Ngobrol Ngalor Ngidul 0210

Ngobrol Ngalor Ngidul 0210

“kalo’ ada pertanyaan mengenai antena, sila kirim via orari-news@yahoogroups.com atau langsung ke unclebam@indosat.net.id pasti dijawab!”

Sekadar mengingatkan kembali, di akhir edisi lalu penulis menjanjikan mo’ ‘ngobrol tentang antena Loop dan beberapa variantnya. Kalo’ mo ‘ngomong subyektif, dari semua jenis antena yang pernah penulis wedar di sini, penulis pal- ing jatuh hati sama jenis antena yang satu ini. Betapa tidak, bikinnya gampang (ukuran ‘nggak kritis amat untuk diikuti), footprint sama, tapi kinerjanya paling lumayan dibanding jenis antena lain.

Karena keterbatasan tempat, di edisi ini kita batasi aja untuk ‘ngobrol tentang antena Cubical Quad, salah satu variant dari antena Loop yang karena ukurannya kaya’nya bakalan lebih cocok buat mereka yang mau bekerja di hi-band HF (20-15-17-12-10 m).

Sejarah:
Antena Loop direka di akhir dasawarsa 30’an oleh Clarence Moore, W9LZF, engi- neer pada stasiun broadcast milik missionaris katolik di daerah pegunungan Quito, Equador. Tekanan udara dan kandungan oksigen di sana cukup tipis karena lokasi berada di ketinggian sekitar 3000 meter DPL.

Ceritanya, Moore jadi pusing berat karena begitu diumpan sinyal 10 kW, ‘nggak sampai beberapa hari antenanya sudah jebol karena dari ujung elemen antena selalu keluar loncatan api, sampai akhirnya ujung tersebut terbakar (marong) dan putus. Alhasil, ukurannya berubah dan (karenanya) SWR melonjak tinggi. Moore menyadari bahwa antena vertical, dipole dan berbagai variant yang dicoba- pakai selama ini merupakan antena dengan Q-factor yang tinggi), cenderung menghasilkan corona effect (pengumpulan panas, sampai berupa pendaran cahaya) pada ujung-ujungnya jika dipakai di tempat bertekanan udara dan kandungan oksigen tipis.

Sadar bahwa solusi yang ada adalah dengan memakai sirkit antena tertutup (=‘nggak punya ujung yang bisa jadi lompatan percikan api) akhirnya ia mencoba bentuk LOOP, yakni seutas kawat atau kabel yang dibentang sedemikian rupa sehingga kedua ujungnya bertemu kembali di satu titik. Melalui beberapa percobaan, akhirnya didapati bahwa ukuran yang paling pas buat rancangan ini adalah satu lambda atau 1 wl. Terbukti pula bahwa dengan ukuran segitu bisa didapatkan rancangan yang ber Q-factor rendah, yang selama ini dicari untuk mengatasi masalah yang dihadapinya.

Loop 1wl yang berbentuk Bujursangkar (Square) mau pun Belah Ketupat (Dia- mond) – lihat lagi BeON 8 Tahun II –, dengan masing-masing sisi sepanjang 1/4 lambda macam ini lazim juga disebut sebagai QUAD Loop.

Nah, kalau sudah ketahuan sukses untuk “urusan kerjaan” - kenapa ‘nggak lantas diadopsi juga untuk urusan “hobi”? Dengan merunut pada prinsip kerja antena Yagi (ditemukan oleh pasangan Prof. Hidetsugu YAGI dan Shintaro UDA dari Tokyo University di thn ‘20an), kalo’ ditaruh sebuah Loop lagi sebagai elemen parasitik di depan belakang Quad Loop (yang sekarang jadi driven element) tentunya akan didapatkan
sebuah antena uni-directional (pada dasarnya Loop antena sendiri bersifat bi-directional) dengan Gain yang cukup substansial!

Hasil uthak-athik Moore inilah yang jadi cikal-bakal antena Cubical Quad seperti yang kita kenal sekarang, yang diketahui mempunyai beberapa kelebihan dibanding rancangan Yagi yang lebih duluan  populer karena:

1. Dengan jarak antar elemen yang sama, cukup dengan 2 elemen (= Boom yang lebih  pendek ) bisa didapatkan Gain yang mendekati perolehan Gain antena Yagi 3 elemen (7 dBd vs 8 dBd pada ketinggian free space);
2. Cubical Quad bisa berkinerja baik sebagai low angle radiator (dus lebih afdol untuk  ‘ngeDX) dengan posisi feed point yang TIDAK usah terlalu tinggi dari permukaan tanah - ketimbang antena Yagi yang memerlukan ketinggian feed point mendekati 1/2wl untuk bisa bekerja optimal;
3. Sebagai antena dengan faktor Q yang rendah, bandwidthnya jauh lebih lebar ketimbang  Yagi yang berfaktor Q tinggi;
4. Cubical Quad bisa dibuat dari bahan yang relatif murah (elemen dari kawat dan  spreader dari bambu) ketimbang Yagi yang biasanya dibuat dari tubing aluminium;
5. Sebagai sifat “bawaan” antena loop, receiving Cubical Quad lebih “hening”, noise–nya lebih rendah ketimbang antena lain yang dari jenis 1/4 atau 1/2 lambda.

