MEMANCAR DENGAN SWR TINGGI , SIAPA TAKUT ?

MEMANCAR DENGAN SWR TINGGI , SIAPA TAKUT ?

By : Djoko Haryono

( Topik ini masih berhubungan dengan topik sebelumnya yang berjudul “SWR rendah bisa membunuhmu” ).

SWR tinggi tidak selalu berbahaya atau menimbulkan resiko tinggi. Dengan pemahaman yang benar , kita akan bisa memaklumi mengapa W8HKK atau para “para pakar elit” dibidang komunikasi radio tidak pernah memusingkan “betapa sibuknya dunia” berusaha mendapatkan SWR 1: 1.
Berkomunikasi dengan SWR diatas 3 : 1 , diatas 4 : 1 atau bahkan lebih tinggi lagi , bukanlah hal yang asing bagi mereka.

Mereka tahu betul bahwa EFFISIENSI TINGGI dari sistem antenna ( antenna + saluran transmisi ) TIDAKLAH HANYA SEMATA-MATA DITENTUKAN OLEH NILAI SWR YANG RENDAH.
Effisiensi antenna sebenarnya ditentukan oleh ( minimal ) 2 hal yang berbeda yaitu :

1. SWR
2. Total attenuation ( total line attenuation ).

Kebanyakan dari kita hanya berfokus untuk mengejar SWR serendah mungkin , bahkan mendapatkan SWR “UNITY” ( 1 : 1 ) sering dijadikan kebanggaan , dan “kurang memahami” besarnya peranan dari VERY LOW LINE ATTENUATION dalam menciptakan sistem ber EFFISIENSI TINGGI.
Kebanyakan kita masih menganggap bahwa REFLECTED POWER YANG TINGGI ( yang terjadi pada SWR yang tinggi ) adalah LOST / LOSSES YANG TINGGI PULA. Mereka menganggap bahwa akan ada bagian besar dari power yang ( akan ) tidak berhasil terserap dan terpancar oleh antenna.

Padahal itu adalah sebuah CARA BERPIKIR YANG KELIRU KARENA MENGABAIKAN BESARNYA PERANAN DARI FAKTOR LAINNYA TERHADAP EFFISIENSI SISTEM YAITU ( SEBERAPA ) TINGGI RENDAHNYA LINE ATTENUATION.

Hal sangat penting yang perlu kita sadari adalah kondisi very low loss line atau ATTENUATION YANG SANGAT RENDAH ( yang semakin mendekati nol ) AKAN MENYEBABKAN REFLECTED POWER ( gelombang pantulan yg makin besar jika SWR makin tinggi ) TIDAK LAGI MENJADI LOSSES / LOST .

Pantulan yang besar itu tidak akan kemana-mana ( tidak hilang sebagai kerugian ) karena pada line yang “very low loss” GELOMBANG PANTULAN ITU TIDAK TERDISIPASI ( tidak berubah menjadi panas dsb ). Ia seakan “tidak menemukan jalan” ( melalui bahan dielektrik dari saluran transmisi ) untuk “mendisipasikan diri”.

Lantas akan kemanakah gelombang yang terpantul dari antenna dan kembali kearah input dari saluran transmisi itu ? IA AKAN BALIK ( TERPANTUL ) LAGI KEARAH ANTENNA SAMPAI SELURUHNYA ( ATAU SEBAGIAN BESAR ) TERPANCARKAN.

Catatan : Sekali lagi , ini hanya terjadi pada rancangan line dengan very low attenuation. Sedangkan pada line yang attenuationnya ( makin ) besar , akan terjadi disipasi yang ( makin ) besar pula , dan itulah yang ( makin ) significant menurunkan effisiensi dari sistem antenna.

JADI , MENGAPA HARUS TAKUT PADA SWR TINGGI JIKA KITA SUDAH PAHAM PADA BETAPA PENTINGNYA UNTUK MENGONTROL DESIGN KITA AGAR SISTEM KITA MEMILIKI TOTAL ATTENUATION YANG SERENDAH MUNGKIN ( MAKIN MENDEKATI NOL MAKIN BAIK ). BAHKAN DENGAN SWR TINGGI ITULAH JUSTRU AKAN MEMPERMUDAH KITA UNTUK BEOPERASI MULTIBAND ( BANDWIDTH AKAN MAKIN LEBAR ).

Dibawah ini saya kutipkan 2 bh contoh, bagaimana sebuah sistem komunikasi ruang angkasa – darat mampu bekerja dengan effisiensi tinggi pada sistem radio mereka yang memiliki SWR 4.4 : 1

CONTOH 1.
Ini adalah sistem antenna Dipole Multi Frequency pada satelit cuaca Tiros ESSA – Itos – APT yang dirancang dan dibangun oleh W8HKK / W2DU ( M. Walter Maxwell ). Contoh dari salah satu pengukuran dibawah ini dilakukan pada salah satu frekuensinya yaitu 108 MHz ( Beacon Telemetry ).

