Rabu, 27 Februari 2013

The 4 Element Hentenna Beam for 2 Meters



    
Having been a ham for 27 years and knowing that the most important part of any station is the antenna, I have built, designed, and redesigned antennas for over two decades.

I always look for simplicity and, more than this, effectiveness. I want a wide band-width, reasonable gain and inexpensive construction. I have built yagis, dipoles, quads, verticals, loops, and pretty much anything you can imagine.

My XYL says "You should spend less time building and more talking." And she is right to a degree but the feeling I get when a project comes together and works as it should is something I know that only the builder can experience.
 
    
I was out of hamming for a few years and in the process we moved from central Mississippi to the beautiful mountains of Western North Carolina. Yes it is beautiful and the people here are just wonderful. Hams are into everything and it is exciting!

But that brings me to the QTH. We live on a mountain on 10 1/2 acres of forest, literally. Even though I am 2,700 feet up, unless I get 100 feet above the house, in the spring and summer, I am surrounded by leafy trees and yes they are beautiful when they change. HF is not really affected but VHF and UHF, well; you want as much gain as possible when the leaves are on the trees. Having tried several antennas with good results (I always want better, HI HI!) I tried the hentenna and I am so glad I did!
    
As you can see in the photos below, the basic hentenna appears to be a rectangle of some 40 X 14 inches. But it is more than that. As noted everywhere, the word "hen" in Japanese is said to mean "strange" but it also means "wonderful, magical, etc" and is used to describe something that is "great" but why it is great is not fully known. It can be built with wire and pvc (as I did, 14 awg THHN), aluminum or copper.
Now on to the construction:
Here is the prototype in the photos above with a "yardstick, 39 inches long" on the left and shown without the "yardstick" on the right.
It is in the horizontal polarity position as pictured above and is bi-directional with about 3.5 db gain in those directions for a single Hentenna. After I determined the feed placement as noted in the photo (it can be from 1/10 to 1/6 wavelength from the bottom) I sat it on my deck, on its' side like this I------I (for vertical polarity) and pointed it broadside to the 146.610 repeater across the county in South Carolina. S9+10! I was shocked!
My 2 meter 6 element yagi gave me S9+20 and it is considerably LARGER! Oh in researching this project I found that the band-width is huge (reported to be 10 mhz) and I did find that it covers the entire 2 meter band! SWR ran from 1.3:1 to 1.6:1, which I was totally happy with, 144-148 mhz. 

Research modeling on a Japanese site shows 14.2 - 14.8 db gain. (assumed to be referenced to a dipole).
Having seen plans on the net for a 6 meter 3 element hentenna I thought,
"Why not make one for 2 meters?" So I did.

How I arrived at the lengths was this: I took the driven element 40 X 13.5 and:
For the reflector I multiplied the 13.5 inches by 1.05 and the 40 inches by 1.05 and I got 14 1/4 inches by 42 inches so I cut the wire to fit this and I also multiplied the 13.5 feed point by 1.05 and got 14 1/4 inches  which I set as match point on the reflector. (So all of the lengths, etc for the reflector were increased by 5%.)
Director 1 was treated in the same manner except the driven element formula was 13.5 X .95 and 40 X.95 and of course the same for the match point then I had: 13 X 38 inches with a 13 inch match point. (So all of the lengths, etc were decreased by 5%.)
Director 2 was reduced in the same  manner using the figures from Dir 1. All by .95 thus further reducing the size to: 12 3/8 X 36 1/8 and a 12 3/8 match point.   (Dir 2 was reduced in overall size by 5% less than Dir 1.)   
These I mounted on a wooden boom using a quad antenna spacing formula I was familiar with: 

Spacing:
  
Reflector to driven element 14.5 inches
18 inches to Dir 1 from driven
18 inches to Dir 2 from Dir 1
This gives a 51 inch boom, total. The boom is a 2 X 3 painted board.

