TAHUKAH ANDA , BAHWA DUNIA BEKERJA PADA SISTEM YANG TIDAK (BELUM) OPTIMAL ?

 

TAHUKAH ANDA , BAHWA DUNIA BEKERJA PADA SISTEM YANG TIDAK (BELUM) OPTIMAL ?

Oleh : Djoko Haryono 

Teknologi Radio ( dengan segala turunannya : Broadcast , radio komunikasi 2 arah , repeater , HT , microwave , BTS & selluler, stasiun bumi , stasiun TV , sistem komunikasi penerbangan , pelayaran & land mobile , internet dsb. ) telah “merubah” dan menghubungkan seluruh pelosok didunia dan menjadikan semua yang jauh terasa dekat.

Kabel transmisi ( transmission line / coax ) dengan impedansi karakteristik 50 ohm sangat berperan disini dan bisa kita temukan dimanapun didunia ini sebagai bagian penting dari salah satu sistem diatas.

Tapi tahukah anda bahwa sistem coax 50 ohm yang sangat terkenal / popular itu sebetulnya adalah sebuah sistem peninggalan “kuno” yang SEBENARNYA / SEHARUSNYA ( = IDEALNYA ) SUDAH KITA BUANG SINGKIRKAN DAN MENGGANTINYA DENGAN SISTEM LAIN ( 30 OHM ) YANG LEBIH SESUAI UNTUK TUNTUTAN TEKNOLOGI MODERN ERA SEKARANG.

SISTEM COAX 30 OHM AKAN BANYAK MENINGKATKAN EFFISIENSI DALAM KOMUNIKASI DIDUNIA.

Sayang merubah dari system 50 ohm ke 30 ohm tidaklah mudah , sebab itu berarti harus “merombak dunia”. Sistem ( yang sekarang menjadi kurang effiien atau effisiensinya kurang optimal ) itu sudah terlanjur membudaya mengakar dimana-mana.

Mengapa system 50 ohm di era sekarang menjadi tidak optimal lagi tingkat effisiensinya ?

Jangan kemana-mana !! Tetaplah di Channel ini. Saya segera kembali ( dengan pandangan saya ) setelah jeda yang satu / berikut ini !

Laboratorium Bell Telecommunication sudah melakukan penelitian & pengetesan ribuan jenis kabel dengan impedansi yang ber-beda2 untuk mengetahui :

a.Berapakah impedansi kabel yang ideal untuk mendapatkan attenuation ( rugi2/losses yang terendah ?
b.Berapakah impedansi kabel yang ideal untuk menyalurkan power2 besar ( power handling ) ?
c.Berapakah impedansi yang ideal untuk penggunaan pada tegangan tinggi ( high voltage ) ?

Dari penelitian panjang tsb. Diketahui bahwa agar didapat attenuation terendah kabel idealnya memiliki impedance 77 ohm atau sedikit diatas / dibawah angka tsb. Angka itu sangat berkaitan dengan tuntutan ratio dari ukuran konduktor luar & dalam dan juga nilai dielectic dari bahan isolator diantaranya. Artinya kalau kita akan menentukan nilai impedansi karakteristik tertentu dari kabel dan kita sudah menentukan berapa diameter yg. kita inginkan dari kabel yang akan kita buat , semua itu belumlah cukup. Perancangan kita masih akan dipengaruhi oleh nilai konstanta dielectric bahan isolatornya , yang itu pasti tergantung dari hasil “oplosan” membuat formula jenis isolator dengan bahan –yg seringkali perlu- baru. Setelah semuanya pasti , barulah “berapa seharusnya diameter inner conductornya” harus dibuat , yang zise nya belum tentu ada dalam daftar standard yg ada dipasaran.

