Volume 5, No. 1, May 2021, page 32 - 38

## JEE
Jurnal Edukasi Elektro https://journal.uny.ac.id/index.php/jee

## Studi Empiris Alat Peraga Penerima Frekuensi Radio GRF-3300
Deddy Susilo 1* , Budihardja Murtianta 2 , Nathanael Adharta Livendra Murtianta 3
1,2,3 Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana
1 deddy.susilo@uksw.edu*, 2 budihardja.murtianta@uksw.edu * corresponding author

## ABSTRACT

## Article Info
In  a  wireless  communication  system,  the  transmitter  and  receiver  are  basic components  that  have  a  role  in  the  telecommunications  system.  The  receiving system  serves  to  receive  an  information  signal.  The  basic  structure  of  a  radio frequency receiver system, namely: antenna - low pass filter - low noise amplifier (LNA) - mixer - phase lock loop (PLL) - demodulator - audio output. This article describes  an  empirical  study  of  the  GRF-3300  Receiver  RF  Circuit  Training System  by  presenting  the  results  of  system  testing  which  are  very  easy  to understand,  including  the  workings  and  functions  of  the  receiver  system  props and  the basic  modules  used  in  the  receiving  system,  so  that  it  can  be  used help electrical  engineering  students,  especially  telecommunications  engineering majors. From the test results, the RF Circuit Training System GRF-3300 receiver training kit produces a Total Harmonic Distortion test value of around 5% when an input signal of 1Vrms is given.
Article history Received: March 5 th , 2021 Revised: May 28 th , 2021 Accepted: May 30 th , 2021
Keywords radio receiver, total harmonic distortion, GRF-3300.

## ABSTRAK
Pada sistem komunikasi nirkabel, pemancar dan penerima merupakan komponen mendasar  yang  berperan  dalam  sistem  telekomunikasi.  Sistem  penerima berfungsi untuk menerima suatu sinyal informasi. Struktur dasar sistem penerima frekuensi  radio  yaitu: antena –  low  pass  filter  –  low  noise amplifier  (LNA)  – mixer – phase lock loop (PLL) – demodulator – audio output. Dalam artikel ini menjelaskan  tentang  studi  empiris Receiver  RF  Circuit  Training  System  GRF- 3300 dengan  hasil  pengujian  yang  mudah  dimengerti,  meliputi  cara  kerja  dan fungsi  pada  alat  peraga  sistem  penerima  serta  modul-modul  struktur  dasar  yang digunakan  dalam  sistem  penerima,  sehingga  dapat  membantu  mahasiwa  teknik elektro  khususnya  jurusan  teknik  telekomunikasi.  Dari  hasil  pengujian,  alat peraga penerima RF Circuit Training System GRF-3300 menghasilkan nilai THD sekitar 5% pada sinyal masukan sebesar 1V rms .

## PENDAHULUAN
Secara  umum,  mahasiswa  teknik  elektro khususnya  teknik  telekomunikasi  mengalami kesulitan  untuk  memahami  cara  kerja,  fungsi serta  komponen  yang  digunakan  pada  alat peraga receiver (penerima)  dari  pabrikan tertentu. Dalam pendidikan teknik
telekomunikasi  penggunaan  alat  peraga  dapat menjadi  sarana  yang  dapat  menunjang  teori yang didapatkan dalam perkuliahan. RF Circuit Training  System GRF-3300  dari  pabrikan  GW- Instek adalah salah satu alat peraga yang dapat dipergunakan sebagai pembelajaran dan analisa untuk  bagian-bagian  dari transmitter dan receiver dengan  alat  ukur Spectrum  Analyzer,
yang dalam artikel ini digunakan tipe GSP-830. Walaupun  demikian  sistem  penerima  ini  masih cukup  sulit  untuk  dipahami,  maka  diperlukan penjelasan secara mendalam dan terperinci dari sebuah  alat  peraga  sistem  penerima.  Dalam artikel ini, akan menjelaskan tentang alat peraga Receiver RF Circuit  Training  System GRF- 3300  secara  mendalam  yang  meliputi  cara kerja,  fungsi  serta  beberapa  komponen  utama yang  digunakan  (Manual, GWINSTEK -GRF- 3300).

