hemat. Modulasi amplitudo (AM) banyak digunakan pada komunikasi mobile (bergerak) walky talky, radio siaran AM maupun komunikasi HF(High Frequency). Alasan utama mengapa modulasi amplitudo masih digunakan karena bentuk gelombang AM mempunyai kelebihan sederhana pada bagian pembangkitnya dan pada penerimanya.

MODULASI FREKUENSI ATAU FREQUENCY MODULATION (FM)

Modulasi frekuensi atau Frequency Modulation (FM) adalah modulasi yang mana frekuensi dari sinyal/gelombang pembawa (carrier wave) diubah-ubah menurut besarnya amplitudo dari sinyal informasi.

Karena noise pada umumnya terjadi dalam bentuk perubahan amplitudo, FM lebih tahan terhadap noise dibandingkan dengan AM.

Bandwith sinyal FM lebih besar dibandingkan sinyal AM. Modulasi FM merupakan modulasi analog yang sangat banyak digunakan, hal ini dikarenakan noise yang rendah, tahan terhadap perubahan amplitudo yang berubah-ubah sebagai akibat
fading. Penggunaan modulasi FM misalnya pada sistem penerima dan pemancar siaran radio FM, komunikasi HT (Handy Talky), pengiriman siaran televisi, dan lain-lain.

Proses modulasi FM antara sinyal informasi dengan sinyal pembawa dapat digambarkan seperti pada gambar di bawah ini :

 

  

Keterangan :

Carrier                      : sinyal pembawa

Modulating wave      : sinyal informasi (sinyal pemodulasi)

Modulated Result     : sinyal termodulasi (hasil modulasi)

MODULASI FASA ATAU PHASE MODULATION (PM)

PM atau modulasi fasa adalah suatu modulasi dimana fasa sinyal carrier berubah sesuai kelakuan dari amplitudo sinyal input.

Modulasi ini menggunakan perbedaan sudut (phase) dari sinyal analog untuk membedakan kedua keadaan sinyal digital. Pada modulasi jenis ini, amplitudo dan frekuensi dari sinyal analog adalah tetap, yang berubah adalah phase sinyal analognya.

Phase Modulation merupakan bentuk modulasi yang merepresentasikan informasi sebagai variasi fase dari sinyal pembawa. Hampir mirip dengan FM, frekuensi pembawa juga bervariasi karena variasi fase dan tidak merubah amplitudo pembawa. PM jarang digunakan karena memerlukan perangkat keras penerima yang lebih kompleks. Keuntungan PM adalah potensi gangguan dan daya yang dibutuhkan lebih kecil.

Sumber Gambar

Phase Modulastion (PM) adalah suatu bentuk modulasi yang mewakili informasi sebagai variasi dalam fase seketika dari gelombang pembawa. Tidak seperti rekannya yang lebih popular yaitu Frequency Modulation (FM), PM tidak terlalu banyak digunakan untuk transmisi radio. Hal ini karena cenderung memerlukan perangkat keras penerima lebih kompleks dan dapat terjadi masalah ambiguitas dalam menentukan sesuatu, misalnya, sinyal telah berubah tahap demi tahap +180 ° atau -180 °. Modulasi PM jarang digunakan, namun dalam synthesizer musik digital seperti Yamaha DX7 , meskipun instrumen ini biasanya disebut sebagai "FM" synthesizer (kedua jenis modulasi terdengar sangat mirip, tetapi PM biasanya lebih mudah untuk diterapkan di daerah ini).

 

MODULASI AM

DERAJAT MODULASI AM

Derajat Modulasi adalah perbandingan antara amplitudo sinyal informasi dengan amplitudo sinyal pembawa (belum termodulasi).

M    = derajat modulasi

Ui      = amplitudo tegangan sinyal informasi

UT    = amplitudo tegangan pembawa

Up-p = amplitudo puncak-puncak tegangan pembawa

Derajat modulasi dinyatakan dalam prosen ( % ) dan harus selalu lebih kecil dari 100%. Pada pemancar radio ditetapkan tegangan sinyal ( kuat suara ) terbesar 80% pada tegangan sinyal menengah kira-kira 30%. Pada radio dengan modulasi amplitudo (AM), kuat suara ditentukan melalui DERAJAT MODULASI.

PEMBANGKITAN SINYAL AM

Pada penumpangan getaran frekuensi tinggi dengan getaran frekuensi rendah, frekuensi dari getaran frekuensi tinggi TIDAK BERUBAH. Getaran frekuensi tinggi bergoyang didalam getaran frekuensi rendah sekitar keadaan diamnya.

