Ngobrol Ngalor Ngidul 0411
Wire Beams Untuk Band 40 m, bagian II
kalo’ ada pertanyaan silah kirim via orari-news@yahoogoups.com, atau langsung ke
unclebam@indosat.net.id
Di baris-baris akhir edisi bulan lalu dijanjikan untuk di edisi ini kita tengok rancangan Ground independent an- tenna, yang konon tidak mempermasalahkan ketinggian instalasi untuk mau bekerja nyaris optimal …
Dalam kategori ini termasuk phased array antennas, yang walaupun sama-sama direnteng pada satu Boom, berbeda dengan pada Yagi antenna yang hanya Driven element (DE) saja yang di drive atau di feed dengan RF- signal dari sumber signal (dan element lain hanya berfungsi sebagai parasitic element, apakah sebagai DIRector ataukah REFlector), maka pada phased array SEMUA elemen di feed jadi satu
Di baris-baris akhir edisi bulan lalu dijanjikan untuk di edisi ini kita tengok rancangan Ground independent an- tenna, yang konon tidak mempermasalahkan ketinggian instalasi untuk mau bekerja nyaris optimal …
Dalam kategori ini termasuk phased array antennas, yang walaupun sama-sama direnteng pada satu Boom, berbeda dengan pada Yagi antenna yang hanya Driven element (DE) saja yang di drive atau di feed dengan RF- signal dari sumber signal (dan element lain hanya berfungsi sebagai parasitic element, apakah sebagai DIRector ataukah REFlector), maka pada phased array SEMUA elemen di feed jadi satu
W8JK antenna
Cikal bakal rancangan antenna phased array adalah eksperimen yang dilakukan oleh Prof John KRAUS, W8JK (SK, 18 July 2004 di usia 94 thn.) di lingkungan alma maternya di Ohio University, dengan merenteng beberapa buah half-wave dipoles yang kemudian di feed jadi satu lewat sebuah phasing line.
Cikal bakal rancangan antenna phased array adalah eksperimen yang dilakukan oleh Prof John KRAUS, W8JK (SK, 18 July 2004 di usia 94 thn.) di lingkungan alma maternya di Ohio University, dengan merenteng beberapa buah half-wave dipoles yang kemudian di feed jadi satu lewat sebuah phasing line.
Dari bermacam eksperimen yang dilakukan, yang akhirnya seolah jadi “patent” atau “trade mark” beliau adalah rancangan yang lantas dikenal dengan sebutan W8JK antenna (dipublikasikan di lingkungan amatir untuk pertama kali di majalah QST edisi January 1938), yang berupa 4 (empat) buah half-wave Dipole yang dirangkai secara col- linear-parallel dengan jarak antar elemen (S) = 1/8l, yang kemudian diumpan lewat open-wire pada titik umpan yang terletak di tengah- tengah 1/8l open-wire phasing line (lihat gambar).
Pada gambar bisa diamati bahwa pada feedpoint phasing line tersebut diplintir (twisted) 1800 — yang membuatnya sekaligus berfungsi sebagai phase inverter (pembalik fasa) — dan inilah yang membuat ke- empat dipole tersebut lantas SEMUANYA bisa bekerja bareng-bareng sebagai sebuah unit antenna “baru”, dengan karakteristik arah pancaran (directivity) yang bi-directional.
Melewati beberapa dasawarsa, karena dimensinya yang “’njepaplang” (seolah 2 buah antenna 1 lambda yang diparalel) tersebut rancangan W8JK ini lantas lebih umum diaplikasikan pada rancangan antenna direntang band VHF dan UHF saja, dan nyaris tidak pernah disebut-sebut dilingkungan praktisi per-antenna-an di band HF. Baru pada awal dasawarsa 80an — sesudah melewati serangkaian eksperimen dan kajian akademik dengan berbagai rancangan yang berbasis phased array ini — Frank Regier, OD5CG dari Beirut, Libanon mempublikasikan temuannya dalam artikel di majalah Ham Radio Horizon, edisi July 1981.
OD5CG antenna
Secara selintas rancangan ini sudah pernah diulas di salah satu edisi BEON beberapa waktu yang lalu, sewaktu ‘ngobrolin tentang Multiband antennas.
Frank menemukan bahwa kinerja rancangan W8JK tidak akan terpaut jauh kalau dimensinya diperkecil sehingga tinggal berupa 2 buah half-wave dipole yang diparallel saja. Dengan dimensi yang lebih “terjangkau” tersebut — katakanlah tidak jauh berbeda dibandingkan dengan 2 element Yagi biasa — maka Frank berani merekomendasikan temuannya tersebut untuk di aplikasikan di rentang band HF, termasuk di low-bandnya, yaitu 40 dan 30M.
