ANTENNAMANIA 0106

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]

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.

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.

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.

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).

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.

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

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