MODUL PRAKTIKUM
DASAR TELEKOMUNIKASI
LABORATORIUM TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2011
Tata Tertib Praktikum 1. Mahasiswa yang diizinkan mengikuti praktikum adalah yang telah terdaftar dan memenuhi syarat yang ditentukan 2. Praktikum dilaksanakan sesuai dengan jadwal dan praktikan harus hadir 5 menit sebelum praktikum dimulai. Bagi praktikan yang tidak hadir pada waktu tersebut dianggap mengundurkan diri dari praktikum. Praktikan harus mengisi daftar hadir pada setiap pelaksanaan percobaan. 3. Praktikan harus membawa kertas milimeter blok dan wajib menyerahkan laporan pendahuluan sebagai syarat wajib mengikuti praktikum. 4. Praktikan harus mengikuti pretest yang dilaksanakan sebelum praktikum keseluruhan. 5. Praktikan harus mengikuti postest yang dilaksanakan setelah praktikum. 6. Penilaian praktikum didasarkan atas : a. pretest : 20 % b. postest : 15 % c. sikap : 15 % d. laporan : 30 % e. UAS : 20 % 7. Praktikan dilarang merokok, makan dan minum selama berada di dalam laboratorium. 8. Praktikan harus berpakaian rapih dan memakai sepatu, tidak diperkenankan memakai kaos oblong dan sandal. 9. Praktikan dilarang ribut selama berada di dalam laboratorium dan wajib menjaga kebersihan di dalam maupun di luar laboratorium. 10. Bagi yang melanggar akan mendapat sanksi dikeluarkan dari ruang laboratorium dan dianggap tidak mengikuti praktikum.
BandarLampung,November 2011 Ka. Lab. Teknik Telekomunikasi
Ageng Sadnowo R. S.T., M.T. NIP. 196902281998031003
Diagram Alir Pelaksanaan Dasar Telekomunikasi Mulai
Melakukan Pendaftaran
Lengkapi Persyaratan
Memenuhi Persyaratan ?
Mengikuti Praktikum
Mengikuti Pretest
Melakukan percobaan
Menulis Laporan Percobaan
Asistensi dengan asisten bersangkutan Acc ?
Selesai untuk seluruh percobaan Penjilidan seluruh laporan percobaan Pengumpulan Laporan
Selesai
Postest
Proses Pelaksanaan Praktikum Dasar Telekomunikasi 1. Mahasiswa wajib mendaftarkan diri dengan memenuhi persyaratan yang telah ditentukan. 2. Mengikuti pretest Praktikum Dasar Telekomunikasi dengan materi yang mencakup keseluruhan percobaan. Jadwal pelaksanaan pretest akan diumumkan kemudian. 3. Hasil dari pretest harus lebih dari atau sama dengan 60. Mahasiswa yang mendapatkan hasil pretest kurang dari 60, maka diwajibkan mengerjakan ulang seluruh soal-soal pretest dengan hasil tidak kurang dari 70. 4. Mahasiswa diwajibkan menulis laporan pendahuluan yang berisi : • Judul Percobaan • Tujuan Percobaan • Teori Dasar Percobaan • Alat yang digunakan dalam percobaan • Rangkaian Percobaan • Prosedur Percobaan 5. Mahasiswa yang telah melakukan Percobaan diwajibkan untuk melakukan Asistensi dengan asisten yang bersangkutan, sampai Laporan tersebut di acc oleh Asisten yang bersangkutan. Jika belum di acc maka tidak dapat melakukan penjilidan laporan secara keseluruhan. 6. Mahasiswa yang telah melakukan seluruh percobaan dan laporannya telah di acc oleh asisten maka di wajibkan untuk menjilid seluruh Laporan tersebut dengan sampul warna yang disesuaikan dengan warna sampul panduan praktikum. 7. Batas waktu pengumpulan laporan keseluruhan akan diumumkan kemudian. Kegiatan diatas seperti ditunjukan pada diagram alir yang dilampirkan pada lembaran berikutnya.
Catatan : Bagi yang tidak melakukan asistensi untuk setiap percobaan tidak dapat mengumpulkan laporan akhir.
Format Laporan Praktikum 1. Laporan ditulis pada kertas putih ukuran A4 2. Margin untuk penulisan laporan adalah : Batas Kiri 4 cm, Batas kanan 3 cm , batas atas 4 cm dan batas bawah 3 cm
4 cm
3 cm 4 cm
3 cm
3. Bila ada grafik dari data-data percobaan, penggambaran dilakukan pada kertas grafik (millimeter Block). 4. Sampul untuk penjilidan keseluruhan di sesuaikan dengan sampul panduan praktikum. 5. Pada halaman muka masing – masing percobaan di berikan sampul berwarna sesuai dengan panduan percobaan yang berisi : nama , NPM, Kelompok, Logo Unila, Tahun dan tulisan lainnya yang dianggap perlu. 6. Pada sampul muka dituliskan minimal kata : •
Laboratorium TeknikTelekomunikasi
•
Jurusan Teknik Elektro
•
Universitas Lampung
•
Tahun
•
Nama
•
NPM
•
kelompok
•
Logo Unila
DAFTAR ISI
1. Pengukuran Daya dan Karakteristik filter …………………………. I-1
2. Modulasi Amplitudo …………………………………………….
II-1
3. Modulasi Sudut …………………………………………………. III-1
4. Modulasi digital …………………………………………………… IV-1
5. Pengukuran Saluran Dua Kawat………………………………
V-1
PRAKTIKUM DASAR TELEKOMUNIKASI
PERCOBAAN I
PENGUKURAN DAYA DAN KARAKTERISTIK FILTER
I. II.
PENGUKURAN DAYA DAN KARAKTERISTIK FILTER Tujuan Tujuan dari praktikum ini adalah: a. Mahasiswa mengetahui satuan-satuan yang biasa digunakan dalam telekomunikasi b. Mahasiswa mengetahui cara perhitungan daya dan dapat mengkonversikannya ke bentuk desibel c. Mahasiswa mengetahui macam-macam filter d. Mahasiswa mengetahui karakteristik tiap filter
III.
Teori Singkat
Bentuk RMS phasor digunakan untuk menggambarkan gelombang yang merambat melalui jalur transmisi. Untuk gelombang yang merambat pada arah z positif, persamaan gelombangnya adalah Ex = E0+e-γz dimana γ = α +jβ = konstanta propagasi kompleks Bagian nyata dari konstanta propagasi complex, α, disebut konstanta pelemahan dan mempunyai unit Neper per unit panjang. Bagian imajiner, β, disebut konstanta sudut dan mempunyai unit radian per unit panjang. Pelemahan dari sinyal elektrik yang disebabkan oleh kabel coaxial dapat dengan mudah ditentukan dengan menggunakan pengukuran daya desibel. α (dB) = Pout (dBm)-Pin (dBm)=Pout (dBm) – Pref (dBm) Persamaan diatas menunjukkan bahwa sumber sinyal dan detector daya adalah jaringan yang ‘matched’. Jika sinyal menunjukkan perubahan pada media propagasi, sebagian energi akan dikirimkan melewati titik ini dan yang lainnya akan dipantulkan ke sumbernya. Perubahan berarti pada media transmisi adalah konektor, titik kerusakan kabel atau perubahan tipe kabel. Oleh karena itu, daya yang dicapai detector tidak hanya dipengaruhi karakteristik pelemahan kabel tetapi juga mismatches antara sumber sinyal dan detector. Pengukuran Daya Desibel adalah unit yang menerangkan rasio yang merupakan fungsi logaritma berbasis 10. Daya (pada percobaan ini) akan diukur dalam bentuk desibel (dB). dB = 10 log 10 Pmeas/Pref dimana Pmeas adalah daya yang diukur dan Pref adalah daya yang dibandingkan Pengukuran desibel mencakup pengukuran penguatan daya, atau dengan kata lain, peningkatan daya Pmeas dibandingkan dengan Pref. Sebagai contoh perbandingan antara daya referensi 10 watt dengan daya terukur 20 watt akan menghasilkan penguatan 3 dB. dB = 10 log 10 Pmeas/Pref = 10 log 10 20/10 =3,01 dB Sebagai pembandingnya, daya terukur 5 watt dan daya referensi 10 watt akan menghasilkan penguatan –3 dB. dB = 10 log 10 Pmeas/Pref = 10 log 10 5/10 = -3,01 dB
Sehingga, nilai dB positif mengacu pada Pmeas > Pref, sedangkan dB negatif mengacu pada Pmeas < Pref. Catat bahwa desibel yang diterangkan diatas digunakan untuk pengukuran penguatan daya, tapi selain itu dapat juga digunakan untuk menentukan loss atau pelemahan. Penguatan dB negatif berhubungan dengan loss dB positif. dBm Kadang daya dihubungkan juga dengan bentuk dBm. dBm adalah nilai desibel yang direferensi oleh daya 1 miliwatt. dBm=10 log 10 Pmeas/1mW Sebagai contoh 12 dBm mengacu pada 16 mW Pmeas. 12 dBm = 10 log 10 Pmeas/1mW Pmeas = 1mW.10 12/10 = 15,84 = 16 mW Filter Menyaring sinyal dalam telekomunikasi sangat diperlukan untuk mendapatkan sinyal yang diinginkan dari banyak sinyal yang dikirimkan dan untuk mengurangi efek dari noise dan interferensi. Filter elektrik mengandung komponen resistor dan kapasitor, resistor dan inductor atau gabungan ketiganya dengan menyertakan sekurangnya satu komponen reaktif. Setiap sistem komunikasi mempunyai satu atau lebih filter dengan tujuan untuk memisahkan sinyal informasi dengan sinyal yang tidak diinginkan seperti interferensi, noise, dan distorsi perangkat. Filter ideal mempunyai karakteristik tidak mengandung distorsi transmisi ketika melewati satu atau lebih band frekuensi tertentu dan respon 0 pada semua frekuensi. Banyak aplikasi dalam telekomunikasi membutuhkan filter dengan pengenalan terhadap karakteristik frekuensi yang baik. Salah satu jenis filter adalah filter aktif. Filter aktif mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan filter pasif seperti ukurannya yang lebih kecil, ringan dan lebih murah dan fleksibilitas dalam disainnya. Filter diklasifikasikan dengan melihat bentuk respon amplitudo-frekuensinya yang umum menjadi low pass filter (LPF), high pass filter (HPF), band pass filter (BPF), dan band stop filter. Nama filter tersebut diberikan berdasarkan bentuk amplitudo dari fungsi transfer filter. Fungsi transfer filter dihitung berdasarkan perbandingan antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan (bisa juga arus) dari masukan sinusoidal. Low pass filter akan melewatkan frekuensi dari nol sampai frekuensi cut offnya. Idealnya respon frekuensi akan langsung jatuh ke nol setelah frekuensi cut off, tapi pada kenyataannya ada daerah transisi sampai nilai tertentu sebelum mencapai nol. Untuk high pass filter, filter ini tidak akan melewatkan frekuensi dari nol sampai daerah transisi, antara fl sampai fc. Sedangkan band pass filter akan melewatkan frekuensi yang dibatasi dua frekuensi cut off. Frekuensi yang dilewatkan berada pada daerah antara fc1 dan fc2. Dari nol ke fc1 respon frekuensi akan distop, begitu juga dengan frekuensi diatas fc2, tetapi dalam prakteknya selalu ada daerah transisi antara fs dan fc. Dan untuk band stop filter, juga mempunyai dua frekuensi cut off. Tetapi kebalikan dari band pass filter, filter ini justru tidak melewatkan frekuensi yang berada antara fc1 dan fc2. Untuk jelasnya, karakteristik keempat filter dapat dilihat pada gambar. Fungsi transfer dari ideal Band pass filter adalah H(f)=Ke-jωtd f l < f < fu 0 lainnya
parameter fl dan fu adalah lower dan upper frekuensi cutoff. Band width dari filter adalah B = fu – fl. Sehingga pada low pass filter didefinisikan fl = 0 sehingga B = fu , sedangkan untuk highpass filter fl > 0 dan fu = ∝.. Tetapi secara fisik filter diatas tidak mungkin dibuat. Sedangkan untuk filter sesungguhnya, untuk band pass filter akan dibandingkan dengan kondisi idealnya, didapatkan H(f) yang relatif lebar (tapi tidak konstan) dan stop band yang cukup kecil (tapi tidak nol). Titik akhir band yang dilewatkan atau cut off nya didefinisikan dengan H(f) =1/√2 =1/ H(f) max = K/√2 f = fl , fu 2 Jadi H(f) jatuh tidak lebih rendah dari K2/2 untuk fl ≤ f ≤ fu. Bandwidth B = fu – fl disebut juga setengah daya atau bandwidth 3 dB.
