ISI A. Sejarah Perkembangan Radio
Di sini ditekankan bahwa sejarah radio yang dimaksud adalah sejarah teknologi yang menghasilkan peralatan radio yang menggunakan gelombang radio. Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada tahun 1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society mengenai teori dinamika medan elektromagnetik berdasarkan hasil kerja penelitian yang dikerjakan antara 1861 dan 1865. Untuk pertama kalinya, Heinrich Rudolf Hertz membuktikan teori Maxwell yaitu antara 1886 dan 1888, melalui eksperimen. Dan dia berhasil membuktikan bahwa radiasi gelombang radio memiliki sifat-sifat gelombang (sekarang disebut gelombang Hertzian),
dan
diformulasikan
menemukan (dirumuskan)
bahwa ke
persamaan dalam
elektromagnetik persamaan
dapat
gelombang.
Setelah karya Hertz tersebut dikenal umum, Guglemo Marconi yang terkenal sebagai penemu telegraph tanpa kawat, mulai menggunakan ilmu pengetahuan itu untuk tujuan yang praktis. Marconi berumur 20 tahun ketika pada tahun 1984 membaca Experiment Hertz dalam majalah Italia. Setahun kemudian ia dapat menerima tanda-tanda tanpa kawat dalam jarak satu mil dari sumbernya, dan pada tahun 1896 jaraknya menjadi 8 mil. William Abig dalam bukunya “Modern Public Opinion” menjelaskan menjelaskan bahwa pada tahun 1901 cara-cara pengiriman tanda-tanda tanpa kawat itu oleh Marconi telah dapat dilakukan melintasi Samudra Atlantik. Awalnya sinyal pada siaran radio ditransmisikan melalui gelombang data yang kontinyu baik melalui modulasi amplitudo (AM), maupun modulasi frekuensi (FM). Metode pengiriman sinyal seperti ini disebut analog. Selanjutnya, seiring perkembangan teknologi ditemukanlah internet, dan sinyal digital yang kemudian mengubah cara transmisi sinyal radio.
B. Pemancar AM
Pemancar AM adalah suatu pemancar yang memanfaatkan teknik modulasi analog yaitu Amplitude Modulation (AM), untuk mentransmisikan sinyal informasi. Untuk pemancar AM ini berdaya agak besar, menggunakan penala ceramic resonator 3,587 mhz. Jarak jangkauan pemancar ini kira-kira 2-4 km. Prinsip kerja rangkaian ini adalah filter resonator/ceramic filter membangkitkan frekuensi sebesar nilai dari filter resonator tersebut. Frekuensi ini diperkuat oleh transisitor t1. Frekuensi ini bisa berubah sehingga diperlukan c7 sebagai pengatur/penempatan. Sinyal suara ditumpangkan lewat audio transformer. Frekuensi yang terbangkitkan oleh filter resonator dan t1 diumpankan ke penguat selanjutnya untuk diperkuat sehingga mencapai daya yang diinginkan untuk dilanjutkan ke antena. t2 sebagai bufer dan t3 sebagai final power amp. Pemancar AM biasanya menggunakan osilator hartley yang dimodifikasi agar nantinya akan menghasilkan frekuensi kerja. Pada daerah A merupakan pembatas tegangan agar transistor pada osilator tidak panas. Transistor panas karena menggunakan penguat kelas A. Akibat dari rangkaian pembatas tegangan maka output dari osilator kecil. Untuk mengatasi tegangan keluaran yang kecil, dipasang penguat 4 tingkat. Pada daerah B menggunakan penguat kelas A. Disini transistor akan sangat panas apabila tidak dipasang headsink/kipas. Pada daerah C menggunakan penguat kelas C karena dimaksudkan agar penguatan tinggi dan kerjanya minimal sehingga efesiensi tinggi dan output maksimal. Pada daerah D merupakan input informasi. Input informasi diletakkan setelah penguat terakhir agar sinyal informasi tidak terpotong pada daerah C.
