Prečo ovplyvňuje konštrukcia pozemnej roviny antény CB antény účinnosť prenosu signálu?

V rádiových komunikáciách Citizens Band (CB) sa návrh pozemnej roviny antény často považuje za jeden zo základných faktorov ovplyvňujúcich účinnosť prenosu signálu. Či už ide o anténu namontovanú na vozidle alebo pevná základná stanica, interakcia medzi pozemnou rovinou a anténou priamo určuje smer žiarenia, zodpovednosť impedancie a stratu energie. Pochopenie elektromagnetických princípov za ním môže nielen optimalizovať kvalitu komunikácie, ale aj vyhnúť sa problémovým problémom spôsobeným chybami navrhovania.
Základná úloha pozemnej roviny: teória obrazu a aktuálna slučka
Podľa teórie antény tvorí pozemná rovina „virtuálne zrkadlo“ pod vertikálnou monopolovou anténou (ako je bežná ¼ vlnová dĺžka CB antény) prostredníctvom princípu obrazu, vďaka čomu je pôvodne asymetrická anténa ekvivalentná symetrickej dipólovej anténe. Táto ekvivalencia rozširuje účinnú elektrickú dĺžku antény a významne ovplyvňuje jej rezistenciu na žiarenie. Napríklad ideálna vodivská pozemná rovina môže zvýšiť odpor žiarenia antény vlnovej dĺžky z približne 36Ω na 50Ω, čím sa dosiahne impedancia zhodovanie s koaxiálnym káblom a zníži sa energetický odraz spôsobený pomerom stojatých vĺn (VSWR).
Ak však pozemná rovina nie je dostatočne vodivú alebo plocha je príliš malá, zrkadlový efekt sa oslabí. Experimenty ukazujú, že keď je kovová strešná plocha antény vozidla menšia ako ¼ vlnová dĺžka (asi 2,7 metra v pásme CB), odpor žiarenia antény klesne pod 20Ω, čo bude mať za následok až 30% prenosovej energie, ktorá sa stráca v podávači vo forme tepelnej straty.
Korelácia medzi tvarom zeme a vzorom žiarenia
Geometrická štruktúra pozemnej roviny má rozhodujúci vplyv na vzor žiarenia. Ideálne kruhové alebo štvorcové vodivé rovina môže urobiť anténu všesmerové horizontálne žiarenie, zatiaľ čo rovina s nedostatočnou veľkosťou alebo nepravidelným tvarom (ako je zakrivený povrch kapoty vozidla) skreslí distribúciu prúdu a spôsobí rozdelenie žiarenia. Napríklad, keď je anténa vozidla nainštalovaná v zadnej časti nákladného vozidla, signál sa často nakloní o 15 až 20 stupňov vpred v dôsledku nedostatočnej kovovej plochy v zadnej časti tela vozidla, čím sa zníži zadná komunikačná vzdialenosť.
Okrem toho nemožno ignorovať účinok okrajovej roviny. Keď vodorovná vzdialenosť medzi okrajom roviny a anténou je menšia ako vlnová dĺžka ¼, okrajový prúd bude generovať sekundárne žiarenie, ktoré bude interferovať s hlavnou žiarenskou vlnou vo fáze. Tento jav je obzvlášť zrejmý vo frekvenčnom pásme 28MHz, ktorý môže spôsobiť útlm signálu v určitých uhloch výšky prekročiť 6 dB.
Výber materiálu a kontrola straty
Vodivý materiál pozemnej roviny priamo ovplyvňuje hĺbku kože vysokofrekvenčného prúdu. Ako príklad, keď vezmeme CB pásmo, je hĺbka kože medi asi 12 μm, zatiaľ čo hĺbka galvanizovanej ocele je 35 μm kvôli svojej vysokej rezistencii. Použitím doštičky z zliatiny hliníkovej zliatiny s hrúbkou 0,5 mm môže znížiť stratu vodiča približne o 18% v porovnaní s oceľou. V prípade scenárov mobilných aplikácií, hoci kompozitné materiály z uhlíkových vlákien sú ľahké, ak odpor povrchového vodivého povlaku presahuje 0,1Ω/□, účinnosť antény klesne o viac ako 40%.
Medzi návrhy na optimalizáciu patrí: Použitie mriežky hliníkovej mriežky s rozmermi 2 metrov 2 metrov pre pevné základné stanice, rozširovanie prúdu distribúcie antén namontovaných na vozidle s magnetickými zemnými doskami alebo kompenzovanie obmedzenej plochy roviny nakladaním radiálnych vodičov. Skutočné meranie analyzátora vektorovej siete (VNA) ukazuje, že pridanie 4 ¼ vlnových radiálnych vodičov môže optimalizovať pomer stojatých vĺn antény namontovanej na vozidle od 2,5: 1 do 1,5: 1 a zvýšiť ekvivalentný vyžarovaný výkon 3DB.
Návrh pozemnej roviny antény CB je v podstate problémom spojenia medzi elektromagnetickým prostredím a fyzickou štruktúrou. Zohľadnenie vodivej plochy, symetrie tvaru, parametre materiálu a poloha inštalácie je možné prekonať obmedzenia výkonnosti jedného anténneho prvku. S popularizáciou elektromagnetického simulačného softvéru môžu inžinieri predpovedať vplyv pozemnej roviny pred prototypom prostredníctvom trojrozmernej simulácie distribúcie poľa, čím maximalizuje účinnosť komunikácie za nižšiu cenu.