BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan zaman modern, teknologi semakin berkembang dengan pesatnya salah satunya teknologi telekomunikasi yaitu proses modulasi. Diantaranya ada 2 macam proses modulasi yakni Modulasi Amplitdo (AM) dan Modulasi Frekuensi (FM). Modulasi FM memiliki keuntungan memiliki beberapa keuntungan dibandingan modulasi AM seperti bebas pengaruh gangguan udara, memiliki bandwidth yang lebih lebar, dan juga memiliki fidelitas yang tinggi. Untuk dapat mentrasmisikan sinyal yang akan dimodulasi FM dibutuhkan sebuah pemancar FM. Tujuan dari pemancar FM adalah untuk merubah satu atau lebih sinyal input yang berupa frekuensi audio (AF) menjadi gelombang termodulasi dalam sinyal RF (Radio Frekuensi) yang dimaksudkan sebagai output daya yang kemudian diumpankan ke sistem antena untuk dipancarkan. Dalam bentuk sederhana dapat dipisahkan atas modulator FM dan sebuah power amplifier RF dalam satu unit. Pada proses pengiriman dan penerimaan sinyal informasi, diperlukan suatu alat yang dapat merubah sinyal gelombang mikro terbimbing pada saluran transmisi menjadi sinyal gelombang mikro diudara bebas dan sebaliknya. Alat seperti ini lazimnya disebut dengan antena. Terdapat berbagai jenis antena dengan berbagai dimensi yang berbeda. Setiap dimensi antena yang berbeda memancarkan atau meradiasikan sinyal dengan kekuatan yang berbeda pada tiap arahnya. Prinsip ini dikenal dengan istilah pola radiasi atau pattern. atau pattern. Pada komunikasi untuk pemancar FM diperlukan antena yang mempunyai pola radiasi omni directional (melingkar (melingkar atau elips). Salah satu antena yang dapat digunakan dalam situasi ini adalah Antena Sierra. Sierra. Implementasi dan desain Antena Sierra dapat Sierra dapat dijadikan alternatif antena yang digunakan dalam pemancar FM stereo
1
Antena Sierra mempunyai Sierra mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
Antena Sierra Sierra mampu bekerja pada frekuensi kerja modulasi FM yakni 87,5 – 108 MHz
Antena Sierra mempunyai Sierra mempunyai pola radiasi omni direksional
Antena Sierra Sierra mempunyai penguatan ( gain) gain) maksimum sebesar kurang lebih 1,5 dB ( apabila λ/2 )
Impedansi dari Antena Sierra adalah Sierra adalah sebesar 50 Ω
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka rumusan masalah yang dibahas dalam laporan akhir ini lebih ditekankan pada hal-hal sebagai berikut 1) Bagaimana perencanaan Antena Sierra Sierra Dua Tingkat yang bekerja pada frekuensi kerja modulasi FM (88 MHz-108 MHz)? 2) Bagaimana pengaruh Antena Sierra Sierra Dua Tingkat sebagai pemancar FM stereo? 3) Bagaimana parameter (Polarisasi, Direktivitas, Gain, Gain, Pola radiasi, Return Loss, Loss, dan VSWR) yang dihasilkan oleh Antena Sierra Dua Sierra Dua Tingkat ?
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah untuk pembuatan laporan akhir adalah sebagai berikut : 1) Perancangan Antena Sierra Sierra Dua Tingkat berdasarkan pada teori dan perhitugan. 2) Simulasi antena berdasarkan perancangan Antena Sierra Sierra Dua Tingkat dengan menggunakan software menggunakan software Antena Antena Magus Magus Professional dan FEKO. dan FEKO. 3) Analisis pengukuran parameter dari Antena Sierra Sierra Dua Tingkat sebagai pemancar FM stereo dengan frekuensi kerja 87,5 – 108 108 MHz.
1.4 Tujuan
Tujuan dari pembuatan Antena Sierra Dua Sierra Dua Tingkat adalah : 1)
Untuk mengetahui cara merancang dan menganalisis Antena Sierra Dua Tingkat sebagai pemancar FM stereo.
2
Antena Sierra mempunyai Sierra mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
Antena Sierra Sierra mampu bekerja pada frekuensi kerja modulasi FM yakni 87,5 – 108 MHz
Antena Sierra mempunyai Sierra mempunyai pola radiasi omni direksional
Antena Sierra Sierra mempunyai penguatan ( gain) gain) maksimum sebesar kurang lebih 1,5 dB ( apabila λ/2 )
Impedansi dari Antena Sierra adalah Sierra adalah sebesar 50 Ω
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka rumusan masalah yang dibahas dalam laporan akhir ini lebih ditekankan pada hal-hal sebagai berikut 1) Bagaimana perencanaan Antena Sierra Sierra Dua Tingkat yang bekerja pada frekuensi kerja modulasi FM (88 MHz-108 MHz)? 2) Bagaimana pengaruh Antena Sierra Sierra Dua Tingkat sebagai pemancar FM stereo? 3) Bagaimana parameter (Polarisasi, Direktivitas, Gain, Gain, Pola radiasi, Return Loss, Loss, dan VSWR) yang dihasilkan oleh Antena Sierra Dua Sierra Dua Tingkat ?