Sisi minus Cubical Quad adalah konstruksinya 3D (ada panjang, tinggi dan lebar) dibanding Yagi yang cuma 2D (panjang dan lebar doang) - sehingga proses perakitan (dan pemasangannya) lebih ribet dan repot.

Karena elemennya terbuat dari kawat, Cubical Quad cenderung lebih rawan terhadap  sabetan layang-layang putus ketimbang Yagi. Trus karena merupakan antena floating (tidak ada bagian yang LANGSUNG tersambung ke ground) Cubical Quad lebih rawan terhadap sambaran petir, tidak seperti pada Yagi yang Boom dan elemen-elemennya selalu terhubungkan ke ground lewat klèm-klèman ke Mast dan Towernya.

2 element Cubical Quad
2 elemen Cubical Quad - baik yang bikinan pabrik mau pun yang hasil rakitan sendiri  adalah konfigurasi yang paling sederhana dan populer. Bisa dibuat sebagai monobander, tri-bander (band 20, 15 dan 10 m) atau rekan-rekan Penggalang bisa memanfaatkannya sebagai duo-bander (15 dan 10 m, atau kombinasi 2 WARC band 17 dan 12 m). Buat perakit anak  negeri, yang jadi masalah adalah untuk bikin spreader (perentang). Bikinan pabrik  HyGain memakai spreader dari tubing aluminium, sedang merek macam Gem Quad, Antena Mart dan Lightning Bolt memakai spreader berbentuk rod, tubing atau design khusus dari fibre glass. Homebrewer luar pager membuatnya dari vaulting pole (galah untuk loncat galah) atau joran pancing yang dari fiber glass juga.

Homebrewer kebanyakan sudah keder duluan untuk paké spreader dari aluminium, takut  spreader ini bakal ikutan resonan di salah satu band sehingga bakal susah nge-tune-nya (mesti pakai Gamma match seperti yang HyGain punya). Satu-satunya pilihan kaya’nya adalah ‘ngebahan spreader ini dari bambu, yang kalo’ mau lantas diperkuat dengan fibre glass treatment.

Ada berjenis bambu yang bisa dibikin spreader, yang pernah penulis paké adalah bambu  yang biasa dipaké untuk joran pancing atau lembing (tombak buat olahraga, bukan buat perang atau demo!). Ada  juga rekan yang paké bambu sumpitan (atau tulup, kalo’ kata orang mBantul), tapi dari ukurannya kaya’nya ini cukup untuk ngebahan Quad 15 m doang. Kalo’ mau sih,  untuk mendapatkan kepanjangan spreader yang diperlukan – misalnya 4 m untuk Quad 20 m - bisa dikombinasikan antara tubing aluminium lk. 2 m di pangkalnya plus bambu 2,5 m di ujungnya. Untuk dualband 15-10 m bisa dikombinasikan 1,5 m tubing + 1,75 m bambu. Justru model kombinasi begini akan menghasilkan spreader yang lebih kokoh dan lebih
gampang ‘ngerjainnya ketimbang yang full bamboo punya.

Untuk hub (buat mounting spreader ke mast) di pasaran bisa dicari buatan lokal dari bahan aluminium cor untuk ukuran Boom 1,25” dan spreader 1/2 – 1” (yang ini sih kaya’nya “limpahan” dari produksi masal buat bikin antena CB), bisa juga pesen khusus ke pengrajin cor-coran aluminium atau bisa diakali dari besi siku yang dilas (atau disekrup) berbentuk palang (+). Yang terakhir relatif lebih berat timbangannya, lebih ribet mountingnya (diklèm paké klèm knalpot model U yang bisa dicari di toko besi atau onderdil otomotif).

Untuk Boom penulis paké tubing alumium 1 1/4" (di kawasan Jabotabek lazim disebut Aluminium Metromini, karena di industri karoseri dipakai untuk tiang pegangan dan gantungan tangan di Metro mini, bis-kota ukuran sedang rekayasa industri dalam negeri) yang dinding luarnya bergerigi, sehingga sekali hub dikencengin sekrupnya dia ‘nggak bakalan gampang keputer atau ‘nyerosot karena sekrup akan ketahan sama gerigi itu.