Modulasi dengan Sebuah Dioda

Getaran frekuensi tinggi dan rendah bersama-sama dilewatkan pada elemen saklar (dioda) yang mempunyai kurva bengkok. Amplitudo tegangan frekuensi tinggi dan rendah diubah melalui dioda. Dengan begitu tegangan frekuensi tinggi dimodulasi.

Resonator paralel ditala pada 10 kHz, sehingga hanya getaran berfrekuensi 10 kHz saja yang dapat terukur sebagai U2.U2 mempunyai amplitudo berubah-ubah. Resonator paralel mensimetriskan amplitudo getaran frekuensi tinggi ( Lihat modulasi dengan dioda ).

Demodulasi AM

Maksud demodulasi AM adalah proses memperoleh kembali sinyal INFORMASI dari sinyal AM. Untuk sinyal AM dapat dengan mudah dilakukan dengan sebuah dioda dan beberapa komponen sebagai berikut:

Gambar 3.6. Demodulasi AM

	Bentuk tegangan setelah melalui dioda (tanpa CL)
	Bentuk tegangan setelah melalui dioda dengan kapasitor CL
	Besarnya CL harus dipilih sesuai sehingga masih terdapat frekuensi rendah dan menekan frekuensi tinggi. Konstanta waktu RL dan CL ;
	R1 dan C1 menyaring lebih lanjut. Disini masih terdapat bagian tegangan arus searah, kapasitor Ck menahan arus searah dan melalukan sinyal AC yang merupakan sinyal informasi.

Pemilihan besarnya C_L

Jika ditetapkan R_L = 10 k

Untuk fHf = 455 kHz mempunyai

Untuk fAF = 4,5 kHz mempunyai

dipilih 100 ms (sekitar tengah-tengah antara 2,2 ms dan 222 ms)

maka

MODULASI FM

Hubungan antara frekuensi informasi dan pembawa pada FM.

	Kuat suara = 0. Frekuensi pembawa dipancarkan 6 getaran tiap satuan waktu t*.
	Kuat suara = 1. Frekuensi fi 1 Frekuensi sisi dipancarkan f1 = 8 getaran/ t* f2 = 4 getaran/ t* Terdapat empat perubahan
	Kuat suara = 2 Frekuensi fi = 1 Frekuensi sisi dipancarkan f1 = 10 getaran/ t* f2 = 2 getaran/ t* Terdapat empat perubahan
	Kuat suara = 1 Frekuensi fi 2 = 2 . fi 1 Frekuensi sisi dipancarkan f 1 = 4 getaran tiap t*/2 = 8 get/t* f 2 = 2 getaran tiap t*/2 = 4 get/t* Terdapat delapan perubahan

Frekuensi sinyal informasi berpengaruh pada keseringan PERGANTIAN antara maksimal dan minimal frekuensi pembawa. Kuat suara informasi berpengaruh pada PENYIMPANGAN frekuensi pembawa dari harga terbesar dan terkecil.

Penyimpangan frekuensi

Kuat suara berpengaruh pada penyimpangan frekuensi. Penyimpangan frekuensi (frekuensi deviation) ± Af dapat dijelaskan dengan bantuan gambar dibawah.

Frekuensi pembawa fp jika dimodulasi akan timbul band-band sisi.

Semakin besar kuat suara dari sinyal yang dipindahkan maka penyimpangan frekuensi akan SEMAKIN BESAR. Penyimpangan frekuensi dari f_T ke f_maks dan f_T ke f_min disebut sebagai penyimpangan frekuensi ± Df. +f adalah penyimpangan f_T ke f_maks dan -f adalah penyimpangan f_T ke f_min.

Penyimpangan frekuensi untuk radio FM dan televisi telah ditetapkan :

Radio ± Df       = 75 kHz

TV ± Df            = 50 kHz

Intensitas sinyal FM ditandai dengan indek modulasi “m” yang besarnya:

LEBAR BAND

Untuk pengiriman tanpa cacat diperlukan lebar band tertentu. Dan untuk tidak membuat lebar band yang diperlukan terlalu besar, maka band frekuensi yang dipancarkan dalam pemancar dibatasi.

Rumus pendekatan lebar band B:

Untuk radio FM dengan Df = 75 kHz dan frekuensi informasi maksimum f1 = 15kHz dan n = 1. Maka B = 180 kHz untuk FM stereo masih diperlukan lebar band yang lebih besar lagi.

Dinamik dari FM lebih besar dibanding pada AM, karena pembawa demodulasi maksimum sampai 75%, sedang pada FM dibatasi oleh penyimpangan frekuensi dari 25 kHz sampai 75 kHz. Sehingga pada FM dapat dicapai dinamik sebesar 3000 (70 dB).