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah untuk pembuatan laporan akhir adalah sebagai berikut : 1) Perancangan Antena Sierra Sierra Dua Tingkat berdasarkan pada teori dan perhitugan. 2) Simulasi antena berdasarkan perancangan Antena Sierra Sierra Dua Tingkat dengan menggunakan software menggunakan software Antena Antena Magus Magus Professional dan FEKO. dan FEKO. 3) Analisis pengukuran parameter dari Antena Sierra Sierra Dua Tingkat sebagai pemancar FM stereo dengan frekuensi kerja 87,5 – 108 108 MHz.
1.4 Tujuan
Tujuan dari pembuatan Antena Sierra Dua Sierra Dua Tingkat adalah : 1)
Untuk mengetahui cara merancang dan menganalisis Antena Sierra Dua Tingkat sebagai pemancar FM stereo.
2
2) Untuk mengetahui cara simulasi antena dengan menggunakan software simulasi Antena Magus Antena Magus dan dan FEKO. FEKO. 3) Untuk mengetahui dimensi antena dan parameter yang dimiliki oleh Antena Sierra Dua Tingkat. 4) Untuk mengetahui seperti apa performa Antena Sierra Dua Tingkat jika digunakan sebagai pemancar FM stereo.
1.5
Sistematika Penulisan
Sistem penulisan serta pembahasan Laporan Akhir ini adalah seba gai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini mengemukakan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, dan sistematika pembahasan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang masalah yang akan dibahas, contoh hasilkarya yang sama peneliti pendahulu dan landasan teori yang mendasari pembuatan Laporan Akhir BAB III. PERANCANAAN
Bab ini membahas tentang perencanaan pembuatan alat tiap blok dari system dan jika diprlukan juga perencanaan pembuatan program (software) dadi system serta rencana waktu penyelesaian (time (time scadule) scadule)
3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1.Pengertian Antena
Antena merupakan instrumen yang penting dalam suatu sistem komunikasi radio. Antena adalah suatu media peralihan antara ruang bebas dengan piranti pemandu (dapat berupa kabel koaksial atau pemandu gelombang/Waveguide) yang digunakan untuk menggerakkan energi elektromagnetik dari sumber pemancar ke antena atau dari antena ke penerima. Berdasarkan hal ini maka antena
dibedakan
menjadi
antena
pemancar
dan
antena
penerima
(Balanis,1982 :17). dalam perancangan suatu antena, ada beberapa parameter yang harus diperhatikan yaitu : a. Pola radiasi
i. Beam
b. Radiasi power density
j. Bandwidth
c. Intensitas radiasi
k. Polarisasi
d. Beamwidth
l. Impedansi input
e. Directivity
m. Efisiensi radiasi antena
f.
n. Return loss
Efisiensi antena
g. Gain
o. VSWR
h. Faktor pantulan Namun dari parameter-parameter tersebut tidak semua ada pada antena yang sesungguhnya. Berikut merupakan parameter yang sering muncul sebagai spesifikasi antena :
2.2.Parameter-parameter antena 2.2.1. Pola Radiasi ( Radiation Pattern)
Pola radiasi suatu antena didefinisikan sebagai Gambaran secara grafik dari sifat-sifat radiasi suatu antena sebagai fungsi koordinat ruang. Dalam banyak keadaan, pola radiasi ditentukan pada pola daerah medan
4
jauh dan digambarkan sebagai fungsi koordinat-koordinat arah sepanjang radius konstan, dan digambarkan pada koordinat ruang. Sifat-sifat radiasi ini mencakup intensitas radiasi, kekuatan medan ( field strenght ) dan polarisasi (Balanis, 1982: 17). Sedangkan untuk pola radiasi antena microstrip mempunyai fenomena yang sama dengan pola radiasi antena konvensional. Koordinat – koordinat yang sesuai ditunjukkan pada Gambar 2.1. Jejak daya yang diterima pada radius tetap disebut pola daya. Sedangkan grafik variasi ruang medan listrik dan medan magnet sepanjang radius tetap disebut pola medan.
