Hvorfor påvirker grunnplanutformingen av CB -antennen signaloverføringseffektivitet?

I Citizens Band (CB) radiokommunikasjon blir antennen grunnplan ofte sett på som en av kjernefaktorene som påvirker signaloverføringseffektiviteten. Enten det er en kjøretøymontert antenne eller en fast basestasjon, bestemmer samspillet mellom bakkeplanet og antennen direkte strålingsretningen, impedansmatching og energitap. Å forstå de elektromagnetiske prinsippene bak den kan ikke bare optimalisere kommunikasjonskvaliteten, men også unngå ytelsesflaskehalser forårsaket av designfeil.
Den grunnleggende rollen til bakkeplanet: bildeteori og nåværende sløyfe
I følge antenneteori danner bakkeplanet et "virtuelt speil" under den vertikale monopolantennen (for eksempel den vanlige ¼ bølgelengden CB -antennen) gjennom bildeprinsippet, noe som gjør den opprinnelige asymmetriske antennestrukturen som tilsvarer en symmetrisk dipolantenne. Denne ekvivalensen utvider den effektive elektriske lengden på antennen og påvirker dens strålingsmotstand betydelig. For eksempel kan et ideelt ledende bakkeplan øke strålingsmotstanden til en ¼ bølgelengdeantenne fra ca. 36Ω til 50Ω, og dermed oppnå impedans til samsvar med koaksialkabelen og redusere energibrefleksjonen forårsaket av det stående bølgeforholdet (VSWR).
Imidlertid, hvis bakkeplanet ikke er ledende nok eller området er for lite, vil speileffekten bli svekket. Eksperimenter viser at når metalltakområdet til kjøretøyantennen er mindre enn ¼ bølgelengde (ca. 2,7 meter i CB -båndet), vil strålemotstanden til antennen falle under 20Ω, noe som resulterer i opptil 30% av transmisjonskraften som blir bortkastet i materen i form av varmetap.
Korrelasjon mellom bakkeform og strålingsmønster
Den geometriske strukturen i bakkeplanet har en avgjørende innflytelse på strålingsmønsteret. Et ideelt sirkulært eller firkantet ledende plan kan gjøre antennen form omnidireksjonell horisontal stråling, mens et plan med utilstrekkelig størrelse eller uregelmessig form (slik som den buede overflaten på kjøretøyets hette) vil forvrenge den nåværende fordelingen og føre til at strålingsloben splittes. For eksempel, når kjøretøyantennen er installert på baksiden av en lastebil, vippes signalet ofte 15-20 grader fremover på grunn av utilstrekkelig metallområde bak på kjøretøyets kropp, noe som reduserer den bakre kommunikasjonsavstanden.
I tillegg kan ikke kanteffekten av bakkeplanet ignoreres. Når den horisontale avstanden mellom kanten av planet og antennen er mindre enn ¼ bølgelengde, vil kantstrømmen generere sekundær stråling, noe som vil forstyrre hovedstrålingsbølgen i fase. Dette fenomenet er spesielt tydelig i 28MHz frekvensbånd, noe som kan føre til at signaldemping ved visse høydevinkler overstiger 6dB.
Materiell valg og tapskontroll
Det ledende materialet i bakkeplanet påvirker direkte huddybden i høyfrekvent strøm. Ved å ta CB -båndet som et eksempel, er huddybden på kobber omtrent 12μm, mens huddybden på galvanisert stål er 35μm på grunn av dens høye resistivitet. Å bruke en 0,5 mm tykk aluminiumslegeringsplate kan redusere ledertapet med omtrent 18% sammenlignet med en stålplate. For mobile applikasjonsscenarier, selv om karbonfiberkomposittmaterialer er lette, hvis motstanden til overflaten deres ledende belegg overstiger 0,1Ω/□, vil antenneeffektiviteten falle med mer enn 40%.
Forslag til optimalisering inkluderer: ved bruk av et 2 × 2 meter aluminiumsgrettnett for faste basestasjoner, utvide den nåværende fordelingen av kjøretøymonterte antenner med magnetiske bakkeplater, eller kompensere for begrenset planområde ved å laste radiale ledere. Den faktiske målingen av Vector Network Analyzer (VNA) viser at å legge til 4 ¼ bølgelengde radiale ledere kan optimalisere det stående bølgeforholdet til den kjøretøymonterte antennen fra 2,5: 1 til 1,5: 1, og øke den ekvivalente strålende effekten med 3dB.
Bakkeplanutformingen av CB -antenne er i hovedsak et koblingsproblem mellom elektromagnetisk miljø og fysisk struktur. Bare ved å ta det ledende området, forme symmetri, materialparametere og installasjonsposisjon i betraktning, kan ytelsesbegrensningene til et enkelt antenneelement overvinnes. Med popularisering av elektromagnetisk simuleringsprogramvare kan ingeniører forutsi virkningen av bakkeplanet før prototyping gjennom tredimensjonal feltdistribusjonssimulering, og dermed maksimere kommunikasjonseffektiviteten til en lavere pris.