TEORI DAN KONSEP SUPERHETERODYNE

A.               Penerima AM Superheterodyne

Secara umum penerima AM berfungsi untuk menerima sinyal termodulasi AM dan melakukan proses demodulasi terhadap sinyal tersebut. Sinyal tersebut pertama kali diterima oleh antena, dan kemudian dilakukan pemilihan sinyal yang diinginkan dari semua sinyal yang dapat diterima oleh antena. Sinyal yang dipisahkan tersebut kemudian diperkuat sampai pada suatu tingkat yang dapat digunakan. Proses selanjutnya adalah demodulasi sinyal radio yaitu proses pemisahan sinyal informasi dari sinyal carrier / sinyal pembawa yang dilakukan di demodulator.

Penerima - penerima AM model lama yang dipakai untuk penerimaan sinyal yang dimodulasi amplitudo biasanya menggunakan prinsip frekuensi radio yang ditala atau tuned radio frequency (TRF). Pada penerima ini, sinyal termodulasi yang diterima akan melalui proses penguatan pada sebuah rantai penguat yang masing-masing ditala pada frekuensi yang sama dan kemudian diikuti rangkaian detektor.

Penerima semacam ini mempunyai selektivitas sinyal berbatasan yang buruk, terutama bila diharuskan untuk menala pada cakupan - cakupan frekuensi yanglebar. Penerima superheterodyne dikem- bangkan untuk memperbaiki selektivitas saluran berbatasan (adjacent channel selectivity) ini dengan menempatkan bagian terbesar dari selektivitas frekuensi pada tingkat-tingkat frekuensi antara (intermediate frekuensi / IF) setelah konversi frekuensi yang pertama.

Adalah jauh lebih mudah untuk mendapatkan selektivitas ini pada intermediate frekuensi, karena rangkaian-rangkaian tinggal tetap-ditala pada IF, dan tidak berubah-ubah meskipun dipilih stasiun-stasiun yang berbeda.
Prinsip superheterodyne terjadi apabila jika dua buah sinyal sinusoida dengan frekuensi berbeda dicampur, sehingga keduanya mengalikan atau saling menambah dan sinyal keluaran akan mengandung komponen-komponen sinyal pada frekuensi - frekuensi yang merupakan jumlah, selisih, dan masing-masing dari kedua frekuensi asal tersebut. Juga akan terdapat campuran-campuran harmonisa dari sinyal-sinyal ini, tetapi jika kedua frekuensi dasar dipilih dengan hati-hati, ini tidak akan saling mengganggu (interference).
Istilah superheterodyne adalah singkatan dari supersonic heterodyne, yang dapat diartikan sebagai pembangkitan frekuensi-frekuensi campuran  di atas batas pendengaran.

Tingkat pertama dari sebuah penguat RF ditala, yang kegunaan utamanya adalah untuk memperbaiki perbandingan S/N. Tingkat ini juga memberikan sedikit perbaikan dalam selektivitas RF  dan penurunan pancaran kembali dari osilator (oscillator re-radiation). Keluaran dari tingkat RF tala diumpankan ke masukan sinyal dari sebuah rangkaian osilator-penyampur dimana terjadi pembangkitan frekuensi-frekuensi campuran (heterodyning).  

Rangkaian osilator biasanya ditala dengan penalaan kapasitansi, dan ketiga kapasitor tala (tuning capacitor) disatukan (ganged) secara mekanis pada sebuah sumbu dan tombol pengaturan bersama. Osilator dan penyampur dapat merupakan rangkaian-rangkaian terpisah, atau dapat juga dikombinasikan seperti dalam rangkaian penyampur autodyne.

Keluaran penyampur (frekuensi selisih untuk konversi ke-bawah dalam penerima) diumpankan ke dua buah penguat tala IF, yang ditala-tetap dan mempunyai cukup selektivitas untuk menolak sinyal-sinyal dari saluran yang berbatasan. Keluaran dari penguat IF dimasukkan ke detektor, dimana sinyal audio dihasilkan kembali, atau didemodulasi (demodulated).

Detektor juga menyediakan sinyal-sinyal untuk pengaturan perolehan otomatis (Automatic Gain Control =AGC). Sinyal AGC dikenakan pada satu atau beberapa dari penguat IF dan RF. Keluaran audio diteruskan melalui sebuah pengatur volume ke penguat audio, yang biasanya terdiri dari satu penguat tegangan tingkat-rendah yang diikuti oleh sebuah penguat daya, dan akhirnya dihubungkan ke sebuah pengeras suara.

