Tại sao thiết kế mặt phẳng mặt đất của ăng -ten CB ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tín hiệu?

Trong liên lạc vô tuyến trong ban nhạc công dân (CB), thiết kế mặt phẳng mặt đất của ăng -ten thường được coi là một trong những yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tín hiệu. Cho dù đó là ăng-ten gắn trên xe hay trạm gốc cố định, sự tương tác giữa mặt phẳng mặt đất và ăng-ten trực tiếp xác định hướng bức xạ, khớp trở kháng và mất năng lượng. Hiểu các nguyên tắc điện từ đằng sau nó không chỉ có thể tối ưu hóa chất lượng giao tiếp mà còn tránh các tắc nghẽn hiệu suất gây ra bởi các lỗi thiết kế.
Vai trò cơ bản của mặt phẳng mặt đất: lý thuyết hình ảnh và vòng lặp hiện tại
Theo lý thuyết ăng -ten, mặt phẳng mặt đất tạo thành một "gương ảo" dưới ăng -ten đơn cực thẳng đứng (như ăng -ten CB bước sóng phổ biến) thông qua nguyên tắc hình ảnh, làm cho cấu trúc ăng -ten không đối xứng ban đầu tương đương với ăng -ten lưỡng cực đối xứng. Sự tương đương này mở rộng chiều dài điện hiệu quả của ăng -ten và ảnh hưởng đáng kể đến điện trở bức xạ của nó. Ví dụ, một mặt phẳng dẫn điện lý tưởng có thể làm tăng điện trở bức xạ của ăng -ten bước sóng ¼ từ khoảng 36Ω lên 50Ω, do đó đạt được trở kháng phù hợp với cáp đồng trục và giảm phản xạ năng lượng do tỷ lệ sóng đứng (VSWR).
Tuy nhiên, nếu mặt phẳng mặt đất không đủ dẫn điện hoặc diện tích quá nhỏ, hiệu ứng gương sẽ bị suy yếu. Các thí nghiệm cho thấy rằng khi diện tích mái kim loại của ăng -ten xe nhỏ hơn bước sóng (khoảng 2,7 mét trong dải CB), điện trở bức xạ của ăng -ten sẽ giảm xuống dưới 20Ω, dẫn đến tối đa 30% công suất truyền bị lãng phí trong bộ nạp ở dạng mất nhiệt.
Mối tương quan giữa hình dạng mặt đất và mô hình bức xạ
Cấu trúc hình học của mặt phẳng mặt đất có ảnh hưởng quyết định đến mô hình bức xạ. Một mặt phẳng dẫn đường tròn hoặc hình vuông lý tưởng có thể làm cho ăng -ten tạo thành bức xạ ngang đa hướng, trong khi một mặt phẳng có kích thước không đủ hoặc hình dạng không đều (như bề mặt cong của mui xe xe) sẽ làm biến dạng phân bố hiện tại và khiến thùy bức xạ bị tách ra. Ví dụ, khi ăng-ten xe được lắp đặt ở phía sau xe tải, tín hiệu thường nghiêng 15-20 độ về phía trước do không đủ diện tích kim loại ở phía sau thân xe, làm giảm khoảng cách liên lạc phía sau.
Ngoài ra, hiệu ứng cạnh của mặt phẳng mặt đất không thể bị bỏ qua. Khi khoảng cách ngang giữa cạnh của mặt phẳng và ăng -ten nhỏ hơn bước sóng, dòng cạnh sẽ tạo ra bức xạ thứ cấp, sẽ cản trở sóng bức xạ chính trong pha. Hiện tượng này đặc biệt rõ ràng ở dải tần số 28 MHz, có thể làm cho sự suy giảm tín hiệu ở các góc độ cao nhất định vượt quá 6dB.
Lựa chọn vật chất và kiểm soát tổn thất
Vật liệu dẫn điện của mặt phẳng mặt đất ảnh hưởng trực tiếp đến độ sâu da của dòng tần số cao. Lấy dải CB làm ví dụ, độ sâu da của đồng là khoảng 12μm, trong khi độ sâu da của thép mạ kẽm là 35μm do điện trở suất cao. Sử dụng một tấm hợp kim nhôm dày 0,5mm có thể làm giảm tổn thất dây dẫn khoảng 18% so với tấm thép. Đối với các kịch bản ứng dụng di động, mặc dù các vật liệu composite sợi carbon rất nhẹ, nếu điện trở của lớp phủ dẫn điện bề mặt của chúng vượt quá 0,1Ω/□, hiệu suất ăng -ten sẽ giảm hơn 40%.
Đề xuất tối ưu hóa bao gồm: Sử dụng lưới mặt đất bằng nhôm 2 × 2 mét cho các trạm cơ sở cố định, mở rộng phân phối ăng-ten gắn trên xe với các tấm mặt đất từ ​​tính hoặc bù cho diện tích mặt phẳng hạn chế bằng cách tải dây dẫn xuyên tâm. Phép đo thực tế của Máy phân tích mạng vector (VNA) cho thấy việc thêm 4 ¼ dây dẫn xuyên tâm bước sóng có thể tối ưu hóa tỷ lệ sóng đứng của ăng-ten gắn trên xe từ 2,5: 1 lên 1,5: 1 và tăng công suất bức xạ tương đương lên 3DB.
Thiết kế mặt phẳng mặt đất của ăng ten CB về cơ bản là một vấn đề khớp nối giữa môi trường điện từ và cấu trúc vật lý. Chỉ bằng cách xem xét diện tích dẫn điện, đối xứng hình dạng, các tham số vật liệu và vị trí cài đặt để xem xét các giới hạn hiệu suất của một phần tử ăng -ten duy nhất có thể vượt qua. Với việc phổ biến phần mềm mô phỏng điện từ, các kỹ sư có thể dự đoán tác động của mặt phẳng mặt đất trước khi tạo mẫu thông qua mô phỏng phân phối trường ba chiều, do đó tối đa hóa hiệu quả giao tiếp với chi phí thấp hơn.