Gambar 2.1 Pola Radiasi Sumber: Balanis, 2005: 30
Lebar berkas ½ daya (half power beamwidth / HPBW) adalah lebar sudut pada 3 dB dibawah maksimum. Untuk menyatakan lebar berkas biasanya dalam satuan derajat. Pada gambar 2.1 tampak pola radiasi yang terdiri dari lobe-lobe radiasi yang meliputi main lobe dan minor lobe ( side lobe). Main lobe adalah lobe radiasi yang mempunyai arah radiasi maksimum. Sedangkan minor lobe adalah radiasi pada arah lain yang sebenarnya tidak diinginkan (Stutzman, 1981: 29). Pola radiasi antena dapat dihitung dengan perbandingan antara daya pada sudut nol derajat
5
(radiasi daya maksimum) dengan daya pada sudut tertentu. Maka pola radiasi ( P ) dinyatakan (Balanis, 2005: 31) : P (dB ) 10 log
P o
( dB )
(2.1)
P (dB) 10 log P o 10 log P T
(2.2)
P T
dengan : P = intensitas radiasi antena pada sudut tertentu (dB) P o = daya yang diterima antena pada sudut 0 o (watt) P T = daya yang diterima antena pada sudut tertentu (watt)
2.2.2. Keterarahan
Keterarahan dari suatu antena didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas radiasi maksimum dengan intensitas radiasi dari antena referensi isotropis. Keterarahan dari sumber non-isotropis adalah sama dengan perbandingan intensitas radiasi maksimumnya di atas sebuah sumber isotropis (Balanis, 1982: 29). Keterarahan pada antena secara umum dinyatakan dari persamaan di bawah ini (Balanis, 1982: 494): D o 10 log
4 U max P rad
(2.3)
dengan : Do
= directivity (dB)
U max
= intensitas radiasi maksimum (watt)
P rad
= daya radiasi total (watt)
Nilai keterarahan sebuah antena dapat diketahui dari pola radiasi antena tersebut, semakin sempit main lobe maka keterarahannya semakin baik dibanding main lobe yang lebih lebar. Nilai keterarahan jika dilihat dari pola radiasi sebuah antena adalah sebagai berikut (Balanis, 1982 : 20) 180 4 D0 10 log HP . HP
2
(2.4)
6
D0 10 log
41252 .96125 HP . HP
(2.5)
dengan : DdB
= keterarahan (directivuty) (dB)
HP
= lebar berkas setengah daya pada pola radiasi horisontal ( 0 )
HP
= lebar berkas setengah daya pada pola radiasi vertikal ( 0 )
Gambar 2.2 Bentuk pola radiasi dalam menghitung nilai directivity Sumber: Balanis, 2005: 52
2.2.3. Gain (Penguatan)
Penguatan sangat erat hubungannya dengan directivity. Penguatan mempunyai pengertian perbandingan daya yang dipancarkan oleh antena tertentu dibandingkan dengan radiator isotropis yang bentuk pola radiasinya menyerupai bola. Secara fisik suatu radiator isotropis tidak ada, tapi sering kali digunakan sebagai referensi untuk menyatakan sifat – sifat kearahan antena. Penguatan daya antena pada arah tertentu didefinisikan sebagai 4π kali perbandingan intensitas radiasi dalam arah tersebut dengan daya yang diterima oleh antena dari pemancar yang terhubung (Balanis, 1982: 43).
7
Apabila arahnya tidak diketahui, penguatan daya biasanya ditentukan dalam arah radiasi maksimum, dalam persamaan matematik dinyatakan sebagai (Stutzman, 1981: 37) : G 10 log
4 U m P in
(dB)
(2.6)
dengan : G
= gain antena (dB)
U m
= intensitas radiasi antena (watt)
P in
= daya input total yang diterima oleh antena (watt)
Pada
pengukuran
digunakan
metode
pembandingan
( Gain-
comparison Method ) atau gain transfer mode. Prinsip pengukuran ini adalah dengan menggunakan antena referensi yang biasanya antena dipole standar yang sudah diketahui nilai gainnya. Prosedur ini memerlukan 2 kali pengukuran yaitu terhadap antena yang diukur dan terhadap antena referensi. Nilai gain absolut isotropik dinyatakan sebagai (Mufti, 2004 : 34) :
W RX W ref
G AUT (dBi) Gref (dBi) 10 log
(2.7)
dengan : G AUT =
Gain antena yang diukur (dBi)
Gref
=
Gain antena referensi yang sudah diketahui (dBi)
W RX
=
Daya yang diterima antena yang diukur (dBm)
W ref
=
Daya yang diterima antena referensi (dBm)
2.2.4. Polarisasi
Polarisasi suatu antena didefinisikan sebagai polarisasi dari gelombang yang diradiasikan pada saat antena dibangkitkan/dioperasikan. Dengan kata lain, polarisasi gelombang datang dari arah yang diberikan yang menghasilkan daya maksimum pada terminal antena. Dalam praktek,
8
polarisasi dari energi yang diradiasikan berubah menurut arah antena, sehingga dengan pola yang berbeda akan memungkinkan mempunyai polarisasi yang berbeda pola. Polarisasi antena dibedakan menjadi 3 : polarisasi linier, polarisasi lingkaran dan polarisasi ellips (Balanis, 1982: 48). Polarisasi dari gelombang yang teradiasi, merupakan sifat-sifat gelombang elektromagnetik yang menggambarkan perubahan arah dan nilai relatif vektor medan listrik sebagai fungsi waktu. Jika vektor yang dilukiskan pada suatu titik sebagai fungsi dari waktu selalu terarah pada suatu garis, medan ini dikatakan terpolarisasi linier. Bila jejak medan listrik berbentuk ellips, maka medan dikatakan terpolarisasi ellips. Suatu keadaan khusus dari polarisasi ellips adalah polarisasi lingkaran dan polarisasi linier.