Perakitan dan Penalaan:
Untuk pemula, pendekatan paling sederhana adalah konfigurasi dua Quad Loop yang  ukurannya dibuat SAMA, lantas difungsikan sebagai Driven Element (DE) dan Reflector (REF). Supaya bekerja sebagai REF, Loop yang satu di titik temu ujung-ujung elemen (yang pada DE berfungsi sebagai feed point) diberikan STUB (sambungan berupa ekor atau kuncir), yang dibuat sedemikian rupa sehingga ukurannya bisa di adjust seperlunya pada saat proses penalaan (tuning).

Untuk Quad 2 elemen konfigurasi paling pas adalah DE+REF ini. Untuk Yagi 2 elemen,  konfigurasi DE+DIR lebih disukai. Quad berbentuk Diamond (dengan spreader berbentuk tanda +) kinerjanya seduuikiit lebih baik dari pada yang berbentuk Square (dengan spreader berbentuk tanda x ), karena pada ketinggian instalasi yang sama titik current maximum akan berada di ujung atas  spreader sisi tegak (= titik paling tinggi), sedangkan feed pointnya (yang mesti digantungi coax) berada di ujung bawah spreader sehingga posisinya lebih kokoh untuk di-apa-apain (ditala, dimodifikasi dll.), ketimbang pada bentuk Square dimana feed  point berada di posisi ‘ngegantung di tengah-tengah antara ujung dua spreader (lihat Gambar berikut).  

Catatan: Gambar TIDAK dibuat on-scale basis, dalam kenyataan ukuran hub cukup dibuat  asal bisa “megang” lk. 25 cm pangkal spreader.

Perakitan dan Penalaan elemen Quad yang paling sederhana dilakukan dengan cara:

1. Untuk Driven Elemen (DE)
1.1 Potong elemen sesuai ukuran (L-DE pada Tabel di bawah). Lebihkan 5- 10 cm untuk sekadar toleransi waktu proses tuning. Rakit elemen dengan merentangkannya pada spreader sehingga membentuk sebuah Loop. Titik p pada Tabel adalah titik “singgung” pada spreader di mana elemen di “canthol”kan (boleh diikat, ditlusupin pada lobang yang di bor di spreader, di klèm atau apa pun. Usahakan untuk masih bisa digèsèr- gèsèr waktu proses penalaan untuk mendapatkan bentuk bujursangkar yang sama sisi);
1.2 Siapkan impedance transformer (penyelaras impedansi atau disebut juga sebagai Q- section) untuk band yang dikendaki, dari coax 72 ohm-an (RG59A/U atau sejenis) yang dipotong sesuai ukuran (lihat kolom xformer pada Tabel). Sambungkan di feed point, kemudian sambungkan ujung lainnya dengan RG58A/U, any length ke TX;
1.3 Penalaan dilakukan dengan pemotongan atau penambahan kawat elemen yang  dilakukan pada ujung-ujung elemen di feed point.

2. Untuk Reflector (REF)

2.1 Kalo’ sudah didapatkan ukuran DE dengan penunjukan SWR terbaik (tidak usah 1:1) pada proses 1.3 di atas, potong kawat elemen REF dengan ukuran yang SAMA dengan ukuran elemen DE;
2.2 Siapkan STUB berupa open wire sepanjang lk. 60 cm. Buat saja dari kabel yang sama  dengan kabel elemen, dengan spacer dari bambu atau 3-4 mata terminal kabel untuk mendapatkan jarak 6-10 cm antar sisi stub;
2.3 Pasangkan Stub di ujung elemen REF (yang ada di ujung bawah spreader sisi tegak)  dengan terminal kabel, kemudian short ujung- ujungnya (yang kemlèwèr ke bawah) dengan jumper yang dibuat dari 2 bh alligator clip yang disambung bertolak belakang. Angka di kolom Stub pada Tabel di bawah menunjukkan perkiraan (approximate) posisi penjumperan pada stub ini;
2.4 Pasang struktur REF di ujung lain dari Boom pada jarak antara 1,25 – 1,80 m di  belakang DE, yang merupakan JARAK KOMPROMISTIS antarelemen yang diambil sekitar 1/8wl untuk band yang dikehendaki;
2.5 Naikkan Boom ke posisi paling tidak 7 - 8 m dari tanah (>1/2wl pada 15 m), terus minta salah satu rekan yang QTHnya 5 - 10 km dari lokasi anda untuk mantheng carrier di band yang mau diuji coba, atau untuk sopannya minta 2 rekan untuk QSO lokal-lokalan. Hadapkan antena ke arah rekan tersebut trus naik-turunkan posisi jumper  pada Stub sampé didapatkan bacaan sinyal yang paling kuat (pada proses ini seyogyanya kecilkan RF Gain semaksimum mungkin untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat);
2.6 Tahap berikut adalah memutar posisi antena sampai membelakangi rekan anda, terus ulangi lagi menaik turunkan jumper sampai didapatkan posisi penerimaan yang paling kecil/ lemah (pada tahap ini buka RF-Gain semaksimum mungkin). Posisi jumpering point terakhir inilah yang menunjukkan F/B (front-to-back) Ratio yang optimal;
2.7 Ganti alligator clip dengan kawat atau kabel yang langsung disolderkan pada posisi/jarak di tengah-tengah posisi penerimaan maksimum dan minimum tadi (titik  ini adalah titik kompromistis, jadi monggo kerso sesuai selera; mau pancaran kuat tapi penerimaan biasa-biasa aja atau sebaliknya).  