Bagian-bagian pemancar AM : a. Sinyal input Sinyal input berupa sinyal listrik yang dihasilkan oleh alat-alat pengubah
mekanik
menjadi
getaran-getaran
listrik.
Alat
yang
menghasilkan sinyal ini antara lain mikrofon, piringan hitam, dan lainlainnya. Daya sinyal yang dikeluarkan oleh alat-alat ini, amplitudonya masih terlalu kecil, sehingga memerlukan penguatan lagi. b. Penguat audio Sinyal audio yang masih kecil akan dikuatkan amplitudo tegangan sinyalnya, sehingga dihasilkan intensitas tegangan sinyal audio yang kuat. Bagian penguat bisa berupa audio amplifier atau hanya preamp dengan penguat akhirnya. c. Rangkaian osilator Rangkaian osilator ialah suatu rangkaian elektronika yang berfungsi menghasilkan getaran tinggi. Frekuensi yang dihasilkan rangkaian ini tinggi karena kalau rendah, getaran listrik ini tidak akan memancar jauh. Osilator yang biasa digunakan pada pemancar adalah osilator RF. Osilator RF adalah pembangkit frekuensi tinggi yang berfungsi sebagai sinyal pembawa. Syarat osilator yang baik yaitu mampu membangkitkan frekuensi
tinggi
yang
tetap.
Komponen
elektronik
yang
dapat
membangkitkan frekuensi tersebut adalah Kristal. Kristal yang biasa digunakan pada rangkainan pemancar FM mempunyai frekuensi keluaran 27 MHz. d. Penguat penyangga (Buffer) Penyangga berfungsi untuk menyekat osilator RF dengan penguat daya, sehingga frekuensi osilator tetap. Selain itu, bagian ini menguatkan juga amplitudo sinyal RF. e. Modulator Modulator adalah bagian yang merupakan sinyal audio/sinyal informasi dengan sinyal carrier. Pada pemancar AM, amplitudo sinyal
pembawa dibuat berubah-ubah sesuai dengan perubahan amplitudo sinyal informasi. f. Penguat daya Penguat daya bertugas menguatkan sinyal termodulsi sebelum dikirimkam ke bagian antena untuk dipancarkan. Jenis penguat yang digunakan ialah penguat daya kelas C. penguat daya kelas C diplih karena kemampuannya menguatkan frekuensi radio (diatas 20KHz). Transistor yang digunakan pada penguat ini adalah transistor daya RF, yang mempunyai karakteristik daya keluaran berkisar antara 1 sampai 75 watt. g. Power supply Power supply merupakan sumber tenaga bagi rangkaian pemancar untuk beroperasi. Pada pemancar diperlukan power supply dengan tingkat ripple DC yang rendah. Hal ini dimaksudkan agar tidak terjadi dengung. h. Antena Antena dalam sebuah pemancar merupakan ujung tombak penyampaian sinyal radio pemancar ke penerima. Jika antena yang digunakan pada suatu pemancar tidak memenuhi spesifikasi yang sesuai, maka hasil yang diharapkan tidak akan tercapai. Selain jangkauan menjadi tidak menentu juga kemungkinan kerusakan pada rangkaian pemancar akibat tegangan balik dari antena. Saat ini banyak digunakan antena batang misalnya pada pesawat radio transistor, pesawat penerima radio mobil, walky talky, handy talky dan sebagainya.