IV.
Peralatan Peralatan yang dibutuhkan : 1 buah power supply dc 1 buah proto board resistor 10 kΩ, 1 kΩ Ω kapasitor 4,7 nF kabel 1 buah multimeter
bridging plug 1 modul sender 20 kHz 1 osiloskop
V.
Rangkaian Percobaan
Filter LPF
Power Suppl y
R
Functio n Generat or
Osiloskop C
Filter HPF
Power Suppl y
C
Functio n Generat or
Osiloskop R
Filter HPF
Power Suppl y
A
Pengukuran daya
Power Suppl y
VI.
Sender Transmitter USB
Functio n Generat or
Functio n Generat or
Filter
Osiloskop
A Osiloskop
Prosedur percobaan a. membuat rangkaian filter seperti pada gambar untuk low pass filter, bandpass filter dan highpass filter b. ukur tegangan dan arus input yang mengalir dan juga tegangan dan arus output c. naikkan frekuensi input dan catat perubahan pada tegangan dan arus output d. gambarkan kurva karakteristik masing-masing filter berdasarkan data yang di dapat. Hitung pula nilai pelemahan atau penguatan yang terjadi pada masingmasing filter.
Frekuensi
Vin
Tabel karakteristik LPF dan HPF Vout Iin Iout
Pin
Pout
100 Hz 500 Hz 1 kHz 1,5 kHz 2 kHz 2,5 kHz 3 kHz 3,1 kHz 3,2 kHz 3,3 kHz 3,4 kHz 3,5 kHz 3,6 kHz 3,7 kHz 3,7 kHz 3,8 kHz 3,9 kHz 4 kHz 5 kHz 6 kHz 7 kHz 8 kHz 9 kHz 10 kHz 15 kHz 20 kHz 25 kHz 30 kHz
Frekuensi 15 kHz 16 kHz 17 kHz 18 kHz 18,5 kHz 19 kHz 19,5 kHz 20 kHz 20,5 kHz 21 kHz 21,5 kHz 22 kHz 22,5 kHz 23 kHz 23,5 kHz
Vin
Tabel karakteristik BPF Vout Frekuensi 24 kHz 24,5 kHz 25 kHz 25,5 kHz 26 kHz 26,5 kHz 27 kHz 27,5 kHz 28 kHz 28,5 kHz 29 kHz 29,5 kHz 30 kHz 40 kHz 50 kHz
Vin
Vout
VII.
Data
VIII.
Analisis Hasil Percobaan
IX.
Kesimpulan
PRAKTIKUM DASAR TELEKOMUNIKASI
PERCOBAAN II
AMPLITUDO MODULASI
I. II.
MODULASI AMPLITUDO Tujuan Percobaan • • • • • •
Memahami prinsip modulasi. Memahami prinsip modulasi amplitudo. Memahami Prinsip kerja demodulasi. Memahami dan mengetahui collector modulation. Memahami dan mengetahui half wave demodulator. Memahami dan mengetahui full have demodulator.
III. Teori Dasar Sistem komunikasi adalah sistem yang digunakan untuk menyampaikan atau mentransmisikan informasi secara teratur dari sumber pada satu titik ke tujuan pada titik yang lain. Jika sinyal informasi yang dihasilkan oleh sumber berupa sinyal non elektrik (sinyal informasi asli), akan dimasukkan ke dalam transduser masukan pada pemancar yang digunakan untuk mengubah sinyal tersebut menjadi sinyal informasi elektrik sehingga dapat ditransmisikan melalui kanal komunikasi. Pada transduser keluaran di sisi penerima akan mengubah kembali sinyal informasi elektrik menjadi sinyal informasi asli. Sistem komunikasi terdiri dari tiga komponen, sebagai berikut : 1. Pemancar (Transmitter) ; berfungsi untuk mengubah sinyal informasi masukan menjadi bentuk sinyal yang sesuai agar dapat dtransmisikan melalui kanal atau media transmisi. Dikenal sebagai proses modulasi yaitu proses dimana prameter gelombang pembawa diubah sesuai dengan sinyal pemodulasi. Modulasi diperlukan agar gelombang termodulasi sesuai dengan karakteristik kanal atau media transmisi. 2. kanal atau Media Transmisi ; merupakan peralatan fisik yang menghubungkan atara keluaran pemancar dan masukan penerima. 3. Penerima (Receiver) ; akan mengubah sinyal yang diterima dari kanal transmisi menjadi sinyal informasi asli. Proses tersebut dikenal sebagai proses demodulasi atau deteksi. Analogi Modulasi Transmisi sinyal informasi (dalam bentuk analog dan digital) melalui kanal komunikasi band pass (contoh : saluran telepon, satelit) membutuhkan range frekuensi yang sesuai untuk ditransmiskan dan di sisi penerima akan dikembalikan ke range frekuensi asli. Contoh : Pada sistem radio yang beroperasi pada frekuensi 30 kHz, dimana sinyal informasi dengan range frekuensi audio, sehingga terjadi beberapa bentuk pergeseran lebar pita frekuensi pada sistem. Pergeseran range frekuensi pada sinyal dapat diatasi menggunakan modulasi yang didefinisikan sebagai proses dimana karakteristik gelombang pembawa akan berubah sesuai dengan bentuk gelombang sinyal pemodulasi. Sinyal informasi dinyatakan sebagai sinyal termodulasi. Pada sisi penerima, sinyal informasi asli akan kembali dihasilkan melalui proses demodulasi atau deteksi yang merupakan kebalikan dari proses modulasi. Memodulasi berarti mengatur atau menyetel, dan dalam telekomunikasi tepatnya berarti menumpangkan sinyal informasi asli terhadap gelombang pembawa dengan mengatur parameter gelombang pembawa yang mempunyai frekuensi tinggi. Keperluan akan modulasi timbul dalam transmisi radio dari sinyal-sinyal informasi frekuensi rendah (sinyal audio). Transmisi akan efisien jika dimensi antena sama dengan panjang gelombang sinyal yang sedang ditransmisikan. Hubungan antara frekuensi (f) dan panjang gelombang (λ) dalam transmisi radio : f.λ=c (2.1)
dimana : c = 3 x 108 m / detik ; kecepatan kecep cahaya di ruang bebas. Untuk sinyal informasi dengan frekuensi rendah = 1000 Hz, akan diperoleh besarnya panjang gelombang adalah 300 km (188 mil). Jelas bahwa tidak mungkin untuk membuat antena dengan ukuran ini. Masalah ini diatasi dengan menggunakan menggunakan sinyal frekuensi rendah untuk memodulasi sinyal frekuensi tinggi yang dinamakan gelombang pembawa (carrier wave) yang kemudian dipancarkan. Gelombang pembawa berbentuk sinusoidal dan dapat dinyatakan sebagai : c(t) = Ac cos (2π (2 fc t + φc ) (2.2) Parameter-parameter parameter dari gelombang tersebut yang dapt dimodulasi adalah : 1. Amplitudo, Ac untuk modulasi amplitudo 2. Frekuensi, fc atau ωc = 2π fc untuk modulasi frekuensi 3. Phasa, φc untuk modulasi fasa. Modulasi AM Dalam modulasi amplitudo, fasa dari persamaan (2.2) bernilai nol ( φc = 0), sehingga gelombang pembawa sinusoidal c(t) dapat dinyatakan : c(t) = Ac cos (2π fc t ) (2.3.) dimana : Ac adalah amplitudo gelombang pembawa fc adalah frekuensi gelombang pembawa Modulasi Amplitudo (AM) M) adalah proses dimana amplitudo gelombang pembawa c(t) akan berubah-ubah ubah mengikuti bentuk sinyal pemodulasi m(t). Contoh dari amplitude modulation: modulation
Jika gelombang pemodulasi m(t) terdiri dari single tone atau komponen frekuensi berikut ; m(t) = Am cos (2 πfmt) (2.4) dimana : Am adalah amplitude gelombang pemodulasi fm adalah frekuensi Gelombang AM adapat dilukiskan oleh : s(t) = Ac [1+ + µ cos (2 πf mt)]cos (2π πfct) (2.5) dimana : µ = ka Am (2.6) faktor µ adalah factor modulasi atau indeks modulasi Bentuk gelombang sebuah sinyal dimodulasi amplitudo dapat dilihat pada gambar 1
Gambar 1. sinyal AM
Puncak-puncak puncak dari siklus pembawa dapat dihubungkan sehingga membentuk gelombang selubung (envelope wave), yang diberikan oleh Aenv = Ac maks + m(t) (2.7) Sinyal AM dalam diagram vektor dapat dilihat pada gambar 2
Gambar 2. Diagram Vektor Sinyal AM Spektrum Sinyal AM Bentuk gelombang menurut waktu dari suatu sinyal dapat direpresentasikan oleh serangkaian serang gelombang-gelombang gelombang sinus dan kosinus, representasi semacam ini dinamakan spektrum dari sinyal itu. Spektrum dari gelombang sinusoida adalah hanya suatu garis lurus dengan tinggi V maks dan ditempatkan pada f tertentu di sumbu frekuensi. Hasil kali dari cosinus pada persamaan (2.5) merupakan penjumlahan dua gelombang sinuaoidal dengan frekuensi fc + fm dan fc - fm , sehingga : s (t) = Ac cos (2 πfct) fct) + ½ µ Ac cos [ 2 π (fc + fm )t] + ½ µ Ac cos [2 π (fc – fm)t] Spektrum dari gelombang AM dengan sinyal pemodulasi sinusoidal, terdiri dari fungsi delta pada ± fc , fc ± fm dan - fc ± fm diperlihatkan pada gambar 3:
Gambar 3. Spektrum Sinyal AM Dari spektrum terlihat bahwa disamping osilasi carier dengan frekuensi fc , juga terdapat 2 osilasi frekuensi fc – fm yang sering disebut Lower side band (LSB) dan fc + fm yang disebut Upper side band (USB). (USB) Kedua side band ini sangat penting untuk menentukan banwidth dari suatu sinyal. AM Demodulation Proses deteksi atau demodulasi dilakukan untuk memperoleh kembali sinyal informasi dari gelombang termodulasi. Terdapat dua alat yang digunakan untuk deteksi gelombang AM , yaitu detektor square law dan detekstor selubung DSB Pada modulasi amplitudo, gelombang pembawa c(t) tidak tergantung dari sinyal informasi m(t), ini berarti pada saat pentransmisian gelombang pembawa terjadi pemborosan daya. Sehingga dalam modulasi amplitudo hanya setengah dari total daya yang ditransmisikan dipengaruhi oleh m(t). Contoh ntoh sinyal terdiri dari suatu jalur frekuensi misalnya antara 300 – 3400 Hz, maka spektrum frekuensi yang timbul adalah fc, fc + 300 Hz sampai dengan fc + 3400 Hz serta fc – 300 Hz sampai dengan fc – 3400 Hz seperti terlihat pada gambar 4
Gambar 4. Sinyal Sinyal DSB;Vektor Diagram; Spektrum Modulasi semacam ini disebut Double Side Band (DSB). Dengan menggunakan peralatan tambahan yang disebut balanced modulator , komponen pembawa dari gelombang termodulasi (fc) dapat ditekan sehingga hanya menghasilkan dua side band disebut Double Side Band Supressed Carier (DSBSC) SSB Pada kasus lain, setengah dari bandwidth transmisi berada pada upper side band (USB) dan yang lainnya berada pada lower side band (LSB). Jika hanya satu side band yang ditransmisikan, maka modulasi yang ditawarkan adalah modulasi Single Side Band (SSB).
