Proč ovlivňuje konstrukce pozemní roviny antény CB anténu účinnost přenosu signálu?

V rozhlasové komunikaci Citizens Band (CB) je návrh pozemní roviny antény často považován za jeden z hlavních faktorů ovlivňujících účinnost přenosu signálu. Ať už se jedná o anténu namontovanou na vozidle nebo fixní základní stanice, interakce mezi zemskou rovinou a anténou přímo určuje směr záření, porovnávání impedance a ztrátu energie. Porozumění elektromagnetickým principům za ním může nejen optimalizovat kvalitu komunikace, ale také se vyhnout úzkým místům způsobeným chybami návrhu.
Základní role pozemní roviny: Teorie obrazu a současná smyčka
Podle teorie antény tvoří pozemní rovina „virtuální zrcadlo“ pod vertikální monopolovou anténou (jako je běžná ¼ vlnová délka CB antény) prostřednictvím principu obrazu, čímž se původně asymetrická struktura antény odpovídá symetrické dipólové anténě. Tato ekvivalence rozšiřuje účinnou elektrickou délku antény a významně ovlivňuje její odolnost proti záření. Například ideální vodivá pozemní rovina může zvýšit odolnost proti záření ¼ antény vlnové délky z přibližně 36Ω na 50Ω, čímž se dosáhne impedance shody s koaxiálním kabelem a snižuje odraz energie způsobený poměrem stojaté vlny (VSWR).
Pokud však pozemní rovina není dostatečně vodivá nebo je oblast příliš malá, bude zrcadlový efekt oslaben. Pokusy ukazují, že když je kovová střešní plocha antény vehikulu menší než ¼ vlnová délka (asi 2,7 metrů v pásmu CB), odolnost proti záření klesne pod 20Ω, což povede k tomu, že v krmivu se zbytečně promarňuje přenosová výkon ve formě tepelné ztráty.
Korelace mezi tvarem země a vzorem záření
Geometrická struktura pozemní roviny má rozhodující vliv na záření. Ideální kruhová nebo čtvercová vodivá rovina může způsobit, že anténa tvoří všesměrový horizontální záření, zatímco rovina s nedostatečnou velikostí nebo nepravidelným tvarem (jako je zakřivený povrch kapoty vozidla) zkresluje proudové rozdělení a způsobí rozdělení záření. Například, když je anténa vozidla nainstalována v zadní části vozu, signál je často nakloněn 15-20 stupňů vpřed vpřed v důsledku nedostatečné kovové oblasti v zadní části těla vozidla, čímž se snižuje zadní komunikační vzdálenost.
Kromě toho nelze ignorovat okrajový účinek pozemní roviny. Když je vodorovná vzdálenost mezi okrajem roviny a anténou menší než ¼ vlnová délka, okrajový proud generuje sekundární záření, které bude narušit hlavní radiační vlnu ve fázi. Tento jev je obzvláště patrný ve frekvenčním pásmu 28MHz, což může způsobit útlum signálu v určitých úhlech nadmořské výšky překročení 6dB.
Výběr materiálu a kontrola ztráty
Vodivý materiál základní roviny přímo ovlivňuje hloubku kůže vysokofrekvenčního proudu. Vezmeme -li jako příklad CB pás, hloubka kůže mědi je asi 12 um, zatímco hloubka kůže galvanizované oceli je 35 um díky vysokému odporu. Použití desky hliníkové slitiny o tloušťce 0,5 mm může snížit ztrátu vodiče o asi 18% ve srovnání s ocelovou deskou. Pro scénáře mobilních aplikací, ačkoli kompozitní materiály z uhlíkových vláken jsou lehké, pokud odpor jejich povrchového vodivého povlaku přesahuje 0,1Ω/□, účinnost antény klesne o více než 40%.
Mezi návrhy na optimalizaci patří: Použití pozemní mřížky z hliníkové mřížky 2 × 2 metru pro pevné základní stanice, rozšíření proudu distribuce antén namontovaných na vozidle s magnetickými zemními destičkami nebo kompenzace omezené rovinné oblasti nakládáním radiálních vodičů. Skutečné měření analyzátoru sítě vektorové sítě (VNA) ukazuje, že přidání 4 ¼ radiálních vodičů vlnové délky může optimalizovat poměr stojaté vlny antény namontované na vozidle z 2,5: 1 na 1,5: 1 a zvýšit ekvivalentní vyzařovaný výkon 3dB.
Konstrukce CB antény v zemní rovině je v podstatě problém s vazbou mezi elektromagnetickým prostředím a fyzickou strukturou. Pouze při zohlednění vodivé oblasti, symetrie tvaru, parametry materiálu a instalační pozice lze překonat omezení výkonu jediného anténního prvku. S popularizací softwaru elektromagnetického simulace mohou inženýři předvídat dopad pozemní roviny před prototypem prostřednictvím trojrozměrné simulace distribuce pole, čímž maximalizují účinnost komunikace při nižších nákladech.