Impedansi terminal antenna terukur 150 – j 100 ohm. VSWR = 4.4 : 1 Reflected Power 40%.
Penyetelan matching tidak bisa dilakukan pada lokasi ideal ( yaitu antara antenna dengan output dari line ) karena akan menimbulkan kesulitan konstruksi mekanik , thermal & elektrik , sehingga matching terpaksa dilakukan pada titik input dari line.

Power dari TX = 30 mW ( milliWatt ). Karena kecilnya perancangan power maka timbulnya losses yang besar tidak akan ditoleransi disini. Attenuation dari feed line + Matching Circuit sebesar 0.2 dB. Tambahan loss akibat SWR = 0.24 dB ( 5.4% ) sehingga Total Loss = 0.44 dB ( 9.6% ).

Jika kita gunakan asumsi yang umum kita pakai ( TAPI SEBENARNYA SALAH ! ) maka seluruh Reflected Power ( 40% ) akan kita anggap sebagai losses , sehingga teori umum akan mengatakan bahwa power hanya akan tinggal 18.1 mW saja yang akan terserap dan terpancarkan oleh antenna dan effisiensi antenna ( menurut “ajaran” yang paling banyak kita baca/pakai ) hanyalah sebesar 60% saja.

Tetapi hasil dari pengukuran samasekali tidak mendukung apa yg seing kita anut itu. Meskipun SWR nya 4.4 : 1 namun Power yang terserap antenna ternyata terukur 27.1 mW !! yang itu berarti losses yang sebenarnya ( untuk total attenuation ) hanyalah 2.9 mW dan dari nilai tsb. HANYA 1.6 mW DIANTARANYA YANG BENAR2 BERASAL ( DITIMBULKAN OLEH ) SWR YANG 4.4 : 1 tsb.
Jadi REALITAS YANG TERJADI adalah : Jika ( dimisalkan ) antenna tsb. dalam kondisi “Perfectly Matched ( SWR 1 : 1 )” maka hasil hitungan effisiensinya akan sebesar 95.5 % , namun pada kasus ini ( karena SWR nya ditolerir 4.4 : 1 ) effisiensi dari sistem jadi turun relative sedikit sekali menjadi 90.4 % yang dalam bidang radio sudah dianggap sangat tinggi. Meski effisiensinya “hanya” 90.4% namun keuntungan dari bahdwidth yang semakin lebar menjadi keunggulan lain yang sama pentingnya dengan effisiensi tinggi tsb.

Realitas effisiensi yang mencapai 90.4% tsb. tentulah berada diluar perkiraan dan pemahaman kita yang terlanjur “mendewakan” SWR 1 : 1 dan meremehkan peranan besar dari total line attenuation yang serendah mungkin.

CONTOH 2.
SWR 9.8 : 1 DARI ANTENNA PADA TRANSMITTER SATELIT NAVSAT
Satelit NAVSAT/ Navy Navigational Satellite sudah beroperasi lama
sebelum sistem satelit navigasi Amerika mulai didedikasikan bagi kepentingan international dengan nama GPS. Terminal antennanya memiliki impedansi 10.5 – j 48 ohm. SWR nya 9.8 : 1. Reflected power 66% ( suatu angka yang sangat besar & tentu akan dihindari
jika yang dipakai adalah “cara berpikir amatir radio pada umumnya” , yang sebetulnya malah keliru ). Antenna tsb. juga “matched at the line input”. Flat line attenuationnya 0.25 dB dan tambahan lossesnya yang diakibatkan oleh SWR 9.8 : 1 tadi sebesar 0.9 dB atau hampir 4 X lipat dari line attenuation ) , sehingga Total Loss nya 1.15 dB atau sekitar 1/6 S-Unit.

Losses yang sangat besar ini ( jika yang dipakai persepsi umum )
terbukti sama sekali tidak berdampak buruk merugikan karena losses dari saluran transmisi berdielectric udara itu bukan jenis losses yang “hilang terdisipasi kemana-mana” ( sebagai panas atau kebocoran lewat bahan dielectric ).