Gambar 5. Sinyal SSB Demodulasi suatu sinyal SSB dapat dilakukan dengan menggunakan deteksi koherent, dimana gelombang SSB s(t) bersama-sama bersama sama dengan pembawa yang dibangkitkan osilator lokal, cos (2 πfct) fct) dimasukkan ke dalam modulator pengali dan kemudian dimasukkan ke LPF. RING MODULATOR Modulator Ring sering disebut modulator lattice atau modulator double balance, seperti gambar 6, berikut :
Gambar 6. Ring Modulator Terdapat empat buah dioda berbentuk ring. Dioda akan dikendalikan oleh gelombang pembawa segi empat c(t) pada frekuensi fc, dimana digunakan dua transformator CT.
Asumsikan dioda dalam keadaan ideal dan trasnformator balance. Jika tegangan gelombang pembawa positif, maka dioda luar akan di-on-kan di kan dengan impedansi nol dan dioda dalam didi off-kan kan dengan impedansi tak terbatas sehingga modulator akan mengalikan sinyal informasi i m(t) dengan +1. Jika tegangan gelombang pembawa negatif, maka keadaan akan sebaliknya dan modulator akan mengalikan sinyal informasi m(t) dengan -1. Fungsinya dijelaskan dalam gambar 7
Gambar 7. Trafo Diferensial ; Karakteristik dinamik; spektrum spektrum Ring modulator Carrier Recovery Carier recovery diperlihatkan pada CF receiver dengan menggunakan rangkaian PLL. Rangkaian PLL adalah loop kontrol yang berfungsi untuk mencocokan frekuensi dan fasa dari osilator ke osilasi referensi.
gambar 8. rangkaian PLL keterangan : 1. phase detector PD 2. Loop filter LF
3. VCO
Diasumsikan bahwa sinyal input S1(t) disuplai dengan frekuensi f1 ke detektor phasa. Pada output dari detektor fasa, tegan egangan AC dihasilkan dimana nilai frekuensi adalah perbedaan F2 – f1. tegangan AC sekarang sekarang disuplai ke input dari VCO melalui filter LOOP. VCO akan merespon tegangan AC pada inputnya dengan perubahan pada frekuensi yang berhubungan. Pada da gilirannya VCO akan merubah frekuensi yang dideteksi oleh detektor phasa. PLL mengunci ke frekuensi dari sinyal input. PLL akan mengkoreksi VCO sampai dengan frekuensi input dan Frekuensi VCO akan mempunyai waktu yang sama. Tegangan VΦ disuplay ke VCO O yang bebas dari interferensi komponen AC ( Vf ) melalui loop filter. Hubungan selanjutnya yang terjadi antar tegangan komtrol Vf dan frekuensi VCO : fVCO = Kf . Vf IV. Alat yang digunakan 1. Panel DL 2500 2. Stabilized power supply 3. Oscilloscope double trace 4. Kabel penghubung
V. Rangkaian Percobaan •
Rangkaian Modulasi Dasar
Gambar 9 •
Rangkaian Collector Modulator
Gambar 10 •
Rangkaian Half Wave Demodulator
Gambar 11
•
Rangkaian Full Wave Demodulator
Gambar 12 VI. Prosedur Percobaan Modulasi Dasar • Set rangkaian sesuai dengan gambar 9. • Hubungkan output function generator ke input modulator. • Hubungkan probe 1 dari osiloskop ke anoda dari dioda V1 • Hidupkan Power Supply. • Kurangi amplitude minimum dari sinyal modulasi. • Atur carrier generator hingga amplitudo sekitar 5 V peak to peak • Atur osiloskop sampai mendapatkan gambar yang jelas dan stabil • Hubungkan katoda dari V1 dioda ke terminal masukan dari filter (kapasitor C1) Colector Modulator • Set rangkaian sesuai dengan gambar 10. • Hubungkan output function generator ke input modulator. • Hidupkan Function generator dan input modulator. • Atur generator sinyal modulasi, dengan menggerakkan tombol frekuensi pembawa generator, frekuensi resonansi dari filter kolektor dengan cara sedemikian hingga sinyal pada oscilloscope maksimum. • Gambarkan grafik tegangan pada output dari modulator kolektor dinyatakan dalam dB sebagai fungsi dari frekuensi (sumbu horizontal frekuensi lulus dalam skala logaritmik Half Wave Demodulator • menghubungkan panel DL 2500 pada Sumber Tegangan. • menghubungkan generator sinyal pembawa dan sinyal modulasi pada input masing Vc dan Vm pada modulator dasar. • Hubungkan antara katoda dari dioda dan capasitor C1 dan hubungan antara VAM output dari modulator sendiri dan masukan dari demodulator setengah gelombang. • Set rangkaian sesuai dengan gambar 11. • Hubungkan probe 1 dari osiloskop ke terminal VAM ke output modulator. • mencari tuning antara frekuensi pembawa dan frekuensi resonansi dari filter output melalui tombol frekuensi generator pembawa. • mencari kombinasi yang lebih baik dari amplitudo pembawa dan sinyal modulasi, pada tujuan untuk memiliki yang jelas dan gambar tidak terdistorsi di layer.
•
sekarang menghubungkan probe 2 dari osiloskop pada ujung r1 potensiometer dari demodulator setelah melakukan koneksi antara kedua dioda V1 dan demodulator.
Full Wave Demodulator • menghubungkan panel daya ke modulasi carrier dan generator • Set rangkaian sesuai dengan gambar 12 • menghubungkan probe 1 dari osiloskop ke terminal Vam pada output modulator. • Atur tuning antara frekuensi pembawa dan frekuensi resonansi dari filter output pada modulator kolektor. • mencari kombinasi yang lebih baik dari sinyal amplitudo pembawa dan sinyal modulasi untuk tujuan memiliki gambar jelas pada layar osiloskop. • menghubungkan probe 2 osiloskop ke terminal demodulator. • memverifikasi bahwa gelombang yang akan muncul di layar pada saluran 2 (waktu azis ms 0,5 / div) untuk pengembangan dari sinyal termodulasi yang ditampilkan pada chanel 1. VII. Data VIII. Analisis Hasil Percobaan IX. Kesimpulan
PRAKTIKUM DASAR TELEKOMUNIKASI
PERCOBAAN III MODULASI SUDUT
I.
MODULASI SUDUT
II.
Tujuan Percobaan • Mahasiswa dapat memahami prinsip modulasi phasa • Mahasiswa dapat memahami bentuk gelombang keluaran modulator phasa • Mahasiswa dapat memahami karakteristik gelombang modulasi phasa • Mahasiswa dapat memahami prinsip modulasi frekuensi • Mahasiswa dapat memahami bentuk gelombang keluaran modulator frekuensi • Mahasiswa dapat memahami karakteristik gelombang modulasi frekuensi
III. Teori Dasar Percobaan Modulasi berarti mengatur atau menyetel, dan dalam telekomunikasi istilah ini berarti mengatur suatu parameter dari sinyal sinyal carrier (sinyal pembawa) frekuensi tinggi dengan sinyal informasi frekuensi rendah. Sinyal informasi dapat ditransmisikan dengan terlebih dahulu dimodulasi satu atau lebih parameter karakteristik sinyal carrier (sinyal pembawa). Parameter tersebut adalah ada Amplitudo,, frekuensi dan phasa. Modulasi sudut terdiri dari • Modulasi Frekuensi • Modulasi phasa Sinyal carrier (sinyal pembawa) dapat direpresentasikan secara matematis Vc(t) = Vc cos Φ = Vc cos (ωt ( + θ) Modulasi sudut dilakukan dengan memvariasikan memvar besaran Φ sebagai fungsi informasi. • Pada saat memvariasikan (merubah-ubah) (merubah parameter ω , maka modulasi tersebut adalah modulasi frekuensi • Pada saat memvariasikan (merubah-ubah) (merubah parameter θ,, maka modulasi tersebut adalah modulasi phasa Modulasi phasa dan modulasi frekunsi sangatlah mirip dan pada berbagai kondisi seringkali beriringan . Pemilihan jenis modulasi (frekuensi atau phasa) untuk aplikasi di dalam telekomunikasi berdasarkan metode penerimaan yang diperlukan. Pada kenyataannya, pembangkitan dan pemrosesan modulasi phasa atau frekuensi suatu sinyal, sama pentingnya. Modulasi Frekuensi Modulasi frekuensi merupakan bentuk modulasi dimana kerapatan frekuensi sinyal pembawa berubah-ubah ubah sebanding dengan amplitudo sinyal informasi.
Nilai pulsa dan frekuensi sesaat sinyal carrier adalah ω = ωct + Kf Vm cos ωmt 2πf = 2πfc + Kf Vm cos ωmt Kf Vm cos ωmt f = fc + 2π f = fc + ∆f cos ωmt Kf = Konstanta karakteristik modulator ∆f = Deviasi frekuensi fc = Frekuensi Carrier Vm = Amplitudo modulasi maksimum f=FrekuensiFMsesaat
Deviasi maksimum dari persamaan tersebut akan terjadi pada saat bentuk sinusoidal (kosinus) bernilai 1. Pada kondisi tersebut, frekuensi sesaat akan berbentuk : f = fc + ∆f untuk memperoleh sudut phasa dari sinyal modulasi digunakan persamaan Φ = ∫ ω dt Φ=
∫ (ω
c
+ K f Vm . cos .ω mt ) dt
maka diperoleh persamaan matematis untuk sinyal modulasi frekuensi Vm (t) = Vc cos Φ VfM (t) = Vc cos (2π fc + m sin 2π ft) Jika gelombang sinyal informasi pada puncak positif, frekuensi gelombang pembawa menjadi maksimum, dan jika amplitudo gelombang sinyal informasi pada puncak negatif, frekuensi gelombang pembawa menjadi minimum Frekuensi gelombang carrier diubah sesuai dengan amplitudo gelombang, sinyal informasi disebut deviasi frekuensi. Side band Side band FM, upper side band ( f0 + f) dan lower side band (f0 – f) dihasilkan dari pusat frekuensi gelombang pembawa. Bila gelombang pembawa dimodulasi oleh gelombang informasi yang berfrekuensi tetap, dihasilkan gelombang side band lebar dengan selang waktu sama dengan frekuensi gelombang sinyal informasi sehingga sideband FM jauh lebih besar dibanding AM Daerah dinamis Dalam pemancar FM, modulasi lebih dari 100% (dengan frekuensi deviasi maksimum 75 KHz) kapasitas suara yang besar dapat dilakukan, tanpa menyebabkan cacat, sehingga tidak perlu menjaga faktor modulasi dibawah 100% Jangkauan frekuensi Dalam pemancar FM, diperlukan daerah frekuensi yang lebar sehingga digunakan gelombang yang sangat tinggi (UHF) batas frekuensi FM yang normal adalah 88 – 108 MHz, jarak antara dua sinyal yang berdekatan dalam FM paling sedikit 100 KHz akibatnya tidak akan terjadi gangguan yang menginterferensi meskipun respon frekuensinya datar sampai 15 KHz Noise pemancar FM jauh lebih besar dari noise AM karena digunakannya rangkaian preempasis dan de-empasis serta pembatas amplitude. Banyaknya side band gelombang FM berkurang sebanding dengan kenaikan frekuensi. Gelombang sinyal faktor modulasi juga berkurang sesuai dengan kenaikan frekuensi gelombang informasi. Perbandingan S/N dari gelombang FM biasanya berkurang dengan berkurangnya faktor modulasi dalam distribusi sinyal suara manusia atau suara musik dan komponen yang lebih tinggi dari 1 KHz menjadi lebih kecil Jika sinyal tersebut didemodulasi FM, penyimpangan menjadi lebih kecil dalam batas frekuensi tinggi dan gelombang sinyal informasi. Akibatnya, faktor modulasi lebih banyak berkurang hasilnya dan potensial untuk noise dan beat interference bertambah.
