obrolan AntennaManIa
W5GI, the “Mistery“ Antenna
Pengantar:
Pada salah satu posting di FB KOMUNITAS ANTENA INDONESIA di awal Oktober ini OM Sulwan Dase YB8EIP menyebut tentang pola pancaran (radiation pattern) dari sebuah 3*1/2λ collinear array - yang teoritis “menjanjikan” Gain sebesar 3-5 dBd. Ini mengingatkan Penyunting akan dua jenis antena yang mengadopsi konsep kolinear 3*1/2λ ini, yaitu antena G5RV dan W5GI.
Tentang G5RV sudah banyak ditulis, karenanya di e-QSP edisi ini Penyunting coba untuk mendaur ulang artikel tentang W5GI, yang dengan judul yang sama namun dalam berbagai format yang berbeda pernah mengisi kolom ‘ngobrol-’ngalor-’ngidul ihwal per-antena-an di BeON, kolom tehnik Buletin ORLOK Kebonjeruk, diunggah ulang ke beberapa laman, maupun yang beredar sebagai tulisan lepas ataupun handout yang dibagikan pada beberapa acara sarasehan, paparan maupun peragaan [Ed.]
Seperti juga antena G5RV yang mendapatkan nama- nya dari callsign Louis Varney — sang penemu — demikian juga rancangan antena multibander yang pantas dibilang “paling anyar” (dibanding rancangan multibander lainnya, karena baru diwedar penemunya John P Basiloto W5GI di majalah CQ edisi July 2003) ini.
Sepintas footprint dan tongkrongannya ‘nggak jauh beda dengan G5RV, karena selain sama-sama men- jadikan frekuensi di sekitar segmen bawah band 20m (14.150 ~ 14.200 MHz) sebagai design frequency, keduanya juga sama-sama memakai 1/2λ matching stub,
Walaupun pada band 20m keduanya sama-sama me- rupakan 3x half wave collinear antenna, perbedaan utama antara W5GI dengan G5RV adalah Varney mengharapkan pola pancaran (radiation pattern) ber- bentuk 4 cuping (4-lobes) dengan Gain yang merata di 20m (yang bisa didapatkan dari 2 buah 3x half wave yang saling berbeda fasa), sedangkan Basiloto lebih menginginkan sebuah broadside array dengan pola pancaran berbentuk 6 cuping (6-lobes).
Untuk mendapatkan karakter pancaran 6-lobes seperti itu W5GI menggunakan potongan kabel coax sebagai pembalik fasa pada masing-masing sayap (bandingkan dengan pada G5RV dimana satu sayap berbeda fasa dengan yang satunya), atau seperti ditulisnya dengan merujuk artikel James E Taylor W2OZH tentang antena “COCOA (Collinear Coaxial Array)” (majalah 73 Amateur Radio, August 1989) yang mengilhaminya untuk mengembangkan the “Mistery” Antenna ini:
In its standard configuration, a collinear antenna uses phase reversing stubs added at the ends of a centerfed dipole. These stubs put the instantaneous RF current in the end elements in phase with that in the center ele- ment. You can make these phase reversing stubs from open wire line or coaxial cable.
However, according to James E. Taylor W2OZH — when you apply a RF voltage to the center conductor at the open end, the stub causes a voltage phase lag of 180 degrees at the adjacent coax shield. This happens because the RF is delayed by one quarter-cycle as it passes from left to right, inside the coax to the shorted (opposite) end. There’s another quarter-cycle delay as the wave passes back from right to left inside the coax and emerges on the shield at the open end. Add up the
delays and you get a total time delay of one-half cycle, or 180 degrees. In essence, the coax section serves two purposes: it provides the necessary delay and provides part of the radiating element.
Secara skematik tongkrongan W5GI bisa digambarkan sebagai berikut:
Satu sayap (= 1/2 L1 pada gambar) terdiri dari 3 seg- men, masing-masing segmen A = B dari kawat atau kabel biasa sepanjang 1/4λ pada design frequency di 20m (= +/- 5mtr), sedangkan segmen yang di tengah dibuat dari coax RG-58 yang dipotong SAMA PANJANG dengan segmen A dan B (TANPA memperhitungkan VF/ Velocity Factor) — seperti yang bisa diamati pada gambar :
Perhatikan bahwa hanya satu ujung outer braid dari coax (ujung ke arah luar) yang dishort/dikonèk dengan segmen B.