Jadi masalah yg dihadapi memang tidak mudah. Diperlukan riset panjang dan biaya sangat besar. Tuntutan impedansi kabel 77 ohm itu menimbulkan berbagai masalah besar dalam perancangannya. Itulah sebabnya akhirnya lahir kabel dengan impedansi yang sedikit berbeda , yaitu 75 ohm. Kabel 75 ohm adalah kabel paling ideal untuk menghandle “signal” ( bukan high power maupun high voltage ). Kabel ini effisien untuk digunakan pada rangkaian TV , baseband video , antenna TV, CATV, broadband cable dan semacamnya.

Tetapi kabel coax 75 ohm menjadi tidak effisien jika dipakai untuk dilewati high power, Kabel yang ideal untuk menyalurkan high power adalah kabel dengan impedansi 30 ohm.

Waktu masih muda , STEVE LAMPEN bekerja sebagai salesman sebuah perusahaan industry kabel. Salah satu customer nya adalah LAWRENCE BERKELEY LABORATIRIES , salah satu bagian dari UNIVERSITY OF CALIFORNIA BERKELEY yang memiliki aktivitas dibidang riset murni.

Laboratorium ini membangun sebuah ATOM SMASHER , dengan alat mana mereka akan bisa “melihat kebelakang” dan menyaksikan bagaimana asal mula rahasia alam yang kita kenal sebagai ledakan besar alam ( BIG BANG ) yang pernah terjadi dan masih menyimpan misteri itu. Mesin atom smasher ini ukurannya sangat besar. Panjangnya mencapai ratusan feet. Untuk membangun peralatan itu mereka membutuhkan cabel coax khusus yang memiliki impedansi 30 ohm.

Ketika Steve mendatangi proyek tsb. para ahli disana mengatakan bahwa mereka menginginkan kabel coax 30 ohm.

Setelah Steve kembali kekantornya , ia menyampaikan “tantangan” yang diajukan oleh konsumennya itu kepada para engineer dipabrik kabelnya. Steve mengatakan “Tolong buatkan kabel 30 ohm untuk kebutuhan customer kita !”.

“Baik !” jawab factory engineer “Itu bisa kita lakukan , tetapi sangat tidak mudah. Sebagian besar dari produk itu harus kita buang ketempat sampah !”.

“Mengapa ?” Tanya Steve.

Rekannya menjawab :”Karena nilai itu memiliki Ratio yang akan sangat sulit untuk dikerjakan. Kita akan bisa membiatnya tetapi aka. nada kira2 90% bagian yang harus kita buang !”.


Akhirnya Steve kembali menemui customernya dan menyampaikan kondisi sulit tersebut. Apa respons customer ?

“Baik ! , buat saja sebanyak 10 kali lipat dari jumlah yang kita butuhkan. Nanti silahkan buang yang 90 % reject itu. Bagi kita cukup untuk menggunakan sisanya yang 10 % saja. Jangan khawatir , kita akan bayar seluruh biayanya termasuk harga dari 90% bagian yang tidak kita pakai itu !”

Akhirnya perusahaan Steve memenuhi permintaan itu. Sangat banyak kesulitan teknis yg mereka hadapi untuk bisa membuat kabel coax dengan impedansi 30 ohm yang akan mampu dibebani dengan power2 besar.

Keahlian mereka terus berkembang , sampai akhirnya mereka ( perush. Steve ) mampu memproduksi kabel 30 ohm dengan reject hanya 10%.

Riset yang dilakukan oleh LLOYD ESPENSCHIED dan HERMAN AFFEL di perusahaan BELL TELECOMMUNICATION di tahun 1929 menunjukkan bahwa kabel dengan impedansi 75 OHM ideal untuk keperluan / tujuan LOW ATTENUATION ( LOW LOSS ) dan kabel 30 OHM lebih cocok untuk kebutuhan sebagai HIGH POWER COAX.

Mereka juga menemukan bahwa untuk kabel coax yang menyalurkan HIGH VOLTAGE , paling ideal adalah jika memiliki impedansi 60 OHM.

