1

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.

Pada komunikasi untuk pemancar FM diperlukan antena yang mempunyai

pola radiasi omni directional (melingkar atau elips). Salah satu antena yang dapat

digunakan dalam situasi ini adalah Antena Sierra. Implementasi dan desain

Antena Sierra dapat dijadikan alternatif antena yang digunakan dalam pemancar

FM stereo

2

Antena Sierra mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

Antena Sierra mampu bekerja pada frekuensi kerja modulasi FM yakni

87,5 – 108 MHz

Antena Sierra mempunyai pola radiasi omni direksional

Antena Sierra mempunyai penguatan (gain) maksimum sebesar kurang

lebih 1,5 dB ( apabila λ/2 )

Impedansi dari Antena 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 Dua Tingkat yang bekerja pada

frekuensi kerja modulasi FM (88 MHz-108 MHz)?

2) Bagaimana pengaruh Antena Sierra Dua Tingkat sebagai pemancar FM

stereo?

3) Bagaimana parameter (Polarisasi, Direktivitas, Gain, Pola radiasi, Return

Loss, dan VSWR) yang dihasilkan oleh Antena Sierra Dua Tingkat ?

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah untuk pembuatan laporan akhir adalah sebagai berikut :

1) Perancangan Antena Sierra Dua Tingkat berdasarkan pada teori dan

perhitugan.

2) Simulasi antena berdasarkan perancangan Antena Sierra Dua Tingkat

dengan menggunakan software Antena Magus Professional dan FEKO.

3) Analisis pengukuran parameter dari Antena Sierra Dua Tingkat sebagai

pemancar FM stereo dengan frekuensi kerja 87,5 – 108 MHz.

1.4 Tujuan

Tujuan dari pembuatan Antena Sierra Dua Tingkat adalah :

1) Untuk mengetahui cara merancang dan menganalisis Antena Sierra

Dua Tingkat sebagai pemancar FM stereo.

3

2) Untuk mengetahui cara simulasi antena dengan menggunakan software

simulasi Antena Magus dan 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 sebagai

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 scadule)

4

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. Efisiensi antena n. Return loss

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

5

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

6

(radiasi daya maksimum) dengan daya pada sudut tertentu. Maka pola

radiasi (P) dinyatakan (Balanis, 2005: 31) :

)(log10)( dBP

PdBP

T

o (2.1)

To PPdBP log10log10)( (2.2)

dengan :

P = intensitas radiasi antena pada sudut tertentu (dB)

Po = daya yang diterima antena pada sudut 0o (watt)

PT = 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):

rad

oP

UD max4

log10

(2.3)

dengan :

Do = directivity (dB)

Umax = intensitas radiasi maksimum (watt)

Prad = 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)

HPHP

D

.

1804

log10

2

0

(2.4)

7

HPHP

D .

96125.41252log100

(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).

8

Apabila arahnya tidak diketahui, penguatan daya biasanya ditentukan

dalam arah radiasi maksimum, dalam persamaan matematik dinyatakan

sebagai (Stutzman, 1981: 37) :

in

m

P

UG

4log10 (dB) (2.6)

dengan :

G = gain antena (dB)

Um = intensitas radiasi antena (watt)

Pin = 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) :

ref

RXrefAUT

W

WdBiGdBiG log10)()(

(2.7)

dengan :

GAUT = Gain antena yang diukur (dBi)

Gref = Gain antena referensi yang sudah diketahui (dBi)

WRX = Daya yang diterima antena yang diukur (dBm)

Wref = 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,

9

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

10

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 :

)(log101

2 dBP

Pa (2.8)

dengan :

a = polarisasi isolasi (dB)

P1 = daya mula-mula (watt)

P2 = 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) :

ZA = RA + jXA (2.9)

dengan :

ZA = impedansi antena (Ω)

RA = resistansi antena (Ω)

XA = 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 :

11

RA = 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) :

OA

OA

ZZ

ZZ

(2.11)

dengan :

ZA = impedansi antena (Ω)

ZO = 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) :

1

1VSWR (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 terminal-

terminalnya atau perbandingan tegangan terhadap arus pada pasangan

terminalnya (Balanis, 1982: 53). Perbandingan tegangan dan arus

12

Pada terminal-terminal tanpa beban, memberikan impedansi

masukan antena sebesar (Balanis, 1982: 54) :

ZA = RA + jXA (2.13)

dengan :

ZA = impedansi antena (Ω)

RA = resistansi antena (Ω)

XA = 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 :

RA = 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) :

OA

OA

ZZ

ZZ

(2.15)

dengan :

ZA = impedansi antena (Ω)

ZO = impedansi karakterisitk (Ω)

= koefisien pantul

13

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) :

i

r

V

V

(2.16)

)(log20 dBRL (2.17)

dengan :

= koefisien pantul

Vr = tegangan gelombang pantul (reflected wave)

Vi = 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).

14

Untuk persamaan bandwidth dalam persen (Bp) atau sebagai

bandwidth rasio (Br) dinyatakan sebagai (Punit, 2004: 22) :

%100

c

lup

f

ffB

(2.18)

2lu

c

fff

(2.19)

l

ur

f

fB

(2.20)

dengan :

Bp = bandwidth dalam persen (%)

Br = bandwidth rasio

fc = frekuensi tengah (Hz)

fu = jangkauan frekuensi atas (Hz)

fl = 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) :

1

1VSWR

(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.

15

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

16

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

17

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

18

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

19

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)

20

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 :

Uc = Ac sin (Wc + 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) / frekuensi 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

21

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

22

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.

23

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.

24

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.

25

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..

26

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.

27

3.3 Flowchart

Gambar 3.3 Flowchart

28

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

29

29

LAMPIRAN

Rencana Kegiatan Penyusunan Laporan Akhir (Time Schedule).

No Uraian Minggu Ke -

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

I Studi Literature

II Pengumpulan Data

III Pembelian Alat

IV Merancang Alat

V Merangkai Alat

VI Setting Alat

VII 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 Komponen Biaya Satuan Harga satuan Jumlah Rp

1 Pemancar FM Stereo

15-20 Watt 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

7

Lain-lain

(Konektor, Kabel

Koaksial, dll)

-

Rp 170.000,00 Rp 170.000,00

Total Rp 2.000.000,00

30

30