BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Penelitian Terdahulu
Penelitian terdahulu adalah penelitian yang mencoba membuat alat komunikasi bawah air dengan cara mengirimkan bit yang di tandai oleh nyala lampu yang berbasis gelombang ultrasonik, dalam Penelitian ini mengunakan alat hydrofon yang untuk di gunakan di udara di buat untuk di gunakan di dalam air karena harga alat yang di udara lebih murah dari pada yang untuk di dalam air, dalam penelitian ini alat dapat mengirimkan dan menerima dalam kedalaman 5 cm dari atas permukaan air.
2.2. LANDASAN TEORI
2.2.1. Radio Frekuensi
Radio Frekuensi (RF) mengarahkan kepada gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang yang biasa digunakan pada
radio
communication.
Gelombang
radio
diklasifikasikan menurut frekuensinya, yang diukur dalam Kilo Hertz, Mega Hertz, atau Giga Hertz. Radio Frekuency berkisar dari Very Low Frequency (VLF), yang besarnya antara 10 sampai 30 KHz, hingga Extremely High Frequency (EHF), yang
4
5
besarnya antara 30 sampai 300 GHz. Gelombang radio merambat pada frekuensi 100,000 Hz sampai 100,000,000,000 Hz, sementara gelombang audio merambat pada frekuensi 20 Hz sampai 20,000 Hz. Pada siaran radio, gelombang audio tidak ditransmisikan
langsung
melainkan
ditumpangkan
pada
gelombang radio yang akan merambat melalui ruang angkasa. Ada dua metode transmisi gelombang audio, yaitu melalui modulasi amplitudo (AM) dan modulasi frekuensi (FM). 2.2.2. Perambatan Gelombang Radio Frekuensi [1]
Propagasi Gelombang Radio. Merupakan proses
perambatan gelombang radio mulai saat dipancarkan dari pemancar radio hingga sampai pada penerima. Gelombang radio yang terpancar dari pemancar sampai dapat diterima pada stasiun penerima dapat melalui beberapa metoda atau cara. Metoda atau cara tersebut adalah : 1.
Terpantul balik oleh bumi (Ground Waves)
2.
Terpantul balik oleh lapisan ion atau ionosfir (Sky Waves)
3.
Secara Langsung (Line of Sight / Surface Wave)
6
1. Gelombang Bumi (Ground Wave) : Gelombang bumi merupakan gelombag radio yang perambatannya merupakan hasil pantulan oleh permukaan bumi. Gelombag ini beroperasi pada frekuensi sangat rendah atau VLF (Very Low Frequency) yaitu sekitar 100 KHz sampai dengan 300 kHz dengan jarak jangkauan hingga 1000 Km. Propagasi gelombang radio ini biasa digunakan
untuk
komunikasi
pantai.
Pemanfaatan
gelombang bumi dalam teknik komunikasi, kuat medan di stasiun penerima akan ditentukan oleh : 1.
Daya pancar dari pemancar
2.
Karakteristik antena pancar
3.
Frekuensi operasinya
4.
Pemantulan yang terjadi pada permukaan bumi
5.
Kondisi meteorologi (suhu, humiditas, cuaca, dll)
6.
Karakteristik dari medan penghantar
2. Gelombang Langit (Sky Waves) : Propagasi gelombang radio pada gelombang langit sangat dipengaruhi oleh kondisi atmosfir di atas permukaan bumi. Atmosfir di atas bumi terbagi dalam beberapa lapisan, yaitu ;
7
1. Troposfir
: adalah bagian atmosfir bumi yang
membentang dari permukaan bumi hingga ketinggian sekitar 11 Km. 2. Stratosfir : adalah atmosfir bumi yang berada di
ketinggian sekitar 11 Km s/d 50 Km. 3. Ionosfir : adalah lapisan atmosfir yang berada pada
ketinggian di atas 50 Km dari permukaan bumi. Pada lapisan ionosfir inilah terdapat gas-gas yang secara terusmenerus terkena sinar matahari dan membentuk lapisan ion yang dapat memantulkan gelombang radio.
Gambar 1.1 Perambatan Gelombang Radio Frekuensi
8
Keterangan ; 1.
Lapisan D : Berada pada ketinggian 50 – 100 Km. Kadar ionisasi pada lapisan ini tidak begitu padat dibandingkan lapisan yang lebih atas (Lapisan E, F1 dan F2). Lapisan D hanya ada pada siang hari dan intensitasnya tergantung oleh kedudukan matahari. Jika malam hari lapisan ion menjadi netral kembali (Hilang). Lapisan D dapat memantulkan gelombang dengan
frekuensi
sekitar
500
KHz.