Tetapi hasil riset ini memunculkan dilemma baru bagi kalangan broadcaster ( radio siaran ). Mereka membutuhkan jenis kabel yang berbeda lagi karena pemancar2 radio siaran pada era tersebut semuanya bekerja menggunakan HIGH POWER dan juga sekaligus HIGH VOLTAGE ( hal itu karena pemancar2 lama dulu pasti menggunakan tabung2 vakum / vacuum tube yang hanya bisa bekerja dengan tegangan tinggi ratusan atau ribuan volt , bahkan belasan ribu volt sehingga variable capacitor , isolator2 dan bermacam peralatan yang digunakan harus sesuai untuk tegangan tinggi ).

Dari munculnya dilemma kebutuhan baru itulah akhirnya “dilahirkanlah” kabel coax yang jenis “nanggung” yaitu COAX 50 OHM. Angka 50 sebetulnya lebih merupakah angka tengah2 ( sebagai ANGKA KOMPROMI ) ANTARA 30 OHM DAN 60 / 75 OHM.

Kabel coax sendiri pada saat awal diciptakan, dibuat dari tube tembaga kecil sebagai innernya dan tube tembaga yang lebih besar sebagai outernya. Tentu saja untuk menciptakan itu para penciptanya dibatasi oleh ukuran2 tube standard yang ada dipasaran , sehingga sesuai kondisi saat itu, yang bisa mereka lakukan ( untuk target pembuatan coax 50 ohm ) adalah terciptanya coax dengan impedansi 51.5 OHM atau 52 OHM !!

Angka itu ternyata klop memenuhi kebutuhan system peralatan milik pemerintah Amerika dan dijadikan standard. Akhirnya pengguna lain & masyarakat terpaksa harus mentuning pemancar2 nya ke 51.5 ohm , dan ini berlangsung terus sampai sekurang kurangnya 4 dekade.

Ilmu pegetahuan & teknologi berkembang terus sampai akhirnya pemancar radio dengan teknologi tabung ( = high voltage ) mulai tersingkir –kecuali untuk pemakaian2 yg lebih terbatas- setelah kemudian komponen solid state ( transistor , IC dsb ) ditemukan.

Pemancar2 jaman sekarang mampu bekerja pada tegangan2 yang jauh lebih rendah dibanding beberapa dekade yang lalu.

Tuntutan untuk memproduksi coax yang harus tahan tegangan kerja yang tinggi sebetulnya sudah kurang relevan dengan kondisi modern sekarang ini.

SEBETULNYA JENIS KABEL COAX YANG ( MESTINYA ) LEBIH COCOK UNTUK ERA MODERN SEKARANG INI ADALAH JENIS “COAX YANG MAMPU MENGHANDLE HIGH POWER TANPA HIGH VOLTAGE”. DAN SISTEM YANG PALING IDEAL UNTUK KEPERLUAN ITU ADALAH SISTEM COAX DENGAN NILAI IMPEDANSI KARAKTERISTIK 30 OHM. EFFISISENSI AKAN BANYAK MENINGKAT JIKA SEMUA BERALIH KE SISTEM 30 OHM ( tentu saja semua sistem harus disesuaikan misalnya 30 ohm pada terminal output TX , pada antenna , pada SWR meter dsb ).

Sayangnya ini tidak mudah dilakukan karena ini sebuah “pekerjaan raksasa” yang sifatnya “merubah dunia”. Standard 50 ohm untuk pemancar bertegangan tinggi sudah terlanjur diadopsi dan “membudaya” didunia.

Mengajak dunia berpindah ke system 30 ohm adalah sebuah usaha yang butuh energy , usaha , riset dan biaya ( bahkan mungkin penentangan dan “pergolakan” ) yang luar biasa besar.

Tetapi bagaimanapun Science adalah ( selalu tetap harus dianggap ) science. Bisa atau tidak bisa dilaksanakan , science sebaiknya tetap (minimal ) perlu untuk dipahami terlebih dahulu.

Djoko Haryono.