Semua sistem komunikasi, baik itu dari radio,televise,maupun yang lainnya terdiri atas dua bagian dasar:pesawat pemancar dan pesawat penerima. Pesawat pemancar berfungsi membangkitkan dan meradiasikan suatu informasi melalui suatu gelombang elektromagnetik.Kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya yaitu sebesar 300.000 km/detik dan dinamakan gelombang pembawa (carrier wave) informasi. 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.

Jenis pesawat penerima yang pertama kali ditemukan dikenal dengan sebutan radio kristal. Penerima jenis ini hanya mampu menerima satu stasiun pemancar dan dayanya pun sangat lemah. Pesawat penerima radio, mulai berkembang setelah diketemukan tabung hampa (vacum tube) yang selanjutnya dibuat pesawat penerima yang disebut radio langsung (straight receiver). Straight Receiver ini mempunyai keuntungan dapat ditala pada beberapa stasiun pemancar, hanya masih mempunyai kelemahan yaitu harus mempunyai beberapa rangkaian penguat dan penala sesuai dengan frekuensi stasiun yang ditala.

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:

(1) Kekerasan hasil penguatan mempunyai harga yang lebih tinggi karena IF mempunyai frekuensi yang lebih rendah dari RF.

(2) Amplifier IF dapat dirancang untuk suatu frekuensi yang spesifik, misalnya 455 kHz untuk setiap penerima radio AM.

(3) 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.

Secara umum penerima AM berfungsi untuk menerima sinyal termodulasi AM dan melakukan proses demodulasi terhadap sinyal tersebut. Sinyal tersebut pertama kali diterima oleh antena, dan kemudian dilakukan pemilihan sinyal yang diinginkan dari semua sinyal yang dapat diterima oleh antena. Sinyal yang dipisahkan tersebut kemudian diperkuat sampai pada suatu tingkat yang dapat digunakan. Proses selanjutnya adalah demodulasi sinyal radio yaitu proses pemisahan sinyal informasi dari sinyal carrier / sinyal pembawa yang dilakukan di demodulator AM atau detektor AM.

Penerima - penerima AM model lama yang dipakai untuk penerimaan sinyal yang dimodulasi amplitudo biasanya menggunakan prinsip frekuensi radio yang ditala atau tuned radio frequency (TRF). Pada penerima ini, sinyal termodulasi yang diterima akan melalui proses penguatan pada sebuah rantai penguat yang masing-masing ditala pada frekuensi yang sama dan kemudian diikuti rangkaian detektor. Penerima semacam ini mempunyai selektivitas sinyal berbatasan yang buruk, terutama bila diharuskan untuk menala pada cakupan - cakupan frekuensi yang lebar.

Penerima superheterodyne dikembangkan untuk memperbaiki selektivitas saluran berbatasan (adjacent channel selectivity) ini dengan menempatkan bagian terbesar dari selektivitas frekuensi pada tingkat-tingkat frekuensi antara (intermediate frekuensi / IF) setelah konversi frekuensi yang pertama. Adalah jauh lebih mudah untuk mendapatkan selektivitas ini pada intermediate frekuensi, karena rangkaian-rangkaian tinggal tetap-ditala pada IF, dan tidak berubah-ubah meskipun dipilih stasiun-stasiun yang berbeda.

B.          Prinsip Superheterodyne

Prinsip superheterodyne terjadi apabila jika dua buah sinyal sinusoida dengan frekuensi berbeda dicampur, sehingga keduanya mengalikan atau saling menambah dan sinyal keluaran akan mengandung komponen-komponen sinyal pada frekuensi - frekuensi yang merupakan jumlah, selisih, dan masing-masing dari kedua frekuensi asal tersebut. Juga akan terdapat campuran-campuran harmonisa dari sinyal-sinyal ini, tetapi jika kedua frekuensi dasar dipilih dengan hati-hati, ini tidak akan saling mengganggu (interference).

Istilah superheterodyne adalah singkatan dari supersonic heterodyne, yang dapat diartikan sebagai pembangkitan frekuensi-frekuensi campuran  di atas batas pendengaran.

