The HeliCap Antenna

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.

HeliCap Antenna, yang strukturnya menggabungkan kompo- nen induktip (berupa lilitan helikal) dan kapasitip   ini dari awal memang penulis niatkan untuk penggunaan di Base Station, sebagai sebuah monopole yang   di-angan-kan bisa berkinerja “lumayan” TANPA harus menggunakan sistim radial yang kompleks dan ribet. [bam]

a. Susupkan  +/-  2  cm  ujung  (atas)  segmen  helikal terakhir ke “celah” yang ada di antara kedua tepi/ inggir wire mesh yang saling overlap tadi. Ikat ken- cang-kencang titik di mana ujung segmen helikal enyusup ke celah pada overlapping wire mesh dengan hose clamp.

b. Pastikan bahwa dengan proses (a) di atas  segmen helikal (yang merupakan inductive load) sudah terkonèk dengan baik dan benar dengan segmen Aluminium wire mesh (yang merupakan capacitive load).

c. Tutup titik-titik solderan pada segmen helikal (kalau ada) dengan lem epoxy (teteskan secukupnya saja supaya tidak berlepotan).

Teteskan juga lem epoxy pada pangkal dan ujung lilitan, serta pada interval tertentu pada beberapa titik sepanjang lilitan, sehingga dapat dipastikan bahwa segmen helikal ini sudah duduk dengan pas (pada pipa PVC) dan lilitannya tidak bakalan berge- ser (sehingga spasinya tetap terjaga).

d. Sesudah yakin semua komponen yang harus dililit- kan dan dilingkarkan pada pipa PVC sudah “duduk” dengan baik dan rata (dengan kencang melilit atau melingkari pipa PVC), maka copot/potong semua cable ties (yang semula digunakan sebagai ikatan pengencang).

e. Susupkan +/- 20 cm kabel serabut/stranded yang berdiameter agak tebal (2 – 5 mm) pada celah di antara permukaan  wire mesh  dengan permukaan pipa PVC di ujung “sosok” antena. Ikat/kencangkan sambungan antara wire mesh dan kabel stranded tersebut  dengan hose clamp (lihat ujung atas pada Gambar 2 di halaman 8, e-QSP Vol. I-6).

Tambahan kabel ini (sebut saja capacitive wire) di- fungsikan sebagai CAPACITIVE HAT, yang nantinya dipotong ‘dikit-demi-‘dikit pada proses penalaan, karenanya pada tahap ini biarkan ujung kabel ini kemlèwèr (terjuntai) begitu saja di ujung antena.

f.  Walaupun tidak kritis, tutup ujung pipa dengan cap/ dop PVC yang sesuai, supaya air hujan tidak masuk ke dalam pipa.

Pada kedua prototype yang dibuat di ybØko/1 panjang total sosok HeliCap ini (dari pangkal lilitan segmen helikal sampai dengan ujung wire mesh yang tertutup hose clamp) tidak lebih dari 75 cm.

Apapun bentuknya, Antena VERTIKAL 1/4λ adalah an- tena yang GROUND DEPENDANT, sehingga pengopera- sian tidak bisa dilakukan tanpa adanya GROUNDING yang memadai. Untuk itu dari awal siapkan dulu (setidaknya) seutas kawat (apapun) sepanjang +/- 10 mtr. (= 1/4λ) yang nantinya difungsikan sebagai coun- terpoise/elevated radial.

Untuk  mencegah  nantinya  dinding  luar  shield/braid pada coax feeder line ikutan memancar (= “common- mode current” atau I4) maka di ujung feeder line (sebelum di-konèk ke pangkal lilitan helikal) seyogy- anya  dipasangkan  sebuah  Choke  Balun  yang  dibuat dari  5 – 6 mtr coax RG-58 yang di-lilit rapat-kan (close wound) pada sepotong pipa PVC dia. 2 – 3“ (Gambar-1 berikut).

Inner conductor dari  coax di ujung atas (sisi balanced dari Balun)  dihubungkan ke pangkal lilitan helical, se- dangkan inner conductor pada sisi unbalanced (input)- nya dikonèk ke feederline.