Merujuk kepada sifat Ground independent-nya, walaupun secara teoritis Gainnya lebih rendah, pada kondisi instalasi yang marginal ( = pas-pasan, taruhlah dengan posisi feed point yang tidak lebih tinggi dari sekitar 10 meteran seperti yang umumnya bisa di-ada-kan oleh rata-rata amatir) Frank lebih merekomendasikan rancangan phased array ini (yang disebutnya dengan istilah half-section W8JK) ketimbang 2 atau 3 element Yagi (teoritis dengan Gain 5 - 8 dBd pada FREE SPACE ) yang dibuat dengan jarak antar elemen yang sama-sama 1/8l, karena:
1) pada ketinggian tersebut parasitic element(s) pada Yagi 2 atau 3-elemen BELUM atau ‘nggak bakalan bekerja sempurna karena relatip masih terlalu dekat dengan bentangan Ground di bawahnya. Akan terjadi detuning effect yang membuatnya jadi detuned, yang a.l. akan membuat frekwensi resonant-nya bergeser, sehingga penunjukan SWR cenderung naik
1) pada ketinggian tersebut parasitic element(s) pada Yagi 2 atau 3-elemen BELUM atau ‘nggak bakalan bekerja sempurna karena relatip masih terlalu dekat dengan bentangan Ground di bawahnya. Akan terjadi detuning effect yang membuatnya jadi detuned, yang a.l. akan membuat frekwensi resonant-nya bergeser, sehingga penunjukan SWR cenderung naik
2) kondisi di butir 1 (defunct parasitic element(s) – atau kurang berfungsinya DIR atau DIR+REF) membuat yang bekerja cuma DE atau Driven element-nya doang, sehingga kinerjanya tidak akan banyak berbeda dengan sebuah Dipole biasa.
3) band-widthnya jauh lebih lebar (di 40M bisa covers the whole spectrum dari 7000-7100 Khz),
4) bisa bekerja multiband karena memakai open-wire sebagai saltran, dan
5) perakitannya sederhana (cuma 2 elemen) dengan ukuran- ukuran yang ‘nggak terlalu kritis untuk diikuti.
Kembali dengan membandingkannya dengan 2-3 element Yagi, minus points-nya adalah:
1) dibanding dengan coaxial sebagai saltran, pengumpanan dengan open wire agak lebih ribet buat mereka yang tidak biasa “main-main” dengan open wire
2) buat real DX-ers arah pancaran yang bi–directional mem”buka” kemungkinan adanya QRM (dan mungkin juga QRN) dari arah yang tidak dikehendaki (misalnya lagi “nguber” DX-pedition di kutub selatan kok lantas kena QRM dari stations di Jepun, DU-land atau stations lain yang berada di arah “buritan”)
OD5CG meng claim Antenna temuannya ini mempunyai Gain (cuma) 4dBd pada design frequency, 6 dBd pada kelipatan 2x design frequency (= 20 M jika design frequency ada di band 40 M), dan +/- 7 dBd pada kelipatan 3x (= band 15 M), dengan arah pancaran bi-directional seperti pada rancangan W8JK yang asli.
4) bisa bekerja multiband karena memakai open-wire sebagai saltran, dan
5) perakitannya sederhana (cuma 2 elemen) dengan ukuran- ukuran yang ‘nggak terlalu kritis untuk diikuti.
Kembali dengan membandingkannya dengan 2-3 element Yagi, minus points-nya adalah:
1) dibanding dengan coaxial sebagai saltran, pengumpanan dengan open wire agak lebih ribet buat mereka yang tidak biasa “main-main” dengan open wire
2) buat real DX-ers arah pancaran yang bi–directional mem”buka” kemungkinan adanya QRM (dan mungkin juga QRN) dari arah yang tidak dikehendaki (misalnya lagi “nguber” DX-pedition di kutub selatan kok lantas kena QRM dari stations di Jepun, DU-land atau stations lain yang berada di arah “buritan”)
OD5CG meng claim Antenna temuannya ini mempunyai Gain (cuma) 4dBd pada design frequency, 6 dBd pada kelipatan 2x design frequency (= 20 M jika design frequency ada di band 40 M), dan +/- 7 dBd pada kelipatan 3x (= band 15 M), dengan arah pancaran bi-directional seperti pada rancangan W8JK yang asli.
