Mengapa desain bidang tanah antena CB mempengaruhi efisiensi transmisi sinyal?

Dalam komunikasi radio Citizens Band (CB), desain bidang tanah antena sering dianggap sebagai salah satu faktor inti yang mempengaruhi efisiensi transmisi sinyal. Apakah itu antena yang dipasang di kendaraan atau stasiun pangkalan tetap, interaksi antara bidang tanah dan antena secara langsung menentukan arah radiasi, pencocokan impedansi dan kehilangan energi. Memahami prinsip -prinsip elektromagnetik di baliknya tidak hanya dapat mengoptimalkan kualitas komunikasi, tetapi juga menghindari kemacetan kinerja yang disebabkan oleh kesalahan desain.
Peran dasar bidang tanah: teori gambar dan loop saat ini
Menurut teori antena, bidang tanah membentuk "cermin virtual" di bawah antena monopole vertikal (seperti antena CB panjang gelombang umum) melalui prinsip gambar, membuat struktur antena asimetris yang semula setara dengan antena dipol simetris. Kesetaraan ini memperluas panjang listrik antena yang efektif dan secara signifikan mempengaruhi resistensi radiasi. Sebagai contoh, bidang tanah konduktif yang ideal dapat meningkatkan resistansi radiasi antena panjang gelombang dari sekitar 36Ω menjadi 50Ω, dengan demikian mencapai pencocokan impedansi dengan kabel koaksial dan mengurangi refleksi energi yang disebabkan oleh rasio gelombang berdiri (VSWR).
Namun, jika bidang tanah tidak cukup konduktif atau luasnya terlalu kecil, efek cermin akan melemah. Eksperimen menunjukkan bahwa ketika area atap logam antena kendaraan kurang dari ¼ panjang gelombang (sekitar 2,7 meter dalam pita CB), resistansi radiasi antena akan turun di bawah 20Ω, menghasilkan hingga 30% dari daya transmisi yang terbuang dalam pengumpan dalam bentuk kehilangan panas.
Korelasi antara bentuk tanah dan pola radiasi
Struktur geometris bidang tanah memiliki pengaruh yang menentukan pada pola radiasi. Bidang konduktif bundar atau persegi yang ideal dapat membuat antena membentuk radiasi horizontal omnidirectional, sedangkan bidang dengan ukuran yang tidak memadai atau bentuk tidak beraturan (seperti permukaan melengkung kap kendaraan) akan mendistorsi distribusi saat ini dan menyebabkan lobus radiasi terbagi. Misalnya, ketika antena kendaraan dipasang di bagian belakang truk, sinyal sering dimiringkan 15-20 derajat ke depan karena area logam yang tidak memadai di bagian belakang badan kendaraan, mengurangi jarak komunikasi belakang.
Selain itu, efek tepi bidang tanah tidak dapat diabaikan. Ketika jarak horizontal antara tepi bidang dan antena kurang dari ¼ panjang gelombang, arus tepi akan menghasilkan radiasi sekunder, yang akan mengganggu gelombang radiasi utama dalam fase. Fenomena ini sangat jelas pada pita frekuensi 28MHz, yang dapat menyebabkan atenuasi sinyal pada sudut ketinggian tertentu melebihi 6dB.
Seleksi material dan kontrol rugi
Bahan konduktif bidang tanah secara langsung mempengaruhi kedalaman kulit arus frekuensi tinggi. Mengambil pita CB sebagai contoh, kedalaman kulit tembaga adalah sekitar 12μm, sedangkan kedalaman kulit baja galvanis adalah 35μm karena resistivitasnya yang tinggi. Menggunakan pelat paduan aluminium setebal 0,5mm dapat mengurangi kehilangan konduktor sekitar 18% dibandingkan dengan pelat baja. Untuk skenario aplikasi seluler, meskipun bahan komposit serat karbon ringan, jika resistensi lapisan konduktif permukaannya melebihi 0,1Ω/□, efisiensi antena akan turun lebih dari 40%.
Saran optimisasi meliputi: menggunakan jaringan tanah kisi aluminium 2 × 2 meter untuk stasiun dasar tetap, memperluas distribusi antena yang dipasang di kendaraan saat ini dengan pelat ground magnet, atau mengkompensasi area bidang terbatas dengan memuat konduktor radial. Pengukuran aktual penganalisa jaringan vektor (VNA) menunjukkan bahwa menambahkan 4 ¼ konduktor radial panjang gelombang dapat mengoptimalkan rasio gelombang berdiri antena yang dipasang di kendaraan dari 2,5: 1 menjadi 1,5: 1, dan meningkatkan daya radiasi yang setara dengan 3DB.
Desain bidang tanah antena CB pada dasarnya merupakan masalah kopling antara lingkungan elektromagnetik dan struktur fisik. Hanya dengan mempertimbangkan area konduktif, bentuk simetri, parameter material dan posisi instalasi yang dapat dipertimbangkan, keterbatasan kinerja elemen antena tunggal diatasi. Dengan mempopulerkan perangkat lunak simulasi elektromagnetik, insinyur dapat memprediksi dampak bidang tanah sebelum membuat prototipe melalui simulasi distribusi lapangan tiga dimensi, sehingga memaksimalkan efisiensi komunikasi dengan biaya yang lebih rendah.