Miért befolyásolja a CB antenna alapvető síkja a jelátvitel hatékonyságát?

A Citizens Band (CB) rádió -kommunikációban az antenna alapsíkjának kialakítását gyakran az egyik alapvető tényezőnek tekintik, amely befolyásolja a jelátviteli hatékonyságot. Legyen szó járműre szerelt antenna vagy rögzített bázisállomás, az alapsík és az antenna közötti kölcsönhatás közvetlenül meghatározza a sugárzás irányát, az impedanciát és az energiavesztést. A mögötte álló elektromágneses alapelvek megértése nemcsak a kommunikáció minőségét optimalizálhatja, hanem elkerülheti a tervezési hibák által okozott teljesítményű szűk keresztmetszeteket is.
Az alapsík alapvető szerepe: képelmélet és aktuális hurok
Az antenna elmélete szerint az alapsík "virtuális tükröt" képez a függőleges monopol antenna alatt (például a közös ¼ hullámhosszú CB antenna) a kép elvén keresztül, így az eredetileg aszimmetrikus antenna szerkezete egyenértékű egy szimmetrikus dipol antennával. Ez az ekvivalencia meghosszabbítja az antenna tényleges elektromos hosszát, és jelentősen befolyásolja annak sugárzási ellenállását. Például egy ideális vezetőképes alapsík növelheti a ¼ hullámhosszú antenna sugárzási ellenállását kb. 36Ω -ról 50Ω -ra, ezáltal elérve az impedanciát a koaxiális kábellel, és csökkentve az állóhullám -arány (VSWR) által okozott energia -reflexiót.
Ha azonban az alapsík nem elég vezetőképes, vagy a terület túl kicsi, akkor a tükörhatás gyengül. A kísérletek azt mutatják, hogy ha a jármű antenna fém tetőterülete kevesebb, mint ¼ hullámhossz (kb. 2,7 méter a CB sávban), akkor az antenna sugárzási ellenállása 20Ω alá esik, ami a sebességváltó teljesítményének akár 30% -át eredményezi az adagolóban hőveszteség formájában.
A talaj alakja és a sugárzási mintázat közötti összefüggés
Az alapsík geometriai szerkezete döntő hatással van a sugárzási mintára. Az ideális kör alakú vagy négyzet alakú vezetőképes sík az antennát mindenképpen a vízszintes sugárzást eredményezheti, míg a nem elegendő méretű vagy szabálytalan formájú sík (például a jármű motorháztető ívelt felülete) torzítja az árameloszlást, és a sugárzás lebenyének megoszlását okozza. Például, amikor a jármű antennáját egy teherautó hátuljára telepítik, a jelet gyakran 15-20 fokkal előre megdöntik, mivel a jármű karosszéria hátulján nem elegendő fémterület, csökkentve a hátsó kommunikációs távolságot.
Ezenkívül az alapsík szélhatását nem lehet figyelmen kívül hagyni. Ha a sík széle és az antenna közötti vízszintes távolság kevesebb, mint ¼ hullámhossz, akkor a széláram másodlagos sugárzást eredményez, amely zavarja a fázis fő sugárhullámát. Ez a jelenség különösen nyilvánvaló a 28MHz -es frekvenciasávban, amely bizonyos magassági szögeknél a jel csillapítását meghaladhatja a 6dB -t.
Anyagválasztás és veszteségvezérlés
Az alapsík vezetőképes anyaga közvetlenül befolyásolja a magas frekvenciájú áram bőr mélységét. A CB sáv példa szerint a réz bőrmélysége körülbelül 12 μm, míg a horganyzott acél bőr mélysége 35 μm, nagy ellenállásának köszönhetően. Egy 0,5 mm vastag alumínium ötvözet használata körülbelül 18% -kal csökkentheti a vezetékvesztést az acéllemezhez képest. A mobil alkalmazási forgatókönyvek esetében, bár a szénszálas kompozit anyagok könnyűek, ha a felszíni vezetőképes bevonatuk ellenállása meghaladja a 0,1Ω/□, az antenna hatékonysága több mint 40%-kal csökken.
Az optimalizálási javaslatok a következők: 2 × 2 méteres alumínium rácsos rács használata rögzített alapállomásokhoz, a járműre szerelt antennák jelenlegi eloszlásának kibővítésével mágneses talajlemezekkel, vagy a korlátozott sík területének kompenzálása a radiális vezetők betöltésével. A Vector Network analizátor (VNA) tényleges mérése azt mutatja, hogy a 4 ¼ hullámhosszú radiális vezetők hozzáadása optimalizálhatja a járműre szerelt antenna állóhullám-arányát 2,5: 1-ről 1-re: 1-re, és 3dB-vel növeli az ekvivalens sugárzott teljesítményt.
A CB antenna alapvető síkja alapvetően kapcsolási probléma az elektromágneses környezet és a fizikai szerkezet között. Csak a vezetőképes terület, az alak szimmetria, az anyagparaméterek és a telepítési pozíció figyelembevételével, az egyetlen antenna -elem teljesítménykorlátozásainak figyelembevételével. Az elektromágneses szimulációs szoftver népszerűsítésével a mérnökök előre jelezhetik az alapsík hatását, mielőtt a prototípusokat háromdimenziós mező eloszlási szimuláción keresztül prototípuson keresztül, ezáltal maximalizálva a kommunikációs hatékonyságot alacsonyabb költséggel.