A Homebrew Poor Man All-Band Windom Antenna

http://yd1chs.wordpress.com/2009/10/18/a-homebrew-poor-man-all-band-windom-antenna/

A Homebrew Poor Man All-Band Windom Antenna

YD1CHS Cholis Safrudin, MSc.

Dengan hembusan “Wind of Change” ditanah per-Amatiran Radio di YB-land (Indonesia) yang ditandai dengan munculnya PERMEN MENKOMINFO nomor 33/2009, maka strata terendah yaitu SIAGA memperoleh banyak sekali advantages darinya, diantaranya adalah espansi phone mode pada band 40M. Dengan ini pula bila dilihat dari posting di milist ORARI, banyak AR terutama tingkat SIAGA (just like me … hehehe) yang mulai menggeliat, salah satunya adalah ekspanding antenna system eksisting supaya bisa digunakan pada seluruh band sesuai priviledgenya.

Untuk menyediakan 1 buah antenna khusus (monoband) untuk semua band amatir adalah tidak mungkin, terlebih bagi Poor Man Homebrewer & AR seperti saya, karena harga kabel RG-8 yang biasa saja di Pasar Cikapundung semeter sudah seharga 13ribu rupiah, tinggal dikalikan saja per-antenna 20 meter, anggap saja ada 4 band, maka 80 meter RG8 harus ditebus dengan sepuluh-an buah lembaran warna merah pink … belum kalau antenna-nya built-up alias bukan buatan sendiri … mungkin jadi lebih mahal dibanding harga sebuah RIG kuno semisal FT-80C atau TS-430S seperti yang ada di meja saya … ihik-ihik ironi banget yaa …

Antenna Size

Sebuah antenna All-Band dari kawat sangat mudah dan membutuhkan waktu dan biaya yang sangat sedikit, dari kacamata saya, sangatlah sayang bila kita harus membelinya dalam kondisi jadi dengan harga yang tidaklah murah. Banyak sekali all-band atau multiband antenna dari kawat yang bisa kita jumpai dan memungkinkan untuk dibuat, diantaranya yang cukup termashyur adalah Windom Antenna (OCF Dipole = Offset Centre Feed Dipole), G5RV, G7FEK, Loaded Dipole, dll. Namun disini saya akhirnya mempersunting Windom Antenna dengan transmition line menggunakan COAX 50 Ohm bukannya menggunakan Twin-Lead 300 atau 400 Ohm, karena setelah saya cari di Pasar Cikapundung keberadaan Twin-Lead 300 Ohm sangatlah jarang, kalaupun ada merupakan barang sisa perang dan kualitasnya sangat jelek dimana serabut kawatnya sangat sedikit dan ringkih, dan satu lagi harganya juga lebih mahal dibandingkan dengan seutas kabel coax RG-58A/U per-meternya, mungkin barang langka jadi yaa harus mahal kali … hihihi. Kedua, kenapa Windom, karena panjang overall QTH saya cuman 20 meter terus di belakang QTH ada balong atau tanah kosong yang belum digarap dan jarang disambangi pemilikinya, jadi Windom Antenna cocok sekali, karena radiator pendeknya yang membutuhkan panjang kurang dari 15-an meter udah bisa masuk ke lahan saya plus feedpoint-nya tepat di atas meja kerja saya.

CARA KERJA ANTENNA & IDE PENEMUAN WINDOM ANTENNA

How It is worked?
Terus terang saya salut dengan ide OM. Loren Windom (W8GZ) dalam penemuannya pada Windom Antenna, yaitu beberapa sinyal sinusoida beberapa band amatir pada phase sekitar 60-an derajat (atau sekitar 30-an% dari total panjnag 1/2 lambda, dimana dalam 1/2 lambda perjalanan phase terbesar adalah 180 derajat), nilai absolute amplitudonya bertemu pada satu titik yang sama, dimana kalau diukur pada titik tersebut impedansi (Z) antenna memiliki nilai yang hampir sama yaitu sekitar 200-300 Ohm (tergantung dengan ketinggian feedpoint). Maka bila kita meletakkan titik pencatuan (feeding point) disitu, maka akan diperoleh impedansinya yang hampir sama, dengan kata lain SWR-nya akan tetap, dan selanjutnya kalau saluran transmisi yang digunakan adalah twin-lead 300 Ohm, berarti pada titik itu SWR-nya akan mendekati 1 atau matched.

