Hvorfor påvirker jordplandesignet af CB -antenne signaltransmissionseffektivitet?

I Citizens Band (CB) radiokommunikation betragtes antennens jordplan ofte betragtet som en af ​​de kernefaktorer, der påvirker signaltransmissionseffektiviteten. Uanset om det er en køretøjsmonteret antenne eller en fast basestation, bestemmer interaktionen mellem jordplanet og antennen direkte strålingsretningen, impedans matchning og energitab. At forstå de elektromagnetiske principper bag det kan ikke kun optimere kommunikationskvaliteten, men også undgå flaskehalse i ydelsen forårsaget af designfejl.
Jordplanets grundlæggende rolle: Billedteori og nuværende løkke
I henhold til antenneteori danner jordplanet et "virtuelt spejl" under den lodrette monopolantenne (såsom den almindelige ¼ bølgelængde CB -antenne) gennem billedprincippet, hvilket gør den oprindeligt asymmetriske antennestruktur svarende til en symmetrisk dipolantenna. Denne ækvivalens udvider den effektive elektriske længde af antennen og påvirker dens strålingsmodstand væsentligt. For eksempel kan et ideelt ledende jordplan øge strålingsmodstanden for en ¼ bølgelængde -antenne fra ca. 36Ω til 50Ω og derved opnå impedans, der matcher med koaksialkablet og reducere energireflektionen forårsaget af det stående bølgeforhold (VSWR).
Men hvis jordplanet ikke er ledende nok, eller området er for lille, vil spejleffekten blive svækket. Eksperimenter viser, at når metalltagsområdet i køretøjets antenne er mindre end ¼ bølgelængde (ca. 2,7 meter i CB -båndet), falder antennens strålingsmodstand under 20Ω, hvilket resulterer i op til 30% af transmissionseffekten, der spildes i føderen i form af varmetab.
Korrelation mellem jordform og strålingsmønster
Den geometriske struktur i jordplanet har en afgørende indflydelse på strålingsmønsteret. Et ideelt cirkulært eller firkantet ledende plan kan få antennen til at forme omnidirektionel vandret stråling, mens et plan med utilstrækkelig størrelse eller uregelmæssig form (såsom den buede overflade på køretøjets hætte) vil fordreje den aktuelle fordeling og få strålingsloben til at splitte. For eksempel, når køretøjsantenne er installeret bagpå en lastbil, vippes signalet ofte 15-20 grader fremad på grund af utilstrækkeligt metalområde bag på køretøjets krop, hvilket reducerer den bageste kommunikationsafstand.
Derudover kan kanteffekten af ​​jordplanet ikke ignoreres. Når den vandrette afstand mellem kanten af ​​planet og antennen er mindre end ¼ bølgelængde, genererer kantstrømmen sekundær stråling, hvilket vil forstyrre hovedstrålingsbølgen i fase. Dette fænomen er især tydeligt i 28MHz -frekvensbåndet, hvilket kan forårsage, at signaldæmpningen i visse højdevinkler overstiger 6dB.
Materialeudvælgelse og tabskontrol
Det ledende materiale i jordplanet påvirker direkte huddybden af ​​højfrekvent strøm. At tage CB -båndet som et eksempel er huddybden af ​​kobber ca. 12μm, mens huddybden af ​​galvaniseret stål er 35 um på grund af dets høje resistivitet. Brug af en 0,5 mm tyk aluminiumslegeringsplade kan reducere ledertab med ca. 18% sammenlignet med en stålplade. For mobilapplikationsscenarier, selvom carbonfiberkompositmaterialer er lette, hvis modstanden for deres overflade ledende belægning overstiger 0,1Ω/□, vil antenneeffektiviteten falde med mere end 40%.
Optimeringsforslag inkluderer: Brug af et 2 × 2 meter aluminiumsnettet Grid Grid til faste basestationer, udvidelse af den aktuelle fordeling af køretøjsmonterede antenner med magnetiske jordplader eller kompensation for begrænset planområde ved at indlæse radiale ledere. Den faktiske måling af Vector Network Analyzer (VNA) viser, at tilføjelse af 4 ¼ bølgelængde radiale ledere kan optimere det stående bølgeforhold for den køretøjsmonterede antenne fra 2,5: 1 til 1,5: 1 og øge den ækvivalente strålede effekt med 3DB.
Det jordiske plandesign af CB -antenne er i det væsentlige et koblingsproblem mellem elektromagnetisk miljø og fysisk struktur. Kun ved at tage det ledende område, formes symmetri, materielle parametre og installationsposition i betragtning kan ydelsesbegrænsningerne for et enkelt antenneelement overvindes. Med populariseringen af ​​elektromagnetisk simuleringssoftware kan ingeniører forudsige virkningen af ​​jordplanet inden prototyping gennem tredimensionel feltdistributionssimulering og derved maksimere kommunikationseffektiviteten til en lavere pris.