Gambar 2.3 Polarisasi lingkar dan ellips Sumber: Balanis, 2005: 71
9
Polarisasi isolasi adalah redaman pada antena akibat perubahan polarisasi, atau perbandingan daya suatu polarisasi antena terhadap daya polarisasi yang lain pada antena tersebut. Polarisasi isolasi dapat dihitung dari hasil pengukuran polarisasi antena dengan persamaan : P a 10 log 2 (dB) P 1
(2.8)
dengan : a
= polarisasi isolasi (dB)
P 1
= daya mula-mula (watt)
P 2
= daya yang diperlukan jika polarisasi diubah (watt)
2.2.5. Impedansi Masukan
Impedansi masukan adalah impedansi yang ditunjukka antena pada terminalnya atau perbandingan antara tegangan dan kuat arus pada terminal antena. Perbandingan tegangan dan kuat arus pada terminal antena memberikan impedansi masukan yang mempunyai komponen resistansi masukan dan reaktansi masukan (Balanis,2005:80). pada terminal-terminal tanpa beban, memberikan impedansi masukan antena sebesar (Balanis, 1982: 54) : Z A = R A + jX A
(2.9)
dengan : Z A = impedansi antena (Ω) R A = resistansi antena (Ω) X A = reaktansi antena (Ω) Oleh karena menggunakan saluran microstrip, maka resistansi antena merupakan resistansi rugi-rugi pada saluran microstrip. Resistansi rugi-rugi pada antena microstrip sama dengan resistansi rugi-rugi pada antena konvensional, yaitu terdiri dari rugi konduktor dan rugi radiasi, yang dinyatakan dengan persamaan berikut :
10
R A = Rr + RS
(2.10)
dengan : Rr = resistansi radiasi (Ω) RS = resistansi konduktor (Ω) Resistansi radiasi pada antena penerima adalah suatu resistansi khayal akibat adanya radiasi pada antena sehingga mengurangi daya yang disalurkan
pada
antena
penerima
sedangkan
resistansi
konduktor
dipengaruhi oleh konduktifitas bahan yang digunakan. Impedansi antena juga dapat diketahui dengan mengetahui koefisien pantul dengan persamaan (Balanis, 1982: 726) :
Z A Z O Z A Z O
(2.11)
dengan : Z A
=
impedansi antena (Ω)
Z O
=
impedansi karakterisitk (Ω)
=
koefisien pantul
Koefisien pantul sangat menentukan besarnya VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) antena, karena dengan VSWR ini juga dapat ditentukan baik buruknya antena, yang dinyatakan oleh persamaan (Kraus, 1988: 833) : VSWR
1 1
(2.12)
VSWR adalah pengukuran dasar dari impedansi matching antara transmitter dan antena. Semakin tinggi nilai VSWR maka semakin besar pula mismatch, dan semakin minimum VSWR maka antena semakin matching . Dalam perancangan antena biasanya memiliki nilai impedansi masukan sebesar 50 Ω atau 75 Ω. Impedansi masukan didefinisikan sebagai impedansi yang ditunjukkan oleh antena pada terminalterminalnya atau perbandingan tegangan terhadap arus pada pasangan terminalnya (Balanis, 1982: 53). Perbandingan tegangan dan arus
11
Pada terminal-terminal tanpa beban, memberikan impedansi masukan antena sebesar (Balanis, 1982: 54) : Z A = R A + jX A
(2.13)
dengan : Z A = impedansi antena (Ω) R A = resistansi antena (Ω) X A = reaktansi antena (Ω) Oleh karena menggunakan saluran microstrip, maka resistansi antena merupakan resistansi rugi-rugi pada saluran microstrip. Resistansi rugi-rugi pada antena microstrip sama dengan resistansi rugi-rugi pada antena konvensional, yaitu terdiri dari rugi konduktor dan rugi radiasi, yang dinyatakan dengan persamaan berikut : R A = Rr + RS
(2.14)
dengan : Rr = resistansi radiasi (Ω) RS = resistansi konduktor (Ω) Resistansi radiasi pada antena penerima adalah suatu resistansi khayal akibat adanya radiasi pada antena sehingga mengurangi daya yang disalurkan
pada
antena
penerima
sedangkan
resistansi
konduktor
dipengaruhi oleh konduktifitas bahan yang digunakan. Impedansi antena juga dapat diketahui dengan mengetahui koefisien pantul dengan persamaan (Balanis, 1982: 726) :
Z A Z O Z A Z O
(2.15)
dengan : Z A
=
impedansi antena (Ω)
Z O
=
impedansi karakterisitk (Ω)
=
koefisien pantul
12
2.2.6. Return Loss
Return loss adalah salah satu parameter yang digunakan untuk mengetahui berapa banyak daya yang hilang pada beban dan tidak kembali sebagai pantulan. RL adalah parameter seperti VSWR yang menentukan matching antara antena dan transmitter . Koefisien pantulan (reflection coefficient ) adalah perbandingan antara tegangan pantulan dengan tegangan maju ( forward voltage). Antena yang baik akan mempunyai nilai return loss dibawah -10 dB, yaitu 90% sinyal dapat diserap, dan 10%-nya terpantulkan kembali. Koefisien pantul dan return loss didefinisikan sebagai (Punit, 2004: 19) :
V r V i
(2.16)
RL 20 log (dB)
(2.17)
dengan :
= koefisien pantul
V r
= tegangan gelombang pantul (reflected wave)
V i
= tegangan gelombang maju (incident wave)
RL
= return loss (dB) Untuk matching sempurna antara transmitter dan antena, maka
nilai = 0 dan RL = yang berarti tidak ada daya yang dipantulkan, sebaliknya jika = 1 dan RL = 0 dB maka semua daya dipantulkan.