MENGGANTI TRANSISTOR FINAL RADIO CB C1969 DENGAN MOSFET IRF540

Seperti yang telah kita ketahui bahwa sebuah transistor final tx radio cb type C1969 sudah langka/sukar mendapatkannya dipasaran elektronik.
Kalaupun ada harganya cukup mahal yang kadang kita berpikir 2x sebelum membelinya.

Beruntung sekarang dijaman mosfet ini, keberadaan transistor C1969 sudah tidak kita pikirkan lagi seperti sebelumnya masalah ini sempat mengganjal dan sempat menurunkan semangat para cb'er.

Dengan beberapa tipe mosfet yang banyak dijual dipasaran elektronik akhir2 ini seperti IRF510, IRF520, IRF530, IRF540 dapat menggantikan posisi transistor C1969 sebagai pengganti final tx radio cb.

Pada gambar diatas adalah skematik bagian final tx radio cb Superstar 2000,2200, 2400, Hy Gain V dll, yang coba saya tampilkan sebagai contoh bagaimana cara mengganti transistor C1969 dengan mosfet IRF540.

Dalam modifikasi ini ada 3 komponen yg perlu dilepas/disimpan saja  seperti :
- D60 = MVIYH (dioda yang ditempelkan/dibaud pada logam pendingin sebelah transistor C1969)
- R46 = 680 ohm
- R47 = 10 ohm

Kemudian ke 3 komponen diatas  kita ganti dengan rangkaian pemberi tegangan bias pada kaki Gate mosfet.

Untuk rangkaian pemberi tegangan bias pada kaki Gate mosfet tidak harus seperti pada skematik yang saya tampilkan diatas. Bisa juga menggunakan rangkaian lain yang contohnya banyak pada rangkaian booster2 yang menggunakan mosfet.

Hanya disini saya mencoba menerapkan rangkain pemberi tegangan bias yang sebenarnya sudah jadi/ada dijual dipasaran (mungkin masih dipasaran luar pagar), yang si pabrik yang memproduksi rangkaian ini menamainya "Companion Parts"

Apa sih Companion Parts itu ?
Companion Parts adalah ternyata hanya sebuah rangkaian untuk memberikan tegangan bias untuk Gate mosfet seperti tipe IRF520 dll, yang sengaja dibikin/diproduksi untuk memudahkan pemasangannya sewaktu mengganti transistor final tx cb dengan mosfet.

Rangkaiannya sangat simple sekali hanya terdiri dari 2 buah Resistor dan 1 buah Dioda yang terintegrasi seperti sebuah IC.

Ada tiga jenis Companion Parts yang ada seperti gambar dibawah ini :

Untuk modifikasi yang sudah saya coba lakukan, ternyata yang cocok adalah rangkaian yang pertama atau tipe EN1230 untuk hampir semua radio cb lama yang beredar di Indonesia.

Untuk yang 2 tipe lagi seperti EN369DR dan EN369FN tidak cocok dipakai untuk radio2 cb lama yang beredar di Indonesia.

Alasan kenapa tipe ke 2 dan ke 3 tidak cocok bahkan IRF nya menjadi hangus terbakar ?
saya sudah mencobanya semua dengan hasil sbb :

Companion Parts :
- EN1230 : dengan tambahan  Resistor 33K yang dipasang antara kaki + companoin parts ke tegangan standard untuk bias radio cb yaitu +8 Volts, kemudian saya ukur di kaki Gate IRF540 adalah sebesar 2.4 Volts, dengan power output tx 20 watts.

-EN369DR dan EN369FN terlalu tinggi tegangan bias yang dihasilkan, saya ukur di kaki Gate IRF sekitar 4 Volts, membuat beberapa mosfet IRF540 jebol/terbakar sewaktu saya mencoba mengaplikasikannya.

Akhirnya saya mengambil kesimpulan bahwa kalau mau memakai companion parts untuk mengganti transistor C1969 dengan mosfet seperti IRF520, 530, 540 untuk final tx radio cb yang cocok adalah rangkaian yang pertama saja EN1230 dengan resistor tambahan 33K yang dipasang antara +8 Volts dengan + companion parts.

