ANTENNAMANIA 0106
The HeliCap Antenna (antena helikal untuk di BASE Station)
bam ybØko/1 | unclebam@gmail.com
Pengantar:
Antena Helikal (sebutan bagi antena yang dibuat dengan menggulung elemen secara helikal – helically wound – pada sebatang pipa pejal/rod) untuk Low Band HF lazimnya hanya digunakan pada atau untuk aplikasi Stasiun Bergerak (mobile station), dan jarang sekali digunakan pada instalasi di Base Station -- kecuali pada saat darurat, misalnya untuk menggantikan antena utama (biasanya berupa berjenis vari- ant Dipole atau antena Vertikal) yang karena satu dan lain hal sedang tidak bisa digunakan (konsep “tiada rotan akar- pun berguna”)
Di literatur, salah satu versi antena Helikal untuk Base Sta- tion yang biasa dijadikan rujukan adalah berjenis FLAG Pole (tiang bendera) Antenna, berupa kawat 1/2λ yang digulung dengan spasi pada sebatang pipa PVC 2-3” (pada versi baru dipakai 1/4λ kawat yang disusupkan ke dalam pipa yang sama, TANPA ada gulungan/lilitan), yang lantas menjadi- kannya bekerja sebagai sebuah Monobander monopole (vertical) antenna.
Betapapun, menegakkan pipa setinggi 1/4λ (yang memerlu- kan guy wires) serta keharusan adanya grounding system (tata pentanahan) yang tidak sekedar “apa adanya” untuk menunjang keberhasilan kinerja sebuah antena vertikal macam ini biasanya belum apa-apa sudah bikin ciut nyali rekans berlahan cekak, dan karenanya pada edisi ini penulis mengajak rekans untuk ‘ngikuti bahasan tentang antena yang penulis sebut sebagai the HeliCap Antenna, yang dari awal memang penulis niatkan untuk penggunaan di Base Station, dan di-angan-kan untuk bisa berkinerja “lumayan” TANPA harus menggunakan sistim radial yang kompleks dan
ribet.
BTW, prototype antena HeliCap ini beserta proses perakitannya pernah penulis peragakan di depan para peserta acara NYOLDER BARENG II di Sidoarjo, bulan Oktober 2010 [bam]
Pembonsaian Antena
Di kalangan penghayat dan pengamal ilmu per-antena-an — baik yang amatir maupun yang pro — dikenal berbagai kiat pembonsaian antena, antara lain dengan menggunakan berjenis loading coils (base, center atau top/end loading), trap, linear loading, dan/atau meng- gulung elemen secara helikal (helically wound).
Tiap kiat mempunyai sisi plus dan minus masing- masing, tapi pada umumnya selalu disebutkan bahwa ... inductively loaded antennas are less efficient and have narrower bandwidths than full-size ones ... sehingga untuk mendapatkan kinerja yang optimal dari kiat inductive loading (terutama efisiensinya) seyogy- anya dicari kombinasi yang tepat di antara berbagai kiat per-loading-an tersebut, tentunya dengan memper- timbangkan untuk aplikasi apa sebuah antena diran- cang serta sikon setempat dan sewaktu seperti apa yang dihadapi dalam proses pembuatan, perakitan, penalaan dan pemakaiannya.
Antena HELIKA L
Bagi mereka yang menginginkan sebuah antena yang bisa dibuat lebih pendek (bahkan paling pendek) ketimbang antena yang dibonsai dengan kiat pembon- saian yang lain, kiat penggulungan elemen secara helikal (helically wound) dipilih karena dapat memberi- kan distribusi arus (current distribution) yang merata di sepanjang elemen, tentunya selama tetap diperhatikan batasan-batasan yang diperlukan untuk dapat mem- pertahankan efisiensinya.