## KOMPONEN DASAR TRAINER GRF3300

## Receiver
Penerima  ( receiver )  merupakan  sebuah alat yang menerima pancaran sinyal termodulasi  dari  pemancar  ( transmitter )  dan mengubah  sinyal  tersebut  kembali  menjadi sinyal informasi asli pada pita dasar ( baseband ).

## Low Pass Filter
Low  Pass  Filter (LPF)  merupakan  tapis ( filter )  yang  hanya  melewatkan  sinyal  pada frekuensi  yang  lebih  rendah  dari frekuensi cut- off (f c )  dan  akan  melemahkan  sinyal  pada frekuensi  yang  lebih  tinggi  dari  frekuensi cut- off .

## Low Nois Amplifier
Low  Noise  Amplifier (LNA)  merupakan penguat  yang  terletak  pada  tingkat  pertama sebuah receiver .  Tujuan  utama  sebuah  LNA digunakan adalah untuk meningkatkan penguatan  dan  kepekaan  dari  sinyal  yang diterima oleh antena penerima.

## Mixer
Mixer bertujuan untuk mengubah frekuensi.  Pada  sistem receiver ,  sinyal  akan diubah menjadi sinyal intermediate (menengah) yang diolah pada sirkuit baseband.

## Band Pass Filter
Band  pass  filter merupakan  filter  yang melewatkan  sinyal  pada  range  frekuensi  diatas
frekuensi  batas  bawah  ( f L )  dan  dibawah frekuensi batas atas ( f H ).

## Demodulasi
Demodulasi merupakan  proses  dimana suatu  sinyal  modulasi  yang  dibentuk  kembali seperti  aslinya  dari  suatu  gelombang  pembawa ( carrier wave ) yang termodulasi oleh rangkaian.  Jadi,  sinyal  informasi  dikeluarkan lagi  dari  frekuensi carrier menjadi  sinyal aslinya.  Proses  tersebut  berlawanan  dengan proses modulasi.

## Total Harmonic Distortion
Total Harmonic Distortion (THD)
merupakan nilai prosentase antara total komponen harmonisa dengan komponen fundamentalnya.  Semakin  besar  prosentase THD ini menyebabkan semakin besarnya risiko kerusakan peralatan elektronika (Krauss, Bostian, & Raab: 1990).

## HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

## Pengujian Low Pass Filter
Pengukuran  modul  LPF  meliputi  : input tracking  generator,  input  return  loss,  output return loss dan insertion loss .
Gambar 1. Hasil Input Tracking Generator LPF. start : 300 MHz, center:900 MHz, stop:
1,5 GHz.
Tabel 1. Hasil pengujian Low Pass Filter Pengukuran Tracking Generator (TG) Hasil input return loss -19 dBm -39.3dBm –TG = 20.3dB output return loss -19 dBm -39.6dBm – TG = -20.6dB insertion loss -20 dBm -31.3dBm – TG = -11.3dB
Return  loss adalah  perbandingan  antara amplitudo  dari  gelombang  yang  direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return  loss dapat  terjadi  karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi  dengan  impedansi  masukan  beban (antena). Nilai dari return loss yang baik adalah di bawah -9,54 dB, nilai ini diperoleh sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan  tidak  terlalu  besar  dibandingkan dengan  gelombang  yang  dikirimkan  atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah matching .  Nilai  parameter  ini  menjadi salah  satu  acuan  untuk  melihat  apakah  sudah dapat  bekerja  pada  frekuensi  yang  diharapkan atau tidak. Idealnya, filter yang disisipkan pada jalur  sirkuit  RF  tidak  menimbulkan  hilangnya daya  atau  dengan  kata  lain zero  insertion  loss.
Tetapi  pada  kenyataannya,  terdapat  sejumlah daya  yang  hilang  ( power  loss) karena  filter memiliki komponen yang mengandung resistansi  yang  menjadi  penyebab  utama insertion  loss. Dari  hasil  percobaan  dapat dilihat  bahwa  sinyal  keluaran  dari input  return loss dan output  return  loss menghasilkan keluaran  dibawah  -9.54  dB  sehingga  saluran transmisi dapat dikatakan sudah matching. Juga dapat  dilihat  pada  hasil  percobaan,  terdapat insertion  loss pada  modul  LPF  sebesar  -11.3 dB.

