Modulasi Modulasi adalah suatu proses dimana parameter parameter gelombang gelombang pembawa (carrier signal) frekuensi tinggi diubah sesuai dengan salah satu parameter sinyal informasi/pesan. Dalam hal ini sinyal pesan dise disebut but juga juga siny sinyal al pemo pemodu dula lasi si.. Pros Proses es modu modula lasi si dila dilaku kuka kan n pada pada bagi bagian an peman pemanca car. r. Prose Prosess kebalikannya yang disebut demodulasi dilakukan pada bagian penerima. Dalam demodulasi, sinyal pesan dipisahkan dari sinyal pembawa frekuensi tinggi. 1. Mixer Salah satu pemodifikasi frekuensi yang sering digunakan adalah mixer. Mixer banyak digunakan dalam modulasi amplitudo. Suatu mixer ideal ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Rangkain Mixer
Kalau frekuensi yang diinginkan hanya salah satu dari kedua frekuensi tersebut, sinyal frekuensi yang tidak diinginkan dibuang dengan menggunakan filter. Walaupun mixer ideal tidak bisa diwujudkan, tapi ada beberapa rangkaian yang bisa digunakan sebagai pendekatan dari mixer ideal. Ada rangkaian mixer yang menghasilkan penguatan dan disebut dengan aktif mixer. Sebaliknya mixer pasif menghasilkan rugi-rugi. Mixer tipe switching Dalam mixer tipe switching, satu atau lebih diode atau transistor digunakan sebagai switch. Ketidak Ketidak-li -linea nearan ran atau atau karakt karakteri eristi stik k switch switching ing diode diode sering sering diguna digunakan kan untuk untuk pencam pencampur pur (mix) (mix) frekuensi, terutama pada frekuensi tinggi. Gambar 2 menggambarkan suatu contoh mixer tipe switching dengan menggunakan diode. Jika center tap (CT) transformator adalah ideal, tegangan yang dihasilkan ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 2. Mixer tipe switching dengan dua diode
Gambar 3. Rangkaian penyederhanaan mixer Output terdiri atas sinyal osilator ditambah Vi dengan beda fasa 180 o pada frekuensi osilator local. P(t) adalah fungsi gelombang persegi dengan frekuensi sama dengan frekuensi osilator lokal ω L.
Gambar 4. Bentuk gelombang persegi Karena V o=V L+V i*, maka keluaran mixer terdiri dari sinyal osilator ditambah dengan sejumlah tak hingga sinyal yang dihasilkan oleh mixer. Frekuensi yang diinginkan bisa dipisahkan dengan menggunakan filter. Syarat yang harus dipenuhi adalah bahwa amplituda osilator jauh lebih besar dari amplituda sinyal input dan tegangannya cukup besar untuk menswitch dioda. Jika hal ini tidak terpenuhi akan muncul distorsi. Kelemahan rangkaian mixer tersebut adalah bahwa pada keluaran muncul frekuensi osilator yang banyak menimbulkan kesulitan jika frekuensi osilator lokal ω L jauh lebih besar dari frekuensi input ωi. Sinyal yang diinginkan pada keluaran, ω L + ωi atau ωL - ωi akan sulit dipisahkan karena mendekati ωL. Untuk menghilangkan sinyal osilator lokal pada output mixer, maka digunakan rangkaian :
Gambar 5. Mixer 2 diode dengan sinyal osilator tidak muncul pada output Yang ekivalen dengan:
Gambar 6. Penyederhanaan rangkaian gambar 5 Jika V L positif dan jauh lebih besar dibandingkan dengan V i maka kedua dioda akan terhubung/on, dan V 0 = V i . Jika sinyal osilator menjadi negatif maka dioda terbuka (off) dan sinyal output V 0 menjadi nol. Secara umum persamaan untuk tegangan output adalah : V o=V iP(t) Dimana : P(t) = 1 V L > 0 P(t)= 0 V L ≤ 0 Dalam hal ini, P(t) adalah fungsi gelombang persegi dengan frekuensi sama dengan frekuensi osilator lokal. Perbedaan dengan rangkaian sebelumnya adalah bahwa gelombang persegi disini mempunyai nilai dc yang tidak nol.
Gambar 7. Gelombang output mixer pada gambar 5 Jika V i adalah gelombang sinus V i = V sin ω it Rangkaian Mixer dengan 4 dioda Mixer tipe switching dengan 4 diode di bawah ini mempunyai output yang tidak mengandung frekuensi input maupun osilator lokal.
Gambar 9. Mixer tipe switching dengan 4 diode Jika V L positif, maka D2 dan D3 akan on,
Gambar 10. Rangkaian ekuivalen untuk tegangan osilator positif sehingga rangkaian ekivalennya menjadi:
Gambar 11. Rangkaian ekuivalen gambar 10.