Sumber pembawa adalah sebuah osilator yang besar frekuensi keluarannya dapat diatur dengan mengubah nilai L dan C. Frekuensi yang dipancarkan diusahakan konstan agar gelombang keluaran yang dihasilkan lebih baik. Blok osilator kemudian akan diikuti oleh sebuah penguat buffer yang ditala. Dengan adanya buffer maka diusahakan agar frekuensi yang dibangkitkan oleh osilator bernilai konstan. Fungsi buffer di sini untuk mengisolasi osilator sehingga osilator tidak terbebani oleh rangkaian dibelakangnya mengingat fungsi osilator sebagai penghasil sinyal carier yang menuntut kestabilan frekuensi dan energi. Selain itu buffer difungsikan untuk menguatkan energi sinyal carier untuk mengkompensasi kemungkinan pelemahan sinyal oleh noise. Sinyal informasi dimasukkan pada rangkaian ini untuk dicampur dengan sinyal pembawa. Pada transmitter terdapat rangkaian modulator yang pada umumnya adalah sebuah penguat kelas C. Penggunaan penguat kelas C ini akan mengakibatkan timbulnya cacat yang tidak diinginkan pada selubung modulasi yang mengandung sinyal informasi. Kemudian keluaran dari penguat RF ditransmisikan lewat antena. Modulasi Basis adalah metode memodulasi amplitudo dimana sinyal carier dan sinyal informasi sama-sama dilewatkan melalui sisi basis modulator AM (modulator AM yang digunakan berkomponen utama transistor) sehingga sinyal termodulasinya sefasa dengan sinyal informasinya. Keuntungan dari metode ini adalah pada sisi demodulator
tidak diperlukan adanya rangkaian pembalik fasa selain indeks modulasi yang relatif lebih baik daripada metode sekawannya. C. Penerima AM
Pesawat penerima menangkap salah satu gelombang radio yang spesifik dari sejumlah gelombang yang ada di udara pada saat itu dan mengolahnya menjadi suatu informasi yang dapat dimengerti. Suatu sistem pesawat penerima yang dikembangkan, yaitu pesawat penerima super heterodyne, dapat dipergunakan baik dalam sistem penerima radio maupun televisi. Pesawat penerima super heterodyne prinsip bekerjanya sebagai berikut: a. Informasi bersama gelombang pembawanya (RF) yang datang pada antena, diseleksi oleh rangkaian penala sampai didapat suatu sinyal RF tertentu yang kemudian dicampur (dikonversikan) dengan satu sinyal RF yang berasal dari osilator yang ada pada pesawat penerima sendiri. b. Pencampuran kedua sinyal RF tersebut akan menghasilkan suatu sinyal selisih dari kedua sinyal tersebut, yang biasanya disebut sinyal frekuensi menengah (IF). c. Pada sistem penerima radio AM besar frekuensi menengah (IF) umumnya 455 kHz. d. Oleh karena frekuensi osilator local bervariasi pada waktu rangkaian penala divariasikan, maka selisih frekuensinya akan konstan sebesar frekuensi menengah tersebut. Pencampuran ini mempunyai keuntungan sebagai berikut: a. Kekerasan hasil penguatan mempunyai harga yang lebih tinggi karena IF mempunyai frekuensi yang lebih rendah dari RF. b. Amplifier IF dapat dirancang untuk suatu frekuensi yang spesifik, misalnya 455 kHz untuk setiap penerima radio AM. c. Hanya ada dua penala yaitu rangkaian penala RF dan osilator local. Sistem super heterodyne mempunyai kelemahan, yaitu adanya efek frekuensi bayangan. Walaupun IF sudah merupakan frekuensi selisih dari RF dari osilator local, namun jumlah kedua frekuensi pun muncul pula.
Sistem penerima super heterodyne dapat digambarkan dengan blok diagram sebagai berikut:
Gambar 1. Diagram Blok Pesawat Penerima AM
Pesawat penerima radio yang dipelajari sekarang adalah suatu penerima dengan sistem amplitudo modulasi (AM) yang mempunyai daerah frekuensi 520 kHz – 1630 kHz (577 – 184 meter) yang disebut daerah gelombang menengah (medium wave band = MW). Penalaan untuk mendapatkan frekuensi pada daerah MW dilaksanakan oleh kerja sama antena, RF amplifier, dan osilator lokal. Hasil dari penalaan diberikan ke IF amplifier yang pada alat praktik merupakan bagian terpisah dari penala. Sinyal radio masuk melalui antena dan masuk ke blok mixer+oscilator. Oscilator berfungsi membangkitkan sinyal dengan frekuensi 455 kHz lebih tinggi dari pada frekuensi sinyal yang masuk melalui antena.
