Blok Diagram Pemancar dan Penerima Radio FM Stereo

Radio 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 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. 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

Blok diagram Pemancar FM Stereo

Blok diagram Pemancar FM Stereo. Dalam sebuah pemancar FM (Frequency Modulation), proses modulasi mengakibatkan perubahan frekuensi sinyal pembawa berupa deviasi frekuensi yang besarnya sebanding dengan amplitudo sinyal pemodulasi (pesan). Berbeda dengan pemancar AM pada umumnya, pemodulasian dilakukan pada tingkat modulator yang merupakan awal dari tingkat osilator.

Untuk lebih jelasnya kita perhatikan blok diagram sebuah pemancar FM sederhana :

Blok Diagram Pemancar FM Stereo

1. Encoder

Bagian ini merupakan tahap awal masukan yang berasal dari audio-prosessor dan hanya ada pada sistem pemancar FM stereo. Pada sistem pemancar mono bagian ini tidak ada. Encoder mengubah sinyal perbedaan L dan R menjadi sinyal komposit 38 kHz termodulasi DSBSC. Lebih jelasnya silahkan baca artikel saya mengenai Sistem Pemancar FM Stereo.

2. Modulator FM/PM

Modulator FM (Frequency Modulation) atau dapat juga berupa modulator PM (Phase Modulation). Prinsip dasarnya adalah sebuah modulator reaktansi. Pada FM, sinyal audio level daya rendah mengguncang reaktansi kapasitif dari varaktor deoda untuk menghasilkan deviasi frekuensi osilator. Amplitudo tertinggi sinyal audio berakibat pada turunnya nilai kapasitansi (naiknya reaktansi kapasitif) varaktor sehingga frekuensi osilator berada pada nilai tertinggi. Sebaliknya, pada level terendah sinyal pemodulasi, berakibat pada naiknya kapasitansi (turunnya reaktansi kapasitif) varaktor sehingga frekuensi osilator berada pada nilai terendah. Lebar deviasi tidak lebih dari 75 kHz untuk setiap sisi atau 150 kHz secara keseluruhan.

3. Osilator

Membangkitkan getaran frekuensi tinggi sesuai dengan frekuensi lingkar tala dari generator tala yang pada umumnya menggunakan resonator paralel berupa LC jajar. Nilai C dibangun sebagian atau keseluruhan menggunakan varaktor deoda yang ada pada bagian modulator (untuk tipe modulator dengan varaktor). Pada FM komersial, frekuensi kerja osilator mulai 87,50 MHz s/d 108,50 MHz untuk FM II dan 75,50 MHz s/d 96,50 MHz untuk FM I.

4. Buffer (Penyangga)

Penyangga (buffer) berfungsi menguatkan arus sinyal keluaran dari osilator. Sebuah penyangga identik dengan rangkaian dengan impedansi masukan tinggi dan impedansi keluaran rendah sehingga sering digunakan emitor follower pada tahap ini.

5. Driver (Kemudi)

Rangkaian driver berfungsi mengatur penguatan daya (tegangan dan arus) sinyal FM dari penyangga sebelum menuju ke bagian penguat akhir. Pada sistem pemancar FM sering digunakan penguat kelas A untuk menjamin linieritas sinyal keluaran. Mengingat efisiensi penguat kelas A yang rendah (hanya sekitar 30%), maka perlu beberapa tingkatan driver sebelum penguat akhir (final amplifier). Pada tahap driver, penggunaan tapis -lolos-bawah sangat dianjurkan untuk menekan frekuensi harmonisa.

6. Penguat Akhir (Final Amplifier)

Bagian penguat akhir merupakan unit rangkaian penguat daya RF efisiensi tinggi, untuk itu sering dan hampir selalu digunakan penguat daya RF tertala kelas C karena menawarkan efisiensi daya hingga “100%”. Bagian akhir dari penguat akhir mutlak dipasang filter untuk menekan harmonisa frekuensi.

7. Antena

Mengubah getaran listrik frekuensi tinggi menjadi gelombang elektromagnetik dan meradiasikannya ke ruang bebas. Jenis antena sangat berpengaruh pada pola radiasi pancaran gelombang elektromagnetik.