Hal ini berbeda dengan persepsi paling umum didunia amatir radio yang menganggap bahwa SWR rendah adalah “pemain utama” sebagai penentu tingkat effisiensi antenna. Kesalahan persepsi itu terjadi karena sebagian besar ham berkutat dengan penggunaan coaxial , jenis saluran yang attenuasinya tinggi sehingga “lupa” bahwa kemampuan menekan attenuasi line ( sampai ) menjadi
sekecil –yang umumnya hanya bisa dicapai dengan saluran transmisi jenis air dielectric )- mungkin adalah pemain utama yang sebenarnya dalam hal efisiensi pemancaran RF.


SWR RENDAH SERING / KADANG MERUGIKAN.

Setelah pernah saya kutipkan 2 contoh tentang “Sistem yang memiliki SWR tinggi namun malah effisiensinya lebih tinggi” ( contoh pada sistem antenna wahana luar angkasa ) , maka kali ini saya kutipkan juga contoh2 semacam berikutnya. Demikian kuat dan luasnya mitos ( keyakinan yang sebenarnya salah ) bahwa SWR yang “Unity” alias nilainya 1 : 1 adalah selalu yang terbaik. Lebih parah lagi adalah telah demikian banyaknya ham yang percaya ( meyakini ) bahwa SWR tinggi akan menyebabkan timbulnya pantulan gelombang ( reflected power )
yang besar YANG AKAN BERBALIK DAN MASUK KE BAGIAN FINAL TRANSCEIVER / TRANSMITTER DAN MERUSAKKAN FINAL. Bahkan ada yang demikian yakin bahwa gelombang pantulan itu tidak hanya bisa “dimonitor” / diketahui keberadaannya di saluran transmisi / line , namun akan “terlihat” dan ditemukan ( sampai kembali masuk ) di rangkaian final , dengan menggunakan “storage oscilloscope”.

Padahal Reflected power sama sekali TIDAK PERNAH KEMBALI MASUK KE FINAL UNTUK MENGHANCURKANNYA !! Pemahaman inilah yang perlu ditanamkan pada setiap ham. Para ham HARUS ( perlu ) tahu APA YANG SEBENARNYA TERJADI KETIKA TERJADI KERUSAKAN DITINGKAT FINAL DISAAT SWR TINGGI , atau dengan kata lain ….. “Apa yang menjadi penyebab sebenarnya dari kerusakan
semacam itu ?”

Kerusakan ( jebolnya ) komponen tingkat final yang bisa terjadi ketika
SWR tinggi ( pada sistem line yang memiliki losses yang tinggi / belum very low attenuation system ) smacam itu sebenarnya terjadi BUKAN karena finalnya dihantam gelombang pantulan , melainkan disebabkan karena terjadinya apa yang kita sebut sebagai DETUNED / UNTUNED / DECOUPLING.

Pada banyak tulisan2 saya yang lain ( seputar Impedansi & Matching
diaantar line dan sistem antenna ) saya sering menjelaskan tentang apa yang disebut “transformasi impedansi” dimana nilai impedansi feed point antenna ( atau nilai yang sama/ terbaca di output dari line alias “ujung atas” coax ) akan / bisa berubah atau terbaca berbeda jika pengukurannya dilakukan dari ujung coax yang lain yaitu di input dari line alias ujung bawah dari coax.

Transformasi atau perubahan itu ( sehingga yang ditunjukkan bukan nilai yang sebenarnya dari antenna ) terjadi jika kondisi impedansi antenna MASIH REAKTIF dan TIDAK/BELUM RESISTIVE SESUAI DENGAN NILAI IMPEDANSI KARAKTERISTIK DARI LINE / COAX. Kemungkinan perubahan itu semakin besar JIKA NILAI TOTAL
ATTENUATION ( LOSSES ) DARI LINE SISTEM SEMAKIN BESAR.

Kalau pada tulisan2 tersebut yang sering saya jelaskan adalah dampak
negatipnya yang mudah timbul berupa NILAI SWR YANG DITUNJUK KAN SWR METER ( YANG TERPASANG DIDEKAT TX / TRANSCEIVER ) MUDAH MENJADI “NILAI SWR / MATCHING ) YANG SALAH” DAN BUKAN NILAI SWR YANG SEBENARNYA DARI ANTENNA , maka kali ini masalah dampak dari transformasi impedansi itu saya tampilkan dalam bentuk ( akibat ) lainnya , yang bukan hanya berupa kesalahan penunjukan SWR meter kita , MELAINKAN DALAM KASUS JEBOLNYA FINAL ITU , TRANSFORMASI IMPEDANSI YANG TERJADI ( PADA NILAI SWR TINGGI ) AKIBAT LINE ATTENUATION / LOSSES DAN JUGA BISA “DIPENGARUHI OLEH PANJANGNYA LINE” , AKAN MENGAKIBATNYA PERUBAHAN NILAI IMPEDANSI DI “TITIK COUPLING” DAI TX / TRANSCEIVER.