Terakhir saya mencoba mengganti resistor 33K dengan 10K dengan tujuan supaya output power tx yang didapat lebih besar lagi.
Hasilnya ternyata output power tx naik sekitar 5 watts saja yang sebelumnya sekitar 15 watts sekarang menjadi sekitar 20 watts pada mode SSB atau LSB/USB.

Sebenarnya kita sebagai seorang homebrewer tidak harus berpatokan pada rangkaian seperti yang disebut "Companion Parts". banyak yang bisa kita lakukan dan hasilnyapun sama saja walaupun pakai rangkaian lain selain companions part seperti untuk pemberian tegangan bias Gate mosfet biasa kita lakukan dengan menggunakan ic regulator 7805 yang dilengkapai variable resistor untuk mengatur besar keluaran tegangnnya bahkan lebih leluasa mengatur tegangan biasnya mau berapa volt pun bisa.

Disini saya penasaran saja dengan komponen terintegrasi yang satu ini yang belakangan ini lagi ramai disebut companions parts.

Kita sebagai homebrewer dengan mudah dapat membuat sendiri companion parts ini, karena daftar komponennya memang tertera pada skematiknya.

Mungkin kalau dipandang dari segi kepraktisannya, boleh lah...companion parts ini lebih praktis dan hanya mempunyai 2 pin keluar.
Jadi tidak ada salahnya kita coba saja yuk....... :-)

Happy homebrewing

MEMBUAT ANTENNA DIPOLE ½ LAMBDA

MEMBUAT ANTENNA DIPOLE ½ LAMBDA
By Djoko Haryono

Patokan2 yang biasa saya pakai untuk membuat antenna Dipole ½ panjang gelombang untuk HF adalah sbb. :

1.Antenna dipole memiliki impedansi spesifik ( radiation resistance ) pada terminalnya sebesar ( sekitar ) 72 ohm.

2.Yang disebut impedansi spesifik pada feed point suatu antenna bukanlah nilai impedansi yang terukur pada saat “asal dirikan antenna dan asal ukur” , melainkan nilai khas itu umumnya merupakan hasil pengukuran jika antenna sudah berada / dipasang pada kondisi idealnya , yaitu pada lokasi yang dianggap sebagai FREE SPACE.

Free space adalah suatu lokasi ( umumnya suatu ketinggian dari permukaan tanah ) dimana antenna TIDAK TERLALU DEKAT DENGAN TANAH ATAU BENDA2 DISEKITARNYA.

Free space bagi suatu antenna biasanya berjarak “BEBERAPA LAMBDA”. Artinya antenna harus diposisikan beberapa lambda ( panjang gelombang , sesuai frek. operasinya ) baik dari tanah maupun benda2 asing ataupun bangunan / struktur lain yang bisa mempengaruhi kinerja antenna. Posisi sebuah antenna bisa kita anggap sudah berada pada “free space” nya , jika ketika kemudian antenna tsb. kita tinggikan / naikkan lagi , impedansi terminalnya sudah terukur constant pada frekuensi tersebut ( tidak naik lagi ).

3.Tentu saja dalam praktek kita mungkin kesulitan sehingga tidak ada kewajiban menempatkan antenna kita ( harus ) pada ketinggian free space , namun pengertian ini perlu agar kita memahami apa arti sebenarnya dari “nilai impedansi (spesifik) pada terminal suatu antenna”.

4.Kalau diatas disebut “beberapa lambda” itu dikarenakan nilainya tidak selalu sama. Ada lokasi dimana jarak 4 lambda sebuah antenna baru berada pada free spacenya , tetapi ada juga ditempat lain dimana antenna yang sama sudah menemukan free spacenya hanya pada ketinggian 2 lambda saja dari tanah. Kondisi struktur, konduktivitas , kelembaban tanah bisa berbeda beda disatu dan lain wilayah. Untuk diskusi ini , kita misalkan ( anggap ) saja ditempat anda free space untuk 11 meterband ( 27 MHz ) adalah 2 lambda , maka pada ketinggian 22 meter atau lebih diatas tanah , impedansi terminal antenna dipole anda akan terukur 72 ohm.