8. Catu Daya (Power Supply)

Catu daya harus mempu mensuplay kebutuhan daya listrik mulai dari tingkat modulator – osilator sampai tingkat penguat akhir daya RF. Pemasangan shelding pada blok pen-catu daya merupakan hal penting untuk sistem pemancar FM, selain itu pemakaian filter galvanis sangat dianjurkan untuk menekan sinyal gangguan pada rangkaian jala-jala dan sebaliknya.

Dalam sebuah blok diagram pemancar FM stereo seperti gambar di atas, untuk dapat bekerja dengan baik, diperlukan penalaan rangkaian. Dalam sistem pemancar FM modern, tingkat encoder sampai dengan driver telah tersedia dalam bentuk modul yang dikenal dengan istilah Excitter FM Stereo. Pada modul semacam itu tidak diperlukan penalaan rangkaian secara manual karena rangkaian tala sudah dirancang sedemikian rupa untuk dapat bekerja pada bidang yang lebar, sehingga penalaan hanya dilakukan pada bagian input dan output penguat akhir daya RF.

Blok diagram Penerima FM Stereo

Di dalam radio penerima, pesan asli yang dipindahkan ke bagian frekuensi pembawa diproses dan dideteksi sehingga diperoleh kembali sinyal pesan asli yang dikirimkan oleh pemancar FM. Proses pengembalian pesan asli dari bagian frekuensi pembawa ini dapat dinikmati setelah melalui beberapa tahapan proses pada tiap bagian blok diagram radio penerima FM.

Berikut ini gambar Blok diagram radio penerima FM :

1. Antena Penerima.

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.

2. Penguat Tala RF.

Tingkat ini menaikkan daya sinyal ke tingkat yang cocok untuk masukan ke pencampur (mixer) dan membantu mengisolasi osilator lokal dari antena. Tingkat ini tidak memiliki tingkat pemilahan frekuensi yang tinggi, tetapi berperan untuk menolak sinyal-sinyal yang sangat jauh dari saluran yang diinginkan. Tingkat daya sinyal ini perlu dinaikkan sebelum dicampurkan, karena adanya derau yang tidak diinginkan masuk ke tingkat pencampur.

3. Osilator Lokal.

Osilator lokal dalam penerima ditala untuk menghasilkan frekuensi fLO yang berbeda dengan frekuensi sinyal datang fRF sebesar frekuensi intermediate (antara) fIF. Dengan demikian fLO adalah sama dengan fRF + fIF atau fRF – fIF. Pada banyak penerapan, seringkali digunakan frekuensi osilator lokal fLO lebih tinggi dibandingkan dengan frekuensi sinyal datang fRF, sehingga berlaku persamaan fLO = fRF + fIF atau fIF = fLO – fRF.

4. Mixer.

Merupakan pencampur, alat tidak linear yang menggeserkan sinyal yang diterima pada fRF ke frekuensi intermediate fIF. Modulasi pada pembawa yang diterima juga diubah ke frekuensi intermediate.

5. 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 (fIF), maka sering digunakan filter-filter keramik atau kristal untuk dapat melakukan pemilahan yang baik.

6. Pembatas Penguat Tala IF.

Berfungsi membatasi sinyal keluaran dari penguat tala IF. Pada blok diagram radio  penerima FM di atas, pembatasan ini berfungsi untuk mendapatkan nilai linear dari sinyal IF sebelum masuk ke Detektor yang sering berupa rangkaian Diskriminator fasa. Penguat tala IF dan Pembatas Penguat Tala IF membentuk  sebuah rangkaian BPF dengan Band Width 150 kHz pada nilai tengah 10,7 MHz.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Volume dan Penguat Audio.

Bertugas menaikkan tingkat daya sinyal audio keluaran detektor setelah melalui de-emphasis ke harga yang cocok untuk menggerakkan pengeras suara.

12. Pengeras Suara (Loudspeaker).

Mengubah informasi sinyal listrik audio kembali ke bentuk aslinya yaitu gelombang suara. Dalam praktek, banyak sekali variasi dari sistem penerima radio FM yang dapat dijumpai, sehingga tidak satupun diagram blok radio fm yang dapat dianggap khas.

Semoga bermanfaat bagi anda #terbaik