Element total lengths:
Reflector = 14 1/4 inches by 42 inches
Driven element = 13.5 X 40 inches
Dir 1 = 13 X 38 inches
Dir 2 = 12 3/8 X 36 1/8 inches

Shown above is the typical matching method using shorted feed points
on the director #2 as an example. The reflector, and director #1 were done the same way.
The driven element is fed with coax at it's respective matching point.
Matching Points:For finding the match points on the reflector, and the 2 directors, the standard formula 1.05 for the reflector and .95 for the 1st director and .95 of that for the second director.
I used 3/4 inch PVC in the construction of the antenna.
For clarity, It should be noted that the match points for the directors are progressively 5% less in overall length than the driven element starting with the Dir 1 and then Dir 2 is 5% less than Dir 1. The reflector match point is 5% longer than the driven element. The same goes for the overall "loops" of the antenna. The reflector element is 5% longer than the driven element. Dir 1 is 5% shorter than the driven and Dir 2 is 5% shorter than Dir 1.
Notice the wooden boom on the right and the wire going inside the PVC end sections that are used for support on the ends of the antenna to form the respective element "loops" of the antenna in the photo above.
Does it work? See the photo below.
S9 + 40!    
S9 +40! As high as the meter will go, same repeater and the antenna is mounted on 20 feet of metal pipe with 5 more feet of PVC 1 1/2 inch to isolate it. I turned the right rear corner to the repeater to check F/B and it would come up but did not register on the meter so the front to back ratio is excellent!    
Yes I am very pleased with the results! I have built 2 - 6 meter single elements to test and also a 20 meter for HF. Yes, it is about 34.5 feet high and 11 feet wide and I will post photos and results on all of that soon.
I am indebted to JE1DEU / JH1FCZ/ JH1YST for their efforts in coming up with such an amazing antenna and to Hamuniverse.com for hosting and promoting the use of ideas and construction so that everyone who wishes may enjoy fabricating and improving designs and experimentation. I also want to thank my XYL, Sandy for her patience and understanding as I pursue the service and hobby of HAM radio and my daughter and son-in-law for assisting in the installation! They are starting to study for their tickets too!