Kalau mau penalaan yang lebih teliti, adjustment pada Stub bisa diikuti juga dengan adjustment pada JARAK
ANTARELEMEN dengan menggeser MAJU-MUNDUR posisi REF pada Boom sambil kembali memutar-mutar antena menghadap atau  membelakangi stasiun lawan. Lakukan sampai didapatkan posisi tengah antara penerimaan maksimum dan minimum seperti pada  penalaan Stub.  Posisi inilah yang merupakan titik kompromi antara Foward Gain Maksimum dan F/B ratio terbaik. 

Kalau sudah OK semua, barulah semua ikatan elemen ke spreader diikat mati, demikian juga semua solderan: di feed point, sambungan elemen REF ke Stub, jumpering di ujung stub dan sambungan antara ujung Matching transformer serta feeder line di seal baik-baik dengan isolasi ban atau lem epoxy seputar titik-titik ikatan, sambungan dan solderan.

Sekarang naikkan posisi Boom ke posisi permanen yang direncanakan semula (biasanya di ujung pipa yang menjulur ke atas lk. 4 m dari ujung tower). Biasanya akan ada sedikit kenaikan penunjukan SWR, tetapi dari pada susah naik-turunin lagi, kalau SWR cuma sekitar 1.5:1 ya cuèkin saja karena dengan SWR segitu losses di hi-band belum begitu kentara banget dampaknya pada pancaran Anda. Kalau SWR melewati batas merah, ya diudak saja pakai Tuner atau tunggu barang 2 - 3 minggu lagi untuk kembali ‘ngumpulin mood, nyali, semangat (dan temen yang mau nolongin) untuk melakukan proses penalaan ulang.

Sebenarnya ada cara perakitan dan penalaan yang lebih mudah, yaitu dengan membuat REF yang TIDAK USAH DITALA. Sesudah penalaan tahap 1 (mencari panjang resonan elemen DE yang pas) buat saja elemen REF dengan ukuran 5% lebih panjang dari DEnya (seperti disebut di kolom L-REF pada Tabel). Tapi ya itulah, anda mesti mau ‘nrimo aja kalau hasilnya jadi serba kompromistis dan ‘nggak bisa optimal!

Untuk Cubical Quad yang bekerja multiband, baik untuk elemen DE dan REF direntang secara berurutan, band terrendah (misalnya 20 m) ditaruh di sisi paling luar, kemudian band-band berikutnya (15 dan 10 m) di sebelah ke dalam. Pada versi ini, Q-section dan transmission line untuk masing-masing band mesti dibuat sendiri-sendiri (terpisah).

Ukuran-ukuran:
Berdasarkan rumus-rumus yang pernah diulas di BeON edisi awal dan pengalaman empirik selama ini, pada tabel di bawah diberikan ukuran-ukuran yang diperlukan dalam merancang dan merakit 2 element Cubical Quad antena: Rancangan 2 elemen Cubical Quad ini mempunyai free-space Gain lk. 7 dBd (rasio penguatan sekitar 5 x), dengan karakter polarisasi horizontal, low angle radiation dan uni-directional.

Kurang puas dengan Gain yang segitu? Disamping ilustrasi 2 elemen Cubical Quad yang  ‘nggak “ketampung” di edisi ini, di edisi depan kita tengok cara yang “dikembangkan” Bob Martinez, W6PU untuk meningkatkan kinerja (terutama perolehan Gain) Cubical-Quad antenanya.

CU ES 73!

.