لماذا يؤثر تصميم الطائرة الأرضية لهوائي CB على كفاءة انتقال الإشارة؟

في الاتصالات الإذاعية الفرقة (CB) ، يُنظر إلى تصميم الطائرة الأرضية للهوائي غالبًا على أنه أحد العوامل الأساسية التي تؤثر على كفاءة انتقال الإشارة. سواء كان هوائيًا مثبتًا على السيارة أو محطة قاعدة ثابتة ، فإن التفاعل بين المستوى الأرضي والهوائي يحدد مباشرة اتجاه الإشعاع ومطابقة المعاوقة وفقدان الطاقة. لا يمكن فهم المبادئ الكهرومغناطيسية وراء ذلك فقط تحسين جودة الاتصال ، ولكن أيضًا تجنب اختناقات الأداء الناتجة عن أخطاء التصميم.
الدور الأساسي للطائرة الأرضية: نظرية الصورة والحلقة الحالية
وفقًا لنظرية الهوائي ، تشكل المستوى الأرضي "مرآة افتراضية" تحت هوائي أحادي القطب الرأسي (مثل هوائي الطول الموجي المشترك) من خلال مبدأ الصورة ، مما يجعل بنية الهوائي غير المتماثلة في الأصل مكافئة لهوائي ثنائي القطب متماثل. يمتد هذا التكافؤ الطول الكهربائي الفعال للهوائي ويؤثر بشكل كبير على مقاومة الإشعاع. على سبيل المثال ، يمكن أن تزيد المستوى الأرضي الموصل المثالي من مقاومة الإشعاع لهوائي الطول الموجي من حوالي 36Ω إلى 50Ω ، وبالتالي تحقيق مطابقة للمقاومة مع الكابل المحوري وتقليل انعكاس الطاقة الناجم عن نسبة الموجة الدائمة (VSWR).
ومع ذلك ، إذا لم تكن الطائرة الأرضية موصلة بدرجة كافية أو أن المنطقة صغيرة جدًا ، فسيتم إضعاف تأثير المرآة. تُظهر التجارب أنه عندما تكون مساحة السقف المعدنية لهوائي السيارة أقل من طول موجة (حوالي 2.7 متر في نطاق CB) ، ستنخفض مقاومة الإشعاع للهوائي إلى أقل من 20Ω ، مما يؤدي إلى ما يصل إلى 30 ٪ من طاقة النقل التي تضيع في التغذية في شكل فقدان الحرارة.
العلاقة بين شكل الأرض ونمط الإشعاع
الهيكل الهندسي للطائرة الأرضية له تأثير حاسم على نمط الإشعاع. يمكن أن تجعل الطائرة التوصيلية الدائرية أو المربعة المثالية شكل الهوائي الإشعاع الأفقي متعدد الاتجاهات ، في حين أن الطائرة ذات الحجم غير الكافي أو الشكل غير المنتظم (مثل السطح المنحني لغطاء السيارة) ستشوه التوزيع الحالي وتتسبب في انقسام فص الإشعاع. على سبيل المثال ، عندما يتم تثبيت هوائي السيارة في الجزء الخلفي من الشاحنة ، غالبًا ما يتم إمالة الإشارة إلى الأمام من 15 إلى 20 درجة بسبب عدم كفاية مساحة معدنية في الجزء الخلفي من جسم السيارة ، مما يقلل من مسافة الاتصال الخلفي.
بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن تجاهل تأثير الحافة للطائرة الأرضية. عندما تكون المسافة الأفقية بين حافة الطائرة والهوائي أقل من طول موجة ، فإن تيار الحافة سيولد إشعاعًا ثانويًا ، والذي سيتداخل مع موجة الإشعاع الرئيسية في الطور. هذه الظاهرة واضحة بشكل خاص في نطاق تردد 28 ميجا هرتز ، مما قد يتسبب في توهين الإشارة في بعض زوايا الارتفاع 6 ديسيبل.
اختيار المواد والتحكم في الخسارة
تؤثر المادة الموصلة للطائرة الأرضية بشكل مباشر على عمق الجلد للتيار العالي التردد. مع أخذ نطاق CB كمثال ، يبلغ عمق الجلد للنحاس حوالي 12 ميكرون ، في حين أن عمق الجلد من الفولاذ المجلفن هو 35μm بسبب مقاومته العالية. يمكن أن يؤدي استخدام لوحة سبيكة الألومنيوم سميكة 0.5 ملم إلى تقليل فقد الموصل بحوالي 18 ٪ مقارنة بلوحة فولاذية. بالنسبة لسيناريوهات تطبيق الهاتف المحمول ، على الرغم من أن المواد المركبة الألياف الكربونية خفيفة الوزن ، إذا كانت مقاومة طلاء الموصلة السطحية تتجاوز 0.1Ω/□ ، ستنخفض كفاءة الهوائي بأكثر من 40 ٪.
تتضمن اقتراحات التحسين: استخدام شبكة أرضية من الألومنيوم 2 × 2 متر لمحطات قاعدة ثابتة ، أو توسيع التوزيع الحالي للهوائيات المثبتة على المركبات مع لوحات أرضية مغناطيسية ، أو تعويض عن مساحة الطائرة المحدودة عن طريق تحميل الموصلات الشعاعية. يوضح القياس الفعلي لمحلل شبكة المتجهات (VNA) أن إضافة 4 موصلات شعاعية ذات الطول الموجي يمكنها تحسين نسبة الموجة الدائمة للهوائي المثبت على السيارة من 2.5: 1 إلى 1.5: 1 ، وزيادة الطاقة المشعة المكافئة بمقدار 3DB.
تصميم الطائرة الأرضية لهوائي CB هو في الأساس مشكلة اقتران بين البيئة الكهرومغناطيسية والبنية المادية. فقط من خلال أخذ المنطقة الموصلة ، تماثل الشكل ، معلمات المواد وموضع التثبيت في الاعتبار ، يمكن التغلب على قيود أداء عنصر هوائي واحد. مع تعميم برامج المحاكاة الكهرومغناطيسية ، يمكن للمهندسين التنبؤ بتأثير الطائرة الأرضية قبل النماذج الأولية من خلال محاكاة توزيع المجال ثلاثية الأبعاد ، وبالتالي زيادة كفاءة الاتصال بتكلفة أقل.