Propagasi
gelombang radio pada frekuensi tinggi (HF) tidak dipantulkan oleh lapisan D tetapi justru kuat medan HF terganggu atau diperlemah oleh lapisan ini. Sehingga frekuensi tinggi (HF) lebih kuat diterima pada malam hari. Misal : Radio BBC (Inggris), ABC (Australia), VOA (Amerika Serikat), dll lebih kuat dan jelas diterima di malam hari. 2.
Lapisan E : Kadar ionisasi pada lapisan ini lebih padat dari lapisan D dan dapat memantulkan gelombang radio dengan frekuensi sekitar 20 MHz. Berada pada ketinggian antara 100 – 145 Km. Pada lapisan E, suatu sinyal dapat dibiaskan ataupun dapat diteruskan ke lapisan F (tergantung dari kekuatan frekuensi dan ketebalan lapisan E). Lapisan ini menebal pada siang hari dan akan menyusut (menipis) bahkan hilang pada malam hari. Sehingga pada malam
9
hari sinyal gelombang radio frekuensi HF dengan kekuatan tertentu dapat melewati lapisan ini dan menuju lapisan di atasnya (lapisan F). 3.
Lapisan F : Pada siang hari lapisan F terbagi dalam 2 lapisan, yaitu Lapisan F1 dan F2. Lapisan F1 berada pada ketinggian sekitar 200 Km dan F2 pada ketinggian sekitar 300 Km. Pada malam hari kedua lapisan ini melebur menjadi satu dengan ketinggian sekitar 275 Km. Pada lapisan ini ionisasi sangat padat dan tebal dan sangat potensial untuk memantulkan gelombang radio frekuensi tinggi (HF) mulai 3 MHz – 30 MHz. Biasanya dimanfaatkan untuk komunikasi gelombang radio AM. Pemanfaatan lapisan F sebagai pemantul gelombang sangat tergantung oleh lapisan D. Karena lapisan D ada pada siang hari dan hilang pada malam hari, maka propagasi gelombang radio pada Lapisan F akan membuka pada malam hari saja, biasanya dimulai menjelang malam sampai mulai fajar keesokan harinya.
3. Gelombang Ruang (Space Wave) : Gelombang ruang adalah gelombang yang tidak dipantulkan oleh lapisan ion atau ionosfir, melainkan dapat menembus dan tidak terpengaruh oleh adanya lapisan ionosfir. Gelombang ini termasuk VHF, UHF, dst,
10
yaitu gelombang dengan frekuensi mulai 30 MHz ke atas. Kegunaan dari propagasi gelombang radio ini diantaranya adalah untuk jalur frekuensi komunikasi Satelit dan Televisi. Karena tidak dapat terpantul oleh lapisan ion, maka gelombang pada televisi tidak dapat menjangkau jarak yang jauh sehingga membutuhkan stasiun-relay atau repeater. Penerimaan dapat diperoleh dengan baik jika berada pada garis pandang antara antena pancar dan penerima atau lebih umum dengan istilah LOS = Line Of Sight. 2.2.3 Keungulan dari radio FM [2]
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
11
karena dipancarkan secara LOS (Line Of Sight).
1. 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 sidebandsideband dalam sistem AM. Band siar FM terletak pada bagian VHF (Very High Frequency) dari spektrum frekuensi di mana tersedia bandwidth yang lebih lebar daripada gelombang dengan panjang medium (MW) pada band siar AM.
2. 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
perangkatnya saja.
masalah rancangan
12
3. 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.
4. 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.
13
5. Teori Modulasi Frekuensi (FM)
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 + qc)
Dalam modulasi amplitudo (AM) maka nilai 'Ac' akan berubahubah 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 berubahubah 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,
14
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
Gambar 1.2. Pre-Emphasis
15
Pre-emphasis dipakai dalam pesawat pemancar untuk mencegah pengaruh kecacatan pada sinyal terima. Karena iru komponen pre-emphasis ditempatkan 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.
6. 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:
FM exciter merubah sinyal audio menjadi frekuensi RF yang
16
sudah termodulasi Intermediate Power Amplifier (IPA) dibutuhkan pada beberapa pemancar untuk meningkatkan tingkat daya RF agar mampu menghandle final stage Power Amplifier di tingkat akhir menaikkan power dari sinyal sesuai yang dibutuhkan oleh sistem antena Catu daya (power supply) merubah input power dari sumber AC menjadi tegangan dan arus DC atau AC yang dibutuhkan oleh tiap subsistem Transmitter
Control
System
memonitor,
melindungi
dan
memberikan perintah bagi tiap subsistem sehingga dapat bekerja sama dan memberikan hasil yang diinginkan RF lowpass filter membatasi frekuensi yang tidak diingikan dari output pemancar 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.
17
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.
7. 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. 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.
18
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.