Nah lalu dimana tepatnya posisi common point tersebut berada, setelah melalui eksperimen yang sangat melelahkan ia menurunkan persamaan bahwa ia berada pada 36% dari panjang 1/2 lambda frekuensi terendah pada band yang dipekerjakan. Pada titik itulah beberapa band akan menghasilkan impedansi yang hampir sama antara 200-300 Ohm.

PERKEMBANGAN WINDOM ANTENNA

4:1 Balun

Pada awalnya Windom Antenna didesain dengan menggunakan twinlead sebagai saluran transmisinya, sebab saat itu untuk mendapatkan twin-lead lebih mudah dan murah dibandingkan coax, namun saat ini keadaan menjadi terbalik, untuk memperoleh coax jauh lebih mudah dan sangat umum.

Para AR saat ini kemudian memutar otak untuk mengakali antenna ini, dan fortunately saluran transmisi twin lead pada desian aslinya bukan merupakan bagian dari antenna, sehingga selanjutnya saluran transmisi ini bisa diganti dengan coax 50 ohm, namun harus ditambahkan balun 4:1, 5:1 atau 6:1 sesuai dengan ketinggiannya. Salah seorang AR yang mengamati gejala ini adalah OM. G.E. Buck Roger Sr. (4KABT), ia mengatakan bahwa pada ketinggian feedpoint antara 6-12meter impedansi antenna sekitar 200 Ohm balun yang cocok adalah 4:1, ketinggian 12-16meter impedansinya 250 Ohm balun yang cocok adalah 5:1, dan ketinggian 16-21meter impedansinya 300 Ohm balun yang cocok adalah 6:1.

Balun ini memiliki 2 fungsi sekaligus, yaitu sebagai penyesuai impedansi dan sekaligus untuk menghindari terjadinya kebocoran (leak) arus pada outer konektor coaxial, yang akibatnya adalah berubahnya/ rusaknya pola radiasi antenna.

EKSPERIMEN SAYA

My Instalation

Saya tidak berpatokan dengan ukuran asli Windom Antenna, rumus pada gambar adalah rumus favorit saya dan seharusnya Windom tidak mengunakan rumusan tersebut. Dalam eksperimen ini saya hanya berpatokan pada statement “buat bentangan kawat dengan panjang 1/2 lambda dari band terendah yang akan dipekerjakan” … nah akhirnya saya menggunakan band 80M sebagai band terbawah antenna ini. Yaitu dengan panjang total radiator L(meter) = 0.95 * 300 / f(MHz)/ 2, dimana 300 cepat rambat gelombang radio pada free-space, kemudian 0.95 adalah faktor koreksi cepat rambat gelombang radio diseutas kawat (lebih lambat), dan f adalah frekuensi kerja terbawah, dalam hal ini saya mengambil angka 3.5MHz (band 80M).

Selanjutnya radiator pendek adalah sepanjang 36%*L dan radiator panjang adalah 64%*L, pada pertemuan keduanya ditempatkan sebuah balun 4:1 sebagai feed-point. Antenna saya bentangkan sesuai kontur yang ada pada ketinggian feed-point hanya 6 meter (karena nggak punya tower), dan masing-masing end radiator ketinggian sekitar 2.5-3 meter. Kedua radiator saya buat dari bahan berbeda, seadanya, makanya antenna ini disebut sebagai “A Poor Man” hehehe … yaitu radiator pendek dari seutas kabel NYA sekitar 1.2mm sisa instalasi listrik yang karena panjangnya nggak nyape, saya sambung dengan kawat email 1mm sampai panjang terpenuhi. Sementara itu radiator panjang lebih menyedihkan, sekitar 10meter pertama dari feed-point terbuat dari email bekas 1.5mm, lalu sisanya disambung dengan email bekas juga dengan diameter 1mm. Masing-masing end point saya talikan dengan tali rafia plastik diameter 3mm, saya sangkutkan pada car-port dan pagar perumahan … hehehe.