 Tingkat pertama dari sebuah penguat RF ditala, yang kegunaan utamanya adalah untuk memperbaiki perbandingan S/N. Tingkat ini juga memberikan sedikit perbaikan dalam selektivitas RF  dan penurunan pancaran kembali dari osilator (oscillator re-radiation). Keluaran dari tingkat RF tala diumpankan ke masukan sinyal dari sebuah rangkaian osilator-penyampur dimana terjadi pembangkitan frekuensi-frekuensi campuran (heterodyning).

Rangkaian osilator biasanya ditala dengan penalaan kapasitansi, dan ketiga kapasitor tala (tuning capacitor) disatukan (ganged) secara mekanis pada sebuah sumbu dan tombol pengaturan bersama. Osilator dan penyampur dapat merupakan rangkaian-rangkaian terpisah, atau dapat juga dikombinasikan seperti dalam rangkaian penyampur autodyne.

Keluaran penyampur (frekuensi selisih untuk konversi ke-bawah dalam penerima) diumpankan ke dua buah penguat tala IF, yang ditala-tetap dan mempunyai cukup selektivitas untuk menolak sinyal-sinyal dari saluran yang berbatasan. Keluaran dari penguat IF dimasukkan ke detektor, dimana sinyal audio dihasilkan kembali, atau didemodulasi (demodulated). Detektor juga menyediakan sinyal-sinyal untuk pengaturan perolehan otomatis (Automatic Gain Control =AGC).

C.                Konsep Superheterodyne

Cara Kerja:

Gelombang diterima oleh antena kemudian diperkuat dahulu oleh  Radio-Frequency Amplifier kemudian dicampur dengan suatu frekwensi f_o di dalam suatu Mixer, maka akan didapatkan superposisi dari f_r   dengan f_o  (oleh karena itu disebut superheterodyne). Hasilnya adalah gelombang dengan frekwensi  baru yaitu f_r  + f_o    dan  f_r  - f_o   disamping f_r   itu sendiri. Gelombang dengan frekwensi f_r  - f_o   ini disebut intermediate frekwensi. Pada IF  akan mendapatkan suatu gelombang yang lebih stabil, yang merupakan modulated wave dengan frekwensi pembawa yang lebih kecil dari f_r.

Sistem ini untuk radio penerima siaran yang mempunyai modulasi amplitudo (AM) sedangkan jika modulasinya adalah Frequency Modulation (FM) maka pada dasarnya hampir sama seperti pada blok diagram dibawah ini:

Dibandingkan dengan radio penerima siaran untuk AM, maka radio penerima siaran untuk FM mempunyai tambahan komponen yaitu limiter dan pemakaian discriminator frekwensi sebagai ganti dari discriminator amplitudo limiter untuk membatasi perubahan tegangan yang timbul oleh bermacam-macam hal misalnya interface dan internal receiver noise. Selain itu perbedaan-perbedaan yang lain adalah jumlah IF amplifier pada FM biasanya lebih banyak karena signalnya disini lebih lebar dibandingkan AM.

Banyak radio -radio siaran yang menggunakan mode DSB atau lazim disebut radio AM. Untuk keperluan siaran- siaran dimana akan disiarkan musik, diperlukan lebar band yang cukup sehingga suara bass dan trebelnya bisa terdengar dengan sempurna.

Akan tetapi untuk keperluan komunikasi, yang ditransfer adalah informasi dan tidak perlu terdengar bass atau trebel nya, yang dipentingkan disini bahwa informasi yang disampaikan dapat dengan baik diterima dan untuk itu tidaklah diperlukan kelebaran band yang besar.

Lebar band pesawat komunikasi sudah diatur secara internasional, ialah bahwa untuk SSB kelebaran maksimum adalah 3 Kc dan untuk DSB kelebaran band maksimum 6 Kc, sehingga band frekuensi dapat digunakan secara efisien.

Pembuatan pesawat AM untuk keperluan siaran pada umumnya dilakukan dengan mengadakan amplifikasi terlebih dahulu audio pemodulasinya sehingga mencapai power yang besar. Selanjutnyamodulasi dilakukan pada tahap akhir dari carrier, hal ini dimaksudkan agar amplifikasi carrier bisa lebih efisien. Cara semacam ini menghasilkan lebar band yang cukup besar.

