Waarom beïnvloedt het grondvlakontwerp van CB -antenne de efficiëntie van de signaaloverdracht?

In de radiocommunicatie van de Citizens Band (CB) wordt het grondvlakontwerp van de antenne vaak beschouwd als een van de kernfactoren die de efficiëntie van de signaaloverdracht beïnvloeden. Of het nu gaat om een ​​op het voertuig gemonteerde antenne of een vast basisstation, de interactie tussen het grondvlak en de antenne bepaalt direct de stralingsrichting, impedantie-matching en energieverlies. Inzicht in de elektromagnetische principes erachter kan niet alleen de communicatiekwaliteit optimaliseren, maar ook prestatie knelpunten vermijden veroorzaakt door ontwerpfouten.
De basisrol van het grondvlak: beeldtheorie en huidige lus
Volgens de antennetheorie vormt het grondvlak een "virtuele spiegel" onder de verticale monopoolantenne (zoals de gemeenschappelijke ¼ golflengte CB -antenne) door het beeldprincipe, waardoor de oorspronkelijk asymmetrische antenne -structuur gelijkwaardig is aan een symmetrisch dipoolantenne. Deze equivalentie verlengt de effectieve elektrische lengte van de antenne en beïnvloedt de stralingsweerstand aanzienlijk. Een ideaal geleidend grondvlak kan bijvoorbeeld de stralingsweerstand van een ¼ golflengte -antenne verhogen van ongeveer 36Ω tot 50Ω, waardoor impedantie overeenkomt met de coaxkabel en het verminderen van de energiereflectie veroorzaakt door de staande golfverhouding (VSWR).
Als het grondvlak echter niet geleidend genoeg is of het gebied te klein is, wordt het spiegeleffect verzwakt. Experimenten tonen aan dat wanneer het metalen dakoppervlak van de voertuigantenne minder dan ¼ golflengte is (ongeveer 2,7 meter in de CB -band), de stralingsweerstand van de antenne onder 20Ω zal dalen, wat resulteert in maximaal 30% van het transmissievermogen dat in de voeder wordt verspild in de vorm van warmteverlies.
Correlatie tussen grondvorm en stralingspatroon
De geometrische structuur van het grondvlak heeft een beslissende invloed op het stralingspatroon. Een ideaal cirkelvormig of vierkant geleidend vlak kan de antenne laten omnidirectionele horizontale straling vormen, terwijl een vlak met onvoldoende grootte of onregelmatige vorm (zoals het gebogen oppervlak van de voertuigkap) de stroomverdeling vervormt en de stralingslob splitst. Wanneer bijvoorbeeld de voertuigantenne aan de achterkant van een vrachtwagen wordt geïnstalleerd, wordt het signaal vaak 15-20 graden naar voren gekanteld vanwege onvoldoende metalen gebied aan de achterkant van het voertuiglichaam, waardoor de achterste communicatieafstand wordt verminderd.
Bovendien kan het randeffect van het grondvlak niet worden genegeerd. Wanneer de horizontale afstand tussen de rand van het vlak en de antenne minder dan ¼ golflengte is, zal de randstroom secundaire straling genereren, die de hoofdstralingsgolf in fase zal verstoren. Dit fenomeen is met name duidelijk in de 28MHz frequentieband, waardoor de signaalverzwakking op bepaalde hoogtehoeken de 6dB kan overschrijden.
Materiaalselectie en verliescontrole
Het geleidende materiaal van het grondvlak beïnvloedt direct de huiddiepte van hoogfrequente stroom. Het nemen van de CB -band als een voorbeeld, de huiddiepte van koper is ongeveer 12 μm, terwijl de huiddiepte van gegalvaniseerd staal 35 urn is vanwege de hoge weerstand. Het gebruik van een 0,5 mm dikke aluminiumlegeringsplaat kan het verlies van geleiders met ongeveer 18% verminderen in vergelijking met een stalen plaat. Voor mobiele applicatiescenario's, hoewel composietmaterialen van koolstofvezel lichtgewicht zijn, als de weerstand van hun oppervlakgeleidende coating groter is dan 0,1Ω/□, zal de antenne -efficiëntie met meer dan 40%dalen.
Optimalisatiesuggesties zijn onder meer: ​​met behulp van een 2 × 2 meter aluminium rooster grondrooster voor vaste basisstations, het uitbreiden van de huidige verdeling van op het voertuig gemonteerde antennes met magnetische grondplaten of compensatie van een beperkt vlak door radiale geleiders te laden. De werkelijke meting van de vectornetwerkanalysator (VNA) toont aan dat het toevoegen van 4 ¼ golflengte radiale geleiders de staande golfverhouding van de op het voertuig gemonteerde antenne kan optimaliseren van 2,5: 1 tot 1,5: 1, en het equivalent uitgestraalde vermogen met 3DB verhogen.
Het grondvlakontwerp van CB -antenne is in wezen een koppelingsprobleem tussen elektromagnetische omgeving en fysieke structuur. Alleen door het geleidende gebied te nemen, kunnen vormsymmetrie, materiaalparameters en installatiepositie in overweging worden genomen, kunnen de prestatiebeperkingen van een enkel antenne -element worden overwonnen. Met de popularisatie van elektromagnetische simulatiesoftware kunnen ingenieurs de impact van het grondvlak voorspellen voordat ze prototyping door driedimensionale velddistributiesimulatie, waardoor de communicatie-efficiëntie tegen lagere kosten wordt gemaximaliseerd.