## Pengujian Low Noise Amplifier
Pengukuran  modul Low  Noise  Amplifier dengan  dua  jenis LNA yaitu Two-Stage Common  Emitter  LNA  dan  Cascade  Inductive Series  Feedback  LNA meliputi: input  tracking
generator,  input  return  loss,  output  return  loss dan gain .
Gambar 2. Hasil Input Tracking Generator LNA. start : 400 MHz, center:900 MHz, stop:1.4 GHz.
Tabel 2. Hasil pengujian modul Low Noise Amplifier Pengukuran Tracking generator (TG) Hasil Two- Stage Common Emitter Cascade Inductive Series Feedback input return loss -19.1 dBm -46.1 – TG = -27 dB -45.8 – TG = -26.7 dB output return loss -19.1 dBm -46.5 – TG = - 27.4 dB -46.1 – TG = -27 dB gain -39.6 dBm -16.7 – TG = 22.9 dB -25.2 – TG = 14.4 dB
Gain dan Noise  Figure adalah  faktor utama  dalam RF  amplifier .  Pertimbangan pertama  untuk  merancang  LNA  yang  baik adalah  mendapatkan  gain  dengan noise  figure yang  optimal.  Namun  karena  tidak  mudah untuk mencapai gain dan  impedansi  sumber sinyal yang optimal pada saat yang bersamaan, maka  digunakanlah  dua  jenis  LNA yaitu two- stage  common  emitter LNA dan cascade inductive  series  feedback  LNA. Saat  pertama sinyal  ditangani  oleh cascade  inductive  series feedback LNA yang  dapat  menguatkan  sinyal yang  diinginkan,  tetapi  noise  juga  ikut dikuatkan.  Oleh  karena  itu  digunakannya two- stage  common  emitter LNA  yang  dapat mengurangi  noise  dan  meningkatkan gain
sinyal  pada  waktu  yang  bersamaan.  Dari  hasil percobaan gain didapatkan  hasil  keluaran  yang mengalami  peningkatan  ( gain )  sebesar  22.9dB dan 14.4dB. Hal ini membuktikan bahwa kedua modul Low  Noise  Amplifier (LNA)  dapat bekerja dengan baik.

## Pengujian Mixer
Pengukuran  modul Mixer : Conversion Gain . Tabel 3. Conversion Gain Measurement Mixer
RF Input Freq. (MHz) LO Input Freq. (MHz) IF Out. Freq. (MHz) IF Out. Pwr. (dBm) Conv. Loss (dB) RF Out. Pwr. (dBm) 809.3 860 50.7 -35.3 -28.3 -7 809.3 865 55.7 -34.6 -27.6 -7 809.3 870 60.7 -33.2 -26.2 -7 809.3 875 65.7 -28 -21 -7 809.3 880 70.7 -27.1 -20.1 -7 804.3 880 75.7 -36.8 -29.8 -7 799.3 880 80.7 -42.6 -35.6 -7 794.3 880 85.7 -46.4 -39.4 -7 789.3 880 90.7 -49.7 -42.7 -7 784.3 880 95.7 -52.7 -45.7 -7
Gambar 3. Conversion Gain Measurement
Mixer
Modul mixer menggunakan dual  gate FET  mixer .  Perbedaan dengan single  gate  FET yaitu  memiliki  kontak Schottky yang  lebih, sehingga dinamakan dual gate FET. Keuntungan menggunakan dual gate FET mixer adalah  kapasitansi  antaradua  gerbang  yang sangat  kecil,  yang  menyebabkan  isolasi  yang baik. Dual gate FET mixer juga memilik fungsi sebagai  penguat  yang  memberikan conversion gain .  Secara  umum,  gerbang  FET  pertama adalah input sinyal RF, sedangkan gerbang FET kedua  adalah  input  sinyal  LO  dan  saluran pembuangan  FET  adalah  keluaran  sinyal  IF.
Pada hasil pengukuran dapat dilihat bahwa hasil frekuensi  dari  IF  adalah  selisih  frekuensi  dari RF  dan  LO  ( down  mixer ).  Pada  pengukuran conversion  gain  measurement didapatkan conversion  loss sebesar  -20.1  dB  nilai  puncak pada frekuensi 70.7 MHz.