Untuk kompensasinya, faktor modulasi gelombang sinyal yang lebih dari 1 KHz dinaikan dalam pemancar, yang bertujuan untuk mencegah berkurangnya gelombang sinyal. Proses ini disebut “pre-empasis” Didalam receiver dilengkapi dengan rangkaian (de-emphasis) emphasis) untuk mengembalikan sinyal yang sudah dinaikan. Derajat (tinggi rendahnya) pre-empasis pre dan de-empasis empasis bergantung pada konstanta waktu. Pembatas amplitudo menghilangkan komponen AM dan memberikan gelombang FM dengan amplitudo yang tetap ke rangkaian detektor gelombang. Dalam pemancar FM gelombang VHF digunakan sebagai carrier karena diperlukan bandwidth yang luas. Akan tetapi, gelombang radio dalam band ini sulit untuk dipancarkan dengan jarak yang jauh. Akibatnya gelombang tersebut tersebut tidak bergeseran dengan yang lainnya dan memungkinkan pemancar yang mantap setiap saat. Spektrum FM Pengamatan mengenai spectrum sinyal FM dengan bereferensi pada gambar 5 adalah benar. • Amplitudo pada komponen-komponen komponen sisi merupakan fungsi fm • Fm menjadi enjadi sebanding, ketika amplitude modulasi meningkat/bertambah, ∆f dan mf meningkat, dan oleh karena itu spectrum termasuk sejumlah komponen besar terus bertambah. • Ampitudo modulasi menjadi sebanding ketika frekuensi modulasi (fm) meningkat, mf menurun dan an selanjutnya spectrum termasuk komponen-komponen komponen komponen yang semakin berkurang. • Sejumlah nilai mf disebut “Bessel’s Zeros”, pembawanya menghilang jika zero pertama untuk mf = 2.40. Untuk modulasi indeks yang lebih besar, carrier menjadi negative • Perbedaan antaraa garis adalah fm danamplitudo garis dikalkulasi seperti pada gambar diagram 4. Spektrum sinyal FM secara teoritis memiliki lebar tak terbatas, namun dalam prakteknya, komponen kecil amplitude < 1 % sinyal carrier tidak significant. Oleh karena itu Occupied band itu terbatas. Representasi lebar pita secara matematis: B = 2(∆f + fm) : f = Deviasi frekuensi maksimum Fm = Frekuensi modulasi maksimum
Varicap Modulator Dioda VARACTOR (variable reactor) adalah sebuah dioda sambungan (junction diode) pn yang kapasitansi pengosongannya berubah-ubah berubah ubah sesuai dengan bias reverse. Pada penalaan, dioda ini direpresentasikan dengan rangkaian equivalent yang mendekati dan terdiri dari ari kapasitansi pengosongan Cd yang terhubung seri dengan Rs yang merupakan resistansi dari bahan bagian-bagian bagian pn dan resistansi dari perkawatan . Suatu tegangan bias DC tertentu dikenakan pada dan ini mengatur nilai Cd kesuatu nilai tengah Cdo yang menentukan tukan frekuensi resonansi tanpa modulasi dari sebuah rangkaian tala dimana terdapat VARACTOR tersebut. Tegangan modulasi ditambahkan pada bias ini dan menyebabkan kapasitansinya berubahberubah ubah disekitar nilaiCdo dengan adanya modulasi, sehingga menyebabkan frekuensi f resonansi dari rangkaian LC berubah--ubah disekitar nilai tengahnya fo. Rangkaian LC tala tersebut dapat digunakan sebagai jaringan yang menentukan frekuensi dalam salah satu rangkaian-rangkaian rangkaian rangkaian osilator LC standar untuk memberikan modulasi frekuensi si lansung, atau rangkaian itu dapat juga digunakan sebagai sebuah reaktor tegangan berubah-ubah ubah untuk menggeser phasa sinyal dari suatu osilator yang tetap untuk memberikan modulasi phasa langsung. Varicap (Variable Capacitance) Varicap merupakan dioda dengan dengan kapasitansi hubungan bias reverse yang berfungsi dalam koneksi tegangan reverse. Berbeda dengan dioda umumnya, dioda varicap dibuat dengan karakteristik linier khusus. Pada fungsi hubungan kapasitansi dengan rangkaian tegangan reverse, varicap merupakan kan sebuah komponen semikonduktor yang bekerja baik pada frekuensi tinggi. Sebagai kapasitansi yang nilainya merupakan fungsi dari tegangan pada varicap.
Rangkaian terdiri dari transistor osilator (V2) yang disuplyoleh sisi primer tranformator TA paralel dengan kapasitor C3 dan kapasitansi equivalent (C2 dan V1). Rangkaian feedback memungkinkan transistor beroperasi sebagai osilator adalah susunan R3, R4 dan R5 merupakan rangkaian yang memungkinkan tegangan DC dapat terhubung melalui varicap (V1). Pada rangkaian ngkaian tersebut tegangan berubah secara perlahan adalah superposed berasal dari input Vm melalui kapasitor C1. Pada metode ini juga frekuensi osilator berubah mengikuti perubahan sinyal audio. Kerugian modulator jenis ini adalah deviasi frekuensi rendah. Keuntungan yang terjadi adalah kestabilan frekuensinya.Susunan V1 dan C2 merupakan capacitance parallel dihubungkan ke rangkaian resonansi terdiri dari C3 dan TA. V1 divariasikan dengan dihubungkan pada potensial bias , juga sesuai dengan variasi waktu sinyal sinyal bias. Frekuensi osilator juga dirubah sesuai dengan perubahan sinyal audio. Sinyal yang dibangkitkan oleh modulator (VAM) juga terdapat pada sisi sekunder transformator TA. Kemungkinan coupling dengan mengikuti stage melalui impedansi rendah kumparan transformator adalah berguna untuk memisahkan rangkaian operasi dari beban terhubung dengan berbagai kondisi beban. Varicap merupakan peralatan semikonduktor yang berhubungan dengan frekuensi tinggi, seperti kapasitor yang nilainya merupakan fungsi tegangan tegangan dihubungkan melalui varicap.
Phase Modulator Modulasi phasa diperoleh dengan memvariasikan (merubah) sudut phasa sinyal carrier sebagai fungsi dari informasi Persamaan matematis untuk sudut phasa θ V1 (t) = Vc cos (ωct + θ)
Persamaan matematis untuk sinyal modulasi Vm (t) = Vm sin ωmt Maka kita peroleh θ = θ0 + kp Vm sin ωmt θ = θ0∆θ sin ωmt Dimana : θ = sudut phasa sesaat sinyal modulasi θ0 =phasa sinyal carrier tanpa modulasi kp = konstanta karakteristik modulator ∆θ =Deviasi phasa deviasi maksimum akan terjadi pada saat bentuk sinusoidal bernilai 1. Pada kondisi tersebut sudut phasa sesat sinyal modulasi adalah: θ = θ0 + ∆θ Persamaan matematis untuk sinyal modulasi phasa Vm (t) = Vc cos Φ Vm (t) = Vc cos (ωct + kp Vm Sin ωmt) Vm (t) = Vc cos (2π fc t + ∆f Sin ωmt) ω = ωc + ∆θωm cos ωm t 2π f = 2π fm ∆θ fm cos ωm t f = fc + ∆θ fm cos ωm t
Spektrum dan side band pada modulasi phasa. Diagram modulasi untuk lebih jelasnya ditunjukan pada gambar 8
Operasi rangkaian adalah sebagai berikut Sinyal nonmodulasi frekuensi radio (carrier) dikirimkan melalui C2 dari rangkaian penerima ke gerbang transistor V1 dan pada waktu yang sama ke sebuah tepi C3 Arus yang mengalir melalui C3 digeser fasenya sekitar 900 seperti arus yang diharapkan pada rangkaian gerbang transisitor, arus pada rangkaian saluran adalah dalam fase yang
bertentangan melawan arus gerbang, selanjutnya hasil dari 2 komponen tersebut dalam kuadrat bergerak melalui muatan L1 L1 mewakili induktansi rangkaian yang ditala, fase sinyal voltase melaui saluran tergantung pada rangkaian yang ditala misalnya fase tersebut akan tergantung pada jumlah timbal balik pada dua arus dalam kuadarat Arus komponen pada rangkaian bisa bervariasi mengubah titik kerja transistor kenyataannya, seperti yang diketahui, transconductance dari komponen ini tergantung pada titik kerja. Kita ingat bahwa transconductance pada transistor didefinisikan sebagai rasio arus leading generator dalam rangkaian equivalen terhadap voltase input rangkaian Bias pada rangkaian gerbang transistor divariasikan dengan menghubungkan dengan sinyal modulasi ke terminal Vm oleh karena itu, sehubungan dengan pernyataan yang dijelaskan di atas, pengeluaran tegangan melalui L1 adalah dalam fase di modulasi mengikuti kebiasaan sinyal modulasi yang berkaitan. Catatan bahwa ; dari penjelasan yang lain, operasi modulator bisa dijelaskan sebagai berikut Muatan L1 yang ditala dieksitasi oleh arus C3 untuk muatan ini, sebuah arus dalam kuadrat pada intensitas yang bisa diperiksa, bisa dibagi (atau ditambah, sesuai fungsi referensi ) arus dalam kuadrat adalahsebanding terhadap satu-satunya yang bisa dibagi (atau ditambah) dengan sebuah komponen reaktif terhadap nilai variabel sesuai dengan sinyal modulasi, berhubungan pararel pada L1 Muatan yang ditala nampak, oleh karena itu sebagai yang tidak ditala pada tingkat sinyal modulasi titik kerja pada rangkaian bergerak sepanjang kurva berbentuk “bell” pada rangkaian yang ditunjuk dan perputaran phase variabel dihasilkan untuk sinyal voltase. Foster Seeley Discriminator Diagram foster seeley disciminator dapat dilihat pada gambar 11. Demi kesederhanaan grafik dan untuk membiarkan siswa berkonsenterasi hanya pada hal-hal penting rangkaian operasi, diagram tidak menunjukan sebuah rangkaian decoupling yang di bawa keluar dengan sebuah transistor sebelum demodulator. Tujuan dari decoupling ini adalah untuk membiarkan rangkaian dihubungkan dengan sumber sinyal modulasi FM yang berbeda tanpa mengubahkondisi operasi rangkaian. Rangkaian beroperasi dengan menggunakan pergantian phasa yang terjadi ketika sebuah sinyal non-resonating dihubungkaan dengan sebuah transformer yang ditala. Komponen-kompoen R1, C4 dan R2,C5 dikombinasikan dengan dioda V1 dan V2 menggantikan puncak rangklaian detector yang dalam prakteknya membiarkan modul untuk dideteksi. Pada sinyal-sinyal yang berhubungan dengan rangkaianrangkaian naik. Rangkaian primer dan rangkaian sekunder transformer TA ditala untuk frekuensi FM non modulasi dan mereka dihubungkan dengan kapasitor coupling C2. Dalam kondisi tersebut, tegangan sekunder E2 dapat dinyatakan dengan vector-vektor di luar phase seperti yang diinginkan E1 (tegangan primer) pada 900 leading. Pada kondisi ini, sesuai dengan simetry rangkaian modul-modul pada (vector E1 + vector E2) akan seimbang pada modul-modul (vektor E1 – vektor E2). Oleh karena itu keluaran audio akan nol. Ketika frekuensi berubah, transformer TA tampak ditala kembali (detuned). Selanjutnya fase E2 bervariasi sekitar E1 dan modulasi pada module-module (vector E1 + vector E2) dan (vektor E1 – vektor E2) tidak lagi seimbang. Pada kondisi tersebut, sebuah keluaran non-zero diperoleh dari detector
IV.