5. Pada ketinggian antenna yang “LEBIH RENDAH DARI FREE SPACE SETEMPAT” ( artinya ketinggian antenna belum berada pada free space ) , impedansi terminal sebuah antenna dipole bisa acak / bervariasi. Umumnya diantara 40 s/d 130 ohm tergantung kondisi tanah yang ada maupun ketinggian yang dipilih.

6.Kalau ketinggian dipole anda yang 22 meter dari tanah tsb. sudah pada area free space bagi frek. tsb. Maka bila anda menggunakan coax 50 ohm ( dan panjang dipole yang anda buat sudah tepat / resonan pada frek yang anda inginkan ) , maka impedansi antenna anda yang 72 ohm itu akan “menghasilkan” penunjukan SWR meter pada nilai 1.44 : 1.
Untuk HF nilai SWR meter ini sudah cukup bagus. Umumnya untuk HF , SWR masih dianggap aman jika nilainya tidak lebih dari 1.9 : 1

7.Jadi kalau panjang antenna anda ( sebetulnya ) sudah resonan pada frek. Yang anda inginkan , jangan terlalu mengkhawatirkan SWR yang 1,4 : 1 tersebut. Tidak perlu anda paksakan untuk menurunkannya sampai ke 1 : 1 dengan cara memendekkan ( terus menerus ) dipole anda karena salah2 malah antenna anda pindah frek. resonansinya dan “keluar” dari frek. yang sebenarnya anda inginkan tanpa anda sadari ( meskipun SWR nya akhirnya menunjuk yang terendah ).

Lain ceritanya bila dipolenya tetap anda biarkan pada panjang resonansnya , lalu SWR 1.4 : 1 itu anda turunkan ke 1 : 1 dengan menambahkan matching transformer yg memiliki impedansi karakteristik 60 ohm ( dari hasil hitungan Z transformer = akar ( 72 x 50 ). Maka selain SWR anda berada pada titik optimumnya effisiensinya ( terendah ), dipole anda juga tetap berada tepat pada frekuensi resonansinya.

8.Bagaimana membuat dipole ½ lambda untuk HF ?
Uraiannya saya perinci berikut ini :

9.Bahan radiator ( konduktor ) yang diameternya kecil ( misalnya kawat tembaga diameter 1 mm seperti yang dipakai salah satu rekan kita tsb ) memiliki keuntungan karena antenna tsb. Menjadi lebih ringan. Namun ada juga kerugiannya. Diameter yg. terlalu kecil menjadikan bandwidthnya sempit.

Umumnya ukuran yang dianggap “kompromistis” ( bandwith lebar, antenna cukup kuat namun tidak terlalu berat adalah penghantar berupa kabel ( kabel serabut / berurat banyak ) ukuran 14. Ukuran ini bahkan masih cukup kuat untuk beban panjangnya sebuah dipole ( sampai ) 80 meterband.

10.Rumus panjang dipole ½ lambda YANG DIPASANG PADA FREE SPACE ( KETINGGIAN YANG CUKUP TINGGI ) :

L ( dalam feet ) = 492 : freq. ( MHz )

atau L ( dalam meter ) = 149,9616 : freq. ( MHz ).

11.Tetapi jika antenna dipole anda akan anda pasang pada ketinggian yang relatip rendah ( lebih rendah dari free space ), maka Rumus yang anda pakai perlu di modifikasi menjadi :

L ( dalam feet ) = 468 : freq. ( dalam MHz )

atau L ( dalam meter ) = 142,646 : freq. ( MHz ).

12. Selamat mencoba.


Salam , Djoko Haryono.