Gambar 12. Rangkaian ekuivalen untuk tegangan osilator negatif dan rangkaian ekivalennya menjadi:
Gambar 13. Rangkaiaan ekuivalen gambar 12. Loop Atas : -V i = (I1+I2)R L+ I1rd -V L Loop Bawah : -V i = (I1+I2)R L+ I1rd + V L Jika V L dieliminasi maka: I1+ I2 = - V i/( R L+ rd/2) dengan Vo = -(I1+I2)R L Suatu mixer double-balanced dengan beban seimbang dan coupling transformer ideal akan menghasilkan upper dan lower sideband ditambah dengan sejumlah tak hingga spurious yang terpusat pada harmonisa ganjil frekuensi osilator lokal, tapi baik sinyal input maupun frekuensi osilator lokal terisolasi dari ouputnya. Conversion Loss Conversion Loss Mixer adalah rasio daya output pada satu sideband terhadap daya input sinyal. Untuk menghitung conversion loss, asumsi yang diberikanadalah impedansi eksternal dipilih untuk transfer daya maksimum. Tinjau suatu mixer double-balanced seperti gambar 9. Jika input transformer mempunyai rasio lilitan 1:1, rangkaian ekuivalen adalah seperti pada gambar 11. Impedansi beban dilihat dari input V i adalah :
V i /(I1+I2)= V i /I1 = R L +rd /2 Untuk mixer double-balance ideal dengan beban sesuai dengan impedansi sumber, dan dengan mengabaikan rugi-rugi pada transformer dan diode, kira-kira 40 % dari daya input akan terkirim ke beban. Distorsi Apabila daya sinyal input suatu mixer bertambah, kemungkinan akan mencapai suatu level yang melampaui daya osilator lokal. Dalam kondisi ini maka sinyal input yang akan mengatur fungsi switching dioda, dan daya output akan proporsional dengan daya osilator lokal. Karena daya osilator konstan maka daya output juga akan konstan.
Gambar 14. Karakteristik transfer daya mixer Pada daya input rendah, transfer daya adalah linear. Tapi ketika level daya input dinaikkan, distorsi mulai terjadi dan respons mulai menjadi tidak linear. Pada level daya input tinggi, output menjadi saturasi pada level sesuai dengan level osilator lokal. Jika input dinaikkan lagi, maka muncul distorsi intermodulasi (IMD). Modulator dan Demodulator Modulasi Amplituda Modulasi amplituda adalah suatu teknik modulasi dimana amplituda sinyal carrier divariasikan terhadap amplitudo sinyal pesan. Gelombang termodulasi amplituda dapat diexpresikan: S(t) = f(t) sin ω ct Dimana f(t) adalah sinyal pesan (pemodulasi) dan ω c adalah frekuensi pembawa. Persamaan untuk sinyal AM bisa dituliskan sbb : S(t) = A[1+mf(t)] sin ωct (10) Dimana m adalah indeks modulasi dengan nilai umumnya < 1. Untuk sinyal pemodulasi gelombang sinus f(t) = cos ω ct : S(t) = A{sin ω ct +½ m [ sin (ω c + ωm)t + sin (ω c - ωm)t]} (11) Bentuk dan spektrum frekuensi sinyal termodulasi adalah :
Spektrum Frekuensi AM
Sinyal termodulasi amplituda Gambar 15. Spektrum dan betuk gelombang sinyal AM Dari spektrum terlihat bahwa sinyal termodulasi mempunyai komponen frekuensi pembawa ditambah dengan upper sideband dan lower sideband yang terpusat di frekuensi pembawa. Sinyal seperti ini disebut dengan sinyal double sideband large carrier/full carrier. Persamaan untuk sinyal AM menunjukkan bahwa ntuk m < 1, amplituda carrier paling tidak dua kali amplituda masing-masing sideband. Ini berarti bahwa paling tidak dua pertiga dari total daya yang dikirim digunakan oleh carrier. Karena carrier tidak mengandung informasi/pesan yang dikirim, maka ada kalanya carrier dihilangkan atau ditekan.
Sinyal ini disebut juga sinyal Double SideBand (DSB) Suppressed Carrier. Sinyal DSB masih mempunyai bandwidth yang sama dengan sinyal AM dengan keuntungan bahwa daya yang dipergunakan lebih efisien. Kelemahannya adalah kompleksitas pada sisi penerima karena memerlukan suatu teknik tertentu untuk mendapatkan kembali frekuensi dan phasa sinyal carrier yang diperlukan untuk mendeteksi sinyal pemodulasi. Amplituda Modulator: Standar AM DSB large carrier dihasilkan dengan dua cara: a. memodulasi sinyal osilator pada daya yang relatif rendah dan menguatkan sinyal termodulasi dengan penguat (power amplifier) . b. Menggunakan sinyal pemodulasi untuk mengontrol supply tegangan pada penguat daya.
Beberapa mixer yang dijelaskan sebelumnya bisa digunakan sebagai modulator amplituda level rendah. Sebagai contoh output mixer pada gambar 2 diberikan pada persamaan (4). Jika V L adalah sinyal sinus
Dan jika ditambah LPF pada output dengan BW B = ω L + ωi maka output menjadi
Modulator tipe ini hanya cocok untuk modulasi dengan indeks kecil. Untuk memperoleh indeks modulasi besar digunakan rangkaian modulator dengan tr ansistor. Modulatosi dilakukan pada sisi collector. Output rangkaian ditala pada frekuensi carrier dengan bandwidth dua kali bandwidth sinyal pemodulasi. Sinyal termodulasi disusun seri dengan catu tegangan DC sehingga catu tegangan frekuensi rendah untuk transistor adalah :
Dengan
Gambar 17. Rangkaian Collector-modulated Untuk penguat kelas C, output transistor pada kondisi saturasi akan sama dengan catu tegangannya. Karena itu, mengubah catu tegangan akan juga mengubah tegangan output transistor secara proporsional. Daya output adalah P0 = V 2cc/2R L (1 + ½ m 2) Dengan Pc = V 2cc/2R L maka P0 = Pc(1 + ½ m 2) Untuk modulasi 100 %, puncak tegangan V m(t) harus sama dengan catu tegangan V cc. Vo = Vcc(1 + cosωmt) cos ωct P0 = V 2cc/2R L (1 + ½) P0 = 1,5 Pc
Pada kondisi ini, masing-masing sideband akan mengandung ¼ daya carrier. Sinyal carrier mempunyai amplituda Vcc dan amplituda masing-masing sideband adalah setengah amplituda carrier.
