Gelombang Radio

Menganalisis gelombang radio sebagai media penyalur data

Teknologi penyaluran data dengan media gelombang radio dewasa ini telah menjadi suatu kebutuhan di berbagai instansi pendidikan (sekolah) atau lingkungan perkantoran. Agar data atau informasi dapat dihantarkan menggunakan gelombang radio maka diperlukan suatu proses yang disebut dengan modulasi. Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu informasi. Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya memiliki frekuensi rendah) dapat dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa yang memiliki frekuensi tinggi. Secara umum, gelombang selalu digambarkan melalui fungsi sinus sehingga disebut dengan gelombang sinusiodal. Hal ini dikarenakan sesuai dengan prinsip matematika, yakni fungsi fourier bahwa seluruh bentuk gelombang pada dasarnya terdiri dari gelombang - gelombang yang sederhana yaitu gelombang dengan bentuk sinusoidal yang bergerak merambat. 

1.    Besaran – besaran utama gelombang sinusiodal

Jika pergerakan suatu gelombang di gambarkan maka akan di peroleh grafik sinus seperti di bawah ini:

  Gambar 1. Grafik sinusiodal pergerakan gelombang

 Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusoidal yaitu :

1.  Amplitudo adalah ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog.Gambar 2 berikut ini menunjukkan lebih jelas apa yang dimaksud dengan amplitudo

 Gambar 2. Amplitudo gelombang sinusiodal

2.   Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik. Gambar 3 memberikan ilustrasi tentang frekuensi suatu gelombang:

Gambar 3. Perbandingan beberapa frekuensi gelombang sinusiodal 

3. Fase (Phase) adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu. Gambar 4 adalah ilustrasi tentang fase dari suatu gelombang:

Gambar 4. Fase gelombang sinusiodal

Selain ketiga parameter gelombang di atas, terdapat juga besaran lain yaitu panjang gelombang. Panjang gelombang adalah jarak satu puncak frekuensi gelombang ke puncak lainnya, dan biasanya paling banyak dihubungkan dengan spektrum elektromagnetik.Panjang gelombang memiliki denotasi huruf Yunani lambda (λ). Panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi gelombang. Dengan kata lain, semakin pendek panjang gelombang, akan memiliki frekuensi yang besar. Pada gambar 3 atau gambar 4, 1 panjang gelombang ditunjukkan sebagai 1 siklus (cycle). Gambar berikut ini adalah ilustrasi dari besaran panjang gelombang:

Gambar 5. Panjang gelombang

2.    Spektrum Gelombang Elektromaknetik

Untuk mengklasifikasi gelombang maka dibuat spektrum gelombang. Spektrum merupakan ragam dari rentangan panjang dari suatu gelombang radiasi. Spektrum gelombang elektromagnetik adalah ragam gelombang elektromagnetik yang dikategorikan berdasarkan rentang frekuensinya.Jenis-Jenis spektrum gelombang elektromagnetik ada 7 macam. Jenis tersebut dikategorikan berdasarkan besar frekuensi gelombangnya. Jika gelombang elektromagnetik diurutkan berdasarkan frekuensinya mulai dari frekuensi paling besar ke frekuansi yang paling kecil, maka dapat digambarkan dalam spektrum gelombang sebagai berikut:

 Gambar 6. Spektrum gelombang elektromagnetik 

1.   Gelombang Radio

Gelombang ini memiliki panjang sekitar 10^-3 meter dengan frekuensi sekitar 10⁴ Hertz. Sumber gelombang ini berasal dari rangkaian oscillator elektronik yang bergetar.Rangkaian oscillator tersebut terdiri dari komponen resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C). Spektrum gelombang radio dimanfaatkan manusia untuk teknologi radio, televisi, dan telepon.

 2.   Gelombang Mikro

Gelombang ini memiliki panjang sekitar 10^-2 meter dengan frekuensi sekitar 10⁸ hertz. Gelombang ini dihasilkan oleh tabung klystron, kegunaanya sebagai penghantar energy panas. Salah satu contoh penggunaan gelombang micro yaitu pada oven microwave yang berupa efek panas untuk memasak. Gelombang micro dapat mudah diserap oleh suatu benda dan juga menimbulkan efek pemanasan pada benda tersebut. Selain itu, gelombang micro juga dapat digunakan untuk mesin radar.