Padahal ( sebelumnya ), pada waktu couplingnya dalam kondisi “tuned-in” , maka arus pada rangkaian final akan minimal / “dip”. Ketika terjadi decoupling / detuned , perubahan nilai impedansi dititik tersebut akan menyebabkan arus final mendadak melonjak tinggi melampaui batas kemampuan dari sistem final itu sendiri. Peristiwa Over current itulah yang sebnarnya yang menjebolkan pesawat , dan sama sekali bukan karena gelombang pantulan yang masuk menerjang final.

Kita kembali ke bahasan utama yang berkaitan dengan mitos bahwa SWR tinggi itu pastilah sesuatu yang buruk ( tidak effisien ). Dibawah ini adalah contoh lain / berikutnya yang menunjukkan contoh kasus dimana effisiensi dari sistem yang justru turun ketika nilai SWR diturunkan.

CONTOH KE 3
Sebuah antenna ¼ lambda ( AM-Broadcast ) memiliki 100 bh. radial yang terpasang secara rapid an sempurna serta MEMILIKI LOW RESISTANCE YANG BISA DIABAIKAN KARENA KECILNYA. Sejumlah AM Broadcast di Amerika memiliki jaringan radial sampai 240 bh. , meskipun Peraturan FCC hanya mengharuskan pemakaian 120
radial.

Sistem 100 radial dalam kasus yg dijadikan contoh ini menghasilkan
Impedansi pada terminal antenna sebesar 36.5 + j 22 ohm dan menjadi mendekati 32 ohm jika sistem dipendekkan sampai resonans tercapai. Jika di fed dengan coax 50 ohm , SWR tepat pada titik resonancenya sebesar 1.6 : 1 dan berangsur meninggi pada kedua sisi titik resonance tsb.

Pada sistem radial dibuat hanya terdiri atas 15 radial , dihasilkan
sekitar 16 ohm ground loss resistance. JIKA PADA SISTEM RADIAL YANG MEMILIKI 100 RADIAL ITU JUMLAH RADIAL2NYA DIKURANGI SECARA BERTAHAP ( dilepasi sebagian demi sebagian ) , GROUND RESISTANCENYA AKAN NAIK sehubungan jumlah radial yang makin sedikit. 

Langkah mengurangi jumlah radial yg semula banyak itu akan menambah Radiation Resistance , menaikkan Total Line Terminating Resistance ( pada feed point ) menjadi SEMAKIN MENUJU ( MENDE KAT KE ) 50 ohm. PENUNJUKAN SWR MENJADI SEMARIN RENDAH.

Ketika jumlah radial yang dilepas sudah cukup banyak dan loss
resistancenya sudah mencapai 18 ohm , maka terminating resistance ( Feed Point Impedance ) menjadi 50 ohm dengan akibat SWR Meter menunjukkan kondisi matching yang “Sempurna” 1 : 1

KONDISI SEMACAM INI SERING MENIPU BANYAK ORANG , TERUTAMA MEREKA DIANTARA KITA YANG SELALU MENDEWA KAN SWR 1 : 1

Padahal pada keadaan ini , ketika SWR tutun sangat banyak dan berhasil menunjuk 1 : 1 , ternyata power yang terpancar justru juga menurun dan bukannya malah naik. Seperti yang kita duga. Mengapa demikian ? Itu disebabkan KARENA POWER YANG ADA PADA SISTEM TSB. SEKARANG TERBAGI ( DIBAGI DUA ) OLEH RADIATION
RESISTANCE YANG 32 OHM , DAN GROUND RESISTANCE YANG 18 OHM !!

Tidak seperti yang kita duga/harapkan , ternyata Ground Loss yang makin tinggi menyebabkan “Off Resonance SWR” nya seakan “terikat” tidak bisa beranjak atau berpindah dari posisinya ( menunjukkan ) angka rendah.

JADI NILAI SWR RENDAH 1 : 1 PADA CONTOH KASUS INI TIDAK MEMILIKI ARTI APAPUN KECUALI HANYA SEKEDAR “BAHWA SISTEM ANTENNA / LINE SUDAH MATCH”, MESKIPUN SEBENAR NYA JUSTRU ADA SEKITAR 50% DARI POWER YANG HILANG PERCUMA , TERBUANG , TERDISIPASI HANYA UNTUK “MEMANAS KAN TANAH” DIBAWAHNYA SAJA.

Jadi ber-hati2 lah, jangan sampai kita memendam rasa “cinta buta” pada nilai SWR yang “serendah mungkin”. Tapi cintailah sistem yang benar2 memiliki effisiensi tinggi.

( bersambung ke contoh ke 4 ).