เหตุใดการออกแบบเครื่องบินภาคพื้นดินของเสาอากาศ CB จึงมีผลต่อประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ

ในการสื่อสารทางวิทยุของ Citizens Band (CB) การออกแบบเครื่องบินภาคพื้นดินของเสาอากาศมักถูกมองว่าเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่มีผลต่อประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ ไม่ว่าจะเป็นเสาอากาศที่ติดตั้งบนยานพาหนะหรือสถานีฐานคงที่การทำงานร่วมกันระหว่างระนาบกราวด์และเสาอากาศจะกำหนดทิศทางการแผ่รังสีโดยตรงการจับคู่ความต้านทานและการสูญเสียพลังงาน การทำความเข้าใจกับหลักการแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่เบื้องหลังไม่เพียง แต่สามารถเพิ่มคุณภาพการสื่อสารได้ แต่ยังหลีกเลี่ยงปัญหาคอขวดที่เกิดจากข้อผิดพลาดในการออกแบบ
บทบาทพื้นฐานของระนาบภาคพื้นดิน: ทฤษฎีภาพและลูปปัจจุบัน
ตามทฤษฎีของเสาอากาศระนาบพื้นดินจะเป็น "กระจกเสมือน" ภายใต้เสาอากาศ monopole แนวตั้ง (เช่นเสาอากาศ CB ความยาวคลื่น¼ทั่วไป) ผ่านหลักการของภาพ ความเท่าเทียมกันนี้ขยายความยาวไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศและมีผลต่อความต้านทานการแผ่รังสีอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นระนาบกราวด์นำไฟฟ้าในอุดมคติสามารถเพิ่มความต้านทานการแผ่รังสีของเสาอากาศความยาวคลื่น¼จากประมาณ36Ωถึง50Ωซึ่งจะทำให้เกิดอิมพีแดนซ์ที่ตรงกันกับสายเคเบิลโคแอกเชียลและลดการสะท้อนพลังงานที่เกิดจากอัตราส่วนคลื่นยืน (VSWR)
อย่างไรก็ตามหากระนาบภาคพื้นดินไม่ได้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเพียงพอหรือพื้นที่มีขนาดเล็กเกินไปเอฟเฟกต์ของกระจกจะอ่อนแอลง การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อพื้นที่หลังคาโลหะของเสาอากาศยานพาหนะน้อยกว่าความยาวคลื่น¼ (ประมาณ 2.7 เมตรในแถบ CB) ความต้านทานการแผ่รังสีของเสาอากาศจะลดลงต่ำกว่า20Ωทำให้เกิดกำลังการส่งผ่านได้มากถึง 30%
ความสัมพันธ์ระหว่างรูปร่างพื้นดินและรูปแบบการแผ่รังสี
โครงสร้างทางเรขาคณิตของระนาบภาคพื้นดินมีอิทธิพลอย่างเด็ดขาดต่อรูปแบบการแผ่รังสี ระนาบวงกลมแบบวงกลมหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสในอุดมคติสามารถทำให้เสาอากาศสร้างรังสีแนวนอนทุกรอบทิศทางในขณะที่ระนาบที่มีขนาดไม่เพียงพอหรือรูปร่างผิดปกติ (เช่นพื้นผิวโค้งของฮูดยานพาหนะ) จะบิดเบือนการกระจายในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่นเมื่อติดตั้งเสาอากาศยานพาหนะที่ด้านหลังของรถบรรทุกสัญญาณมักจะเอียงไปข้างหน้า 15-20 องศาเนื่องจากพื้นที่โลหะไม่เพียงพอที่ด้านหลังของตัวถังยานพาหนะลดระยะการสื่อสารด้านหลัง
นอกจากนี้เอฟเฟกต์ขอบของระนาบกราวด์ไม่สามารถละเว้นได้ เมื่อระยะทางแนวนอนระหว่างขอบของระนาบและเสาอากาศน้อยกว่าความยาวคลื่น¼กระแสไฟฟ้าจะสร้างรังสีทุติยภูมิซึ่งจะรบกวนคลื่นการแผ่รังสีหลักในเฟส ปรากฏการณ์นี้เห็นได้ชัดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแถบความถี่ 28MHz ซึ่งอาจทำให้เกิดการลดทอนสัญญาณในมุมระดับความสูงบางอย่างเกิน 6dB
การเลือกวัสดุและการควบคุมการสูญเสีย
วัสดุนำไฟฟ้าของระนาบภาคพื้นดินส่งผลโดยตรงต่อความลึกของผิวหนังของกระแสไฟฟ้าความถี่สูง การใช้วง CB เป็นตัวอย่างความลึกของผิวทองแดงอยู่ที่ประมาณ12μmในขณะที่ความลึกของผิวของเหล็กชุบสังกะสีคือ35μmเนื่องจากมีความต้านทานสูง การใช้แผ่นโลหะผสมอลูมิเนียมหนา 0.5 มม. สามารถลดการสูญเสียตัวนำได้ประมาณ 18% เมื่อเทียบกับแผ่นเหล็ก สำหรับสถานการณ์แอปพลิเคชันมือถือแม้ว่าวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์จะมีน้ำหนักเบาหากความต้านทานของการเคลือบผิวนำไฟฟ้าของพวกเขาเกิน0.1Ω/□ประสิทธิภาพของเสาอากาศจะลดลงมากกว่า 40%
คำแนะนำการเพิ่มประสิทธิภาพรวมถึง: การใช้กริดอลูมิเนียมกริด 2 × 2 เมตรสำหรับสถานีฐานคงที่ขยายการกระจายตัวของเสาอากาศที่ติดตั้งบนยานพาหนะด้วยแผ่นพื้นแม่เหล็กหรือชดเชยพื้นที่ระนาบ จำกัด โดยการโหลดตัวนำเรเดียล การวัดจริงของเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ (VNA) แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มตัวนำเรเดียลความยาวคลื่น 4 ¼สามารถปรับอัตราส่วนคลื่นยืนของเสาอากาศที่ติดตั้งบนยานพาหนะได้จาก 2.5: 1 ถึง 1.5: 1
การออกแบบระนาบภาคพื้นดินของเสาอากาศ CB เป็นปัญหาการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าและโครงสร้างทางกายภาพ โดยการใช้พื้นที่นำไฟฟ้าความสมมาตรรูปร่างพารามิเตอร์วัสดุและตำแหน่งการติดตั้งในการพิจารณาสามารถข้อ จำกัด ด้านประสิทธิภาพขององค์ประกอบเสาอากาศเดี่ยวได้ ด้วยการทำให้เป็นที่นิยมของซอฟต์แวร์การจำลองแม่เหล็กไฟฟ้าวิศวกรสามารถทำนายผลกระทบของระนาบพื้นก่อนการสร้างต้นแบบผ่านการจำลองการกระจายสนามสามมิติซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพการสื่อสารให้สูงสุดด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า