Balun Meas.
Kembali ke 4:1 balun, saya buat dari 2 utas email diameter 1.5mm yang saya lilit bersama (berdampingan) pada sebuah batang ferit bekas antenna radio MW sebanyak 10 lilit. Hot End dan Cold End kedua dipertemukan untuk disambungkan ke ground coax, sementara ujung yang lain bertemu dengan inner coax dan radiator antenna, silakan lihat ilustrasi gambar.

Oh yaa … untuk memastikan bandwidth balun kita bisa mencover seluruh band HF dan tetap memberikan penyesuai impedansi di 4:1 saya menggunakan teknik sederhana untuk mengujinya. Lihat gambar cara pengujian 4:1 Balun, dimana dengan menggunakan power kecil (QRP) kita sampling beberapa titik yang mewakili seluruh band HF dari 3-30MHz, lalu dengan dummy load 200 Ohm ukur SWR-nya. Pada seluruh frekuensi sampling, SWR harus sama dengan 1 (matched), bila tidak maka balun tersebut berarti hanya memiliki bandwidth sempit, pastikan bahwa balun yang kita buat bisa mengcover seluruh band HF.

PERFORMANSI ANTENNA

Performance
Dalam menggunakan antenna ini saya memakai Homebrew Z Matcher untuk memastikan seluruh band tercover dengan SWR seminim mungkin, selain itu juga saya percaya penggunaan ATU yang merupakan filter terakhir sebelum ke antenna akan mengurangi QRM dan TVI disekitar kita. Bila diibaratkan berkendara, safety riding gitu lho … atau dalam dunia peramatiran radio mungkin disebut safety on air … kali yaa … hehehe.

Beberapa AR ada yang sangat anti menggunakan ATU dengan alasan akan terjadi loss pada ATU yang akhirnya mengurangi disipasi power di antenna. Memang betul statement tersebut, ATU adalah perangkat pasif, pasti akan terjadi loss disini. Nah tinggal bagaimana kita menyikapinya.

Sesuai dengan tulisan dari salah satu eksperimenter Windom antenna yaitu OM. G.E. Buck Roger Sr. (4KABT), bahwa dengan penalaan yang tepat antenna Windom dapat matched di beberapa band amatir sekaligus dan dapat digunakan langsung tanpa ATU. Kuncinya adalah kata “Penalaan Yang Tepat”. Karena saya mendirikan antenna ini sendirian, harmonik saya masih kecil-kecil jadi belum bisa membantu, dan untuk naik turun ke lantai 2 cukup berat, sebab bila anda melihat foto saya, anda pasti bisa memperkirakan berat bandan saya … hihihi, maka saya tidak menala antenna ini, langsung instant sekali pasang, biarlah Z Matcher yang bekerja untuk ini.


Testing LogBook
Penunjukan SWR di semua frekuensi HF (3.5 s/d 30MHz) dapat disesuaikan dengan impedansi transmisi 50 Ohm alias matched, nyaris menunjukkan SWR=1 semuanya. Lebih lengkapnya lihat tabel pada gambar. Pengetesan ini juga sekaligus dilakukan untuk melihat kinerja Homebrew Z-Matcher saya.