V.
Alat yang digunakan • 1 buah osiloskop • Panel DL 2501 • Power supply +15 V • 1 buah Function generator • Kabel secukupnya Rangkaian percobaan
Varicap Modulator
Fm Demodulator
Modulator Phasa
Foster Seeley Discriminator (Phase Demodulator)
VI.
Prosedur Percobaan
Varicap Modulator (FM Modulator) 1. Time Analysis • Hubungkan VM pada modulating signal generator ke VM pada varactor reactance modulator • Hubungkan terminal transformer TA paling bawah ke ground • Hubungkan ground modulating signal generator ke ground varactor reactance modulator • Hubungkan panel DL 2501 ke power suplly +15V + • Hidupkan power supply • Tampilkan bentuk gelombang keluaran VM & VFM varactor reactance modulator dengan menggunakan osiloskop • Gambarkan masing--masing masing keluaran tersebut menggunakan kertas grafik • Matikan power supply 2. Modulator linearity • Hubungkan output Function generator ke VM pada varactor reactance modulator • Set Function generator : Vp-p = 0 – 8 V, f = 500 HZ • Hubungkan panel DL 2501 ke power suplly +15V • Hidupkan power supply • Variasikan Vp-p dari 0 – 8 V • Ukur output dari VFM pada varactor reactance modulator • Gambarkan grafik dari data hasil percobaan • Matikan power supply FM Demodulator 1. Functional study • Hubungkan VM pada modulating signal generator ke VM pada varactor reactance modulator • Hubungkan output dari VFM pada varactor reactance modulator ke VFM pada basic FM detector • Hubungkan output terminal transformer TA paling bawah ke ground • Hubungkan ground modulating signal generator ke ground varactor reactance modulator dan ke ground basic FM detector • Hubungkan panel DL 2501 ke power suplly +15V
• •
Hidupkan power supply Tampilkan bentuk gelombang keluaran VM pada modulating signal generator dan Vd pada basic FM detector dengan menggunakan osiloskop • Gambarkan masing--masing masing keluaran tersebut dengan menggunakan kertas grafik • Matikan power supply 2. Output ut Voltage/input frequency characteristic • Hubungkan output Function generator ke input VFM pada basic FM detector • Set Function generator : Vp-p = 1 V, f = 500 - 900 KHZ • Hubungkan panel DL 2501 ke power suplly +15V • Variasikan frekuensi Function generator dari 500 – 900 KHZ • Masukan data hasil percobaan ke dalam table • Gambarkan grafik data hasil percobaan tersebut menggunakan kertas garafik • Matikan power supply
Modulasi Phasa • Siapkan sebuah function generator • Set function generator pada V = 0,5 v Vp-p F = 400 s/d 200 KHz • Siapkan modul percobaan Dl 2501 • Siapkan sebuah osiloscop • Buat rangkaian seperti pada gambar 17 • Hidupkan power supply • Masukan data hasil percobaan pada tabel • Matikan power supply Demodulasi Phasa (Foster Seley Discriminator) 1. Functional Study • Hubungkan input balanced modulator (foster seeley discriminator) ke output Varactor reactance modulator (varicap modulator) • Groundkan terminal transformer TA paling bawah • Hubungkan ground dari modulating signal generator, varactor reactance modulator dan blanced discriminator • Beri input panel DL 2501 dengan power supply +15 V • Hubungkan VM dari modulating signal generator ke VM varactor reactance modulator • Hidupkan power supply
•
Tampilkan bentuk gelombang pada VM pada modulating signal generator dan Vd pada balanced discriminator dengan menggunakan osiloskop • Gambarkan masing--masing masing tampilan tersebut dengan menggunakan kertas grafik • Matikan power supply 2. Output voltage/input grequncy characteristic • Hubungkan output function generato ke VFM pada balanced dicriminato icriminato • Set function generator VP-P = 0,5 V f = 400 – 200 hz • Beri input panel DL 2501 oleh power supply • Variasikan frekuensi function generator • Ukur tegangan output Vd pada Balanced discriminator • Masukan data hasil percobaan pada table • Matikan power supply
VII. Data VIII. Analisis Hasil Percobaan IX. Kesimpulan
PRAKTIKUM DASAR TELEKOMUNIKASI
PERCOBAAN IV
MODULASI DIGITAL
I.
MODULASI DIGITAL
II.
Tujuan Praktikum Mahasiswa mengerti mengenai: • Respon Partial dengan Pengkodean Duo Binary pada modulasi Digital • Kode NRZ dengan menambahkan Noise transmisi pada modulasi Digital • Respon Partial dengan Pengkodean Duo Binary dengan Penambahan Noise Transmisi pada modulasi Digital
III. Teori singkat a.
Shift Keying Informasi dapat dikirimkan secara murni dengan men-switch osilasi dari gelombang pembawa, on dan off. Proses men-switch gelombang pembawa disebut penguncian (keying). Pada teknik komunikasi elektrik, penguncian berarti modulasi pembawa harmonik dengan sinyal digital. Pembawa harmonik mempunyai bentuk: Sc (t ) = Ac cos(2πf ct + Φ c )
(1)
Dimana : Ac Fc Φc
: amplitudo : frekuensi : phase
Teknik penguncian mempunyai 3 tipe yaitu: ASK : Amplitude Shift Keying FSK : Frequency Shift Keying PSK : Phase Shift Keying Pada saat modulasi, sinyal digital yang merupakan biner harus ditransmisikan menggunakan pembawa harmonik. Dengan anggapan ini dapat diartikan bahwa : ASK : Perubahan antara 2 nilai amplitudo dari pembawa, sebagai contoh perubahan dari 0 ke A. FSK : Perubahan antara 2 frekuensi pembawa yang telah ditentukan f1 fan f2. PSK : Perubahan phase pembawa sebagai contoh dari Φ1 = 0° ke Φ2 = 180° b.
Encoding Pesan harus dalam betuk digital untuk ditransmisikan menggunakan shift keying. Sebenarnya, shift keying digunakan secara eksklusif untuk pesan tertulis, dimana konversi ke sinyal digital dilakukan dengan kode morse. Konversi yang dibutuhkan dari huruf ke kode morse tergatung bentuk encoding, yang ditampilkan secara manual. Bagaimanapun juga, encoding juga dapay ditampilkan dengan sinyal data tertentu atau sinyal keluaran dari PCM atau delta modulator. Pada kasus kode Morse, symbol (huruf atau angka) dapat mempunyai perbedaan jumlah elemen (dot atau dash). Sering terjadi symbol yang direpresentasikan dengan karakter Morse pendek seperti huruf e yang direpresentasikan hanya dengan satu titik. Karena mempunyai probabilitas yang tinggi bahwa huruf e hanya membawa sedikit informasi. Untuk mekaniknya, pemroses pesan otomatis lebih baik digunakan dengan karakter
yang mempunyai panjang yang sama. Setiap symbol untuk telegraf dimulai dan diakhiri dengan satu bit start dan stop. Diantaranya terdapat 5 bit yang tiap bitnya bit ditujukan untuk symbol encoding. Total dari 32 huruf yang berbeda dapat direpresentasikan menggunakan 5 bit. Karena dengan penggunaan ini tidak mencukupi untuk mereproduksi semua huruf, angka, tanda baca dan symbol, perintah men-switch men digunakan untuk mengubah bentuk huruf ke symbol dan angka yang direpresentasikan. Panjang dari unit informasi terpendek pada karakter dalam telegraf diatur sebagai Ts. Yang berbanding terbalik dengan vs: Vs = 1/Ts (unit bit/s = Baud) (2) Frekuensi titik dot di kombinasikan kombi dengan durasi unit : f dot = 1/2Ts (3) Frekuensi titikadalah frekuensi dasar dari osilasi gelombang kotak, dimana durasi pulsa sama dengan Ts. 1.
ASK (Amplitude Shift Keying) Pembangkitan gelombang AM dapat dilakukan dengan membangkitkan sinyal AM secara langsung tanpa harus membentuk sinyal base band.. Sehingga dalam kasus biner, generator harus mampu memformulasikan satu dari dua sinyal gelombang AM yang mungkin. Teknik ini lebih bih dikenal dengan ASK (Amplitude ( Shift Keying)) yang secara langsung menyiratkan arti sebuah terminology yang menggmabrkan suatu teknik modulasi digital. Pada ASK, amplitudo carrier di switch on dan off yang disinkronisasikan dengan sinyal modulasi. Elektronik onik switch digunakan untuk membangkitkan shift keying mempunyak efek modulasi. Setiap proses switching membanghitkan komponen spectral baru, yang tidak terdapat pada spectrum sinyal yang tidak di switch. Dengan asumsi sederhana bahwa ASK diswitch dengan dengan sinyal segiempat, sebuah spectrum dibangkitkan dengan garis carrier sebagai pusat simetris. Spektum dari fungsi segiempat terdaat pada kedua sisi dari garis carrier (pada posisi normal dan posisi kebalikan). Dengan begitu spectrum ASK dengan frekuensi si carrier fc yang mengandung prinsip tersebut digambarkan dalam bentuk
2.
FSK(Frequency Shift Keying) ASK mempunyai kelemahan dimana receiver tidak dapat menentukan antara line break atau kesalahan pengiriman dan keadaan biner 0 pada transmisi. FSK menutupi kelemahan ini karena informasi mengandung frekuensi diskrit f1 dan f2. FSK bisa dikatakan bentuk khusus dari modulasi frekuensi. Sehingga hal ini memungkinkan untuk membangkitkan FSK menggunakan sinyal VCO. Switching terjadi antara 2 kristal osilator untuk memastikan kestabilan frekuensi. Seperti ASK, terjadi juga perbedaan pada saat penggambaran antara keying ying dengan filter dan tanpa filter (“soft” dan “hard” keying). Pembangunan kualitatif dapat diterangkan menggunakan kasus modulasi khusus dengan sinyal segiempat. Untuk itu diganti operasi modulasi FSK dengan 2 frekuensi f1 dan f2 dengan operasi modulasi 2 ASK secara simultan. Salah satunya akan membangkitkan frekuensi carrier f1 dan lainnya akan membangkitkan frekuensi carrier f2. Perubahan terjadi antara dua modulator ASK. Hasilnya spectrum total yang terdiri dari superposisi dari 2 spektra ASK dengan carrier f1 dan f2. Seperti FM, FSK adalah bentuk non-linear non linear dari modulasi. Oleh karena itu spectrum FSK tidak
bias secara langsung ditentukan dari spectrum sinyal input. FSK digunakan antara lain untuk transmisi data digital lewat telepon net.
3.
