CB anteninin zemin düzlem tasarımı neden sinyal iletim verimliliğini etkiler?

Citizens Band (CB) radyo iletişiminde, antenin zemin düzlem tasarımı genellikle sinyal iletim verimliliğini etkileyen temel faktörlerden biri olarak kabul edilir. İster araca monte bir anten ister sabit bir baz istasyonu olsun, zemin düzlemi ve anten arasındaki etkileşim doğrudan radyasyon yönünü, empedans eşleşmesini ve enerji kaybını belirler. Arkasındaki elektromanyetik ilkeleri anlamak sadece iletişim kalitesini optimize etmekle kalmaz, aynı zamanda tasarım hatalarının neden olduğu performans darboğazlarından da kaçınabilir.
Zemin Düzleminin Temel Rolü: Görüntü Teorisi ve Mevcut Döngü
Anten teorisine göre, zemin düzlemi, görüntü prensibi aracılığıyla dikey monopol anteni (ortak ¼ dalga boyu CB anteni gibi) altında bir "sanal ayna" oluşturur ve orijinal asimetrik anten yapısını bir simetrik dipol antenine eşdeğer hale getirir. Bu eşdeğerlik, antenin etkili elektrik uzunluğunu genişletir ve radyasyon direncini önemli ölçüde etkiler. Örneğin, ideal bir iletken zemin düzlemi, bir dalga boyu anteninin radyasyon direncini yaklaşık 36Ω'dan 50Ω'dan artırabilir, böylece koaksiyel kablo ile eşleşen empedans elde edebilir ve ayakta dalga oranının (VSWR) neden olduğu enerji yansımasını azaltabilir.
Bununla birlikte, zemin düzlemi yeterince iletken değilse veya alan çok küçükse, ayna etkisi zayıflayacaktır. Deneyler, araç anteninin metal çatı alanı ¼ dalga boyundan daha az olduğunda (CB bantında yaklaşık 2.7 metre), antenin radyasyon direncinin 20Ω altına düşeceğini ve bunun besleyicide ısı kaybı şeklinde boşa harcanmasına neden olacağını gösteriyor.
Zemin şekli ve radyasyon paterni arasındaki korelasyon
Zemin düzleminin geometrik yapısı, radyasyon paterni üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. İdeal bir dairesel veya kare iletken bir düzlem, antenin çok yönlü yatay radyasyon formunu oluşturabilirken, yetersiz boyutu veya düzensiz şekli (araç kaputunun kavisli yüzeyi gibi) bir düzlem mevcut dağılımı bozar ve radyasyon lobunun bölünmesine neden olur. Örneğin, araç anteni bir kamyonun arkasına monte edildiğinde, sinyal genellikle araç gövdesinin arkasındaki yetersiz metal alanı nedeniyle 15-20 derece öne doğru eğilir ve arka iletişim mesafesini azaltır.
Ek olarak, zemin düzleminin kenar etkisi göz ardı edilemez. Düzlemin kenarı ile anten arasındaki yatay mesafe, dalga boyundan daha az olduğunda, kenar akımı, fazdaki ana radyasyon dalgasına müdahale edecek ikincil radyasyon üretecektir. Bu fenomen özellikle 28MHz frekans bandında belirgindir, bu da belirli yükseklik açılarındaki sinyal zayıflamasının 6dB'yi aşmasına neden olabilir.
Malzeme seçimi ve kayıp kontrolü
Zemin düzleminin iletken malzemesi, yüksek frekans akımının cilt derinliğini doğrudan etkiler. CB bandını örnek olarak alarak, bakırın cilt derinliği yaklaşık 12μm iken, galvanizli çeliğin cilt derinliği yüksek direnci nedeniyle 35μm'dir. 0.5 mm kalınlığında alüminyum alaşım plakası kullanmak, iletken kaybını bir çelik plakaya kıyasla yaklaşık% 18 azaltabilir. Mobil uygulama senaryoları için, karbon fiber kompozit malzemeler hafif olsa da, yüzey iletken kaplamalarının direnci 0.1Ω/□ aşıyorsa, anten verimliliği%40'dan fazla düşecektir.
Optimizasyon önerileri şunları içerir: sabit taban istasyonları için 2 × 2 metre alüminyum ızgara zemin ızgarası kullanılması, araca monte antenlerin manyetik zemin plakaları ile mevcut dağılımını genişletme veya radyal iletkenleri yükleyerek sınırlı düzlem alanını telafi etme. Vektör Ağ Analizörünün (VNA) gerçek ölçümü, 4 dalga boyu radyal iletkenlerin eklenmesinin, araca monte antenin ayakta dalga oranını 2.5: 1 ila 1.5: 1 arasında optimize edebileceğini ve eşdeğer yayılan gücü 3dB artırabileceğini göstermektedir.
CB anteninin zemin düzlem tasarımı aslında elektromanyetik ortam ve fiziksel yapı arasında bir bağlantı problemidir. Sadece iletken alanı, şekil simetrisi, malzeme parametreleri ve kurulum konumunu dikkate alarak, tek bir anten elemanının performans sınırlamaları aşılabilir. Elektromanyetik simülasyon yazılımının popülerleştirilmesiyle mühendisler, üç boyutlu alan dağılım simülasyonu yoluyla prototiplemeden önce zemin düzleminin etkisini tahmin edebilir, böylece daha düşük bir maliyetle iletişim verimliliğini en üst düzeye çıkarabilir.