## Pengujian Band Pass Filter
Pengukuran  modul Band  Pass  Filter meliputi: input tracking generator, input return loss, output return loss dan insertion loss .
Gambar 4. Hasil Input Tracking Generator
BPF. start: 10 MHz, center:70 MHz, stop:130 MHz.
Tabel 4. Hasil pengujian modul Band Pass Filter Pengukuran Tracking Generator (TG) Hasil input return loss -13.9 dBm -38.3 dBm – TG = - 24.4 dB output return loss -13.9 dBm -35 dBm – TG = - 21.1 dB insertion loss -14.6 dBm -22.6 dBm – TG = - 8 dB
Dari hasil percobaan, dapat dilihat bahwa band  pass  filter hanya  akan  melewatkan frekuensi  yang  sesuai  dengan  band  pass  yaitu 70.7  MHz  dengan  f L sebesar  68.2  MHz  dan  f H sebesar 71.8 MHz, sehingga frekuensi selain itu tidak  akan  dilewatkan.  Hal  ini  membuktikan bahwa modul band pass filter berfungsi dengan baik.

## Pengujian Demodulator
Pengukuran  modul Demodulator dengan input frekuensi 100Hz, 1 kHz, 10 kHz dan 100
kHz. Kemudian diukur pada output menggunakan Spectrum Analyzer .
Gambar 5. Control Knop Minimum saat 100Hz
Gambar 6. Control Knop Maximum saat 100Hz
Gambar 7. Control Knop Maximum saat 100kHz
Gambar 8. Control Knop Maximum saat 100kHz
Pada  percobaan  menggunakan  modul demodulator ,  diberikan  masukan  gelombang sinus dengan frekuensi 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz, dan  100  kHz  dengan  amplitido  2V pp .  Sinyal tersebut  dikirimkan  dengan  modul transmitter dan  diterima  oleh  modul receiver. Lalu  diukur dengan Spectrum Analyzer pada modul demodulator. Dari  hasil  percobaan  dengan modul demodulator dapat  dilihat  bahwa perubahan  frekuensi  pada  masukan  akan mempengaruhi besaran amplitudo pada keluaran .

## Pengujian Receiver
Pengukuran  modul  rangkaian Receiver RF  Circuit  Training  System GRF-3300. Kemudian  diukur  pada output menggunakan osiloskop.
Gambar 9. Input ke Transmitter
Gambar 10. Output dari Receiver
Pada  percobaan  menggunakan  modul receiver ,  diberikan  masukan  gelombang  sinus dengan frekuensi  1kHz  dengan  amplitudo  1V pp seperti  yang  terdapat  pada  Gambar  9.  Sinyal tersebut  dikirimkan  dengan  modul transmitter dan diterima oleh modul receiver. Dapat dilihat pada  Gambar  10  yaitu  sinyal  keluaran  dari modul receiver yang  diamati  menggunakan osiloskop , menampilkan hasil berupa gelombang  sinus.  Jika  hasil  pada  Gambar  10
dibandingkan  dengan  Gambar  9,  dapat  dilihat adanya  sedikit  penurunan  amplitudo  pada modul receiver .