Gambar 2. Rangkaian Penala
Pencampur (mixer) pada gambar rangkaian disamping menjadi satu dengan sinyal oscilator. Karena sinyal-sinyal itu berbeda 455 kHz, maka akan membentuk suatu sinyal 455 kHz sebagai hasil selisih dari dua sinyal tersebut. Sinyal yang telah diubah menjadi 455 kHz tersebut (sinyal IF) kemudian diperkuat oleh penguat IF tingkat pertama (IF1) dan penguat IF tingkat kedua (IF2). Dengan demikian, penguat IF itu hanya akan menguatkan sinyal yang berfungsi 455 kHz.
Gambar 3. Rangkaian Penguat IF
Gambar 3 dapat ditunjukan bagian/komponen AGC. Automatic Gain Control (AGC) berfungsi sebagai pengatur penguatan tegangan dari penguat IF1 sedemikian rupa, sehingga penguatan ditambah pada sinyal-sinyal masuk yang lemah dikurangi pada sinyal-sinyal masuk yang kuat. Dengan demikian, akan didapatkan suatu penguatan yang konstan untuk sinyal yang berbeda-beda intensitasnya.
Gambar 4. Rangkaian Detektor
Sinyal IF dalam setiap siklus akan mengalir melalui gulungan sekunder yang selanjutnya sinyal ini diratakan oleh dioda, karena prinsip kerja diode sebagai komponen perata. Sinyal audio akan diperoleh karena pada rangkaian detector juga dilengkapi kondenstor filter detector nilainya 0.010.05 uF
Gambar 5. Rangkaian Audio Amplifier
Rangkaian audio amplifier pada pesawat ini terdiri atas empat buah penguat (TR D734) sampai dengan TR B698) dan berfungsi memperkuat sinyal informasi hasil dari rangkaian detektor. Kekerasan suara dapat diatur dengan mengubah kedudukan VR 5k yang berfungsi sebagai volume control. TR C1684 berfungsi sebagai penguat pertama audio amplifier dengan konfigurasi emitter terbumi (common emitter ) dan melalui R33k mendapat umpan balik negatif dari output power amplifier . Tujuan umpan balik ini untuk memperlebar band switch sehingga kualitas suara menjadi lebih baik. TR C1684 merupakan penguat tegangan tingkat kedua yang dapat disebut pula sebagai driver amplifier dengan konfigurasi yang sama. Transistor inipun mendapat umpan balik negatif melalui R150k (lihat gambar). Penguatan kedua transistor inipun sudah dirancang sedemikian rupa sehingga mampu mengeluarkan output yang dapat mengemudikan rangkaian power amplifier. Output rangkaian penguat audio amplifier ini diteruskan ke loudspeaker yang merupakan beban dari rangkaian. Sinyal informasi melalui pengatur volume maka sinyal informasi ini dapat diatur besar kecilnya suara.
D. Pemancar FM
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. Saluran siar FM standar menduduki lebih dari sepuluh kali lebar bandwidth (lebar pita) saluran siar AM. Hal ini disebabkan oleh struktur sideband non linear 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. Tujuan dari pemancar FM adalah untuk mengubah 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: a. FM exciter mengubah sinyal audio menjadi frekuensi RF yang sudah termodulasi. b. Intermediate Power Amplifier (IPA) dibutuhkan pada beberapa pemancar untuk meningkatkan tingkat daya RF agar mampu menghandle final stage. c. Power Amplifier di tingkat akhir menaikkan power dari sinyal sesuai yang dibutuhkan oleh sistem antenna d. Catu daya (power supply) mengubah input power dari sumber AC menjadi tegangan dan arus DC atau AC yang dibutuhkan oleh tiap subsistem
e. Transmitter Control System memonitor, melindungi dan memberikan perintah bagi tiap subsistem sehingga mereka dapat bekerja sama dan memberikan hasil yangdiinginkan f. RF lowpass filter membatasi frekuensi yang tidak diingikan dari output pemancar g. Directional coupler yang mengindikasikan bahwa daya sedang dikirimkan atau diterima dari sistem antena Tujuan dari pemancar FM adalah untuk mengubah 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. E. Penerima FM