PSK (Phase Shift Keying) Pada PSK, infoemasi terdiri atas sudut phasa carrier. Hal ini secara tiba-tiba tiba mengubah hubungan ubungan dengan clock pulsa dari sinyal data. Keuntungan dari PSK dalam hubungannya dengan FSK (deteksi kesalahan kanal transmisi), juga baik baik untuk menangkal interferensi tinggi. Sebagai hasilnya bentuk shift keying ini menjadi penting dalam transmisi data. Alasannya dapat dilihat dari bentuk spektrumnya. Kita biasa menggunakan sinyal PSK pada shift keying 180° . Pada shift keying 180° 180 polaritas as carrier dibalik pada 0 terhadap sinyal modulasi. Hubungannya mirip dengan seperti yang ada pada DSB-Amsc, DSB Amsc, yang dibangkitkan pada ring modulator. Karena AM membentuk modulasi linear, hokum superposisi digunakan. Berdasarkan pengetahuan tentang spectrum DSB-Amsc, D Amsc, selama modulasi dengan sinyal harmonik yang diikuti dengan spectrum untuk modulasi dengan sinyal nonnon harmonik. Sehingga PSK bisa diartikan sebagai DSB-Amsc, DSB Amsc, dimana modulasi ditambilkan dengan sinyal segiempat. Untuk alasan ini, spectrum PSK memuat memuat sideband ari spectrum sinyal segiempat RF yang digeser ke posisi carrier. Pada PSK, daya sinyal ditempatkan pada sidebands yang menjadikannya mempunyai suseptibilitas rendah terhadap interferensi.
IV. Peralatan 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Panel DL 2560 B Panel DL 2561 (Sistem Transmisi ASK) Panel DL 2562 (Sistem Transmisi FSK) Panel DL 2563 (Sistem Transmisi PSK) Stabilized power supply Oscilloscope double trace
V.
Rangkaian Percobaan
1. Modulasi ASK a. Sistem ASK Respon Partial dengan Pengkodean Duo Binary
b. Sistem ASK Kode NRZ dengan menambahkan Noise transmisi
c. Sistem ASK Respon Partial dengan Pengkodean Duo Binary dengan Penambahan Noise Transmisi
2. Modulasi FSK a. Sistem FSK Respon Partial dengan Pengkodean Duo Binary
b. Sistem FSK Kode NRZ dengan penambahan Noise Transmisi
3. Modulasi PSK a. Sistem PSK dengan Kode NRZ
b. Sistem PSK dengan Pengkodean Respon Partial
VI. Prosedur percobaan Modulasi ASK a. Sistem ASK Respon Partial dengan Pengkodean Duo Binary 1. Merangkai rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Mengatur RATE CK sampai 2400 Hz dan WORD LENGTH pada 24-1. 3. Menghubungkan osiloskop, eksternal trigger, untuk (1), CH1 pada DATA (2), CH2 ke output dari encoder pra-duo-biner (3). Periksa bentuk gelombang diamati dan kemudian jelaskan setiap aspek itu. 4. Kunci regenerator clock dengan mengoperasikan ADJ f sampai selesai penyambungan pada peralatan sinyal clock. 5. Sesuaikan fase dari jam regenerasi untuk nilai menengah. 6. Pindahkan CH1 ke terminal (4), pindahkan CH2 ke terminal (3). Sesuaikan TITIK KEPUTUSAN memiliki tegangan ambang H dengan nilai tengah antara 0 sampai High Level dari sinyal yang diterima 7. Pindahkan CH1 ke terminal (5). Pastikan bahwa tegangan ambang L pada nilai intermediate antara 0 dan Low Level dari sinyal yang diterima. 8. Pindahkan CH1 ke output dari decoder (6), pindahkan CH2 pada masukan (3). 9. Sesuaikan fase dari pembaharuan kotak clock dengan tombol PHASE dan jika diperlukan, frekuensi dari ini satu dan threshold H dan L untuk membuat sinyal decode muncul. 10. Pindahkan CH2 pada sinyal dari generator (2) dan membandingkan (sinyal yang dihasilkan dan decode sinyal) yang muncul di layar. 11. Survei keterlambatan fase yang lewat di antara dua sinyal. Ulangi pengamatan dengan tingkat clock yang lebih tinggi. b. Sistem ASK Kode NRZ dengan menambahkan Noise transmisi 1. Merangkai rangkaian seperti pada Gbr.9. antara terminal transmisi (4) dan penerima (6) dengan media transmisi sebagai perantara. 2. Mengatur Tingkat CK sampai 2400 Hz dan panjang kata 24 -1. 3. Mengatur CH1 dari osiloskop untuk output dari generator kebisingan (5). Atur level pada sekitar 25% 4. Mengatur CH1 dari terminal penerima (7). Mengatur osiloskop di external synchronism dengan clock generator (3). Menampilkan eye pattern. Studi variasi bentuk clock dinilai meningkat sampai 38,400 Hz dan dengan perbedaan level noise aditif
5. Atur level noise generator hingga level minimum, level output sampai 100% dan clock rate sampai 2400 Hz. Mengoperasikan kontrol dari generator clock, sehingga mengunci sinyal yang diterima. Retouch kontrol hingga memperoleh sinyal terdekode (8) identik dengan sinyal asli yang ditransmisikan (2) 6. Mengoperasikan kontrol DELAY dari Equalizer DIGITAL DELAY dari panel DL2560B sehingga SAMA Led equalizer sinyal switching. Verifikasi dengan oscillloscope jejak ganda bahwa sinyal (8) dan (9) bertepatan. 7. Mengatur selector measurement base hingga 104 dan memilih PANJANG KATA 28 -1 bit. 8. Tekan MULAI. Survei tampilan yang menunjukkan jumlah error bit 104. 9. Membentuk program pengukuran dengan waktu yang tersedia, dengan mendeteksi BIT ERROR RATE untuk kecepatan transmisi yang berbeda (clock rate) dan untuk posisi level kebisingan yang berbeda. 10. Tuliskan hasil dalam grafik menunjukkan BER sebagai fungsi dari posisi yang berbeda dari tombol level kebisingan tingkat output yang sama (untuk ex. 75%) 11. Ukur nilai RMS menggunakan voltmeter, Hitung rasio S / N dan tunjukkan laporan indikasi ini pada sumbu horisontal grafik yang sama berdasarkan hasil pengukuran.
c. Sistem ASK Respon Partial dengan Pengkodean Duo Binary dengan Penambahan Noise Transmisi 1. Hubungkan rangkaian seperti gambar. Media transmisi menghubungkan terminal transmitter (4) dengan receiver (6). Perhatikan bahwa sementara dalam kasus NRZ yang dihasilkan hanya REFERENSI potensiometer tingkat treshold digunakan untuk membedakan tingkat TINGGI dari yang RENDAH sinyal, sekarang potensiometer menghasilkan dua level saling tergantung ("pelacakan"), yang positif satu dan yang lain negatif , amplitudo sama. Level ini, yang dapat diukur pada terminal H dan L, yang digunakan sebagai treshold keputusan untuk membedakan sinyal yang diterima tingkat TINGGI dari ZERO dan ZERO dari tingkat RENDAH. Setiap posisi dari LEVEL OUTPUT potensiometer diubah (= setiap kali atenuasi media transmisi bervariasi) posisi tresholds keputusan harus Retouched, untuk memiliki hasil operasi yang sangat baik. 2. Amati eye pattern dari sinyal yang diterima, melanjutkan seperti dalam kasus sebelumnya. Perbedaannya terletak pada kenyataan sekarang juga garis nol simetris dan ditampilkan dalam pola mata. 3. Lakukan pengukuran probabilitas kesalahan, mulai dari clock rate rendah dan
noise minimum, semakin meningkat satu dan lain 4. Kumpulkan hasil dalam bentuk grafis.
Modulasi FSK b. Sistem FSK Respon Partial dengan Pengkodean Duo Binary 1. Merangkai rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar. 2. Atur Rate CK sampai 2400 Hz dan WORD LENGTH pada 24-1. 3. Menghubungkan osiloskop, eksternal trigger, untuk (1), CH1 pada DATA (2), CH2 ke output dari encoder pre-duo-biner (3). Periksa bentuk gelombang diamati dan kemudian jelaskan setiap aspek itu.
4. Kunci regenerator clock dengan mengoperasikan ADJ f sampai selesai penyambungan pada peralatan sinyal clock. 5. Atur fase dari clock regenerasi untuk nilai menengah. 6. Pindahkan CH1 ke terminal (4), pindahkan CH2 ke terminal (3). Sesuaikan TITIK KEPUTUSAN memiliki tegangan ambang H dengan nilai tengah antara 0 sampai High Level dari sinyal yang diterima 7. Pindahkan CH1 ke terminal (5). Pastikan bahwa tegangan ambang L pada nilai tengah antara 0 dan level rendah dari sinyal yang diterima. 8. Pindahkan CH1 ke output dari decoder (6), pindahkan CH2 pada masukan (3). 9. Sesuaikan fase dari clock regenerated dengan tombol PHASE dan jika diperlukan, frekuensi dari ini satu dan tresholds H dan L untuk membuat sinyal decode muncul. 10. Pindahkan CH2 pada sinyal dari generator (2) dan membandingkan (sinyal yang dihasilkan dan decode sinyal) yang muncul di layar. 11. Survei keterlambatan fase yang lewat di antara dua sinyal. Ulangi pengamatan dengan tingkat clock yang lebih tinggi. c. Sistem FSK Kode NRZ dengan penambahan Noise Transmisi 1. Merangkai rangkaian seperti pada Gambar. antara terminal transmitter (4) dan receiver (6) dihubungkan dengan media transmisi. 2. Mengatur Rate CK sampai 2400 Hz dan panjang kata 24 -1. 3. Mengatur CH1 dari osiloskop untuk output dari generator kebisingan (5). Sesuaikan tingkat kedua pada sekitar 25% 4. Mengatur CH1 dari terminal penerima (7). Mengatur osiloskop di external synchronism dengan clock generator (3). Menampilkan pola mata. Studi variasi bentuk clock dinilai meningkat sampai 38,400 Hz dan dengan berbagai tingkat noise aditif. 5. Mengatur level noise generator ke level minimum, level output sampai 100% dan clock rate sampai 2400 Hz. Mengoperasikan kontrol dari generator clock sudah terlihat, sehingga untuk mengunci sinyal yang diterima. Retouch kontrol sehingga diperoleh sinyal didecode (8) identik dengan sinyal asli yang ditransmisikan (2) 6. Mengoperasikan kontrol DELAY dari Equalizer DIGITAL DELAY dari panel DL2560 B sehingga SAMA Led equalizer sinyal switching. Verifikasi dengan oscillloscope sinyal (8) dan (9) bertepatan. 7. Mengatur selector pengukuran dasar untuk 104 dan memilih PANJANG KATA 28-1 bit. 8. Tekan start. Tunggu switching off dari LED, yang menunjukkan completion dari siklus pengukuran. Survei indikasi tampilan yang melaporkan jumlah bit yang ditemukan salah pada 104. 9. Lakukan pengukuran dengan waktu yang tersedia, dengan mendeteksi BIT ERROR RATE untuk kecepatan transmisi yang berbeda (clock rate) dan untuk posisi yang berbeda dari tombol level noise dan pelemahan global. 10. Catat hasil dalam grafik menunjukkan BER sebagai fungsi dari posisi yang berbeda dari tombol penyesuaian tingkat kebisingan tingkat output yang sama (untuk ex. 75%) 11. Ukur nilai RMS menggunakan Voltmeter untuk ukuran yang tersedia tegangan kebisingan di titik pengukuran yang dipilih, menghitung rasio S / N dan Catat indikasi ini pada sumbu horisontal grafik yang sama yang mengumpulkan hasil pengukuran. Modulasi PSK a. Sistem PSK dengan Kode NRZ
1. Merangkai rangkaian seperti pada gambar Secara substansial, sinyal clock dan data yang dihasilkan oleh DL 2560 B dibawa ke input dari bagian transmisi DL 2563, data dikodekan dan dibawa ke input modulator. 2. Mengatur CK RATE pada 2400 Hz, WORD LENGTH di 24-1, Oscilloscope dalam external trigger pada (1). 3. Amati pada osiloskop dan gambarkan karakteristik dari sinyal berikut: pembawa (2), data (3), clock (4). Sesuaikan time base osiloskop sehingga untuk menampilkan pada layar data sequence (15 clock periode ) Pengoperasian dan Performance Modulator 4. Hubungkan CH1 ke input modulator pembawa (2) dan CH2 ke output dari modulator (6). Trigger ke CH1. Dengan skala waktu yang tepat, tampilan berbentuk dua gelombang. Output (6) muncul sebagai sinyal yang disusun oleh dua gelombang sinus yang dilapiskan. Tentukan pergeseran fasa antara dua dan jelaskan setiap aspek yang diamati. Penerimaan Carrier Regenerator 5. Sirkuit ini terdiri dari sebuah osilator yang memiliki frekuensi bebas sangat dekat dengan pembawa satu (307,2 kHz), dikendalikan dalam sinyal yang diterima. Indikator LOCK menunjukkan pengukuran benar. (Indikasi adalah acak, yaitu tidak berlaku jika koneksi (2) dan (6) yang kurang atau mereka yang salah). Pindah CH2 untuk output regenerator dan memverifikasi gelombang dari output regenerasi. Koheren demodulator 6. Menghubungkan osiloskop ke output (7) demodulator dan mempelajari performance untuk posisi yang berbeda dari tombol fase pembawa demodulation (FASE) dan untuk rate clock yang berbeda. Penerimaan Clock Regenerator 7. Rangkaian detektor kunci beroperasi dengan cara yang benar dan karena itu switch lampu menyala, maka perlu bahwa sinyal clock transmisi dibawa ke bagian transmisi panel (4), bahkan dari sinyal clock transmisi tidak benar-benar diperlukan untuk operasi dari encoder NRZ. Siapkan clock regenerator dengan menghubungkannya seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Putar tombol f adj sampai beralih stabil led yang menunjukkan kunci dari regenerator ke data yang dikirimkan. Hubungkan CH2 dari osiloskop sinyal dengan duty cycle sekitar 50%. Retouch, jika perlu, kunci dari PLL. NRZ decoder 8. Langkah ini CH1 dari oscilosscope ke terminal input dari decoder (7) dan CH2 ke terminal REF, yang adalah mungkin untuk mengukur tegangan referensi yang digunakan untuk threshold keputusan tingkat logika dalam decoder. Sesuaikan potensiometer yang sesuai sedemikian rupa sehingga tingkat ambang batas menengah antara tingkat minimum dan maksimum dari sinyal pada terminal masukan (7). Pindahkan CH1 dari osiloskop ke terminal input data dari pemancar (3) dan CH2 ke output dari decoder NRZ (11). Beroperasi, jika perlu fase clock referensi potensiometer dan dari frekuensi bebas PLL (f ADJ) sedemikian rupa untuk menampilkan urutan data diterjemahkan. Bandingkan dengan hati-hati urutan ini dengan yang ditransmisikan, dengan mengamati penundaan fase yang lewat di antara keduanya.