Karena informasi dikandung dalam perubahan frekuensi, maka amplitude getaran dapat DIBATASI melalui itu gangguan amplitude dapat dikesampingkan.

PEMBANGKITAN SINYAL FM

Jika rangkaian resonansi suatu osilator, kapasitornya berubah-ubah, misalnya oleh mikropon kondensor maupun dioda kapasitor, maka frekuensi osilator pun berubah-ubah seirama perubahan kapasitansinya.

Saat U_i = nol, maka U_dioda = U_A sehingga osilator membangkitkan getaran dengan FREKUENSI TERTENTU.

Jika U_i = positip,  maka U_D = BESAR, C_D = KECIL dan osilator frekuensinya NAIK.

Jika U_i = negatip, maka U_D = KECIL, C_D = BESAR dan osilator frekuensinya TURUN.

STEREO MULTIPLEXER FM

Prinsip pengiriman stereo

Gambar menunjukkan prinsip pengiriman stereo dengan jalan terpisah.

Untuk penghematan maka dikembangkan suatu modulasi dimana informasi kiri

dan kanan dipancarkan melalui pemancar dengan sebuah jalur frekuensi

Karena tidak semua pesawat penerima FM semuanya stereo maka

pemancar harus mengirimkan SINYAL MONO UL + UR (kompatibelitas). Untuk

keperluan stereo dikirimkan sinyal TAMBAHAN STEREO UL - UR untuk

memperoleh kembali sinyal informasi kiri dan kanan.

Spektrum frekuensi sinyal multipleks stereo

Gambar 3.14. Spektrum frekuensi MPX

UL + UR= Sinyal utama, sinyal mono, sinyal kompatibel dengan lebar band 30 Hz - 15 kHz dan amplitudonya 45% dari keseluruhan.

UL - UR= Sinyal perbedaan antara sinyal UL dan UR yang membentuk band sisi dari modulasi amplitudo dengan pembawa bantu yang ditekan fT = 38 kHz. Lebar band 30 kHz - 15 kHz.

SINYAL MODULASI AMPLITUDO 38 kHz = sinyal tambahan stereo dengan lebar band 23 kHz - 53 kHz. SINYAL 38 kHz = Pembawa bantu yang amplitudonya ditekan hingga kurang dari 1% dari keseluruhan f, untuk menghindari modulasi lebih.

SINYAL 19 kHz = Sinyal pemandu dengan amplitudo sebesar 10% dari seluruh f untuk sinkronisasi dekoder stereo dalam pesawat penerima.

Keseluruhan sinyal disebut SINYAL MULTIPLEKS STEREO, untuk memodulasi sinyal dalam band frekuensi VHF BAND II antara 87,5 MHz -104 MHz dengan cara modulasi frekuensi FM. Misalnya pada kanal 50 dengan frekuensi 102,00 MHz . Jika f = ± 75 kHz (untuk kuat suara) maka lebar band untuk stereo adalah B » ± 75 kHz + 53 kHz = ± 120 kHz = 256 kHz.

Pembangkitan sinyal multipleks stereo

Matrik pengubah UL, UR menjadi UL-UR dan UL+UR :

Misalkan :

Sinyal kanan mempunyai frekuensi dua kali frekuensi sinyal kiri.

Sinyal tebal pada gambar atas adalah hasil jumlahnya.

Sinyal kanan bergeser pasa 180° dari semula, sehingga antara sinyal kiri dan kanan merupakan pengurangan.

Modulasi amplitudo dengan pembawa yang ditekan

Untuk modulasi dengan pembawa yang ditekan dapat digunakan modulator push-pull seperti modulator ring.

Cara kerja modulator dengan pembawa ditekan :

Dioda D1 dan D2 hidup saat tegangan UT POSITIP, maka tegangan Ui dilalukan ke keluaran.

Saat tegangangan UT negatip D3 dan d4 hidup, maka tegangan Ui dilalukan ke keluaran dengan polaritas yang terbalik.

Setiap UT berbalik polaritas maka tegangan keluaraanya pun akan BERBALIK. Ditengah-tengah terdapat lompatan pasa, karena getaran negatip belum berpindah ke positip tetapi diikuti bagian negatip lagi.

Hal ini terjadi saat sinyal HF dan LF BERSAMA-SAMA MELEWATI GARIS NOL.

Terjadinya sinyal multipleks stereo

Sinyal multipleks stereo terdiri dari :SINYAL MONO (UL + UR), SINYAL TAMBAHAN STEREO (UM), DAN SINYAL PEMANDU ( 19 kHz).