DESIGN PARAMETERS
Kalau tidak disebutkan lain secara spesifik, maka angka atau nilai yang disebutkan dalam batasan- batasan umum yang ditela berikut merujuk pada rancangan antena untuk band 40m, yang tentunya dengan mudah dapat di scaled up atau scaled down (diambil skalanya) untuk band-band lain.
1. Diameter lilitan/gulungan
Pada proses perancangan antena helikal, ratio ukuran diameter koker dibanding panjang gelom- bang harus cukup kecil untuk menghindari antena bekerja pada mode axial (seperti pada antena HE- LIX di band UHF) dengan polarisasi sirkuler -- yang kurang pas untuk aplikasi di band HF. Untuk low band HF, diameter yang dianjurkan adalah antara 1 ~ 10”, yang dalam praktek akan ditentukan oleh berbagai pertimbangan dari segi kemudahan proses pelilitan dan kekokohan konstruksi.
2. Panjang kawat yang dililitkan
Menurut pakem yang selama ini diikuti para pem- biksen (pembikin sendiri/homebrewer) dan pengra- jin antena, untuk membuat sebuah antena dengan panjang elektrikal 1/4λ diperlukan kawat sepan- jang 2x lipat panjang eletrik atau = 1/2λ.
3 Diameter kawat
usahakan untuk sebesar mungkin (untuk menekan losses, yang antara lain bisa ditan- dai kalau kawat menjadi hangat – atau panas -- saat dipakai transmit), namun juga sepraktis mung- kin dengan mempertimbangkan segi-segi kemudah- an dalam proses pelilitan, solder menyolder atau sambung menyambung di mana perlu.
4. Spasi Lilitan
Untuk meng-optimal-kan pemerataan distribusi arus (dan beban) di sepanjang radiator pelilitan bisa dila- kukan menuruti rekomendasi Prof. Arnie Coro CO2KK (dari milist AntenneX), yaitu dengan mem- baginya dalam 3 cara pelilitan yang berbeda: de- ngan spasi renggang, sedang dan tanpa spasi (= lilitan rapat).
5. Capacitive Loading
Untuk menurunkan faktor Q dari keseluruhan sosok antena (dan untuk dapat sedikit memperlebar bandwidth pada rancangan helikal yang terkenal pelit bandwidth itu) pada titik dengan voltage maxima (= di ujung antena, karena di pangkalnya terdapat current maxima) perlu ditambahkan ca- pacitive loading untuk menambahkan sedikit nilai C pada keseluruhan sirkit antena yang akan dibuat.
Pengembangan Gagasan
Bertolak dari batasan-batasan di atas maka disusun Bill of Material (rincian bahan) sebagai berikut:
1. Untuk koker dipakai pipa PVC dia. 1.5”
2. Lilitan dibuat dengan membagi TIGA kawat yang tersedia, sehingga didapatkan tiga segmen kawat yang dililitkan dengan 3 cara pelilitan yang ber- beda: lilitan segmen pertama dibuat dengan spasi 2x tebal kawat, segmen ke dua dengan spasi 1x tebal kawat dan segmen terakihr dengan lilitan rapat (TANPA spasi = close wound)
3. Karena tidak praktis kalau penalaan dilakukan de- ngan membuka atau menambah lilitan, maka pan- jang segmen induktip (yang dibuat dengan proses lilit-melilit) sengaja dibuat untuk tidak pas resonan pada design frequency. Dengan demikian, alih-alih menggunakan kawat sepanjang 20 mtr (hitungan kasar untuk panjang fisik 1/2λ pada band 40m) maka dipakai kawat sepanjang 18 mtr saja.
4. Untuk mengkompensasi naiknya frekwensi pasca langkah 3 diatas perlu diberikan Capacitive loading (untuk mengembalikan frekwensi resonan ke de- sign frequency di band 40m), berupa tambahan sepotong pipa aluminium dia. 1.5” di ujung lilitan.
