LAPORAN PRAKTIKUM
LABORATORIUM LABORATORIUM FREKUENSI TINGGI SEMESTER IV TH 2012/2013
SPEKTRUM AMPLITUDO MODULATION
4B
PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2013
KELOMPOK 5
NAMA PRAKTIKAN : WHITA FEBRINA NURKANTI (1311030048) NAMA ANGGOTA
: 1. FAISAL DANDI 2. M. DWIFA MAWADAN 3. M. KRISNO ADHI
SPEKTRUM AMPLITUDO MODULATION
I.
TUJUAN 1. 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
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
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.
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
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
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
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
Em p V 8 1 = x a m V
Ec = 10 Vp
Vmin = 2V
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 2πf ct
Sinyal pemodulasi (informasi) : Vm sin 2πf mt Gelombang modulasi Vam(t) AM konvensional Gelombang AM dihasilkan ketika sinyal modulasi frekuensi tunggal ditumpangkan sinyal carrier frekuensi tinggi. Spektrum Frekuensi Gelombang AM
Carrier
Lower side band
Upper side band
Lower side frekuensi
Upper side frekuensi
(LSF)
(USF)
f c-f m(max)
f c
f c+f m(max) USF
LSF
Luas Spektrum AM adalah f c-f m(max) sampai dengan f c+f m(max) Bandwidth AM (B) adalah perbedaan antara USF max dengan LSF min Jadi persamaannya
B= 2 f m(max)
Contoh soal : 1. Modulator AM DSBFC dengan frekuensi carrier fc= 100 kHz dan frekuensi sinyal pemodulasi maximum f m(max)=5kHz. Tentukan : a. Batas frekuensi upper dan lower side band b. Bandwidth
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 = (f c-f m(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 (f c+f m(max)) = 100 k Hz sampai dengan (100+5) kHz = 100 k Hz sampai dengan 105 kHz b. Bandwidth B= 2 f m(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
d. Gambar output spectrum frekuensi Carrier
103
97
95
100
105
f (kHz)
B= 10 kHz
Koefisien modulasi adalah istilah untuk menjelaskan jumlah perubahan amplitude modulasi di
gelombang AM Persamaan matematika :
Dimana : m = koefisien modulasi Em = tegangan amplitude pemodulasi (Volts) Ec = tegangan amplitude carrier (Volts)
Persentase modulasi adalah koefisien modulasi dalam persentase
Persamaan
x 100 %
matematika
:
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 :
( ) ( ) ( ) ( ) ) (( ) 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
( ) ( ) Dimana Eusf = puncak amplitude pada usf (Volt) Elsf = puncak amplitude pada lsf (Volt) Contoh soal : Diketahui gelombang AM sebagai berikut :
Em p V 8 1 = x a m V
Ec = 10 Vp
Vmin = 2V
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
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 (2πf ct) Dimana : Vc(t) = time varying tegangan gelombang untuk carrier Ec = amplitude puncak carrier (Volt) f c = 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 (2πf mt)] [sin (2πf ct)]
(a)
Dimana : [Ec+Em sin (2πf mt)] = amplitude gelombang pemodulasi Em = perubahan puncak pada envelope amplitude (Volt) f m = frekuensi sinyal pemodulasi (Hz) jika mEc disubtitusikan ke Em, Vam(t) = [Ec+ mEc sin (2πf mt)] [sin (2πf ct)]
(b)
Dimana : [Ec+ mEc sin (2πf mt)] = amplitude gelombang pemodulasi Factor Ec dari persamaan (b) menjadi : Vam(t) = [1+ m sin (2πf mt)] [ Ec sin (2πf ct)]
(c)
Dimana : [1+ m sin (2πf mt)] = konstanta + sinyal pemodulasi [ Ec sin (2πf ct)] = sinyal carrier Pada persamaan (c ) dapat dilihat bahwa sinyal pemodulasi mengandung komponen konstanta (1) dan komponen sinusoidal pada frekuensi pemodulasi [m sin (2πf mt)]. 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 (2πf ct) + [m sin (2πf mt)] [sin (2πf ct)] Jadi :
() ( ) ( ) ( )
(d)
Dimana
( ) ( ) ( )
= sinyal carrier (Volt) = sinyal usf (Volt) = 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
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)
Carrier Ec
) (
t l
f lsf
fc
f usf
Frekuensi (Hz)
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 LSF
b. Koefisien modulasi dan persen modulasi c.
Puncak amplitude dari carrier dan tegangan : USF dan LSF
d. Maximum dan minimum amplitude envelope e. Tulis persamaan matematika gelombang modulasi AM
f.
Gambar output spectrum
g.
Sketsa output envelope
Jawab : a.
USF dan LSF adalah jumlah dan perbedaan frekuensi USF = fc + fm = 500 + 10 = 510 kHz LSF = 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 Vp tegangan : E usf = E lsf = mEc/2 =(0,375 x 20)/2 = 3,75 Vp
d. Maximum dan minimum amplitude envelope V(max) = Ec + Em = 20 + 7,5 = 27,5 Vp V(min) = Ec - Em = 20 - 7,5 = 12,5 Vp e. Tulis persamaan matematika gelombang modulasi AM
() ( ) ( ) ( ) () ( )( )( )
f.
Gambar output spectrum
Carrier 20 Vp
l
490
g.
500
510
Frekuensi (Hz)
Sketsa output envelope
+ 27,5 Vp +12,5 Vp 0 Vp -12,5 Vp - 27,5 Vp
Power Distribution AM ( Daya rata-rata AM)
Daya rata-rata sebuah gelombang sin dan cos 2
Pav = E / R
E = tegangan rms
Tegangan pembawa rms = Ec = 0,707 Ec max
() ( ) Daya USB dan LSB
Total Daya AM DSBFC envelope :
Pt = Pc + Pusb + Plsb
Atau
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 :
f lsf
fc
f usf
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 LSB
b. Daya total side band c.
Daya total gelombang modulasi
d. Gambar spectrum daya Jawab : a.
Daya USB dan LSB
() = 100/ 20 = 5 Watt
1, 25 Watt
b. Daya total side band
c.
= 1 X 5/2 = 2,5 Watt
Daya total gelombang modulasi
= 5 (1 + ½ ) = 7,5 Watt
d. Gambar spectrum daya
f lsf
fc
f usf
Frekuensi (Hz)
LAMPIRAN
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)