## Pengujian Total Harmonic Distortion
Pengukuran Total  Harmonic  Distortion modul  rangkaian Receiver  RF  Circuit  Training System GRF-3300 dengan Distortion Meter.
Gambar 11. Hasil Distortion meter tanpa rangkaian receiver, input 1V rms , THD = 0.55%
Gambar 12. Hasil Distortion meter dengan rangkaian receiver , frekuensi 300 Hz, input 1V rms , THD = 5.5%
Tabel 5. Hasil pengujian Total Harmonic
Distortion Vin = 1V rms Total Harmonic Distotion Vin = 2V rms Total Harmonic Distotion - 0.55% - 0.58% 300 Hz 5.5% 300 Hz 16% 500 Hz 5% 500 Hz 14% 1 kHz 4.2% 1 kHz 11% 2 kHz 4% 2 kHz 9.8% 3 kHz 4% 3 kHz 11% Pada percobaan menggunakan Distortion meter untuk  mengukur Total  Harmonic Distortion (THD) , diberikan masukan gelombang sinus menggunakan function generator dengan  frekuensi  300  Hz, 500  Hz, 1 kHz,  2  kHz,  dan  3  kHz  dengan  tegangan1V rms dan  2V rms .  Sinyal  tersebut  dikirimkan  ke receiver GRF-3300  kemudian  diukur  dengan
Distortion  meter .  Nilai THD yang  diijinkan secara  internasional  maksimal  berkisar  5%. Dari  hasil  percobaan  menunjukkan  bahwa Receiver  RF  Circuit  Training  System GRF- 3300  bekerja  dengan  baik pada  tegangan  1V rms dengan  nilai THD maksimum  yang  dihasilkan sebesar  5.5%.  Sedangkan  pada  percobaan dengan menggunakan tegangan 2V rms , menghasilkan  nilai THD hingga  16%.  Dengan angka  yang  melebihi  prosentase  standar internasional,  membuat Receiver  RF  Circuit Training System GRF-3300 tidak dapat bekerja dengan baik pada tegangan masukan 2V rms .Dari percobaan menggunakan Distortion meter dapat ditarik  kesimpulan  bahwa Receiver  RF  Circuit Training  System GRF-3300  dirancang  untuk bekerja  dengan  baik  pada  tegangan  masukan sebesar 1V rms .

## SIMPULAN
Berdasarkan keseluruhan tahapan
pengujian  yang  telah  dilakukan  dapat  ditarik kesimpulan, sebagai berikut:
1. Low  Pass  Filter menghasilkan output return  loss sebesar  -20.3  dB, input  return loss sebesar-20.6  dB,  dan insertion  loss sebesar -11.3 dB. Dimana output dan input return loss menghasilkan keluaran dibawah -9.54  dB  sehingga  saluran  transmisi  dapat dikatakan sudah matching.
2. Low  Noise  Amplifier menghasilkan gain sebesar 22.9 dB untuk Two-Stage Common Emitter  LNA  dan 14.4  dB  untuk Cascade Inductive Series Feedback LNA .
3. Mixer yang  digunakan  dalam  sistem receiver merupakan down mixer .
4. Band  Pass  Filter memiliki band  pass sebesar  70.7  MHz  dengan f L sebesar  68.2 MHz dan f H sebesar 71.8 MHz.
5. Pada  modul Demodulator ,  perubahan frekuensi pada masukan akan mempengaruhi  besaran  amplitudo  pada keluaran.
6. Sistem receiver bekerja  pada  frekuensi 809.3 MHz.
7. Sistem receiver dapat  digunakan  dalam sistem  telekomunikasi  dengan  masukan sebesar 1V rms , karena nilai Total Harmonic Distortion memenuhi  nilai  yang  diijinkan secara internasional yaitu berkisar 5%.
8. Receiver RF Circuit Training System GRF-
3300  berkualitas  baik  dan  dapat  dijadikan sebagai sarana pembelajaran bagi mahasiswa teknik elektro khususnya teknik
telekomunikasi.

## DAFTAR RUJUKAN
GWINSTEK ,  “RF Circuit Training  System GRF-3300”,  Good  Will  Instrument  Co., Ltd.
Krauss. H.L, Bostian C.W, Raab F.H, “Teknik Radio  Benda  Padat”,  UI-Press,  Jakarta, 1990.