5. Dengan pertimbangan kemudahan pengerjaan (dan lebih murah) pipa aluminium di langkah 4 di- substitusi (diganti) dengan melilitkan -- istilah yang lebih pas adalah “membungkuskan”/wrapping -- aluminium wire mesh (kawat nyamuk, yang biasa dipakai sebagai bahan pada perakitan parabola) menutupi pipa PVC, persis di (dan tersambung de- ngan) ujung lilitan rapat segmen helikal terakhir.
6. Ujung luar/atas wire mesh di-klem ke pipa dengan hose clamp. Sebelum klem dikencangkan, susup- kan sepotong (20-25 cm) kawat tebal berisolasi (dia. 1.6 — 2 mm) yang nantinya difungsikan seba- gai capacitive hat. Pangkal kawat ini (yang sudah di”buka” isolasinya) yang disusupkan ke klem- kleman, sedangkan ujungnya biarkan ‘nglèwèr/ menjuntai begitu saja (supaya mudah dipotong/di- trim sedikit demi sedikit untuk fine tuning pada proses penalaan).
Antena HeliCap
Pada saat pengembangan gagasan inilah kemudian terbersit sebutan HeliCap bagi rancangan antena yang merupakan gabungan antara komponen induktip berupa Helically wound segment dan komponen ka- pasitip berupa Capacitive Loading (dan Hat) itu.
Perakitan antena HeliCap
Mengawali proses perakitan siapkan bahan-bahan utama (dan pembantu) sebagai berikut:
1 mtr pipa PVC dia. 1.5”, type D (tipis)
10 mtr kabel speaker Monster 2 x 32, ”belah”/split jadi 2 utas @ 10 mtr. Sambung-seriekan kedua ujung untuk mendapatkan 20 mtr kabel serabut berisolasi (kurleb dia. 1.8 mm termasuk tebal isolasi). Potong dulu sepan- jang 18 mtr dan sisakan kelebihan 2 mtr un- tuk “alat bantu” dalam proses pelilitan.
1/2 mtr (lebar 100 cm) kawat nyamuk Aluminium
1 rol double tape, lebar 2 cm
1 rol Aluminum adhesive tape lebar 5 cm (pita alu- minium dengan satu sisi berperekat, seperti yang diecer di kaki lima untuk menambal panci bocor; atau dipakai para tehnisi insta- latir parabola untuk menutup titik-titik sam- bungan supaya tidak kemasukan air hujan atau embun)
4-5 bh hose clamp (klem selang) 2”
1-2 bh cap/dop PVC 1.5”
1 tube lem PVC
1 set (resin & hardener) lem epoxy jenis FAST DRY
1 rol isolasi kelistrikan
1 kantong nylon cable ties # 150
PROSES PERAKITAN
1. Pembuatan komponen induktip/segmen helikal
a. Bagi 18 mtr kabel tersebut menjadi 3 segmen @ 6 mtr. Kalau yakin akan bisa menanganinya, kabel tersebut TIDAK USAH dipotong, cukup ditandai saja (misalnya dengan supidol atau isolasi tape) pada tiap batas antar segmen @ 6 meteran tersebut.
b. Kira-kira 10 cm dari ujung bawah/pangkal pipa PVC buat lubang dengan mata bor kecil (sekedar tibang pas buat lewat kabel, malah kalau bisa agak seret) sebagai “titik awal” pelilitan (lubang harus menem- bus pipa pada 2 titik yang ber”seberangan”)
c. Sebelum mulai proses pelilitan, tempelkan 4 “strip” @ 20 cm double tape membentuk 4 garis berjajar pada permukaan pipa PVC (bisa saling berimpit/ overlap atau berspasi, sesuai lebar double tape yang ada). Strip perekat ini akan “memegang” lilit- an untuk tidak bergeser dari posisinya.
d. Masukkan +/- 15 cm ujung kabel ke lubang yang disebut di butir (b), tarik keluar sampai “nongol” dari lubang di seberangnya.
