Miksi CB -antennin maatason suunnittelu vaikuttaa signaalin lähetystehokkuuteen?

Citizens Band (CB) -radioviestinnässä antennin maatason suunnittelua pidetään usein yhtenä ydintekijöistä, jotka vaikuttavat signaalinsiirtotehokkuuteen. Olipa kyseessä ajoneuvoon asennettava antenni tai kiinteä tukiasema, maatason ja antennin välinen vuorovaikutus määrittää suoraan säteilysuunnan, impedanssin sovituksen ja energian menetyksen. Sen taustalla olevien sähkömagneettisten periaatteiden ymmärtäminen ei vain voi optimoida viestinnän laatua, vaan myös välttää suunnitteluvirheiden aiheuttamia suorituskykypullonkauloja.
Maatason perusrooli: Kuvateoria ja nykyinen silmukka
Antenniteorian mukaan maataso muodostaa "virtuaalisen peilin" pystysuuntaisen monopoliantennin alle (kuten yleinen ¼ aallonpituus CB -antenni) kuvan periaatteen kautta, jolloin alun perin asymmetrinen antennirakenne vastaa symmetristä dipoliantennia. Tämä ekvivalenssi laajentaa antennin tehokasta sähköpituutta ja vaikuttaa merkittävästi sen säteilykestävyyteen. Esimerkiksi ihanteellinen johtava maataso voi lisätä ¼ aallonpituusantennin säteilyvastusta noin 36Ω - 50Ω saavuttaen siten impedanssin sovittamisen koaksiaalikaapelin kanssa ja vähentämällä pysyvän aalto -suhteen (VSWR) aiheuttamaa energian heijastusta.
Jos maataso ei kuitenkaan ole riittävän johtava tai alue on liian pieni, peilivaikutus heikentyy. Kokeet osoittavat, että kun ajoneuvoantennin metallikatopinta -ala on alle ¼ aallonpituuden (noin 2,7 metriä CB -kaistalla), antennin säteilykestävyys laskee alle 20Ω, mikä johtaa jopa 30%: n siirtotehosta, joka on hukkaan syöttölaitteessa lämmönmenetyksen muodossa.
Korrelaatio maanmuodon ja säteilykuvion välillä
Maatason geometrisellä rakenteella on ratkaiseva vaikutus säteilykuvioon. Ihanteellinen pyöreä tai neliömäinen johtava taso voi tehdä antennista muodon monistehoidun vaakasuoran säteilyn, kun taas taso, jolla on riittämätön koko tai epäsäännöllinen muoto (kuten ajoneuvon konepellin kaareva pinta), vääristää virran jakautumista ja aiheuttaa säteilykeilan jakautumisen. Esimerkiksi, kun ajoneuvoantenni asennetaan kuorma-auton takaosaan, signaali kallistuu usein 15-20 astetta eteenpäin johtuen ajoneuvon rungon takaosan riittämättömästä metallialueesta vähentäen takaosan viestintäetäisyyttä.
Lisäksi maatason reunavaikutusta ei voida sivuuttaa. Kun vaakasuuntainen etäisyys tason reunan ja antennin välillä on pienempi kuin ¼ aallonpituus, reunavirta tuottaa sekundaarisen säteilyn, joka häiritsee pääsäteilyalloa vaiheessa. Tämä ilmiö on erityisen ilmeinen 28MHz: n taajuuskaistalla, mikä voi aiheuttaa signaalin vaimennuksen tietyissä korkeuskulmissa ylittää 6DB.
Materiaalin valinta ja häviöiden hallinta
Maatason johtava materiaali vaikuttaa suoraan korkeataajuisen virran ihon syvyyteen. Esimerkiksi CB -nauhan ottaminen kuparin ihon syvyys on noin 12 μm, kun taas galvanoidun teräksen ihon syvyys on 35 μm sen korkean resistiivisyyden vuoksi. 0,5 mm: n paksun alumiiniseoslevyn käyttäminen voi vähentää johtimen menetystä noin 18% verrattuna teräslevyyn. Vaikka mobiilisovellusten skenaarioissa, vaikka hiilikuitukomposiittimateriaalit ovat kevyitä, jos niiden pinnan johtavan päällysteen vastus ylittää 0,1Ω/□, antennin tehokkuus laskee yli 40%.
Optimointiehdotuksia ovat: käyttämällä 2 × 2 metrin alumiiniruudukon maaperän ruudukkoa kiinteille tukiasemille, ajoneuvojen asennettavien antennien virran jakauman laajentaminen magneettisilla maa-levyillä tai kompensoimalla rajoitetun tason pinta-alaa lataamalla säteittäisiä johtimia. Vetoriverkkosanalysaattorin (VNA) todellinen mittaus osoittaa, että 4 ¼ aallonpituusradiaalisten johtimien lisääminen voi optimoida ajoneuvoon asennetun antennin seisovan aalto-suhteen 2,5: 1-1,5: 1, ja lisätä vastaavaa säteilevää tehoa 3DB: llä.
CB -antennin maatason suunnittelu on olennaisesti kytkentäongelma sähkömagneettisen ympäristön ja fyysisen rakenteen välillä. Vain ottamalla johtava alue, muotoinen symmetria, materiaaliparametrit ja asennusasento voidaan ottaa huomioon yhden antennielementin suoritusrajoitukset. Sähkömagneettisen simulointiohjelmiston popularisoinnilla insinöörit voivat ennustaa maanpinnan vaikutuksen ennen prototyyppiä kolmiulotteisen kentän jakelusimulaation kautta, maksimoimalla siten viestinnän tehokkuus alhaisemmilla kustannuksilla.