Beberapa pengetesan ON-AIR yang sempat saya lakukan adalah (detail lihat gambar):

Tanggal 17 Okt 2009 : pada frekuensi 3.815MHz dengan YC0HQL di Jakarta dengan report 5/9+30dB, YC1DNR di Bekasi dengan report 5/9+20dB, YF1EPH di Bandung dengan report 5/9+30dB, YC1OJI di Subang dengan report 5/9+20dB dan YC1PBY di Cirebon dengan report 5/9+20dB.
Tanggal 18 Okt 2009: pada frekuensi 3.865MHz dengan YB3Z.. (stasiun pengendali oleh OM. Lilik di Blitar) pada checking Nusantara Jawa Timur dengan report 5/7. Pada frekuensi 3.830MHz dengan YC2NKY di Cilacap dengan report 5/9+. Dengan YC3MFA di Ponorogo dengan report 5/9+10dB, namun tidak tercatat di logbook karena Beliau keburu clear-off karena ada kepentingan.
Tanggal 19 Oktober 2009: pada frekuensi 7.060MHz dengan YC3DRG/2 di Rembang dengan report 5/9+20dB, pada frekuensi 7.1MHz dengan YC7UU di Samarinda dengan report 5/9+10dB, pada frekuensi 7.15MHz dengan YB6BS di Aceh Darussalam dengan report 5/9+5dB, dengan YB7FT di Pontianak dengan report 5/9+5dB, dengan YC7DYY di Pontianak dengan report 5/9+.
Tanggal 20 Oktober 2009: morning ragchewing pada frekuensi 3.830MHz dengan YC0LVD di Jakarta dengan report 5/9+30dB, YC1OTA di Bandung dengan report 5/9++, YD1LWB di Cicalengka Bandung Selatan dengan report 5/9+30dB.
Sebelum tanggal tersebut saya sempat QSO dengan Rekan di KTI namun tidak terecord di logbook karena belum sempat tukar-menukar report dan data teknis, yaitu dengan YC8NAK di Palu dengan report dapat diterima dengan baik.
Oh yaa, saya tambahi juga DX experience dengan menggunakan antenna ini pada mode PSK-31 dan RTTY, berikut beberapa kutipan dari logbook saya : 10-Nov-09 dengan VK6JJJ (Perth- Aussie) mode RTTY, 13-Nov-09 dengan UA0FO (Yuzhno Sakhalinsk - Russia) mode PSK-31, 14-Nov-09 dengan E21YDP (Bangkok – Thailand) mode RTTY di 40M, 20-Nov-09 dengan VR2XLN (Hongkong – PR. China) mode PSK-31 di 40M, 21-Nov-09 dengan JA1PRV (Tokyo – Japan) mode RTTY di 15M.
Saya tambahi lagi record QSO saya pada acara Kebayoran Marathon Contest 2009 tanggal 26-27 Desember 2009 yang lalu, dengan antenna yang sama saya mengumpulkan 117 QSO dengan rincian sesuai pada gambar dibawah.

40/80M SSB Contest Result
Thanks untuk semua OMs diatas yang telah dengan sabar meluangkan waktu untuk mereport eksperimen saya. Detail logbook silakan lihat dan click pada gambar.

OPPORTUNITY FOR IMPROVEMENT

Saya yakin benar performansi antenna ini akan makin baik bila kita menaikkan feedpoint pada ketinggian yang cukup, namun balun perlu kita sesuaikan, supaya Z Matcher-nya tidak terlalu kesulitan dalam mengejar impedansi saat resonansi di semua Band HF.

Saya belum tahu persis bagaimana efisiensi dari Balun yang saya pergunakan, di dalam Balun ini pasti terjadi loss daya karena ia adalah rangkaian pasif. Untuk mengurangi loss ini, kita bisa antenna langsung dengan kabel twin-lead, kemudian biarkan Z-Matcher yang menyesuaikan ke 50 Ohm. Dengan demikian loss yang terjadi hanya pada Z-Matcher saja. Dalam konfigurasi eksperimen antenna saya terjadi 2 titik loss, yaitu di Z-Matcher dan 4:1 Balun.

Akhir kata, walaupun sistem antenna ini masih jauh dari sempurna dan efisien, namun saya pribadi sudah cukup puas, minimum saya QRV untuk bekerja disemua band sesuai previledge yang saya miliki saat ini.

OK, have a nice day de YD1CHS.

YD1CHS Cholis Safrudin, MSc.

http://yd1chs.wordpress.com/2009/10/18/a-homebrew-poor-man-all-band-windom-antenna/