e. Mulai lakukan pelilitan segmen pertama, dengan menggunakan kabel speaker yang BELUM di-split sebagai spacer (pengatur spasi) antar lilitan untuk mendapatkan lilitan dengan spasi 2x tebal kawat.
f. Berhenti melilit begitu lilitan mendekati ujung 4 strip double tape. “Ikat” pangkal dan ujung lilitan dengan cable tie supaya tidak terurai [‘nglokor (Jw)]
g. Tempelkan 4 strip @ 20 cm berikutnya, dan teruskan pelilitan sampai keseluruhan 6 mtr kabel habis terlilit (kalau perlu dengan setiap kali ber- henti seperlunya untuk menempelkan n x 4 strip @ 20 cm berikutnya). Ikat/kencangkan ujung lilitan dengan cable tie.
a. Lakukan pelilitan segmen ke 2 dengan proses yang sama dengan peliliitan segmen pertama (dengan menempelkan n x 4 strip @ 20 cm double tape, mengikat lilitan dengan cable tie di mana perlu dan sebagainya), hanya saja untuk tahap ini pelilitan dilakukan dengan kabel yang SUDAH di split seba-
gai spacer.
b. Sesudah 6 mtr ke dua habis terlilit, kembali ikat ujung lilitan segmen 2 ini dengan Cable tie.
c. Pelilitan segmen 6 mtr ke tiga/terakhir dilakukan TANPA spasi, yang tentunya jauh lebih mudah dila- kukan ketimbang pelilitan 2 segmen sebelumnya. Ikat ujung lilitan dengan cable tie (untuk nantinya cable tie ini diganti dengan hose clamp).
Gambar 1 memperlihatkan komponen induktip atau segmen helikal ini (pada gambar spasi antar lilitan BE-
2. Pembuatan komponen/segmen kapasitip
a. Persis di ujung lilitan helikal terakhir, tempelkan strip double tape sepanjang 30 cm. Kalau ingin le- bih kuat daya rekatnya tempelkan saja 2 strip saling berjajar rapat.
b. Potong aluminium wire mesh dengan lebih dulu me- lingkarkannya pada pipa PVC yang belum tertutup doube tape untuk mendapatkan ukuran yang cukup melingkari pipa (lebihkan untuk overlap +/- 2 cm).
c. Tempelkan erat-erat pinggir wire mesh ke permu- kaan double tape, lalu lingkarkan sisanya memutari keseluruhan panjang pipa PVC. Selama proses pelingkaran ini pastikan wire mesh tertempel erat dan rata ke permukaan pipa (dengan overlap +/- 2 cm seperti disebut di atas).
d. Lanjutkan proses pem”bungkus”an pipa sampai wire mesh sepenuhnya menutup permukaan pipa. Ratakan pembungkusan dengan menggosoknya dengan gagang pisau atau obeng. Ikat kedua ujung dengan cable tie, sedangkan untuk memastikan gulungan tidak “nglokor” atau terurai selama proses selanjutnya ikat gulungan wire mesh tersebut de- ngan isolasi tape -- dengan interval seperlunya.
e. Pada AKHIR proses perakitan, nantinya permukaan wire mesh akan ditutup dengan Aluminium adhesive tape (sehingga sepintas terlihat seperti sepotong pipa aluminum - dan BUKAN sekedar (atau terlihat seperti) pipa PVC yang dibungkus wire mesh doang. Pada tahap ini biarkan saja dalam keadaan terbuka seperti itu.
Gambar 2 – Komponen KAPASITIP (pada gambar SUDAH ditutup/ dilapis Aluminium tape).
Perhatikan sepotong kabel yang diklèm dengan hose clamp di ujung atas gulungan wiremesh (ikuti text lanjutan pada edisi bu- lan depan untuk keterangan ditil tentang “sepotong kabel” ini)
Bagian pertama tulisan tentang HeliCap ini kita cukup- kan sampai disini saja dulu, untuk disambung- lanjutkan lagi di edisi depan … CU ES 73