Bagian-bagian penerima FM : a. Antena Penerima. Berfungsi menangkap sinyal-sinyal bermodulasi yang berasal dari antena pemancar. Antena dapat bersifat omnidirectional (ke segala arah) untuk pemakaian umum atau sangat terarah untuk komunikasi titik ke titik. Gelombang yang merambat dari pemancar menginduksi tegangan lemah dalam antena penerima. Besarnya amplitudo tegangan antena yang terinduksi antara beberapa puluh milivolt sampai kurang dari 1 mikrovolt, tergantung pada berbagai kondisi. Pada penerima FM komersial banyak
digunakan antena omnidirectional 1/4 lamda (panjang gelombang) untuk pemakaian
umum
dengan
menggunakan
chasis
pesawat
sebagai
pentanahan. b. Penguat Tala RF berfungsi untuk menguatkan sinyal yang ditangkap oleh antena sebelum diteruskan ke blok mixer (pencampur). c. Osilator Lokal berfungsi untuk membangkitkan getaran frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi sinyal keluaran RF dimana hasilnya akan diteruskan ke blok mixer d. Mixer berperan untuk mencampurkan kedua frekuensi yang berasal dari RF Amplifier dan Osilator Lokal. Hasil dari olahan mixer adalah Intermediate Frequency (IF) dengan besar 10,7 MHz. e. Penguat Tala IF berfungsi menaikkan sinyal ke tingkat yang cocok untuk dideteksi dan menyediakan sebagian besar pemilahan frekuensi yang diperlukan untuk “melewatkan” sinyal yang diperlukan dan menyaring keluar ( filter ) sinyal-sinyal yang tidak diinginkan yang terdapat dalam keluaran pencampur. Karena rangkaian penguat tala IF selalu bekerja pada frekuensi tetap ( f IF ), maka sering digunakan filter-filter keramik atau kristal untuk dapat melakukan pemilahan yang baik.Pembatas Penguat Tala IF. Berfungsi unutk meredam amplitudo gelombang yang sudah termodulasi (sinyal yang dikirim pemancar) agar terbentuk sinyal FM murni (beramplitudo rata). f. Detektor AGC ( Automatic Gain Control) merupakan umpan balik negatif dengan mencuplik amplitudo sinyal dari penguat IF untuk menggerakkan rangkaian AGC yang selanjutnya mengendalikan gain dari Penguat Tala RF dan Penguat Tala IF. Bagin ini hampir sama dengan yang ada pada blok diagram radio penerima AM. g. Diskriminator. Pada dasarnya merupakan detektor FM yang berfungsi memulihkan sinyal pesan asli dari masukan IF termodulasi. Detektor jenis ini mendeteksi simpangan frekuensi (deviasi frekuensi) pada sinyal
pembawa termodulasi FM dan mengubahnya menjadi beda tegangan pada keluarannya. h. AFC ( Automatic Frequency Control) bekerja berdasarkan feedback negatif yaitu dengan diturunkan sebuah sinyal yang besarnya sebanding dengan deviasi rata-rata dari frekuensi tengah yang diterima pada titik tengah Band Pass IF penerima. Sinyal ini digunakan untuk mengubah reaktansi sebuah varaktor pada rangkaian osilator untuk menggeser frekuensinya, sehingga cukup untuk mengimbangi deviasi dan membawa sinyal tersebut kembali ke tengah Band Pass IF. i.
De-Emphasis. Pada blok diagram radio FM, rangkaian ini berfungsi menekan kebisingan penerimaan akibat penerapan pre-emphasis pada pemancar dengan 6 dB/Oktaf, dengan demikian jaringan kebisingan dapat diratakan pada sisi keluarannya.
j.
Volume dan Penguat Audio bertugas menaikkan tingkat daya sinyal audio keluaran detektor setelah melalui de-emphasis ke harga yang cocok untuk menggerakkan pengeras suara.
k. Pengeras Suara ( Loudspeaker ) digunakan untuk mengubah sinyal atau getaran listrik berfrekuensi AF menjadi getaran suara yang dapat didengar oleh telinga manusia