Hubungkan sisi GROUND (outer braid atau shield) dari Balun ke counterpoise(s) yang ada.

Untuk sekedar mengurangi ground losses akibat ke- dekatan dengan tanah, pada tahap penalaan di ybØko/1 HeliCap ditaruh pada ketinggian sekitar 3-4 mtr (sebatang pipa PVC) di atas tanah — ketinggian yang  rasanya  masih  cukup  mudah  untuk  dijangkau saat harus melakukan adjustment atau trimming pada capacitive hat.

njeksikan sinyal dari TX atau Antenna Analyzer dan lihatlah penunjukan SWR. Lakukan trimming seper- lunya pada capacitive wire yang “kemlèwèr” di ujung antena) sampai didapatkan penunjukan SWR terren- dah (TIDAK harus 1:1) pada design frequency — taroh- lah di 7.100 MHz  yang merupakan “frekwensi tengah” band 40m yang selebar 200 KHz itu.

Kalau posisi “aman” tersebut sudah didapat, teteskan lem epoxy pada titik-titik sambungan – baik yang berupa titik solderan maupun terminal kabel — terma- suk pada titik keluarnya kawat dari isolasi vynil untuk mencegah masuknya  air hujan atau  embun ke  sela antara kawat dan salut vynil tersebut.

Catatan: pada prototype kedua, kabel kemlèwèr di ujung struktur antena diganti dengan Capacitive Hat dari plaat aluminium t. 2 mm ukuran 10×10 cm yang disekrupkan pada dop/cap PVC dia. 1.5”, yang ke- mudian di”tutup”kan ke ujung antena. Plaat aluminium tersebut  dikonèk  ke  wire  mesh  dengan  sepotong kabel. Penalaan dilakukan dengan me-manjang- pendek-kan kabel yang sepotong tersebut.

Kalau tidak terjadi hal-hal yang serba “KEBETULAN” sifatnya,  dengan  konfigurasi  “siap  install”  seperti  di atas penunjukan SWR 1:1 pada 50 ohm agak sulit (walaupun bukan tidak mungkin) untuk didapat.

Salah satu  sebabnya adalah pada antena yang dibon- sai sampai sependek itu impedansi-nya akan anjlog, bisa-bisa sampai tinggal sekitar belasan atau likuran ohm saja. Belum lagi adanya nilai reaktans yang agak sulit diketahui tanpa dilakukan pengukuran dengan Antenna Analyzer yang berkemampuan untuk itu (mis.: MFJ-256/259 dan yang sekelas)

Bagi para perfectionist yang begitu mendambakan penunjukan SWR 1:1, salah satu solusi adalah dengan menyelakan sebuah Matching unit sederhana berupa rangkaian L-network  seperti pada Gambar 2 berikut.

Dengan  merujuk  skema  pada  Gambar,  untuk  band 40m dipakai nilai-nilai:

C-1 = 1500 pF C-2 = 1350 pF L-1  =  0.7 μH

“Beruntung” skema ini tidak mengharuskan diguna- kannya Variable Capacitor “besi” yang sudah terbilang langka  keberadaannya,  karena  untuk  Po  <100  watt bisa dipakai komponen-komponen yang relatip masih mudah didapat — walaupun mungkin memang tidak semudah mencari parts atau komponen untuk rig mo- dern yang bertegangan rendah.

Nilai kapasitans  pada skema tersebut bisa didapatkan dengan meng-serie paralel-kan beberapa buah kapasi- tor mika biasa.

Dengan Power output +/- 100 watt nilai maksimum RMS akan  berada di kisaran 50 V RMS pada 50 ohm, sehingga bisa dipakai compression trimmers yang bisa di”pulung” dari rangkaian akhir transceiver hybrid yang masih menggunakan tabung sebagai final.

Kalau memang dikehendaki sedikit “kebebasan” untuk menekan SWR sampai 1:1 pada kisaran 50 -100 KHz di bawah dan di atas design frequency maka masing- masing C-1 dan C-2 (yang menggunakan fixed value capacitors) selain dapat diparalel dengan trimmers (ngothak-athiknya ribet karena harus menggunakan obeng) bisa juga menggunakan Variable capacitor kecil (100 – 150 pF) dengan bilah-bilah yang berspasi tidak- terlalu rapat.