2.2.7. Bandwidth (Lebar Pita)
Bandwidth antena didefinisikan sebagai range frekuensi antena dengan beberapa karakteristik, sesuai dengan standar yang telah ditentukan. Untuk Broadband antena, lebar bidang dinyatakan sebagai perbandingan frekuensi operasi atas (upper ) dengan frekuensi bawah (lower ). Sedangkan untuk Narrowband antena, maka lebar bidang antena dinyatakan sebagai persentase dari selisih frekuensi di atas frekuensi tengah dari lebar bidang (Balanis, 1982: 47). 13
Untuk persamaan bandwidth dalam persen ( B p) atau sebagai bandwidth rasio ( Br ) dinyatakan sebagai (Punit, 2004: 22) : B p
f c
Br
f u f l f c
100%
(2.18)
f u f l 2
(2.19)
f u f l
(2.20)
dengan : B p
= bandwidth dalam persen (%)
Br
= bandwidth rasio
f c
= frekuensi tengah (Hz)
f u
= jangkauan frekuensi atas (Hz)
f l
= jangkauan frekuensi bawah (Hz)
2.2.8. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
Koefisien pantul sangat menentukan besarnya VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) antena, karena dengan VSWR ini juga dapat ditentukan baik buruknya antena, yang dinyatakan oleh persamaan (Kraus, 1988: 833) : VSWR
1 1
(2.21)
VSWR adalah pengukuran dasar dari impedansi matching antara transmitter dan antena. Semakin tinggi nilai VSWR maka semakin besar pula mismatch, dan semakin minimum VSWR maka antena semakin matching . Dalam perancangan antena biasanya memiliki nilai impedansi masukan sebesar 50 Ω atau 75 Ω.
14
2.3. Antena FM Sierra
Antena Sierra dengan daya yang tinggi dan polarisasi melingkar adalah sebuah antenna pemancar sesuai dengan standar dunia. Antena ini dapat memberikan penguatan yang besar pada daerah pinggiran kota dengan pemukiman padat. Antena Sierra adalah kombinasi dari antena yang memiliki radiasi horizontal dan vertikal , dan lebih rentan terhadap segala macam interferensi. Antena Sierra didesain dengan alumunium yang berkualitas tinggi sehingga dapat menghasilkan daya radiasi yang lebih baik, dan mengurangi daya yang hilang pada sistem. Kelebihan dari antena ini dari segi konstruksi kelas tinggi dan perlindungan short DC yang akan memberikan kenyamanan untuk stasiun yang ingin tetap on air . Tidak ada tala atau penyesuaian yang diperlukan untuk setiap frekuensi pada pita yang memungkinkan antena ini untuk digunakan dengan frekuensi pemancar . Konektor input dilindungi terhadap hujan oleh bungkus yang didesain khusus. Instalasi antena ini juga bisa dibilang sederhana . Pemasangan lapisan pelindung sesuai dengan standar yakni dirancang untuk instalasi instan pada tiang dengan diameter dari 32 mm sampai 50 mm, dan juga 90 mm lapisan pelindung khusus sesuai dengan permintaan. Antena Sierra memliki beberapa fitur, diantaranya :
Standar daya menengah (1KW) pada antena polarisasi melingkar
Broadband tidak ada desain selaras
Penanganan daya tinggi
Kualitas tinggi terbuat dari konstruksi alumunium
DC short untuk proteksi petir
Penetrasi maksimum di kota-kota dan daerah yang sedang dibangun
Spesifikasi teknologi dari Antena Sierra, sebagai berikut :
Rentang frekuensi: 87-109 MHz
Impedansi: 50Ω
Tipe antena: Omnidirectional 15
Penanganan daya maksimum: 800 Watt (untuk 1 tingkat antena)
Gain: -1,5 dBd
VSWR: Lebih baik dari 1.1:1 87-109 MHz
Konektor: UHF Teflon High Power-type
Dimensi: 1000mm x 1006 mm x 1006 mm
Berat: 5 Kg (untuk 1 tingkat antena)
Cepat rambat rata-rata di udara: 220 km/hr
Gambar 2.4 Antena Sierra Sumber: http://radiofrekuensi.blogspot.com/2009/05/fm-antenna.htm
16
Gambar 2.5 Antena Sierra 2 Tingkat (Bay) Sumber: http://radiofrekuensi.blogspot.com/2009/05/fm-antenna.html
Gambar 2.6 Contoh Desain Antena Sierra pada Software Antenna Magus Professional Sumber: www.antennamagus.com/newsletter-4-4.php
17
Gambar 2.7 Pola Radiasi dari Antena Sierra Sumber: http://www.antennamagus.com/newsletter-4-4.php
2.4.Pemancar FM Stereo
Di antara keuntungan FM adalah bebas dari pengaruh gangguan udara, bandwidth (lebar pita) yang lebih besar, dan fidelitas yang tinggi. Jika dibandingkan dengan sistem AM, maka FM memiliki beberapa keunggulan, diantaranya :
Lebih tahan noise
Frekuensi yang dialokasikan untuk siaran FM berada diantara 88 – 108 MHz, dimana pada wilayah frekuensi ini secara relatif bebas dari gangguan baik atmosfir maupun interferensi yang tidak diharapkan. Jangkauan dari sistem modulasi ini tidak sejauh, jika dibandingkan pada sistem modulasi AM dimana panjang gelombangnya lebih panjang. Sehingga noise yang diakibatkan
oleh
penurunan
daya
hampir
tidak
berpengaruh
karena
dipancarkan secara LOS (Line Of Sight).
