Modulasi Frekuensi

Posted by : Unknown 7 Jul 2013

I. PENGERTIAN MODULASI FREKUENSI

Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation = FM ) adalah proses menumpangkan sinyal informasi pada sinyal pembawa (carrier) sehingga frekuensi gelombang pembawa (carrier) berubah sesuai dengan perubahan simpangan (tegangan) gelombang sinyal informasi. Jadi sinyal informasi yang dimodulasikan (ditumpangkan) pada gelombang pembawa menyebabkan perubahan frekuensi gelombang pembawa sesuai dengan perubahan tegangan (simpangan) sinyal informasi. Pada modulasi frekuensi sinyal informasi mengubah-ubah frekuensi gelombang pembawa, sedangkan amplitudanya konstan selama proses modulasi.

Modulasi frekuensi adalah salah satu bentuk modulasi dimana frekuensi sinyal pembawa divariasikan secara proposional berdasarkan amlitudo sinyal informasi. Amplitudo sinyal pembawa tetap konstan. Contoh dari FM adalah frekuensi radio yang sekarang lebih sering digunakan radio pada umumnya.

Modulasi frekuensi merupakan modulasi analog non-linier, disebut juga modulasi sudut. Disebut non-linier karena frekuensi sinyal pembawa bisa berubah-ubah. Pada modulasi ini, besarnya amplitudo sinyal informasi mempengaruhi besarnya frekuensi carrier tanpa mempengaruhi besarnya amplitudo sinyal pembawa.

Rentang frekuensi FM adalah 88 MHz – 108 MHz sehingga dikategorikan sebagai Very High Frequency (VHF), sedangkan panjang gelombangnya dibawah 1.000 KHz sehingga jangkauan sinyalnya tidak jauh.

Modulasi frekuensi memiliki bandwith yang lebih besar daripada amplitudo modulasi sehingga bisa menghasilkan suara stereo dengan menyatukan beberapa saluran audio pada satu gelombang carrier. FM lebih tahan terhadap gangguan sehingga dipilih sebagai modulasi standar untuk frekuensi tinggi

Keuntungan FM antara lain, potensi gangguan lebih kecil (kualitas lebih baik) dan daya yang dibutuhkan lebih kecil

II. PROSES MODULASI FREKUENSI (FREQUENCY MODULATION, FM)

Proses modulasi frekuensi digambarkan sebagai berikut:

Besar perubahan frekuensi (deviasi), δ atau fd, dari sinyal pembawa sebanding dengan amplituda sesaat sinyal pemodulasi, sedangkan laju perubahan frekuensinya sama dengan frekuensi sinyal pemodulasi. Persamaan sinyal FM dapat dituliskan sebagai berikut:

dimana,

e_FM = Nilai sesaat sinyal FM

E_c = amplituda maksimum sinyal pembawa

ω_c = 2π fc dengan fc adalah frekuensi sinyal pembawa

ω_m = 2π fm dengan fm atau fs adalah frekuensi sinyal pemodulasi

m_f = indeks modulasi frekuensi

Pada modulasi frekuensi kita mengenal istilah indeks modulasi (mf). Indeks modulasi ini didefinisikan sebagai berikut:

Spektrum Sinyal FM

Lebar bandwidth sinyal FM adalah tak berhingga. Namun pada praktek biasanya hanya diambil bandwith dari jumlah sideband yang signifikan. Jumlah sideband signifikan ditentukan oleh besar indeks modulasinya seperti dalam fungsi tabel besel berikut.

Tabel Fungsi Besel Untuk Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation, FM)

J_i : nilai amplituda komponen frekuensi sideband ke i (i≠0)

J_o : nilai amplituda komponen frekuensi sinyal pembawa (bukan sideband)

β = mf : indeks modulasi

Lebar bandwidth pada modulasi FM dapat ditentukan menggunakan teorema carson sebagai berikut :

dimana,

f_d = frekuensi deviasi

f_m = frekuensi maksimum sinyal pemodulasi

Karakter dari transmisi modulasi frekuensi (Frequency Modulation, FM) adalah :

· Tidak dapat dipantulkannya gelombang elektromagnetic dari modulasi frekuensi sehingga jarak pancaran adalah line of sight dan terbatas pada daya pancar.

· Ketahanan modulasi terhadap noise pada transmisi modulasi frekuensi, sehingga kualitas sinyal informasi yang diterima jernih seperti aslinya.

III. PRINSIP MODULASI FREKUENSI

Prinsip Dasar FM

Ø Pada modulasi frekuensi, amplitudo pembawa konstan tetapi frekuensi akan berubah sesuai dengan perubahan amplitudo isyarat pemodulasi.

Ø Jika amplitudo pemodulasi meningkat, frekuensi pembawa akan lebih tinggi daripada frekuensi normalnya. Jika amplitudo pemodulasi turun, frekuensi pembawa akan lebih rendah daripada frekuensi normalnya. Dapat juga diterapkan untuk kondisi sebaliknya.

Ø Perubahan frekuensi maksimum pada saat amplitudo pembawa maksimum disebut deviasi frekuensi .