Bagi yang mau mem-biksen (bikin sendiri), Basiloto menganjurkan untuk membuat sebuah dipole 20m biasa dulu (ukuran satu sayap bisa dihitung dengan rumus L = 71.3/f), yang langsung di-feed dengan coax dan ditala untuk bisa resonan pada design frequency. Sesudah didapatkan ukuran yang tepat (sesuai sikon setempat), fungsikan kedua sayap dipole 20m tersebut sebagai segmen A pada W5GI. Potong kabel lain de- ngan ukuran persis sama dengan segmen A (sebagai segmen B), kemudian potong coax RG-58 (untuk seg- men tengah) dengan ukuran persis sama kedua seg- men lainnya (A dan B).
Untuk matching stub (L2 pada gambar) Basiloto meng- gunakan 300 ohm Ribbon Type TV feeder (Radio Shack P/N 15-1175), dengan VF/velocity factor 0.8, tetapi Basiloto juga bilang bahwa any parallel balanced wire bisa dipakai (kalau tidak ketahuan berapa VF-nya — seperti pada open wire biksen — tentunya ukuran yang pas mesti dicari dengan cara trial & error.)
Pasangkan L2 di feedpoint, kemudian coba cek apakah penunjukan SWR tidak berubah – atau kalau perlu adjust kembali ukuran L2 sampai ditemukan SWR yang terbaik.
Seperti juga Varney G5RV, Besoloto menganjurkan ketinggian feedpoint sekitar 8 mtr (25 ft) sebagai ke- tinggian minimal pada waktu penalaan pertama.
Penunjukan SWR di 80 ~ 6m
Pada prototype-nya, Basiloto yang ‘ngebahan antenanya dari kawat #14 (1.6 mm) mendapatkan pola SWR sbb.:
80m 1 : 1.5 ~ 3.5 (500 KHz)
40m sekitar 1 : 1.9
20m sekitar 1 : 1.5
15m 1 : < 3
10m 1 : 1.8 (di 28.35 MHz)
6m 1 : 1.2 ~ 2.3 (2.5 MHz)
Di WARC-band pun (kecuali di 30m, di mana SWR bisa melonjak sampai 1 : > 5) penunjukkan SWR bisa dite- kan sampai 1 : < 1.9. Bandingkan dengan pada G5RV, yang selain di 20m (tanpa menggunakan ATU) penun- jukan SWR bisa-bisa nggak akan pernah bisa lebih ren- dah dari 1 : 3 (!!!)
The “Mistery “Antenna
Tertarik hasil uji-coba W5GI dengan prototypenya, Dean W9ZLS membuat sekitar selusin duplikat dengan menggunakan bahan yang berbeda-beda untuk elemen dan stub-nya.
Setelah selang beberapa waktu Dean (dan rekan lain yang ikutan mencoba dengan W5GI versi masing- masing) juga mengkonfirmasikan kinerja yang tidak jauh berbeda dari versi prototype.
Rod WA9GQT yang QRP-er menjajalnya di topband (160m) sebagai sebuah top-loaded Marconi, dan mela- porkan kemampuan receiving yang cukup baik dan lebih hening (less noisy) ketimbang antena 160m lain yang pernah dipakainya.
Lho, kalau hasilnya memang begitu menjanjikan, lantas kenapa W5GI sendiri menyebut rancangannya sebagai sebuah “Mistery”?
Ini lantaran dia sendiri tidak bisa menerangkan bagai- mana dan dari mana antena ini bisa bekerja sebagai an excellent performer seperti itu — pada hal semula dia sekedar mengharapkan sebuah G5RV yang bisa bekerja sebagai sebuah 6-lobes broadside array .
Salah satu akal-akalan yang orisinil darinya adalah ti- dak seperti biasanya (pada urusan yang berkaitan de- ngan panjang coax), dalam memotong coax sebagai pembalik fasa tersebut VF-nya TIDAK perlu diperhitungkan.