Di ybØko/1 HeliCap dinaikkan ke posisi akhirnya di ujung mast dari materi non-metal (pipa PVC 4” yang “diiisi” adukan cor-coran/beton) setinggi kurleb 7 mtr (yang  cukup  “kurang”  dari  sekitar  1/4λ  pada  band

40m (para follower sila selalu berpathokan pada ada-gium: lebih tinggi lebih baik)

Kebetulan di ybØko/1 counterpoise bisa terbentang horizontal pada ketinggian tersebut, tapi kalau tidak (misalnya karena keterbatasan lahan) maka counter- poise tersebut bisa dbentang miring (slanting) seperti salah satu sayap dari antena Inverted-V, atau 1 – 2 mtr dari ujungnya ditekuk ke bawah.

Catatan: Tentunya dari awal harus dimaklumi bahwa dengan satu counterpoise saja kinerja (dan efisiensi) antena akan PAS-PAS-an saja adanya (ingat karakter dasar  antena  1/4λ yang  GROUND  DEPENDANT  itu), yang secara tidak langsung menyiratkan “lebih banyak (counterpoise) lebih baik”, walaupun banyak teoritisi dan praktisi antena (a.l. Lou Rummel KE4UYP) yang kekeuh menyatakan bahwa dengan seutas counter- poise saja (asal dibuat dan dibentang dengan baik dan benar) sebenarnya sudah cukup bagi antena vertikal 1/4λ (apapun) untuk bekerja dengan baik.

Terpasang pada ketinggian segini, dengan makin berkurangnya  ground  loss  maka  penunjukan  SWR akan beranjak membaik, walaupun biasanya akan dii-kuti juga dengan sedikit pergeseran pada titik resonan.

Seperti disebut di depan prototype HeliCap di ybØko/1 di-install sebagai Top-fed Inverted L pada ketinggian mast (dari pipa PVC ø 4 – 3 – dan 2” yang di”stack” secara teleskopis) setinggi 7 mtr, dengan counterpoise yang membentang nyaris benar-benar horizontal. Dengan  konfigurasi  seperti  ini  didapat  penunjukan SWR < 1 : 1.5 di rentang 50 KHz di bawah dan atas design frequency 7.100 MHz, sehingga penulis berani bekerja TANPA menggunakan ATU di sepanjang phone section band 40m.

Pada tgl.02/06-2010 sekitar jam 08:00 UTC dengan Po  40-50  watt  dari  XCVR  TT-17a  besutan  OM  Didi YB3DD ybØko/1 bisa bertukar report ME 5/7 HIS 5/9 dengan OM Pian 9M6PIN/8 dari Kuching, Sarawak. Untuk “short skip” QSO pada 02/06 itu tercatat a.l. dengan OM Sonny YB1PC, dan pada 14/06-2010 de- ngan  OM  Sofyan  YCØNNX/2  dan  OM  Kus  YD2GTC (Purwokerto).

Selama masa uji coba, untuk QSO dengan rekans di Jawa dan Sumbagsel pertukaran report 5/9 both ends praktis mudah didapatkan, dan saat band condition mendukung beberapa kali ybØko/1 bisa check in sam- pai ke CelebesNet.

Walaupun kinerjanya sudah bisa dimasukkan kriteria “lumayan …”, dengan konfigurasi seperti tersebut di atas (sebagai Top-fed Inverted L plus 10 mtr counter- poise) rasanya HeliCap MASIH belum sepenuhnya me- menuhi niatan semula untuk membuatnya sebagai sebuah antena yang ringkas, namun efisien dan mu- dah ditangani.

Karenanya, serangkaian upaya improvement dilakukan untuk memperbaiki dan meningkatkan kinerjanya, seperti yang nantinya penulis ulas di kolom Antenna- Mania e-QSP edisi mendatang.

Jack L. Stone [AntenneX]: They say my new device defies the laws of Nature, but  I didn’t study Law ….