BAB 18: MODULASI AM (AMPLITUDE MODULATION)
A. Konsep Dasar Modulasi Amplitudo
1. Prinsip Modulasi Amplitudo
a. Modulasi Amplitudo (AM) mengubah amplitudo gelombang pembawa sesuai dengan sinyal informasi (sinyal pesan)
b. Frekuensi gelombang pembawa tetap konstan
c. Pada saat sinyal pesan keras (amplitudo tinggi), amplitudo gelombang pembawa meningkat
d. Pada saat sinyal pesan pelan (amplitudo rendah), amplitudo gelombang pembawa menurun
2. Komponen Sinyal AM
a. Sinyal pesan (modulating signal): m(t) = Aₘ cos(2πfₘt) — sinyal informasi
b. Gelombang pembawa (carrier wave): c(t) = A_c cos(2πf_ct)
c. Sinyal AM: s(t) = [A_c + m(t)] cos(2πf_ct) — hasil modulasi
d. Syarat: f_c ≫ f_m (frekuensi pembawa jauh lebih tinggi dari frekuensi pesan)
3. Persamaan Sinyal AM
a. s(t) = A_c[1 + μ cos(2πfₘt)] cos(2πf_ct)
b. μ = Aₘ/A_c — indeks modulasi (modulation index)
c. μ < 1 → under-modulation (kondisi ideal)
d. μ = 1 → 100% modulation (maksimum tanpa distorsi)
e. μ > 1 → overmodulation (distorsi parah)
B. Spektrum Frekuensi AM
1. Komponen Spektrum AM
a. Persamaan AM diekspansi dengan identitas trigonometri: cos A cos B = ½[cos(A-B) + cos(A+B)]
b. Komponen pembawa (carrier): pada frekuensi f_c
c. Upper Sideband (USB): pada frekuensi f_c + f_m
d. Lower Sideband (LSB): pada frekuensi f_c - f_m
e. Spektrum simetris: USB dan LSB mengandung informasi yang sama
2. Bandwidth AM
a. Bandwidth sinyal AM = 2 × f_m (dua kali frekuensi pesan maksimum)
b. Untuk siaran AM komersial: f_m ≈ 5-10 kHz → BW ≈ 10-20 kHz
c. Semakin besar bandwidth, semakin baik kualitas suara
d. Trade-off: bandwidth lebih besar membutuhkan spektrum yang lebih luas
3. Variasi AM (Single Sideband)
a. AM-DSB (Double Sideband) — mengirimkan kedua sideband (standar)
b. AM-SSB (Single Sideband) — hanya mengirim satu sideband (lebih efisien)
c. AM-SSB bandwidth = f_m (setengah dari DSB)
d. Keunggulan SSB: efisiensi spektrum lebih baik, lebih tahan noise
e. Digunakan oleh radio amatir dan komunikasi jarak jauh
C. Indeks Modulasi dan Daya AM
1. Perhitungan Indeks Modulasi
a. μ = (Aₘ/A_c) × 100% — dalam persen
b. μ = (Upp_max - Upp_min) / (Upp_max + Upp_min) × 100% — dari bentuk gelombang
c. Upp_max — amplitudo puncak-ke-puncak maksimum sinyal AM
d. Upp_min — amplitudo puncak-ke-puncak minimum sinyal AM
2. Daya Sinyal AM
a. Daya total AM = Daya Carrier + Daya USB + Daya LSB
b. P_total = P_c (1 + μ²/2) — untuk sinyal AM DSB-FC
c. P_c = daya gelombang pembawa (konstan)
d. Semakin tinggi μ, semakin besar daya yang terkandung di sideband
3. Efisiensi Modulasi AM
a. Efisiensi = (P_useful / P_total) × 100%
b. P_useful = P_USB + P_LSB (informasi)
c. Pada μ = 1 (100% modulasi), efisiensi maksimum ≈ 33%
d. Kelemahan AM: sebagian besar daya terbuang pada carrier yang tidak mengandung informasi
D. Modulator AM
1. Blok Diagram Pemancar AM
a. Sinyal pesan → Penguat Pesan → Modulator → Penguat RF → Antena
b. Osilator Carrier → menghasilkan gelombang pembawa
c. Modulator (multiplier) — mengalikan sinyal pesan dan carrier
d. Penguat RF — menguatkan sinyal AM sebelum dipancarkan
2. Modulator dengan MOSFET
a. Common-source MOSFET dengan sinyal pesan di gate, carrier di drain
b. Bias network (10kΩ & 100kΩ) untuk setting titik kerja
c. RF coupling capacitor 0.01 µF
d. LC tank tuned pada frekuensi carrier
e. Contoh: carrier 1.2 MHz, pesan 120 kHz
3. Modulator dengan Dioda
a. Dioda dengan kurva non-linear menghasilkan perkalian sinyal
b. Sinyal carrier dan pesan dilewatkan bersama melalui diode