Tiga rekannya yang mencoba menyimulasikan antena ini di komputer mereka dengan berbagai parameter dan sikon yang berbeda (bahan, ketinggian feedpoint, jenis tanah di bawah bentangan antena, dll.) ternyata mendapatkan “bacaan” yang disamping saling ber- beda, juga cukup jauh dari hasil uji-coba nyata dan praktek lapangan yang dilakukan Besoloto, yang mem- perkuat kilahnya bahwa memang ada misteri yang be- lum bisa terungkapkan dibalik keberhasilannya. Pengamat per-antena-an seperti Claudio Re, I1RFQ dan Jan Gunmar, SMØAQW mencoba mengaitkan temuan W5GI ini dengan rancangan lawas sleeve antennas, yang sudah disebut-sebut di literatur per-antena-an sejak dekade 40an (a.l. buku Antennas, Transmission Lines and Waveguides dari RWP King cs., 1946), yang diagramnya seperti berikut:
Gambar di atas (diambil dari situs AntenneX) sepintas memang menunjukkan kemiripan dengan W5GI, tetapi tidak didapat penjelasan tentang fungsi coaxial cable yang diselipkan diantara dua segmen dan bagaimana detil penyambungannya.
Cara penyambungan coax yang agak mirip bisa ditemui pada cara penyambungan coax (sebagai bagian dari radiator) ke pigtail pada rancangan double bazooka, tapi rasanya ini lebih relevant untuk menerangkan sifat broadband dari rancangan antena (manapun) yang menggunakan potongan coax sebagai radiator (atau bagian dari radiator).
W5GI di ybØko
SWR plot the “Mistery” Antenna menyemangati niatan ybØko untuk mengadopsi kiat W5GI dalam mengem bangkan sebuah antena Multiband 80-10m yang bisa memenuhi 4 butir design parameters:
1. Bentangan tidak lebih dari 2 x 10 mtr
2. Cukup broadband sehingga tidak “sangat tergantung” pada penggunaan ATU.
3. Cukup efisien di band 80m di mana bentangan antena ≤ 1/4λ;
4. Dapat dibuat (sendiri) dari dan dengan bahan yang mudah didapat oleh — dan dengan harga yang ter- jangkau bagi — para pembiksen (homebrewer)
5. Pembuatannya tidak merepotkan mereka dengan kemampuan dan peralatan berhasta karya yang serba “pas-pasan”.
·Beberapa trik yang teringat adalah a.l. :
1. Instalasi dilakukan dengan menekuk (bending) ujung-ujung bentangan antena sehingga didapatkan konfigurasi bent dipole (serupa Inverted U), untuk mendapatkan efek capacitive loading (yang dapat memperpendek ukuran fisik elemen), sehingga bisa didapat bentangan yang tidak lebih dari 20 mtr (parameter # 1)
2. Untuk membuatnya lebih broadband· (parameter # 2) diupayakan untuk menurunkan Q-factor dengan memperbesar diameter masing-masing segmen A dan C. Segmen A yang semula berupa single wire diganti dengan kabel speaker kabel Monster 2x80, sedangkan segmen C diganti dengan 3-wire yang diparalel.
3. Segmen A yang sekarang terdiri dari dua ler kawat tersebut di short di kedua ujung (= diparalel) untuk meng-simulasi-kan sepotong large diameter wire, sedangkan penggunaan multi-wire pada segmen C diadaptasi dari rancangan Double Bazooka yang terkenal broadband itu.
4. Pelebaran bandwidth akibat turunnya Q-factor ini diharapkan dapat menggeser titik resonan tiap seg- men, sehingga terjadi log periodic effect yang ber- peran pula pada upaya broadbanding keseluruhan konfigurasi antena.
Lewat beberapa tahap uthak-athik maka jadilah tong- krongan “baru” seperti bisa diamati pada gambar beri- kut, yang di samping kinerjanya nyaris tak berbeda dengan W5GI asli, sedikit banyak juga bisa memenuhi kelima design parameters yang disebut di depan.
Pengerjaannya
ybØko mengambil jalan pintas dengan memathok ukuran 5 mtr bagi masing-masing segmen, tapi buat “the perfectionist” pengerjaan bisa diawali dengan membuat dulu sebuah dipole untuk band 20m dari kabel/kawat biasa (seperti dianjurkan Basiloto di de- pan) untuk mendapatkan ukuran bagi segmen tengah (yang dari coax).
Berikutnya adalah ‘ngebahan untuk Segmen A dan C, yang dari apapun bahan untuk membuatnya (seperti yang ybØko contohkan dengan memakai kabel speaker dan kabel 3-wire untuk masing-masing segmen), usa- hakan untuk mendapatkan titik resonan di bawah — tarohlah di frekuensi 14.000 MHz untuk segmen A — dan di atas — misalnya di 14.350 MHz untuk segmen C — untuk mendapatkan cakupan 350 KHz sepanjang band 20m itu.