 3.   Gelombang Infra Merah

Gelombang ini memiliki panjang sekitar 10^-5 meter dengan frekuensi sekitar 10¹² hertz. Gelombang infra merah dihasilkan ketika molekul electron bergetar karena panas, contohnya tubuh manusia dan bara api. Manfaat kegunaan lain yaitu untuk remote TV dan transfer data di ponsel.

 4.   Gelombang Cahaya Tampak

Sesuai namanya, spektrum ini berupa cahaya yang dapat ditangkap langsung oleh mata manusia. Gelombang ini memiliki panjang 0.5x10^-6 meter dengan frekuensi 10¹⁵ hertz. Dan  gelombang cahaya tampak sendiri terdiri dari 7 macam yang disebut warna. Jika diurutkan dari yang paling besar frekuensinya adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.

 5.   Gelombang Ultra Violet

Gelombang UV memiliki panjang 10^-8 meter dengan frekuensi 10¹⁶ hertz. Gelombang ini berasal dari matahari dan juga dapat dihasilkan oleh transisi elektron dalam orbit atom, busur karbon, dan lampu mercury. Fungsi UV dapat bermanfaat dan dapat berbahaya bagi manusia. Salah satu contoh fungsi sinar UV adalah sebagai detector untuk membedakan uang asli dan uang palsu.

 6.   Gelombang Sinar X

Gelombang ini memiliki panjang 10^-10 meter dan memiliki frekuensi 10¹⁸ hertz. Gelombang sinar X sering disebut juga dengan sinar rontgen, karena gelombang ini banyak dimanfaatkan untuk kegiatan rontgen di rumah sakit.

 7.   Gelombang Sinar Gamma

Gelombang ini memilik panjang 10^-12 meter dengan frekuensi 10²⁰ hertz. Dihasilkan dari peristiwa peluruhan radioaktif atau inti atom yang tidak stabil.Gelombang sinar gamma merupakan gelombang yang memiliki frekuensi paling besar dan serta panjang gelombang terkecil. Sehingga daya tembusnya sangat besar, bahkan bisa menembus plat besi. Salah satu fungsi dari sinar gamma yaitu dapat digunakan dalam kedokteran sebagai pembunuh sel kanker dan sterilisasi alat – alat kedokteran.

3.    Modulasi Gelombang Radio

Dengan menggunakan ketiga parameter utama dari sebuah gelombang, maka akan diperoleh tiga jenis modulasi yaitu:

·           Amplitudo modulation (AM)

Modulasi ini menggunakan amplitude sinyal analog untuk membedakan dua keadaan sinyal digital. Pada AM, frekuensi dan phase sinyal tetap, sedangkan yang berubah-ubah adalah amplitudo-nya. Berikut ini adalah gambar dari bentuk sinyal data dan sinyal pembawa pada Amplitudo Modulation:

Gambar 7. Amplitudo Modulation (AM)

Dengan cara ini, maka keadaan 1 (high) sinyal digital diwakili dengan tegangan yang lebih besar daripada tegangan yang dimiliki keadaan 0 (low) sinyal digital. Penerima cukup membedakan mana sinyal yang lebih besar amplitude-nya dan mana yang lebih kecil, tanpa perlu memperhatikan bentuk sinyal tersebut untuk mendapatkan hasilnya. Kalau penerima harus menerima sinyal analog murni, perbedaan bentuk yang sedikit saja sudah menunjukkan perbedaan hasil. Cara ini adalah cara yang paling mudah dalam melakukan modulasi, akan tetapi juga paling mudah mendapatkan pengaruh atau gangguan dari kondisi media transmisinya.

·      Frequency Modulation (FM)

Modulasi ini mempergunakan frekuensi sinyal analog untuk membedakan dua keadaan sinyal digital. Pada FM, amplitude dan phase tetap, tetapi frekuensinya berubah-ubah.  Berikut ini adalah gambar dari bentuk sinyal data dan sinyal pembawa pada Frequency Modulation:

Gambar 8. Frequency Modulation (FM)

·           Phase Modulation (PM) 

Modulasi jenis ini menggunakan perbedaan sudut fase dari sinyal analog untuk membedakan dua keadaan dari sinyal digital. Dengan cara ini, amplitude dan frekuensi tidak berubah, tetapi phasenya berubah-ubah.  Berikut ini adalah gambar dari bentuk sinyal data dan sinyal pembawa pada Phase Modulation:

Gambar 9.  Phase Modulation

Modulasi ini merupakan teknik modulasi yang paling baik, tetapi paling sulit. Bentuk PM paling sederhana adalah pergeseran sudut phase 180 derajat setiap penyaluran bit 0 dan tidak ada pergeseran sudut bila bit 1 disalurkan. Dengan cara tersebut maka bit yang disalurkan sama dengan band rate.