Kalau semua bagian atau komponen antenna ini (elemen, phasing line dan feeder) dibuat dari kawat bersalut (BUKAN kawat tembaga telanjang) dan semua titik solderan di seal rapat-rapat (misalnya dengan dicat tebal-tebal dengan cat epoxy, atau di”cor” dengan bermacam epoxy steel glue yang biasa dipakai untuk menambal “sementara” radiator mobil yang bocor) sehingga tidak terjadi hubungan-pendek (kortsluit atau short circuit) kalau ketimpa hujan atau embun di malam hari, tentunya antenna ini bisa dipakai di segala cuaca tanpa terjadi perubahan SWR yang berarti (satu hal yang biasanya dikhawatirkan oleh mereka yang memakai open wire yang dibuat dari bare copper wire atau kawat tembaga telanjang).
MOXON Antenna
Sesudah secara ekstrim membandingkan dua rancangan yang ba- sis pemikiran dalam mengembangkannya saling bertolak belakang (dengan parasitic elements yang ground dependant vs phased array yang ground independent) maka berikut diwedar rancangan yang dikembangkan dari sudut pandang yang berbeda, yaitu merujuk pada aspek space-saving dan kemudahan proses perakitan, dengan mempertimbangkan dimensi akhir yang kiranya masih bisa ketanganan untuk dilakukan sendiri.
Rancangan yang paling menonjol di lingkungan amatir berkocek pas-pasan adalah rancangan MOXON, yang dikembangkan oleh Les MOXON, G6XN.
Moxon mengembangkan rancangannya dari 2-element Yagi biasa, yang ujung-ujung elemennya (element tips)ditekuk ke dalam untuk memperkecil foot-printnya. Element tips tersebut dipisahkan dengan isolator sehingga terjadi gap (celah) di antara masing-masing tips. Ukuran Gap (C pada gambar) inilah yang menjadi titik kritis yang menentukan pola pancaran (radiation pattern), F/B ratio dan directivity yang merupakan features unggulan rancangan ini.
Moxon membuat elemen rancangannya dari kawat # 14 – 12 (1.6 – 2.0 mm) untuk menggantikan Aluminium tubing yang biasanya dipakai sebagai elemen pada antenna Yagi. Dari gambar di atas — yang dibuat dengan skala yang sama — terlihat bahwa pemendekan elemen (dengan cara penekukan ujung-ujung elemen) tersebut lantas di kompensasi dengan pemekaran aperture (bidang tangkap), dan seperti yang sudah jadi aksioma dalam urusan disain-mendisain an- tenna, aperture yang lebih besar akan meningkatkan kemampuan penerimaan (receiving) serta memperlebar bandwidth.
Dengan merujuk notasi pada Gambar, untuk band 40M ukuran- ukurannya adalah:
A = 15.50 mtr;
B (ekor Driven Element) = 2.48 mtr;
C (gap/celah atau panjang isolator) = 0.41 mtr;
C (gap/celah atau panjang isolator) = 0.41 mtr;
D (ekor Reflektor) = 2.98 mtr dan
E (= S atau Space, jarak antar element) = 5.83 mtr.
Di kalangan amatir pas-pasan di daratan Eropah, tanah Amrik dan sekitarnya antenna MOXON dari tanah Britania ini cukup populer karena menawarkan beberapa kelebihan ketimbang 2-elemen Yagi:
1. relatip foot printnya lebih kecil, seperti bisa diamati pada gambar cuma memerlukan +/- 2/3 bidang yang diperlukan antenna Yagi
2. lebih murah dan lebih ringan karena terbuat dari kawat, sehingga lebih gampang ketanganan dan cukup paké rotator kecil saja untuk muter-muternya (atau bahkan cukup pakai ototer alias bisa diputar-puter paké tangan (!) saja).
3. Front-to-back ratio yang lebih baik (+/- 25 dB) dengan For- ward Gain yang nyaris sama (+/- 5 dBd)
4. Walaupun aslinya Moxon mengumpan rancangannya dengan balanced parallel line (open wire) dengan feedpoint impedance sekitar 80 ohm, dengan ukuran-ukuran tersebut diatas bisa didapatkan impedansi sekitar 50 ohm pada feed point, sehingga bisa langsung difeed dengan kabel coax juga (seperti Yagi), tanpa memerlukan macthing unit khusus.
E (= S atau Space, jarak antar element) = 5.83 mtr.