Ø Oleh karena frekuensi pembawa berubah mengikuti amplitudo pemodulasi maka frekuensi pembawa akan berayun di atas dan di bawah frekuensi normal sesuai dengan frekuensi pembawa.

Ø Jumlah ayunan frekuensi pembawa dalam tiap detiknya disebut laju deviasi frekuensi.

Modulasi Fase

Ø Pada modulasi fase, isyarat pembawa mempunyai amplitudo tetap tetapi fasenya akan berubah sesuai dengan amplitudo isyarat pembawa.

Ø Perlu diperhatikan, jika isyarat pemodulasi berubah-ubah secara kontinyu maka frekuensi isyarat pembawa juga berubah-ubah sesuai dengan laju perubahan amplitudo pemodulasi.

Ø Pada saat amplitudo pemodulasi menurun dalam jangka waktu tertentu maka isyarat pembawa akan seperti direntang sehingga akan menimbulkan penurunan frekuensi pembawa, begitu juga sebaliknya.

Ø Oleh karena pada modulasi fase juga menghasilkan perubahan frekuensi yang sesuai dengan perubahan amplitudo pemodulasi, maka modulasi FM juga dapat dihasilkan dari modulasi PM dengan suatu perlakuan tertentu.

Perbedaan FM dan PM

Ø Pada gambar di halaman berikutnya, ditunjukkan isyarat pemodulasi berupa isyarat segitiga yang terpangkas serta isyarat termodulasi FM dan PM

Ø Pada periode t0, isyarat pembawa nol, sehingga kedua isyarat FM dan PM berupa isyarat pembawa pada frekuensi normal

Ø Pada periode t1, amplitudo pemodulasi naik. Frekuensi isyarat pembawa pada FM maupun PM naik, tetapi dengan laju perubahan yang berbeda. Pada FM, frekuensi akan naik sesuai dengan amplitudo pemodulasi, sedangkan pada PM frekuensi akan naik sesuai dengan laju perubahan amplitudo pemodulasi

Ø Pada periode t0, isyarat pembawa mempunyai amplitudo konstan positif, sehingga frekuensi kedua isyarat FM dan PM konstan, tetapi pada FM frekuensinya di atas frekuensi normal, sedangkan pada PM konstan dengan frekuensi normal.

IV. PERBEDAAN FM DAN AM

Modulasi Ampitudo

o Adalah salah satu bentuk modulasi dimana amplitudo sinyal pembawa di variasikan secara proposional berdasarkan sinyal pemodulasi (sinyal informasi).

o Frekuensi sinyal pembawa tetap konstan.

Contoh dari amplitude modulation adalah metode pertama kali yang digunakan untuk menyiarkan radio komersil.

Kelemahannya:

1. Dapat terganggu oleh gangguan atmosfir

2. Bandwith yang sempit juga membatasi kualitas suara yang dapat dipancarkan.

Modulasi Frekuensi

o Suatu bentuk modulasi dimana frekuensi sinyal pembawa divariasikan secara proposional berdasarkan amplitudo sinyal input.

o Amplitudo sinyal pembawa tetap konstan.

Kelebihan dari frequency modulation adalah:

1. Modulasi frekuensi memerlukan bandwidth yang lebih lebar daripada modulasi amplitudo.

2. FM lebih tahan terhadap gangguan sehingga di pilih untuk sebagai modulasi standart untuk frekuensi tinggi.

3. Noise lebih kecil (kualitas lebih baik)

4. Daya yang dibutuhkan lebih kecil

Gelombang AM (Amplitudo Modulation) memiliki range jangkauan yang lebih luas daripada gelombang FM (Frekuensi Modulation). Hal tersebut dikarenakan gelombang AM memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dibanding gelombang FM. Akan tetapi dalam perjalanannya mencapai penerima, gelombang akan mengalami redaman (fading) oleh udara, mendapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain, noise, atau bentuk-bentuk gangguan lainnya. Gangguan-gangguan itu umumnya berupa variasi amplitudo sehingga mau tidak mau akan mempengaruhi amplitudo gelombang yang terkirim. Akibatnya, informasi yang terkirim pun akan berubah dan mengurangi mutu informasi yang diterima.

Berbeda dengan gelombang AM, gelombang FM bebas dari pengaruh gangguan udara, bandwidth (lebar pita) yang lebih besar, dan fidelitas yang tinggi. 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. Selain itu, Saluran siar FM standar menduduki lebih dari sepuluh kali lebar bandwidth (lebar pita) saluran siar AM. Hal ini disebabkan oleh struktur sideband nonlinear yang lebih kompleks dengan adanya efek-efek (deviasi) sehingga memerlukan bandwidth yang lebih lebar dibanding distribusi linear yang sederhana dari sideband-sideband dalam sistem AM.

Kesimpulan setelah melihat hasil analisa komparasi antara gelombang FM dan AM yang menunjukkan bahwa walaupun gelombang AM dapat menembus jangkauan yang lebih luas akan tetapi tidak seperti gelombang FM yang lebih tahan terhadap noise, maka gelombang FM dengan banyak karakteristik yang tidak dimiliki gelombang AM merupakan jenis modulasi yang lebih baik untuk digunakan dalam transver data audio dari pada gelombang AM.