Sebagai matching stub ybØko juga memakai 8.5 meter Radio Shack type 15-1175 (300 ohm low-loss foam dielectric TV-Twinlead), walaupun seperti disebutkan di depan matching stub ini bisa dibikin dari parallel open wire jenis apapun —- termasuk tentunya yang swayasa/ biksen — cuma aja mesti tlatèn untuk mencari ukuran panjang yang pas kalau tidak diketahui berapa nilai VF- nya.
Maka jadilah tongkrongan seperti di atas, yang begitu dicoba (pada ketinggian feedpoint dan kedua ujung sekitar 10 meter), ternyata menunjukkan kinerja yang nyaris memenuhi ekspektasi: di sepanjang band 80 m yang 400 kHz tersebut SWR tidak bergerak mele- wati 1:1.8, sedangkan di 40 m SWR bener- bener flat 1:1 dari 7.000 — 7.100 MHz. Agak mencengangkan adalah SWR 1:1.4 di sepanjang band 20m yang 350 KHz itu, karena dengan design frequency yang justru di band ini semula diharapkan SWR di sini bisa 1:1.2. Di 15 m dan voice segment 10 m (28.500 MHz ke atas) didapatkan SWR 1:<1.4.
Sebenarnya concern ybØko lebih pada kinerja di low- band (80/40m), karena bagi mereka yang memang lebih rutin main di hi-band tentunya akan lebih praktis untuk bikin individual Gain Antenna di masing-masing band dengan ukuran (dan cara pengerjaan) yang re- latip lebih terjangkau untuk dikerjain atau di-biksen
sendiri.
Menyimpang ‘dikit dari parameter 2, betapapun — teru- tama buat mereka yang senang hopping from-one- band-edge-to-the other-band-edge (misalnya dari seg- men CW ke segmen Phone) — yang perlu dipertimbang- kan adalah penggunaan ATU/Antenna Tuning Unit, se- mata untuk memastikan maximum transfer enerji RF dari output rig (yang unbalanced dengan low imped- ance) ke matching stub (yang balanced), dan untuk men”jinak”kan reaktans — yang berbeda-beda dari band satu ke band lain — yang muncul di pangkal matching stub, karena pada band-band selain 20m dengan ukuran panjang elemen yang “nyleneh” itu be- sar kemungkinan titik resonan (dengan SWR yg “full” 1:1) akan jatuh agak jauh dari frekuensi kerja yang dikehendaki di band manapun.
DX-ing ???
Kalau sekedar untuk liputan (coverage) dari Sabang sampai Merauke — dari NAD sampai Papua — saja, dengan konfigurasi perlatan dan instalasi yang bisa diupayakan rata-rata amatir anak negri (misalnya ke- tinggian feedpoint sekitar 10 meteran, Power output sekitar 50-80 watt-an, plus kondisi propagasi yang ber- sahabat), rasanya W5GI ini masih bisa diandalkan un- tuk dijajal di semua band (80-10m).
Untuk ‘nge-DX, paling tidak ada 2 (+ 1) faktor yang harus dicermati dari sebuah antena (jenis atau model apapun): take off angle, directivity (+ gain) pada masing-masing band.
Untuk antena dengan polarisasi horizontal seperti W5GI ini berlaku aksioma per-antena-an HF yang me- nyebutkan: the higher is the better - makin tinggi makin baik, tapi harus diingat pula aksioma lain: KECUALI bisa memposisikan feed point (minimal) pada ketinggian free space di masing-masing band, JANGAN HARAP bakal bisa mendapatkan take off angle (sudut pancar) yang rendah (low take off angle) dan directivity (pengarahan) yang tegak lurus (perpendicular) terha- dap arah bentangan antena — terutama di hi-bands — karena tambah rendah posisi feed point tambah tinggi sudut pancarnya serta makin cenderung omni direc- tional pula arah pancarannya, apalagi dari awal W5GI mengharapkan pancaran broadside dengan 6-lobes seperti disebut di awal tulisan.
Seperti disebut juga didepan, perolehan Gain 3~5 dBd bisa diharapkan di band 20m ke atas.
Akhir-ul-kalam .. it’s still room to explore, bro’ ~ to have one of your own, customized for your own SIKON (budget, available space, favorite bands ...), atau menuruti “bahasa iklan” dari John Basiloto W5GI (SK) sendiri:
It’s a SIMPLE design
It’s EASY to construct
It works WELLl (!)
So ..., knowing all these,
kenapa tidak di-coba untuk men-coba-nya?