Bandwith yang Lebih Lebar
Saluran siar FM standar menduduki lebih dari sepuluh kali lebar bandwidth (lebar pita) saluran siar AM. Hal ini disebabkan oleh struktur sideband nonlinear yang lebih kompleks dengan adanya efek-efek (deviasi) sehingga memerlukan bandwidth yang lebih lebar dibanding distribusi linear yang sederhana dari sideband-sideband dalam sistem AM. Band siar FM terletak pada bagian VHF (Very High Frequency) dari spektrum frekuensi di
18
mana tersedia bandwidth yang lebih lebar daripada gelombang dengan panjang medium (MW) pada band siar AM.
Fidelitas Tinggi
Respon yang seragam terhadap frekuensi audio (paling tidak pada interval 50 Hz sampai 15 KHz), distorsi (harmonik dan intermodulasi) dengan amplitudo sangat rendah, tingkat noise yang sangat rendah, dan respon transien yang bagus sangat diperlukan untuk kinerja Hi-Fi yang baik. Pemakaian saluran FM memberikan respon yang cukup untuk frekuensi audio dan menyediakan hubungan radio dengan noise rendah. Karakteristik yang lain hanyalah ditentukan oleh masalah rancangan perangkatnya saja.
Transmisi Stereo
Alokasi saluran yang lebar dan kemampuan FM untuk menyatukan dengan harmonis
beberapa
saluran
audio
pada
satu
gelombang
pembawa,
memungkinkan pengembangan sistem penyiaran stereo yang praktis. Ini merupakan sebuah cara bagi industri penyiaran untuk memberikan kualitas reproduksi sebaik atau bahkan lebih baik daripada yang tersedia pada rekaman atau pita stereo. Munculnya compact disc dan perangkat audio digital lainnya akan terus mendorong kalangan industri peralatan dan teknisi siaran lebih jauh untuk memperbaiki kinerja rantai siaran FM secara keseluruhan.
Hak komunikasi Tambahan
Bandwidth yang lebar pada saluran siar FM juga memungkinkan untuk memuat dua saluran data atau audio tambahan, sering disebut Subsidiary Communication Authorization (SCA), bersama dengan transmisi stereo. Saluran SCA menyediakan sumber penerimaan yang penting bagi kebanyakan stasiun radio dan sekaligus sebagai media penyediaan jasa digital dan audio yang berguna untuk khalayak.
Teori Modulasi Frekuensi (FM)
19
Baik FM (Frekuensi Modulation) maupun PM (Phase Modulation) merupakan kasus khusus dari modulasi sudut (angular modulation). Dalam sistem modulasi sudut frekuensi dan fasa dari gelombang pembawa berubah terhadap
waktu
menurut
fungsi
dari
sinyal
yang
dimodulasikan
(ditumpangkan). Misal persamaan gelombang pembawa dirumuskan sebagai berikut : U c = Ac sin (W c + Ɵc ) Dalam modulasi amplitudo (AM) maka nilai 'Ac' akan berubah-ubah menurut fungsi dari sinyal yang ditumpangkan. Sedangkan dalam modulasi sudut yang diubah-ubah adalah salah satu dari komponen 'wc + qc'. Jika yang diubah-ubah adalah komponen 'wc' maka disebut Frekuensi Modulation (FM), dan jika komponen 'qc' yang diubah-ubah maka disebut Phase Modulation (PM).
Jadi dalam sistem FM, sinyal modulasi (yang ditumpangkan) akan menyebabkan frekuensi dari gelombang pembawa berubah-ubah sesuai perubahan frekuensi dari sinyal modulasi. Sedangkan pada PM perubahan dari sinyal modulasi akan merubah fasa dari gelombang pembawa. Hubungan antara perubahan frekuensi dari gelombang pembawa, perubahan fasa dari gelombang pembawa, dan frekuensi sinyal modulasi dinyatakan sebagai indeks modulasi (m) dimana :
m = Perubahan frekuensi (peak to peak Hz) / frek uensi modulasi (Hz)
Dalam siaran FM, gelombang pembawa harus memiliki perubahan frekuensi yang sesuai dengan amplituda dari sinyal modulasi, tetapi bebas frekuensi sinyal modulasi yang diatur oleh frekuensi modulator.