Jumat, 11 Januari 2013

modifikasi swr madol hs260


SWR Front Panel
SWR Front Panel
Satu lagi alat ukur dasar yang sangat diperlukan oleh para Amateur Radio ataupun Homebrewer yang bekerja pada Rafio Frequency adalah SWR Meter atau kadang ada yang menyebut dengan lengkap VSWR Meter.
Sebelum membicarakan cara membuat SWR/VSWR meter ini, supaya kita sedikit memiliki bekal knowledge tentang SWR/VSWR dalam dunia per-radio-an ini akan disinggung tentang SWR/VSWR.
SWR atau lebih lengkapnya VSWR adalah singkatan dari Voltage Standing Wave Ratio, atau kalau diterjemahkan secara bebas adalah, Perbandingan Tegangan Gelombang Berdiri. Mungkin kata “berdiri” di sini akan menimbulkan kesan atau pertanyaan tersendiri.
Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah transmitter RF yang dilalukan sebuah transmisi line (misal: cable coax, feeder, dll) tidak lagi memiliki bentuk sebagai sinyal sinusoidal yang sempurna, namun mirip dengan sinyal sinusoidal yang telah disearahkan oleh sebuah diode rectifier, dimana porsi negatif dari sinyal sinusoidal dibalik menjadi positif semua, makanya kesan pertama yang bisa dilihat oleh para researcher saat itu adalah berdiri atau “Standing Wave”.
Sifat dari gelombang elektromagnetik ini adalah dapat terpantul (reflected) bila menemui impedansi yang tidak sama (matched) dengan impedansi saluran transmisi yang dilaluinya. Sesuai dengan kaidah “Setengah Daya Maksimum”, dimana daya di beban akan maksimum pada saat impedansinya sesuai dengan impedansi saluran transmisi. Atau dengan kata lain, tidak ada gelombang terpantul yang kembali ke saluran transmisi, yang mengakibatkan transceiver menjadi saturasi atau efeknya transistor final akan “jebol”.
Pada kondisi impedansi antenna dan impedansi saluran transmisi tidak sesuai (matched), biasanya ditunjukkan dengan VSWR > 1, maka beberapa efek berikut akan dirasakan:
  • Daya RF yang sampai di antenna tidak optimum, sehingga pancaran tidak akan jauh/optimum.
  • Bercampurnya gelombang maju (forward) dan gelombang pantul (reflected) kemungkinan akan mempengaruhi kualitas suara pancaran, mungkin saja terdengar parau atau tidak bulat.
  • Nilai VSWR yang terlalu tinggi (VSWR > 2), akan membuat RF Linear Amplifier mengalami saturasi, yang biasanya terasa “over heating” dan bila dibiarkan terus-terusan akan membuat rusak komponen di Final.
Dalam notasi matematis, VSWR atau SWR tidak memiliki dimensi karena merupakan perbandingan 2 buah variable yang berdimensi sama (voltage). Dengan rumus sebagai berikut:
SWR = [1 + Rc] / [1 - Rc]
Dimana:
  • RC = | [ZL - Zo] / [ZL + Zo] |
  • ZL = impedansi input antenna (beban)
  • Zo = impedansi saluran transmisi (coax, feeder, dll)
  • Bila ZL atau Zo merupakan bilangan imajiner atau khayal, maka ZL atau Zo ini merupakan magnitudo dari bilangan tersebut.
Kita ambil contoh:
Contoh 1: Zo (Transmittion Line) = 50 Ohm, ZL (Antenna) = 50 Ohm
Maka, RC = [50-50]/[50+50]=0, maka SWR=[1+0]/[1-0]=1 (kondisi ini disebut matched)
Contoh 2: Zo = 50 Ohm, ZL = 100 Ohm, maka SWR = 2
Contoh 3: Zo = 50 Ohm, ZL = 25 Ohm, maka SWR = 2
Sebuah antenna dipole 1/4 lambda (masing-masing sayap panjangnya 1/4 lambda, total kedua sayap 1/2 lambda) memiliki impedansi input yang hampir murni dengan nilai mendekati 50 Ohm, makanya antenna ini akan memberikan pembacaan VSWR atau SWR mendekati 1 (matched).
Setelah refreshing di atas saya akan ceritakan pengalaman saya melakukan modifikasi total atau bisa dikatakan merakit sebuah SWR meter dengan bahan-bahan yang sangat mudah diketemukan di kotak komponen kita.
Awal mulanya saya pernah membeli sebuah SWR meter buatan lokal dengan harga yang sangat miring yaitu hanya Rp.125.000,- saja. Pertama saya penasaran dengan kemampuan SWR meter ini. Sampai rumah saya langsung mencobanya dengan menggunakan batuan homebrew RF dummy load saya, pada band HF (0.3 – 30MHz) dan VHF (145 MHz).
Hasilnya, untuk kedua band tersebut, dengan RF Dummy Load yang sama, menghasilkan sebuah angka yang sama pula, SWR = 1.5. Yang lebih mencengangkan, saat RF Dummy Load saya lepas (hati-hati melakukan ini, pastikan power output < 10 Watt saja, kalau tidak transistor final anda menjadi taruhannya), hasilnya tetap SAMA. Akhirnya saya putuskan untuk melakukan modifikasi, sehingga alat ukur ini tidak sia-sia saya beli.
SWR Schematic
SWR Schematic
Langkah awal yang saya lakukan adalah melakukan searching ke NET untuk mencari referensi rangkaian SWR lain yang mudah dibuat dan dapat masuk dalam box SWR tersebut. Akhirnya saya pilih rangkaian berikut (lihat skema). Rangkain tersebut menggunakan “directional coupler” yang sangat konvensional yaitu menggunakan kabel coax yang berimpedansi 50 Ohm, bisa menggunakan RG-58 atau RG-8, perbedaanya RG-8 bisa menghandle daya yang lebih besar dibanding RG-58. Saya menggunakan RG-8, sepanjang 12-an cm.
