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CBアンテナのグランドプレーン設計が信号透過効率に影響するのはなぜですか？

Citizens Band（CB）Radio Communicationsでは、アンテナの地上飛行機設計は、信号伝達効率に影響を与える中核要因の1つと見なされています。車両に取り付けられたアンテナであろうと固定ベースステーションであろうと、接地面とアンテナの間の相互作用により、放射の方向、インピーダンスマッチング、エネルギー損失が直接決定されます。その背後にある電磁原理を理解することは、通信の品質を最適化するだけでなく、設計エラーによって引き起こされるパフォーマンスのボトルネックを避けることもできます。
接地面の基本的な役割：画像理論と現在のループ
アンテナ理論によれば、接地平面は、画像原理を介して垂直モノポールアンテナ（一般的な¼波長CBアンテナなど）の下に「仮想鏡」を形成し、元々非対称アンテナ構造を対称性双極子アンテナと同等にします。この等価性は、アンテナの有効な電気長を拡張し、その放射抵抗に大きく影響します。たとえば、理想的な導電性接地面は、約36Ωから50Ωに¼波長アンテナの放射抵抗を増加させる可能性があり、それにより同軸ケーブルとの一致するインピーダンスを達成し、立体波比（VSWR）によって引き起こされるエネルギー反射を減らすことができます。
ただし、接地面が十分に導電性でない場合、または領域が小さすぎる場合、ミラー効果は弱まります。実験では、車両アンテナの金属屋根領域が¼波長（CB帯域で約2.7メートル）未満の場合、アンテナの放射抵抗が20Ωを下回り、透過能力の最大30％がフィーダーで消火喪失の形で無駄になることが示されています。
地面形状と放射線パターンの間の相関
接地面の幾何学的構造は、放射パターンに決定的な影響を及ぼします。理想的な円形または正方形の導電性面は、アンテナ形式の水平放射を形成することができますが、サイズが不十分または不規則な形状（車両フードの湾曲した表面など）が不十分な平面が現在の分布を歪め、放射葉を分割します。たとえば、車両アンテナがトラックの背面に設置されている場合、車体の背面に金属領域が不十分であるため、信号が15〜20度前方に傾くことが多く、後部通信距離が減少します。
さらに、接地面のエッジ効果は無視できません。平面の端とアンテナの間の水平距離が¼波長未満の場合、エッジ電流は二次放射を生成し、位相の主な放射波を妨げます。この現象は、28MHz周波数帯域で特に顕著であり、特定の標高角での信号減衰が6dBを超える可能性があります。
材料の選択と損失制御
接地面の導電性材料は、高周波電流の皮膚深度に直接影響します。 CBバンドを例にとると、銅の皮膚の深さは約12μmですが、濃縮鋼の皮膚深度は抵抗率が高いため35μmです。 0.5mmの厚さのアルミニウム合金プレートを使用すると、鋼板と比較して導体の損失が約18％減少する可能性があります。モバイルアプリケーションシナリオの場合、炭素繊維複合材料は軽量ですが、表面導電性コーティングの抵抗が0.1Ω/□を超えると、アンテナ効率は40％以上低下します。
最適化の提案には、固定ベースステーションに2×2メートルのアルミニウムグリッドグラウンドグリッドを使用し、磁気グラウンドプレートを使用した車両に搭載されたアンテナの現在の分布の拡大、または放射状導体に積み込んで限られた平面面積を補正します。ベクトルネットワークアナライザー（VNA）の実際の測定は、4¼波長ラジアル導体を添加すると、車両に取り付けられたアンテナの存在波比が2.5：1から1.5：1に最適化され、等価放射電力を3dBだけ増加させることが示されています。
CBアンテナのグランドプレーン設計は、本質的に電磁環境と物理構造の間の結合問題です。導電性領域、形状の対称性、材料パラメーター、および設置位置を考慮に入れることによってのみ、単一のアンテナ要素のパフォーマンスの制限を克服できます。電磁シミュレーションソフトウェアの普及により、エンジニアは、3次元フィールド分布シミュレーションを介してプロトタイプ化する前にグランドプレーンの影響を予測し、それにより低コストで通信効率を最大化できます。

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