Pre-Emphasis
Pre-emphasis dipakai dalam pesawat pemancar untuk mencegah pengaruh kecacatan pada sinyal terima. Karena iru komponen pre-emphasis ditempatkan
20
pada awal sebelum sinyal itu sempat masuk pada modulator. Pengaruh kecacatan itu berasal dari differential gain (DG-penguatan yang berbeda) dan differential phase (DP-fasa yang berbeda). Pre-emphasis akan menekan amplitudo dari frekuensi sinyal FM yang lebih rendah pada input.
Dengan penggunaan alat ini ketidaklinearan (cacat) akibat sifat DG dan DP dalam transmisi dapat dikurangi. Nantinya di ujung terima pada demodulator dipasang komponen de-emphasis yang mempunyai fungsi kebalikan dari pre-emphasis.
Pemancar FM
Tujuan dari pemancar FM adalah untuk merubah satu atau lebih sinyal input yang berupa frekuensi audio (AF) menjadi gelombang termodulasi dalam sinyal RF (Radio Frekuensi) yang dimaksudkan sebagai output daya yang kemudian diumpankan ke sistem antena untuk dipancarkan. Dalam bentuk sederhana dapat dipisahkan atas modulator FM dan sebuah power amplifier RF dalam satu unit. Sebenarnya pemancar FM terdiri atas rangkaian blok subsistem yang memiliki fungsi tersendiri, yaitu:
1. FM exciter merubah sinyal audio menjadi frekuensi RF yang sudah termodulasi 2. Intermediate Power Amplifier (IPA) dibutuhkan pada beberapa pemancar untuk meningkatkan tingkat daya RF agar mampu menghandle final stage 3. Power Amplifier di tingkat akhir menaikkan power dari sinyal sesuai yang dibutuhkan oleh sistem antena 4. Catu daya (power supply) merubah input power dari sumber AC menjadi tegangan dan arus DC atau AC yang dibutuhkan oleh tiap subsistem 5. Transmitter Control System memonitor, melindungi dan memberikan perintah bagi tiap subsistem sehingga mereka dapat bekerja sama dan memberikan hasil yang diinginkan
21
6. RF lowpass filter membatasi frekuensi yang tidak diingikan dari output pemancar 7. Directional coupler yang mengindikasikan bahwa daya sedang dikirimkan atau diterima dari sistem antena
FM Exciter
Jantung dari pemancar siaran FM terletak pada exciter-nya. Fungsi dari exciter adalah untuk membangkitkan dan memodulasikan gelombang pembawa dengan satu atau lebih input (mono, stereo, SCA) sesuai dengan standar FCC. Gelombang pembawa yang telah dimodulasi kemudian diperkuat oleh wideband amplifier ke level yang dibutuhkan oleh tingkat berikutnya.
Direct FM merupakan teknik modulasi dimana frekuensi dari oscilator dapat diubah sesuai dengan tegangan yang digunakan. Seperti halnya oscilator, disebut voltage tuned oscilator (VTO) dimungkinkan oleh perkembangan dioda tuning varaktor yang dapat merubah kapasitansi menurut perubahan tegangan bias reverse (disebut juga voltage controlled oscillator atau VCO).
Kestabilan frekuensi dari oscillitor direct FM tidak cukup bagus, untuk itu dibutuhkan automotic frekuensi control system (AFC) yang menggunakan sebuah kristal oscillator stabil sebagai frekuensi referensi. Komponen AFC berperan sebagai pengatur frekuensi yang dibangkitkan oscillator lokal untuk dicatukan ke mixer, sehingga frekuensi oscillator menjadi stabil.
Penguat Mikropon dengan Kompresor Tingkat Nada Dinamik
Pada rancangan ini transistor BC547C berlaku sebagai penguat awal sebesar 20 dB untuk sinyal dari mikropon. Tegangan kolektornya mengeset level tegangan DC untuk input op-amp sebesar kurang lebih setengah dari tegangan catu.
22
Output sinyal audio dari op-amp disearahkan oleh diode D1 dan D2 yang mencatu kapasitor C1 dan C2 berturut-turut positif dan negatif. Beda tegangan antara C1 dan C2 menimbulkan pembuangan muatan yang melewati R3, D3, D4, dan R4. Kapasitor C3 dan C4 mempunyai fungsi ganda yaitu mengurangi riak-riak AC dari arus melalui D3 dan D4 dan menyediakan pembumian (ground) untuk pembagi tegangan yang terdiri atas R5 dan impedansi dari dioda D3 dan D4 ( paralel ). Impedansi pada kedua dioda tersebut bergantung pada besarnya pembuangan muatan oleh kapasitor C1 dan C2 yang melewati kedua dioda ini. Semakin besar arus pada rangkaian dioda, semakin kecil impedansinya, dan berati semakin kecil pula tegangan input untuk op-amp pada pin noninverting (positif).
Pada saat sinyal voltase di input op-amp kecil, ketidaklinearitasan dioda menciptakan distorsi yang kecil, sebesar 2,5 V p-p di output op-amp.