Bila pesawat komunikasi menggunakan cara semacam itu, kelebaran bandnya menjadi sangat besar dan jauh melampaui batas maksimum dari peraturan yang berlaku. Transceiver semacam ini sebaiknya ditingkatkan menjadi SSB. Rasanya tambahan pengetahuan tidak terlalu banyak dan mudah untuk dipelajari sedangkan penambahan biayanya pun masih terjangkau.

Rasanya pembuatan pesawat radio transceiver SSB tidak terlampau sulit. Apabila kita sudah mampu merakit homebrew AM tidak akan kesulitan lagi untuk merakit perangkat homebrew SSB.

D.               Menggunakan sirkuit disetel untuk menghilangkan sinyal gambar

Penerima AM berfungsi untuk menerima sinyal termodulasi AM dan melakukan proses demodulasi terhadap sinyal tersebut. Sinyal tersebut pertama kali diterima oleh antena, dan kemudian dilakukan pemilihan sinyal yang diinginkan dari semua sinyal yang dapat diterima oleh antena. Sinyal yang dipisahkan tersebut kemudian diperkuat sampai pada suatu tingkat yang dapat digunakan. Proses selanjutnya adalah demodulasi sinyal radio yaitu proses pemisahan sinyal informasi dari sinyal carrier / sinyal pembawa yang dilakukan di demodulator AM atau detektor AM.

Radio superhet atau superheterodyne beroperasi dengan mengambil sinyal pada frekuensi yang masuk, mencampurnya dengan frekuensi variabel lokal yang dihasilkan sinyal untuk mengubahnya ke frekuensi mana ia dapat lulus melalui frekuensi kinerja tinggi tetap filter sebelum didemodulasi untuk mengekstrak modulasi diperlukan atau sinyal.

E.               Bagaimana penerima superheterodyne bekerja

Sinyal yang diambil oleh antena melewati ke penerima dan masuk mixer. Lain sinyal yang dihasilkan secara lokal, yang sering disebut osilator lokal, dimasukkan ke port lainnya di mixer dan dua sinyal dicampur. Akibatnya sinyal baru yang dihasilkan pada frekuensi jumlah dan perbedaan.

Output dari mixer dilewatkan ke dalam apa yang disebut frekuensi IF menengah atau tahap di mana sinyal diperkuat dan disaring. Setiap sinyal dikonversi yang jatuh dalam passband dari IF filter akan dapat melewati filter dan mereka juga akan diperkuat oleh tahap amplifier. Setiap sinyal yang berada di luar passband dari filter akan ditolak.

Tuning penerima hanya dilakukan dengan mengubah frekuensi osilator lokal. Hal ini akan mengubah frekuensi sinyal masuk yang sinyal akan dikonversi ke bawah dan mampu melewati filter. Hal ini sering membantu untuk melihat contoh nyata untuk menggambarkan bagaimana proses tersebut bekerja.

Untuk melihat bagaimana ini beroperasi dalam realitas mengambil contoh dua sinyal, satu di 1,0 MHz dan lain sebesar 1,1 MHz. Jika JIKA filter ini berpusat di 0,25 MHz, dan osilator lokal diatur ke 0,75 MHz, maka dua sinyal yang dihasilkan oleh mixer sebagai akibat dari kejatuhan sinyal 1,0 MHz pada 0,25 MHz dan 1,75 MHz. Tentu 1,75 MHz sinyal ditolak, tapi yang di melewati 0,25 MHz melalui JIKA tahap. Sinyal sebesar 1,1 MHz menghasilkan sinyal sebesar 0,35 MHz dan satu lagi di 1,85 MHz. Kedua berada di luar bandwidth JIKA filter sehingga sinyal hanya melewati JIKA adalah bahwa dari sinyal pada 1,0 MHz.

F.                Konsep dasar radio superheterodyne menggunakan mixer untuk mengubah frekuensi sinyal yang masuk

Jika frekuensi osilator lokal digerakkan oleh 0,1 MHz sampai 0,85 MHz maka sinyal sebesar 1,1 MHz akan menimbulkan sinyal sebesar 0,25 MHz dan satu lagi di 1,95 MHz. Sebagai hasilnya sinyal sebesar 1,1 MHz menimbulkan sinyal MHz 0,25 setelah pencampuran akan melewati filter. Sinyal pada 1,0 MHz akan menimbulkan sinyal dari 0,15 MHz di IF dan lain pada 1,85 MHz dan keduanya akan ditolak. Dengan cara ini penerima bertindak sebagai variabel frekuensi filter, dan tuning dilakukan dengan memvariasikan frekuensi osilator lokal dalam superhet atau penerima superheterodyne.

