De ce proiectarea planului la sol a antenei CB afectează eficiența transmisiei semnalului?

În comunicațiile radio Band Band (CB), proiectarea planului la sol a antenei este adesea considerată ca unul dintre factorii de bază care afectează eficiența transmisiei semnalului. Fie că este vorba despre o antenă montată în vehicul sau o stație de bază fixă, interacțiunea dintre planul solului și antena determină direct direcția de radiație, potrivirea impedanței și pierderea de energie. Înțelegerea principiilor electromagnetice din spatele acesteia nu numai că poate optimiza calitatea comunicării, ci și să evite blocajele de performanță cauzate de erorile de proiectare.
Rolul de bază al planului solului: teoria imaginii și bucla curentă
Conform teoriei antenei, planul solului formează o „oglindă virtuală” sub antena monopol verticală (cum ar fi antena CB de lungime de undă de undă) prin principiul imaginii, făcând structura antenei inițial asimetrice echivalente cu o antenă dipol simetrică. Această echivalență extinde lungimea electrică eficientă a antenei și afectează semnificativ rezistența la radiații ale acesteia. De exemplu, un plan de sol conductor ideal poate crește rezistența la radiații a unei antene de lungime de undă de la aproximativ 36Ω la 50Ω, obținând astfel o potrivire a impedanței cu cablul coaxial și reducând reflecția energetică cauzată de raportul de undă permanentă (VSWR).
Cu toate acestea, dacă planul de sol nu este suficient de conductiv sau zona este prea mică, efectul oglinzii va fi slăbit. Experimentele arată că atunci când suprafața metalică a antenei vehiculului este mai mică de ¼ lungime de undă (aproximativ 2,7 metri în banda CB), rezistența la radiații a antenei va scădea sub 20Ω, rezultând până la 30% din puterea de transmisie risipită în alimentare sub formă de pierderi de căldură.
Corelația dintre forma solului și modelul de radiații
Structura geometrică a planului solului are o influență decisivă asupra modelului de radiații. Un plan conducător circular sau pătrat ideal poate face ca antena să formeze radiații orizontale omnidirecționale, în timp ce un plan cu dimensiuni insuficiente sau o formă neregulată (cum ar fi suprafața curbată a capotei vehiculului) va denatura distribuția curentă și va determina împărțirea lobului de radiație. De exemplu, atunci când antena vehiculului este instalată în spatele unui camion, semnalul este adesea înclinat cu 15-20 de grade înainte, din cauza zonei metalice insuficiente din spatele corpului vehiculului, reducând distanța de comunicare din spate.
În plus, efectul de margine al planului de sol nu poate fi ignorat. Când distanța orizontală dintre marginea planului și antena este mai mică de ¼ lungime de undă, curentul de margine va genera radiații secundare, ceea ce va interfera cu unda principală de radiație în fază. Acest fenomen este deosebit de evident în banda de frecvență de 28 MHz, ceea ce poate determina atenuarea semnalului la anumite unghiuri de altitudine să depășească 6DB.
Controlul selecției și pierderilor materialelor
Materialul conductiv al planului solului afectează în mod direct adâncimea pielii de curent de înaltă frecvență. Luând ca exemplu banda CB, adâncimea pielii de cupru este de aproximativ 12μm, în timp ce adâncimea pielii din oțel galvanizat este de 35 μm datorită rezistivității sale ridicate. Utilizarea unei plăci din aluminiu de 0,5 mm grosime poate reduce pierderea conductorului cu aproximativ 18% în comparație cu o placă de oțel. Pentru scenarii de aplicații mobile, deși materialele compozite din fibră de carbon sunt ușoare, dacă rezistența acoperirii conductoare de suprafață depășește 0,1Ω/□, eficiența antenei va scădea cu mai mult de 40%.
Sugestiile de optimizare includ: Utilizarea unei grile la sol din aluminiu de 2 × 2 metri pentru stațiile de bază fixă, extinderea distribuției curente a antenelor montate pe vehicul cu plăci de sol magnetice sau compensarea zonei plane limitate prin încărcarea conductoarelor radiale. Măsurarea efectivă a analizorului de rețea vectorială (VNA) arată că adăugarea de 4 ¼ conductoare radiale cu lungime de undă poate optimiza raportul de undă permanentă a antenei montate pe vehicul de la 2,5: 1 la 1,5: 1 și crește puterea radiată echivalentă cu 3DB.
Proiectarea planului la sol a antenei CB este în esență o problemă de cuplare între mediul electromagnetic și structura fizică. Doar luând zona conductivă, simetria formei, parametrii materialului și poziția de instalare în luare în considerare, pot fi depășite limitările de performanță ale unui singur element de antenă. Odată cu popularizarea software-ului de simulare electromagnetică, inginerii pot prezice impactul planului la sol înainte de prototipare prin simularea tridimensională a distribuției de câmp, maximizând astfel eficiența comunicării la un cost mai mic.