b. Sistem PSK dengan Pengkodean Respon Partial 1. Merangkai rangkaian pada gambar 2. Mengatur RATE CK sampai 2400 Hz dan PANJANG KATA sampai 24 -1. 3. Hubungkan Oscilloscope, dalam triger eksternal, untuk (1), CH1 DATA DI (2), CH2 ke output dari encoder pra-duo-biner (3).Periksa gelombang diamati dan menjelaskan setiap aspek itu. 4. Kunci clock regenerator dengan mengoperasikan adj f sampai beralih lengkap peralatan LOCK sinyal. 5. Sesuaikan fase dari clock regenerasi untuk nilai menengah. 6. Pindahkan CH1 ke terminal (4), meninggalkan CH2 ke terminal (3). Sesuaikan DECISION POINT memiliki tegangan ambang H dengan nilai tengah antara 0 dan tingkat tinggi dari sinyal yang diterima. 7. Pindahkan CH1 ke terminal (5). Pastikan bahwa tegangan ambang L pada nilai tengah antara 0 dan tingkat rendah dari sinyal yang diterima. 8. Pindahkan CH1 ke output dari decoder (6), meninggalkan CH2 pada masukan (3). 9. Sesuaikan fase clock regenerasi,nilai threshold H dan L sehingga untuk membuat sinyal decode 10. Pindahkan CH2 dengan sinyal dari generator (2) dan membandingkan sinyal yang dihasilkan dan sinyal yang didecodekan yang muncul di layar. 11. Survei keterlambatan fase yang lewat di antara dua sinyal. VII. Data VIII. Analisis Hasil Percobaan IX. Kesimpulan
PRAKTIKUM DASAR TELEKOMUNIKASI
PERCOBAAN V PENGUKURAN SALURAN DUA KAWAT
I.
PENGUKURAN SALURAN DUA KAWAT
II.
Tujuan Percobaan • Mahasiswa dapat memahami desain saluran transmisi 2 kawat • Mahasiswa dapat menentukan impedansi karakteristik sebagai fungsi dari frekuensi • Mahasiswa dapat menentukan saluran yang paling baik untuk transmisi suara jarak jauh • Mahasiswa dapat memahami karakteristik pelemahan pada masing-masing model saluran
III. Teori Singkat Pembicaraan telepon selalu merupakan suatu saluran transmisi dua arah. Bila transmisi dua arah ini menggunakan sepasang kawat yang sama, maka ini disebut saluran dua kawat. Definisi yang lebih tepat adalah bila suatu pembicaraan telepon dua arah yang berlawanan melalui kanal elektrik transmisi yang sama, maka disebut operasi dua kawat. Pesawat telepon pada umumnya disambungkan ke sentral telepon dengan menggunakan saluran dua kawat. Pada system komunikasi radio, suatu pembicaraan dari dua arah yang berlawanan memerlukan kanal transmisi yang terpisah (menggunakan pembagian waktu yang sesuai). Dengan demikian kita memiliki dua kawat untuk saluran pengirim dan dua kawat untuk saluran penerima. Gambar 1.1 memperlihatkan daerah persilangan dari saluran dua kawat sebagai distribusi medan saluran.
Gambar 1.1 Daerah Persilangan Saluran dua kawat Respon Frekuensi saluran dua kawat Pada percobaan ini, akan dibahas karakteristik dari saluran dua kawat. Pengamatan dilakukan berdasarkan respon frekuensi saluran ini. Untuk alasan tertentu maka kita akan menggunakan pemodelan pada percobaan ini. Rangkaian dua kawat, juga berlaku sebagai saluran Lecher atau pasangan kabel terpilin (twisted pair) yang mempunyai saluran terpisah antara transmit dan receivernya. Kabel ini mampu untuk mentransmisikan sinyal pada rangkum tegangan DC (f=0 Hz) hingga frekuensi tertentu tergangtung dari konstruksi kawat saluran. Hal ini juga selalu menampilkan karakteristik low pass. Desain Saluran Dua Kawat Kabel tembaga umumnya dilapisi plastic. Pada kawat komunikasi sedikitnya ada dua kawat yang diisolasi akan disatukan dan dilapisi oleh pelapis kabel. Distorsi yang terjadi pada medan saluran disebabkan oleh bahan isolasi yang kurang bagus. Pada saluran dengan lapisan kawat terbuka akan menimbulkan celah udara (approx. x = 250 mm) antara saluran “go” dan “return”. Lihat gambar 1.1. selama saluran “go” dan “return” mempunyai kapasitansi yang sama dengan pentanahannya, maka saluran ini dalam kondisi seimbang (balanced lines), berlawanan dengan saluran koaksial dimana konduktor inner dan outer menghasilkan kapasitansi yang berbeda. Saluran dua kawat yang didesain terbungkus dengan lapisan plastic utamanya digunakan pada jaringan-jaringan telepon.