G.              Keuntungan dari proses radio superheterodyne

Keuntungan dari proses radio superheterodyne adalah bahwa sangat selektif filter frekuensi tetap dapat digunakan dan ini jauh melakukan apapun yang frekuensi variabel. Mereka juga biasanya pada frekuensi rendah dari sinyal masuk dan sekali lagi ini memungkinkan kinerja mereka untuk menjadi lebih baik dan lebih murah.

H.              Gambar di radio superheterodyne

Konsep dasar dari penerima superheterodyne tampaknya baik-baik saja, tetapi ada masalah. There are two signals that can enter the IF. Ada dua sinyal yang bisa masuk ke IF. Dengan osilator lokal diatur ke 0,75 MHz dan dengan IF dari 0,25 MHz, ia telah melihat bahwa sinyal pada 1,0 MHz bercampur dengan osilator lokal untuk menghasilkan sinyal sebesar 0,25 MHz yang akan melewati IF filter.

Namun jika sinyal di 0,5 MHz memasuki mixer menghasilkan produk campuran dua, yaitu satu di frekuensi jumlah yang lebih 1,25 MHz, sedangkan frekuensi perbedaan muncul di 0,25 MHz. Hal ini akan terbukti menjadi masalah karena sangat mungkin untuk dua sinyal pada frekuensi yang sama sekali berbeda untuk masuk ke IF. Frekuensi yang tidak diinginkan dikenal sebagai gambar. Untungnya adalah mungkin untuk menempatkan rangkaian disetel sebelum mixer untuk mencegah sinyal masuk mixer, atau lebih tepatnya mengurangi tingkat nilai diterima.

Ini sirkuit tuning frekuensi radio tidak harus sangat tajam. Ini tidak perlu menolak sinyal pada saluran bersebelahan, melainkan perlu untuk menolak sinyal pada frekuensi gambar. Ini akan dipisahkan dari saluran diinginkan frekuensi sama dengan dua kali IF. Dengan kata lain dengan JIKA sebesar 0,25 MHz, gambar akan jauh dari 0,5 MHz frekuensi yang diinginkan.

KESIMPULAN

1.     Secara umum penerima AM berfungsi untuk menerima sinyal termodulasi AM dan melakukan proses demodulasi terhadap sinyal tersebut. Sinyal tersebut pertama kali diterima oleh antena, dan kemudian dilakukan pemilihan sinyal yang diinginkan dari semua sinyal yang dapat diterima oleh antena.

2.     Penerima - penerima AM model lama yang dipakai untuk penerimaan sinyal yang dimodulasi amplitudo biasanya menggunakan prinsip frekuensi radio yang ditala atau tuned radio frequency (TRF).

3.     Prinsip superheterodyne terjadi apabila jika dua buah sinyal sinusoida dengan frekuensi berbeda dicampur, sehingga keduanya mengalikan atau saling menambah dan sinyal keluaran akan mengandung komponen-komponen sinyal pada frekuensi - frekuensi yang merupakan jumlah, selisih, dan masing-masing dari kedua frekuensi asal tersebut.

4.      Istilah superheterodyne adalah singkatan dari supersonic heterodyne, yang dapat diartikan sebagai pembangkitan frekuensi-frekuensi campuran  di atas batas pendengaran.

5.      Radio superhet atau superheterodyne beroperasi dengan mengambil sinyal pada frekuensi yang masuk, mencampurnya dengan frekuensi variabel lokal yang dihasilkan sinyal untuk mengubahnya ke frekuensi mana ia dapat lulus melalui frekuensi kinerja tinggi tetap filter sebelum didemodulasi untuk mengekstrak modulasi diperlukan atau sinyal.

DAFTAR PUSTAKA

1.      http://radio-galih.blogspot.com/2011/07/pemancar-am-dan-penerima.html.

2.      staffsite.gunadarma.ac.id/bsavitri/index.php?stateid=download&id.

3.      http://opensource.telkomspeedy.com/wiki/index.php/Elektronika_Radio

4.      http://elkakom.blogspot.com/2011/04/penerima-am-superheterodyne-santi.html.

5.      http://elkakom.blogspot.com/2011/04/penerima-am-heterodyne.html.