Untuk rangkaian pencuplik sinyal RF (RF sampler), saya memakai diode germanium (lupa tipenya, namun semua tipe diode bisa digunakan, bedanya sensitivitas pengukuran saja), namun harus dipilih 2 diode yang hampir identik caranya, begini:
  • Cari 2 buah diode yang sama persis tipenya, misal 1N60, 1N4148,dll
  • Dengan menggunakan multimeter, pilih pengukuran diode, cari 2 diode dengan impedansi majunya (forward resistif) hampir sama.
Original Directional Coupler (Not Worked)
Original Directional Coupler (Not Worked)
Sebagai penyeimbang jembatan SWR, saya menggunakan resistor trimpot 100 Ohm (biru kotak) yang saya paralel dengan resistor 50 Ohm, sehingga bisa swing antara 0 - 33 Ohm, pada kondisi seimbang menunjukkan angka sekitar 30-an Ohm. Resistor paralel dengan nilai 50 Ohm tersebut bisa diganti dengan nilai yang lain, ini dilakukan untuk menambah sensitivitas harga resultan resistif. Do “Trial & Error … for this”.
Kita perlu menambahkan sebuah trimpot sebesar 50K secara serial antara R5 dan R7 (sebut saja trimpot ini sebagai reverse adjuster) sebagai kompensasi ketidakidentikan rangkaian sampler yang dibangun oleh diode dan kapasitor di dua sisi, untuk sampling “forward wave” dan “reverse wave”.
New Directional Coupler (Worked Well)
New Directional Coupler (Worked Well)
Rangkaian SWR meter yang saya gunakan adalah seperti pada gambar, cukup sederhana, baik konstruksinya maupun cara kerjanya. Perlu saya catat disini, proses merangkai SWR meter ini tidaklah kritis, demikian juga pemilihan bahannya.
Cara Kerja Rangkaian
Cara kerja rangkaian ini adalah, pertama melakukan pencuplikan (sampling) terhadap kedua gelombang berdiri araf forward dan reverse. Selain mencuplik, diode tersebut berfungsi juga sebagai penyearah (rectifier), kemudian “shunt” kapasitor menahan laju gelombang tersebut dari AC menjadi DC. Tegangan DC ini menimbulkan arus DC pada kedua titik pengukuran, yang kemudian dibandingkan keduanya ke dalam sebuah DC ampere meter.
Cara Alignment Rangkaian
1. Putar trimpot reverse adjuster ke posisi minimum, artinya tidak ada redaman terhadap arus menuju DC ampere meter reverse.
2. Atur trimpot penyeimbang jembatan pada posisi tengah.
3. Atus posisi potensiometer forward dan reverse pada posisi maksimum.
3. Pasang RF Dummy Load dengan Watt secukupnya, lebih baik watt-nya lebih besar dibanding RF output dari transmitter.
3. Pasang Transmitter dengan power secukupnya untuk membuat jarum forward mendefleksi secara penuh (5 Watt sudah cukup), dengan modulasi AM, FM atau CW.
4. Lakukan adjustment pada potensiometer forward dan reverse sampai jarum forward tepat pada skala maksimumnya.
5. Lakukan adjustment pada trimpot penyeimbang jembatan sampai jarum reverse mencapai titik minimum.
6. Lakukan adjustment pada trimpot reverse adjuster sampai jarum reverse menyentuh skala NOL.
7. Bila perlu ulangi langkah 4 s/d 6, sampai benar-benar OK. Namun hati-hati jangan terlalu lama menyalakan transmitter, dan selalu periksa apakah RF dummy load tidak over-heating.
8. Selamat, anda sudah menyelesaikan penalaan dengan sempurna. Tutup directional coupler dengan box yang telah dibuat.
Cara Menggunakan SWR Meter
1. Atus posisi potensiometer forward dan reverse pada posisi maksimum.
2. Pasang antenna anda pada jack yang disediakan.
3. Pasang Transmitter dengan power secukupnya untuk membuat jarum forward mendefleksi secara penuh (5 Watt sudah cukup), dengan modulasi AM, FM atau CW.
4. Amati defleksi pada jarum reverse. Secara kasar korelasi antara jarum forward dan reverse dengan SWR adalah sebagai berikut:
SWR Tabel
SWR Tabel
5. SWR meter ini aman digunakan untuk QSO walaupun tetap terpasang pada saluran transmisi, namun ada RF power yang hilang beberapa dB dalam rangkaian directional coupler dan loss connector, namun kita dapat terus mengamati SWR kita sambil QSO.
6. Pastikan SWR < 2, untuk keamanan pesawat anda, daya pancar yang tidak optimum, kemungkinan interferensi, dll.
Okay, mudahkan membuat SWR meter. See U again !

groundplane antena


Di postingan kali ini akan di bahas sedikit tentang jenis antena ground plane. Antena jenis ini digunakan untuk frekuensi tinggi yaitu 2-meteran, antena ini langsung dihubungkan dengan kabel 50 ohm dean tanpa rangkaian matcher/penala antena. Untuk mendapatkan gambaran yang jelas tentang cara membuat beserta ukurannya antena ground plane dapat di lihat pada gambar di bawah, untuk memperbesar klik gambarnya
Ukuran Antena Ground Plane
Untuk jangkah frekueinsi yang tidak terdapat pada gambar, gunakan rumus di bawah ini untuk menghitungnya
B = 2800 (inches)/F (MHz)
A = 2900 (inches)/F (MHz)

Untuk aplikasi antena  Ground Plane ini sebaiknya penyangga gunakan bahan non metal/bukan penghantar listrik. dan pilihan paling bagus adalah pipa PVC. antena ini memiliki kelemahan yaitu kurang kuat menerima atau memantulkan sinyal, karena sifatnya yang omnidirectional atau segala arah,untuk antena pengarah sebaiknya digunakan antena yagi