Kenapa reka bentuk pesawat tanah antena CB mempengaruhi kecekapan penghantaran isyarat?

Dalam komunikasi radio Citizens Band (CB), reka bentuk pesawat tanah antena sering dianggap sebagai salah satu faktor teras yang mempengaruhi kecekapan penghantaran isyarat. Sama ada antena yang dipasang di kenderaan atau stesen pangkalan tetap, interaksi antara satah tanah dan antena secara langsung menentukan arah radiasi, pencocokan impedans dan kehilangan tenaga. Memahami prinsip elektromagnet di belakangnya bukan sahaja dapat mengoptimumkan kualiti komunikasi, tetapi juga mengelakkan kemunculan prestasi yang disebabkan oleh kesilapan reka bentuk.
Peranan asas satah tanah: teori imej dan gelung semasa
Menurut teori antena, satah tanah membentuk "cermin maya" di bawah antena monopole menegak (seperti antena CB panjang ¼ panjang gelombang) melalui prinsip imej, menjadikan struktur antena asimetrik yang sama bersamaan dengan antena dipole simetri. Kesetaraan ini memanjangkan panjang elektrik antena yang berkesan dan memberi kesan yang signifikan kepada rintangan sinarannya. Sebagai contoh, satah tanah konduktif yang ideal dapat meningkatkan rintangan radiasi antena ¼ ​​panjang gelombang dari kira -kira 36Ω hingga 50Ω, dengan itu mencapai pencocokan impedans dengan kabel sepaksi dan mengurangkan refleksi tenaga yang disebabkan oleh nisbah gelombang berdiri (VSWR).
Walau bagaimanapun, jika satah tanah tidak cukup konduktif atau kawasan itu terlalu kecil, kesan cermin akan lemah. Eksperimen menunjukkan bahawa apabila kawasan bumbung logam antena kenderaan kurang daripada ¼ panjang gelombang (kira -kira 2.7 meter dalam band CB), rintangan radiasi antena akan jatuh di bawah 20Ω, mengakibatkan sehingga 30% daripada kuasa penghantaran yang dibazirkan dalam feeder dalam bentuk kehilangan haba.
Korelasi antara bentuk tanah dan corak radiasi
Struktur geometri satah tanah mempunyai pengaruh tegas pada corak radiasi. Pesawat konduktif pekeliling atau persegi yang ideal boleh menjadikan antena bentuk radiasi mendatar omnidirectional, manakala satah dengan saiz yang tidak mencukupi atau bentuk yang tidak teratur (seperti permukaan melengkung hud kenderaan) akan memesongkan pengedaran semasa dan menyebabkan lobus radiasi berpecah. Sebagai contoh, apabila antena kenderaan dipasang di bahagian belakang trak, isyarat sering condong 15-20 darjah ke hadapan kerana kawasan logam yang tidak mencukupi di bahagian belakang badan kenderaan, mengurangkan jarak komunikasi belakang.
Di samping itu, kesan tepi satah tanah tidak boleh diabaikan. Apabila jarak mendatar di antara pinggir satah dan antena kurang daripada ¼ panjang gelombang, arus tepi akan menghasilkan radiasi sekunder, yang akan mengganggu gelombang radiasi utama dalam fasa. Fenomena ini amat jelas dalam jalur frekuensi 28MHz, yang boleh menyebabkan pelemahan isyarat pada sudut ketinggian tertentu melebihi 6dB.
Pemilihan bahan dan kawalan kerugian
Bahan konduktif satah tanah secara langsung mempengaruhi kedalaman kulit arus frekuensi tinggi. Mengambil jalur CB sebagai contoh, kedalaman kulit tembaga adalah kira -kira 12μm, manakala kedalaman kulit keluli tergalvani adalah 35μm disebabkan oleh ketahanan yang tinggi. Menggunakan plat aloi aluminium tebal 0.5mm boleh mengurangkan kehilangan konduktor sebanyak 18% berbanding plat keluli. Untuk senario aplikasi mudah alih, walaupun bahan komposit serat karbon ringan, jika rintangan salutan konduktif permukaan mereka melebihi 0.1Ω/□, kecekapan antena akan turun lebih daripada 40%.
Cadangan pengoptimuman termasuk: menggunakan grid grid aluminium 2 × 2 meter untuk stesen asas tetap, memperluaskan pengedaran semasa antena yang dipasang dengan kenderaan dengan plat tanah magnet, atau mengimbangi kawasan pesawat terhad dengan memuatkan konduktor radial. Pengukuran sebenar penganalisis rangkaian vektor (VNA) menunjukkan bahawa menambah 4 ¼ konduktor radial gelombang dapat mengoptimumkan nisbah gelombang berdiri antena yang dipasang dari kenderaan dari 2.5: 1 hingga 1.5: 1, dan meningkatkan kuasa terpancar bersamaan dengan 3DB.
Reka bentuk pesawat tanah antena CB pada dasarnya adalah masalah gandingan antara persekitaran elektromagnet dan struktur fizikal. Hanya dengan mengambil kawasan konduktif, bentuk simetri, parameter bahan dan kedudukan pemasangan yang dipertimbangkan, dapatkan batasan prestasi unsur antena tunggal dapat diatasi. Dengan populasi perisian simulasi elektromagnet, jurutera boleh meramalkan kesan satah tanah sebelum prototaip melalui simulasi pengedaran medan tiga dimensi, dengan itu memaksimumkan kecekapan komunikasi pada kos yang lebih rendah.