Varför påverkar markplanets design för CB -antenn signalöverföringseffektivitet?

I Citizens Band (CB) radiokommunikation betraktas ofta markplanets design av antennen som en av kärnfaktorerna som påverkar signalöverföringseffektiviteten. Oavsett om det är en fordonsmonterad antenn eller en fast basstation, interaktionen mellan markplanet och antennen bestämmer direkt strålningsriktningen, impedansmatchning och energiförlust. Att förstå de elektromagnetiska principerna bakom det kan inte bara optimera kommunikationskvaliteten utan också undvika att flaskhalsar för prestanda orsakas av designfel.
Grundplanets grundläggande roll: Bildteori och aktuell slinga
Enligt antennteorin bildar markplanet en "virtuell spegel" under den vertikala monopolantennen (såsom den vanliga ¼ våglängds -antennen) genom bildprincipen, vilket gör den ursprungligen asymmetriska antennstrukturen motsvarande en symmetrisk dipolantenn. Denna ekvivalens utvidgar antennens effektiva elektriska längd och påverkar dess strålningsresistens signifikant. Till exempel kan ett idealiskt ledande markplan öka strålningsmotståndet för en ¼ våglängdsantenn från cirka 36Ω till 50Ω och därigenom uppnå impedansmatchning med koaxialkabeln och minska energinreflektionen orsakad av stående vågförhållandet (VSWR).
Men om markplanet inte är tillräckligt ledande eller området är för litet, kommer spegeleffekten att försvagas. Experiment visar att när metalltakområdet för fordonets antenn är mindre än ¼ våglängd (cirka 2,7 meter i CB -bandet) kommer strålningsmotståndet för antennen att sjunka under 20Ω, vilket resulterar i att upp till 30% av överföringseffekten slösas bort i mataren i form av värmeförlust.
Korrelation mellan markform och strålningsmönster
Den geometriska strukturen på markplanet har ett avgörande inflytande på strålningsmönstret. Ett idealiskt cirkulärt eller fyrkantigt ledande plan kan göra antennformen omnidriktad horisontell strålning, medan ett plan med otillräcklig storlek eller oregelbunden form (såsom den böjda ytan på fordonshuven) kommer att förvränga den nuvarande fördelningen och få strålningsloben att delas upp. Till exempel, när fordonets antenn är installerad på baksidan av en lastbil, lutas signalen ofta 15-20 grader framåt på grund av otillräckligt metallområde på baksidan av fordonskroppen, vilket minskar det bakre kommunikationsavståndet.
Dessutom kan kanteffekten av markplanet inte ignoreras. När det horisontella avståndet mellan kanten på planet och antennen är mindre än ¼ våglängd, kommer kantströmmen att generera sekundär strålning, vilket kommer att störa huvudstrålningsvågen i fas. Detta fenomen är särskilt tydligt i 28MHz -frekvensbandet, vilket kan orsaka signaldämpning i vissa höjdvinklar överstiga 6DB.
Materialval och förlustkontroll
Det ledande materialet i markplanet påverkar direkt huddjupet för högfrekventa strömmen. Med CB -bandet som ett exempel är huddjupet för koppar cirka 12μm, medan huddjupet på galvaniserat stål är 35 um på grund av dess höga resistivitet. Att använda en 0,5 mm tjock aluminiumlegeringsplatta kan minska ledarförlusten med cirka 18% jämfört med en stålplatta. För mobila applikationsscenarier, även om kolfiberkompositmaterial är lätta, om motståndet för deras ytledande beläggning överstiger 0,1Ω/□, kommer antennens effektivitet att sjunka med mer än 40%.
Optimeringsförslag inkluderar: Använd en 2 × 2 meter aluminiumnätnät för fasta basstationer, utvidga den nuvarande fördelningen av fordonsmonterade antenner med magnetiska markplattor eller kompensera för begränsat planområde genom att ladda radiella ledare. Den faktiska mätningen av Vector Network Analyzer (VNA) visar att tillsats av 4 ¼ våglängds radiella ledare kan optimera det stående vågförhållandet för den fordonsmonterade antennen från 2,5: 1 till 1,5: 1 och öka den ekvivalenta utstrålade effekten med 3DB.
Grundplandesignen för CB -antenn är i huvudsak ett kopplingsproblem mellan elektromagnetisk miljö och fysisk struktur. Endast genom att ta hänsyn till det ledande området, formsymmetri, materialparametrar och installationsposition kan prestandabegränsningarna för ett enda antennelement övervinnas. Med populariseringen av elektromagnetisk simuleringsprogramvara kan ingenjörer förutsäga effekterna av markplanet innan prototypning genom tredimensionell fältfördelningssimulering och därmed maximera kommunikationseffektiviteten till en lägre kostnad.