c. Output mengandung komponen AM beserta harmonisa
d. Filter LC untuk memilih komponen AM yang diinginkan
E. Demodulator AM — Envelope Detector
1. Prinsip Envelope Detector
a. Envelope detector adalah rangkaian paling sederhana untuk demodulasi AM
b. Hanya bekerja untuk sinyal under-modulated (μ ≤ 1)
c. Komponen: dioda + resistor + kapasitor (RC)
d. Prinsip: menyearahkan sinyal AM, lalu membuang komponen frekuensi tinggi
e. Output = selubung (envelope) sinyal AM = sinyal pesan asli
2. Komponen Envelope Detector
a. Dioda: menyearahkan sinyal (hanya melewatkan bagian positif)
b. Low-Pass Filter (R-C): membuang komponen carrier frekuensi tinggi
c. High-Pass Filter: membuang komponen DC dari bias
d. R = 10 kΩ, C = 0.1 µF — contoh nilai
3. Desain RC Filter
a. Waktu konstanta τ = R × C
b. Syarat: τ harus cukup kecil untuk mengikuti perubahan envelope tercepat
c. f_LPF > f_m(max) — frekuensi cut-off lebih tinggi dari frekuensi pesan maksimum
d. f_HPF > 0 Hz — untuk membuang DC (biasanya ~10 Hz)
e. Contoh: f_m = 4 kHz → C = 12.5 nF dengan R = 12 kΩ
4. Kelemahan Envelope Detector
a. Hanya bekerja untuk sinyal under-modulated (μ ≤ 1)
b. Jika μ > 1 → envelope terdistorsi (carrier berbalik)
c. Tidak bekerja untuk AM-SSB atau DSB-SC (tanpa carrier)
d. Rentan terhadap noise dan distorsi non-linear
F. Demodulator AM — Synchronous Detector
1. Prinsip Synchronous Detector
a. Demodulator yang menggunakan local oscillator sinkron dengan carrier
b. Dapat bekerja untuk semua jenis modulasi AM (termasuk DSB-SC dan SSB)
c. Prinsip: mengalikan sinyal AM dengan sinyal carrier local
d. Output → LPF untuk mengambil sinyal pesan
2. Blok Diagram Synchronous Detector
a. Input AM → Multiplier (mixer) → LPF → HPF → Output
b. Local Oscillator → sinyal carrier yang sinkron dengan carrier asli
c. Multiplier: menggeser spektrum kembali ke baseband
d. LPF: membuang komponen frekuensi tinggi (2f_c ± f_m)
3. Synchronous Detector untuk DSB-SC
a. DSB-SC (Double Sideband - Suppressed Carrier) — carrier tidak dikirim
b. Envelope detector tidak bekerja (tidak ada carrier)
c. Synchronous detector diperlukan untuk demodulasi
d. Keunggulan DSB-SC: efisiensi daya tinggi (100% daya di sideband)
4. Phase Error pada Synchronous Detector
a. Phase error menyebabkan sinyal demodulasi melemah
b. Jika phase error = 90° → output = 0 (sinyal hilang)
c. Phase error time-varying → fading (sinyal naik-turun)
d. Solusi: DSB-FC (carrier dikirim) → envelope detector
G. Penerima AM Superheterodyne
1. Mengapa Superheterodyne?
a. Dikembangkan untuk mengatasi kelemahan penerima langsung (TRF)
b. Kelemahan TRF: penguatan tergantung frekuensi, tuning sulit
c. Superheterodyne mengubah semua sinyal menjadi frekuensi tetap (IF)
d. IF (Intermediate Frequency): 455 kHz (standar AM)
e. Ditemukan oleh Edwin H. Armstrong
2. Blok Diagram Penerima Superheterodyne
a. Antena → RF Amplifier → Mixer → IF Amplifier → Demodulator → Audio Amplifier
b. Local Oscillator → Mixer (frekuensi = f_sinyal + f_IF)
c. Mixer menghasilkan f_IF = f_LO - f_sinyal
d. IF Amplifier: penguat selektif pada frekuensi 455 kHz
e. Demodulator: envelope detector atau synchronous detector
3. Penerima Superheterodyne dengan Upconversion6
a. Menggunakan IF 10.7 MHz (lebih tinggi dari band AM)
b. Keunggulan: menghindari masalah image frequency (frekuensi bayangan)
c. f_LO = 10.7 MHz + f_sinyal (untuk upconversion)
d. Crystal filter untuk selektivitas tinggi
e. Band AM: 540-1700 kHz
Komentar
Posting Komentar