Rangkaian Equivalent saluran transmisi Diagram rangkaian ekuivalen untuk saluran dua kawat dengan panjang dx ditunjukkkan pada gambar 1.2. Rangkaian ekuivalen adalah jaringan pasif dan terdiri dari kumpulan elemen R(resistansi), G(konduktansi), C(kapasitansi), dan L(induktansi). Bagaimanapun juga saluran pada kenyataannya terdiri dari kesatuan system yang terpisahpisah secara spasial. L'dx 2
R ' dx 4 C ' dx 2
G ' dx 2 R ' dx 4
C ' dx 2 L'dx 2
R ' dx 4 G ' dx 2 R ' dx 4
Gambar 1.2. Rangkaian ekivalen saluran dua kawat dengan panjang dx Pada system ini tidak mungkin untuk membedakan antara diskrit,resistensi dan induktansi diri. Sebagai akibatnya, slauran dengan panjang tertentu digambarkan dengan kuantitas per satuan panjang. Dari sini kita merata-ratakan banyak R’= R/l , G’ = G/l ,L’= L/l dan C’ = C/l tergantung dengan panjang l, dimana R,G,L,C merupakan nilai dari seluruh panjang. Sejumlah nilai kuantitas per satuan panjang yang tidak homogen diabaikan selama proses. Asumsinya kuantitas per satuan panjang R’,L’,C’, dan G’ mempunyai nilai yang sama dalam saluran yang sama. Pada table 1.1 diperlihatkan harga standar komponen saluran telepon dengan diameter kabel dari Φ = 0,4 mm sampai dengan Φ = 0,9 mm. Jarak antara kawat x ditentukan oleh ketebalan pelapis, pada umumnya untuk kawat yang memiliki Φ = 0,3 mm, jarak x sebesar 250 mm. Tabel 1.1. Parameter saluran pada saluran telepon standar Φ (mm) 0.4 0.6 0.8 0.9
G’ (µ µSkm-1) < 0.1 < 0.1 < 0.1 < 0.1
R’ (Ωkm-1) 264 120 67 56
L’ (µ µHkm-1) 720 700 700 640
C’ (µ µFkm-1) 40 37 37 35
Parameter-parameter pada saluran transmisi Dengan mengetahui nilai parameter-parameter saluran per satuan panjang, maka didapatkan parameter penting untuk perhitungan pada saluran transmisi. Sebagai contoh, dalam perhitungan impedansi karakteristik Zc dan konstanta propagasi γ adalah sebagai berikut : R ' + J ω L' (1) Z = C
γ =
G ' + Jω C
(R
'
'
)(
+ J ω L' R ' + J ω C
γ = α + jβ
'
)
(2)
Pada dasarnya impedansi karakteristik tergantung dengan variabel frekuensi. Kuantitas per satuan panjang adalah tidak konstan tetapi tergantung dari besar frekuensi. Terlihat pula, pada R’ dan L’ dipengaruhi efek skin. Hal sama terjadi pada attenuation α dan sudut phasa β. Secara umum Zc dan α akan tergantung nilai frekuensi. Pada table 2, dapat dilihat nilai impedansi karakteristik yang dihitung dengan menggunakan fungsi frekuensi pada saluran dua kawat. Fungsi atau persamaannya adalah :
Z
c
R
=
[G
2
+ (ω L ) 2
2
+ (ω C )
(3)
]
2
Catatan : untuk frekuensi yang sangat tinggi, f → ∞ impedansi karakteristik adalah real dan dapat diasumsikan menjadi : L (4) Z = '
c
C
'
Jika parameter saluran pada table 1 dimasukkan ke dalam persamaan (4), maka akan didapat : Tabel 1.2. Impedansi karakteristik untuk saluran frekuensi tinggi f → ∞ Communication cable Φ = 0.4 mm Φ = 0.6 mm Φ = 0.8 mm Φ = 0.9 mm Open wire line X = 250 mm, Φ = 3 mm
Zc (Ω) 134 138 138 135 609
Karakteristik Saluran Real Dalam teori saluran transmisi, frekuensi disederhanakan dan diabaikan. Asumsi ini digunakan untuk mempermudah perhitungan karakter saluran transmisi. Saluran real tidak diabaikan dan sinyal-sinyal dilemahkan, hal ini disebabkan efek : 1. Resistensi di dalam dan di luar konduktor 2. Rugi-rugi dielektrik
Transformasi Impedansi Saluran dapat juga berfungsi sebagai transformer. Sebagai contoh, sebuah impedansi Z2 secara normal ditransformasikan ke impedansi Z1 berdasarkan rasio 1/λ untuk teori rugirugi saluran, hubungan antara impedansi output Z2 dan impedansi input Z1 adalah : Z1 = Z w
Z Z
2
+ j tan( 2 β l )
(5)
w
1+ j
Z Z
2
tan( 2 β l )
w
Dengan bantuan transformasi impedansi sangat mungkin untuk menghitung impedansi karakteristik Zc saluran dari pengukuran arus masukan I1 dan tegangan keluaran U1 untuk open circuit ( Z2 = 0 ) dan short circuit ( Z2 = ∞ ) IV. ALAT DAN BAHAN • 2 Transmisi line model I • 1 Transmisi line model II • 1 Loading coil 2 x 80 mH • 2 STE resistor 300 Ω/ 2W, 1 % • 1 STE resistor 600 Ω/ 2W, 1 % • Bridging plug Alat-alat tambahan : • 2 Probe, 1:1 / 10:1 • 2 multimeter digital
• • • •
1 osiloskop 1 function generator 1 frequency counter 1 power supply
V. RANGKAIAN PERCOBAAN 5.1. Menentukan Karakteristik impedansi dengan mengukur short circuit dan open circuit
Gambar 1.4 5.2. Menentukan tanggapan transmisi dua saluran
Gambar 1.5 5.3. Cara Pengukuran untuk mengurangi pelemahan (attenuasi) pada saluran transmisi jarak jauh
Gambar 1.6
5.4. Tanggapan Transmisi pada saluran sub distribusi
Gambar 1.7 VI. Prosedur Percobaan 6.1. Menentukan Karakteristik impedansi dengan mengukur short circuit dan open circuit 1. Bentuk Rangkaian seperti pada gambar 1.4 2. Gunakan kawat dengan panjang l = 0,2 km dan diameter Φ = 0,4 mm dari saluran transmisi model II. Masukkan tegangan sinusoidal Vpp generator fungsi 4 V 3. Ukur nilai U1 dan UR pada saat rangkaian terbuka (Z2 = ∞) dengan memvariasikan frekuensi generator fungsi 4. Hitung nilai Z1,∞ dengan menggunakan rumus : Z 1,∞ = U 1 I 1 = U 1 U R .300Ω 5. Ukur nilai U1 dan UR pada saat rangkaian tertutup (Z2 = 0) dengan memvariasikan frekuensi generator fungsi 6. Hitung nilai Z1,∞ dengan menggunakan rumus : Z 1,∞ = U 1 I 1 = U 1 U R .300Ω 7. Hitung karakteristik impedansi Zc untuk setiap frekuensi dengan menggunakan rumus : Z c = Z 1,0 .Z 1,∞ 8. Hasil percobaan ditabelkan pada tabel 1.1.1 9. Ulangi percobaan diatas untuk model II, dengan l = 0,85 km dan Φ = 0,9 mm, tabelkan di tabel 1.1.2 10. Ulangi percobaan diatas untuk model I, dengan l = 0,5 km dan Φ = 0,4 mm, tabelkan di tabel 1.2.1 11. Hitung Perbandingan antara panjang saluran dan panjang gelombang λ, dimana : f .λ = vφ VΦ adalah kecepatan phase dari perjalanan gelombang pada saluran dua kawat. VΦ tergantung pada elektrik. Pada percobaan ini diasumsikan bahwa : 3. f .l VΦ = 2/3 c = 2. 108 m/s, maka : 1 λ= 2.c 12. Bandingkan ketiga hasil percobaan ini. Masukkan ke tabel 1.2.2 13. Plot karakteristik Zc = Zc (f) terhadap frekuensi dari masing-masing percobaan, dan 1/λ terhadap frekuensi dari ketiga percobaan.
Tabel 1.1.1 : Determining the characteristic impedance Zc from the measurement of the line input impedance Z1 for open circuit and short circuit line termination Line section : Wire diameter Line length f (Hz)
U1(mVrms)
Φ = 0.4 mm l = 0.2 km Z2 : open circuit UR(mVrms)
Z1,∞∞(Ω)
U1(mVrms)
Z2 : short circuit UR(mVrms)
Z1,0(Ω)
ZC(Ω)
100 200 300 400 500 600 800 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
Tabel 1.1.2 : Determining the characteristic impedance Zc from the measurement of the line input impedance Z1 for open circuit and short circuit line termination Line section : Wire diameter Line length f (Hz) 100 200 300 400 500 600 800 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
U1(mVrms)
Φ = 0.9 mm l = 0.85 km Z2 : open circuit UR(mVrms)
Z1,∞∞(Ω)
U1(mVrms)
Z2 : short circuit UR(mVrms)
Z1,0(Ω)
ZC(Ω)
Tabel 1.2.1 : Determining the characteristic impedance Zc from the measurement of the line input impedance Z1 for open circuit and short circuit line termination Line section : Wire diameter Line length f (Hz) 100 200 300 400 500 600 800 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
U1(mVrms)
Φ = 0.4 mm l = 5 km Z2 : open circuit UR(mVrms)
Z1,∞∞(Ω)
U1(mVrms)
Z2 : short circuit UR(mVrms)
Z1,0(Ω)
ZC(Ω)
Tabel 1.2.2 f (Hz) 100 200 300 400 500 600
l = 0.2 km
l/λ l = 0.85 km
l = 5 km
700 800 900 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
6.2. Menentukan tanggapan transmisi dua saluran 1. Bentuk rangkaian seperti gambar 1.5 2. Gunakan kawat dengan panjang l = 0,85 km dan diameter Φ = 0,9 mm dari saluran transmisi model II. Masukkan tegangan sinusoidal Vpp generator fungsi 4 V 3. Ukur nilai U1 dan UR pada saat rangkaian terbuka (Z2 = ∞) dengan memvariasikan frekuensi generator fungsi 4. Ukur nilai U1 dan U2 pada saat rangkaian tertutup (Z2 = 600Ω) dengan memvariasikan frekuensi generator fungsi 5. Hitung attenuation (pelemahan ) A dan log attenuation a saluran dengan menggunakan rumus : A = U1 / U2 ; a = 20 log A 6. Gambarkan grafik hasil percobaan diatas dalam f(Hz) terhadap A dan f(Hz) terhadap a(dB) 7. Ulangi percobaan diatas untuk model I, dengan l = 5 km dan Φ = 0,4 mm 8. Bandingkan kedua hasil percobaan ini Tabel 2.1.1 : Transmission response of the two wire line 300 U0
U1
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
U2
300 f (Hz) 100 200 300 400 500 600 800 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
Z2 : open circuit U2(mVrms) A
U1(mVrms)
a(dB)
U1(mVrms)
Z2 : termination 600 Ω U2(mVrms) A
a(dB)
Tabel 2.2.1: Transmission response of the two wire line 300 U0
U1
l = 5 km Φ = 0,4 mm
U2
300 f (Hz) 100 200 300 400 500
U1(mVrms)
Z2 : open circuit U2(mVrms) A
a(dB)
U1(mVrms)
Z2 : termination 600 Ω U2(mVrms) A
a(dB)
600 800 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
6.3. Cara Pengukuran untuk mengurangi pelemahan (attenuasi) pada saluran transmisi jarak jauh 1. Bentuk rangkaian seperti gambar 1.6 2. Masukkan tegangan sinusoidal Vpp generator fungsi 4 V 3. Ukur nilai U1 dan UR pada saat rangkaian terbuka (Z2 = ∞) dengan memvariasikan frekuensi generator fungsi 4. Ukur nilai U1 dan U2 pada saat rangkaian tertutup (Z2 = 600Ω) dengan memvariasikan frekuensi generator fungsi 5. Hitung attenuation (pelemahan ) A dan log attenuation a saluran dengan menggunakan rumus : A = U1 / U2 ; a = 20 log A 6. Gambarkan grafik hasil percobaan diatas dalam f(Hz) terhadap A dan f(Hz) terhadap a(dB) 7. Ulangi percobaan diatas , dan masukkan pada tabel 3.2.1 dan tabel 3.3.1 8. Bandingkan ketiga hasil percobaan ini Tabel 3.1.1 : Transmission response of the two wire line 300 U0
U1
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
l = 1,7 km Φ = 0,9 mm
U2
300 f (Hz) 100 200 300 400 500 600 800 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
Z2 : open circuit U2(mVrms) A
U1(mVrms)
a(dB)
U1(mVrms)
Z2 : termination 600 Ω U2(mVrms) A
a(dB)
Tabel 3.2.1 : Transmission response of the two wire line 40mH 300 U0
U1
40mH l = 1,7 km Φ = 0,9 mm
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
U2
300 40mH f (Hz) 100 200 300 400 500 600 800 1000
U1(mVrms)
Z2 : open circuit U2(mVrms) A
a(dB)
40mH U1(mVrms)
Z2 : termination 600 Ω U2(mVrms) A
a(dB)
2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
Tabel 3.3.1 : Transmission response of the two wire line 40mH 300 U0
U1
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
l = 1,7 km Φ = 0,9 mm
U2
300 40mH f (Hz) 100 200 300 400 500 600 800 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000
U1(mVrms)
Z2 : open circuit U2(mVrms) A
a(dB)
U1(mVrms)
Z2 : termination 600 Ω U2(mVrms) A
a(dB)
6.4. Tanggapan Transmisi pada saluran sub distribusi 1. Bentuk rangkaian seperti gambar 1.7 2. Masukkan tegangan sinusoidal Vpp generator fungsi 4 V 3. Ukur nilai U1 dan UR pada saat rangkaian terbuka (Z2 = ∞) dengan memvariasikan frekuensi generator fungsi 4. Ukur nilai U1 dan U2 pada saat rangkaian tertutup (Z2 = 600Ω) dengan memvariasikan frekuensi generator fungsi 5. Hitung attenuation (pelemahan ) A dan log attenuation a saluran dengan menggunakan rumus : A = U1 / U2 ; a = 20 log A 6. Gambarkan grafik hasil percobaan diatas dalam f(Hz) terhadap A dan f(Hz) terhadap a(dB) Tabel 4.1.1 : Transmission response of the two wire line 40mH 300 U0
U1
40mH l = 1,7 km Φ = 0,9 mm
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
l = 0,85 km Φ = 0,9 mm
U2
300 40mH f (Hz) 100 200 300 400 500 600 800 1000 2000 3000 4000 5000
U1(mVrms)
Z2 : open circuit U2(mVrms) A
40mH a(dB)
U1(mVrms)
Z2 : termination 600 Ω U2(mVrms) A
a(dB)
6000 8000 10000
VII. Data Hasil Percobaan VIII. Analisis Hasil Percobaan IX. Kesimpulan