·           Sinyal Digital 

Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1 seperti ditunjukkan pada gambar 10. Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. 

Gambar 10. Sinyal Digital

Dalam proses transmisi data, digunakan sebuah alat yang dinamakan modem. Modem merupakan singkatan dari modulator demodulator. Sebagai modulator, modem akan menerjemahkan data atau informasi dalam bentuk sinyal digital menjadi sinyal analog yang kemudian menggabungkannya dengan frekuensi pembawa (carrier), sedangkan sebagai demodulator, modem akan memisahkan dari frekuensi pembawa dan menerjemahkan data atau informasi sinyal analog tersebut ke dalam bentuk sinyal digital. Terdapat empat kemungkinan pasangan bentuk sinyal data dan sinyal transmisi yang terjadi setelah mengelami proses transmisi data. Empat kemungkinan itu diuraikan dalam sub-sub sebagai berikut:

1.     Digital Data Digital Transmission

Pada digital data digital transmission, data yang dihasilkan oleh transmitter berupa data digital dan ditransmisikan dalam bentuk sinyal digital menuju ke receiver. Dalam bentuk transmisi ini, dikenal ada dua macam cara pensinyalan yaitu sebagai berikut:

        Non Return Zero (Gambar 11.) merupakan pensinyalan pada RS232

 Gambar 11. Non Return to Zero

        Return to Zero

Gambar 12.  Return to Zero

Pada metode digital data digital transmission ini tidak dibutuhkan modem, karena sinyal data dan sinyal transmisinya sama. 

2.  Analog Data Digital Transmission 

Pada analog data digital transmission, data yang dihasilkan oleh transmitter berupa sinyal analog dan ditransmisikan dalam bentuk sinyal digital menuju ke receiver. Metode ini digunakan untuk pengiriman data suara atau gambar sehingga data sampai ke tujuan dalam kondisi yang baik. Pada metode ini, dibutuhkan modem pada sisi transmitter untuk menerjemahkan data dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dan modem pada sisi receiver yang akan menerjemahkan data dalam bentuk sinyal digital yang diterima menjadi sinyal analog lagi.

 Gambar 13. Analog Data digital Transmission

3. Digital data analog transmission

Pada digital data analog transmission, sinyal data yang dihasilkan oleh transmitter berbentuk sinyal digital dan ditransmisikan dalam bentuk sinyal analog menuju receiver. Bentuk transmisi ini digunakan untuk proses transmisi data antar komputer yang jaraknya  sangat jauh antar komputer satu dengan komputer yang lainnya. Dalam transmisi ini dikenal tiga macam pensinyalan analog, yaitu:

               Amplitude Shift Keying (ASK)

Pada sistem ini, amplitudo gelombang pembawa diubah-ubah sesuai informasi yang ada. Lebar amplitude pada ASK ada dua macam, yaitu dua tingkat (0-1) atau empat tingkat (00-11). Gambar 14. menampilkan perubahan yang terjadi pada gelombang pembawa dengan pensinyalan ASK.

Gambar 1.14.  Amplitude Shift Keying

              Frequency Shift Keying (FSK)

Teknik ini mengubah frekuensi pembawa berdasarkan bit 1 dan bit 0 (Gambar 15). Transmisi ini banyak digunakan untuk transmisi dengan kecepatan rendah. Derau yang dialami oleh FSK lebih kecil dari modulasi pada ASK.

Gambar 15.  Frequency Shift Keying (FSK)

  Phase Shift Keying (PSK)

Dalam teknik ini fasedari gelombang pembawa diubah-ubah sesuai dengan bit 1 dan 0, sehingga pada proses modulasi ini akan dihasilkan pembuatan phase. Sistem ini digunakan dalam transmisi yang memiliki kecepatan sedang dan tinggi. Dengan teknik PSK perubahan yang terjadi seperti yang ditampilkan oleh Gambar .

Gambar 16. Phase Shift Keying (PSK) 

 4.  Analog Data Analog Transmission

Pada analog data analog transmission, data yang dihasilkan oleh transmitter dalam bentuk sinyal analogdan ditransmisikan dalam bentuk sinyal analog ke receiver.Metode ini digunakan oleh pemancar radio.

Sumber: Modul Pembinaan Karir, Paket Keahlian Teknik Komputer dan Jaringan, Dirjen GTK 2017.