Di kalangan amatir pas-pasan di daratan Eropah, tanah Amrik dan sekitarnya antenna MOXON dari tanah Britania ini cukup populer karena menawarkan beberapa kelebihan ketimbang 2-elemen Yagi:
1. relatip foot printnya lebih kecil, seperti bisa diamati pada gambar cuma memerlukan +/- 2/3 bidang yang diperlukan antenna Yagi
2. lebih murah dan lebih ringan karena terbuat dari kawat, sehingga lebih gampang ketanganan dan cukup paké rotator kecil saja untuk muter-muternya (atau bahkan cukup pakai ototer alias bisa diputar-puter paké tangan (!) saja).
3. Front-to-back ratio yang lebih baik (+/- 25 dB) dengan For- ward Gain yang nyaris sama (+/- 5 dBd)
4. Walaupun aslinya Moxon mengumpan rancangannya dengan balanced parallel line (open wire) dengan feedpoint impedance sekitar 80 ohm, dengan ukuran-ukuran tersebut diatas bisa didapatkan impedansi sekitar 50 ohm pada feed point, sehingga bisa langsung difeed dengan kabel coax juga (seperti Yagi), tanpa memerlukan macthing unit khusus.
Berbagai macam cara dijajagi orang untuk merakit antenna Moxon ini dengan bahan-bahan yang mudah didapat dan harga cukup terjangkau, misalnya dengan spreader dari bambu, pipa PVC yang diperkuat/diisi dowel kayu, joran pancing fiberglass dll). Sekedar untuk mendapatkan gambaran bagaimana tongkrongan antenna Moxon tersebut, berikut disertakan gambar antenna Moxon buatan OM John, KD6WD yang penulis comot dari situs LB Cebik, W4RNL, yang sempat mempublikasikan serentetan tulisan tentang rancangan antenna yang cukup menyita perhatian beliau ini.
John mempergunakan joran pancing fiber glass dengan mempertimbangkan beberapa keunggulan bahan ini ketimbang bahan- bahan lain:
1. Tidak mudah melengkung: karena bentuknya yang tapered (besar dipangkal terus pelan-pelan mengecil di ujung) joran pancing ini lebih tahan dari kemungkinan melengkung ke bawah di ujung- ujungnya (ketimbang bahan PVC, misalnya), dan juga karena tapered ini wind load-nya lebih kecil ketimbang tubing silindris biasa.
2. Lebih ringan: malah paling ringan dibanding bahan lain (joran ukuran 5 meteran beratnya < 1/ 2 kg).
3. Portability: karena bentuknya teleskopik, dalam bentuk “dimasukkan” ukuran-nya cuma sekitar115 cm, sehingga mudah dibawa kemana- mana (untuk dirakit ditempat, misalnya saat Field Day, kontes dll.)
4. Gampang disamarkan: dalam arti tidak menyolok mata, apalagi kalau dicat putih atau abu-abu
3. Portability: karena bentuknya teleskopik, dalam bentuk “dimasukkan” ukuran-nya cuma sekitar115 cm, sehingga mudah dibawa kemana- mana (untuk dirakit ditempat, misalnya saat Field Day, kontes dll.)
4. Gampang disamarkan: dalam arti tidak menyolok mata, apalagi kalau dicat putih atau abu-abu
Rancangan Moxon ini banyak mengilhami berbagai rancangan yang muncul kemudian, baik versi amatir maupun versi komersial, versi homebrew maupun versi bikinan pabrik: misalnya versi Hybrid (memadukan dengan Yagi biasa dengan menjadikan keseluruhan struktur Moxon ini sebagai Driven elemen dan kemudian ditambahkan parasitic element didepan (DIR) dan belakangnya (REF), versi Multiband dll.
Nah, semoga obrolan di dua edisi ini cukup bisa memberikan tantangan (atau rangsangan) baru buat para calon low-band DX-ers untuk nge-home brew aja antenna-nya, ketimbang mesti spend ber-jut-jut untuk ‘ngemodali beli antenna doang. Bangganya lain lho kalo’ ditengah QSO anda bilang: “antenna here is a homebrew one, OM …(!)”, yang lantas disahuti dari ujung sono: …. “Fine OM, you really doing FB with ur homebrew antenna, … congratulations (!)”.
Kalau band kebetulan lagi open, frekwensi ‘nggak kelewat crowded atau ‘nggak lagi ada pile –up, biasanya ini lantas bisa jadi bahan obrolan tersendiri ….
Sampai jumpa di edisi mendatang, until then…. CU ES 73.