23
BAB III PERENCANAAN
3.1
Perencanaan Blok Diagram Sistem
Gambar 3.1 Blok Diagram Pemancar FM Stereo
Dari latar belakang pada 1.2 dan rumusan masalah pada 1.2, berikut ini merupakan rencana spesifikasi dari perencanaan diagram blok sistem pada Pemancar FM Stereo: 3.1.1
Mixer Audio
Sinyal audio merupakan sinyal informasi yang akan dikirimkan ke pendengar, dan memiliki frekuensi antara 20 Hz sampai 20KHz. Pada bagian ini sinyal audio akan digabungkan (mixer ). 3.1.2 Level Equalisasi
Level Equalizer berfungsi sebagai filter yang berguna untuk membatasi frekuensi tinggi dan rendah yang diinginkan (meredam) sinyal audio. 3.1.3
Transmitter
Pada bagian ini terdapat encoder,modulator, dan PLL sebagai pemancar dari audio stereo.
24
3.1.4 Driver
Rangkaian driver berfungsi sebagai pengatur penguatan daya (tegangan dan arus) sinyal FM dari penyangga sebelum menuju ke bagian penguat akhir. 3.1.5 Power Amplifier
Power Amplifier 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. 3.1.6
Antena Sierra
Mengubah
getaran
listrik
frekuensi
tinggi
menjadi
gelombang
elektromagnetik dan meradiasikannya ke ruang bebas. Jenis antena sangat berpengaruh pada pola radiasi pancaran gelombang elektromagnetik..
25
3.2
Prinsip Kerja Alat
Pada rangkaian ini sinyal audio merupakan input dari pemancar FM. Sinyal ini diubah menjadi besaran listrik oleh mikrofon. Pertama sinyal ini masuk ke bagian mixer. Pada bagian ini sinyal audio akan digabungkan. Setelah itu masuk ke rangkaian level equalizer . Pada bagian ini sinyal audio dibatasi sehingga hanya sinyal audio yang lolos oleh filter (radio frekuensi) yang diteruskan ke bagian berikutnya. Pada bagian berikutnya ada rangkaian transmitter . Pada bagian ini memilki encoder, modulator, dan PLL sebagai pemancar dari sinyal audio stereo. Selesai dari rangkaian transmitter sinyal audio stereo masuk ke bagian driver yang berfungsi sebagai pengatur penguatan daya sinyal FM yang akan menuju ke bagian akhir yakni penguat. Pada bagian penguat (amplifier ) sinyal audio stereo dikuatkan untuk menekan harmonisa frekuensi. Pada langkah akhir Antena Sierra akan memancarkan sinyal audio stereo (88 MHz – 108 MHz) ke semua arah karena Antenna Sierra memiliki daya pancar ke semua arah (omnidirectional ). Antena Sierra ini menggunakan dua tingkat karena mempengaruhi peningkatan daya yang dipancarkan dari transmitter 15-20 watt sehingga jarak yang dapat dipancarkan < 5 km. Setelah selesai mendesain Antena Sierra beserta pemancar FM stereo, antena dapat diuji pola radiasi, polarisasi, dan VSWR pada software Antenna Magus Professional dan FEKO.
26
3.3 Flowchart
Gambar 3.3 Flowchart
27
28
DAFTAR PUSTAKA
Stutzman, Warren L.1981.“Antenna Theory and Design”.John Wiley & Sons, Inc.Canada. Balanis, Constantine A.1982.“Antenna Theory”.John Wiley & Sons, Inc.USA http://www.elektroindonesia.com/elektro/elek29.html, diakses tanggal 13 November 2013 http://www.slideshare.net/ronalto20/antena-dipole, diakses tanggal 13 November 2013 http://radiofrekuensi.blogspot.com/2009/05/fm-antenna.html, diakses tanggal 13 November 2013 http://txfm.blogspot.com/2008/08/antenna-fm-vertical-58-lambda.html, diakses tanggal 14 November 2013 http://elektronika.web.id/elkav2/index.php?topic=882.0, diakses tanggal 14 November 2013 http://radiofrekuensi.blogspot.com/2009/05/fm-antenna.html, diakses tanggal 14 November 2013
28
29
LAMPIRAN Rencana Kegiatan Penyusunan Laporan Akhir (Time Schedule). No
Minggu Ke -
Uraian
1
I
Studi Literature
II
Pengumpulan
III
Pembelian Alat
IV
Merancang Alat
V
Merangkai Alat
VI
Setting Alat
VII
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Data
Mengulang Bila Terjadi Kesalahan
VIII
Menganalisa Perangkat Sistem
IX
Membuat laporan Akhir
X
Ujian Laporan Akhir
XI
Revisi Laporan Akhir
Rincian komponen biaya dapat disusun dengan tabel sebagai berikut: No
1
Komponen Biaya
Pemancar FM Stereo 15-20 Watt
Satuan
Harga satuan
Jumlah Rp
1 buah
Rp 1.350.000,00
Rp 1.350.000,00
2
Alumunium
6 meter
Rp 55.000,00
Rp 330.000,00
4
Tiang Penyangga
3 meter
Rp 50.000,00
Rp 150.000,00
Rp 170.000,00
Rp 170.000,00
Lain-lain 7
(Konektor, Kabel
-
Koaksial, dll) Total
Rp 2.000.000,00
29
16
