Når man ser på en mobilantenne, kan det være nærliggende at tænke, at selve antennestangen er hele antennesystemet. I mange tilfælde er det imidlertid kun den ene del.
Den anden del kan være bilens karrosseri, et metalplan, radials eller en anden elektrisk modvægt. Denne del kaldes ofte modplan eller ground plane.
Mange antenner arbejder bedst, når de har en elektrisk modvægt. På en bil kan karrosseriet fungere som denne modvægt og dermed være en aktiv del af antennesystemet.
Hvad er en modplan?
En modplan er en elektrisk ledende flade eller struktur, som udgør den anden del af antennesystemet.
På mange mobile antenner fungerer bilens metalplade som modplan.
På en baseantenne kan modplanet i stedet bestå af:
- metalradials
- en jordplade
- et metalchassis
- en større ledende konstruktion
Modplanet behøver altså ikke nødvendigvis være jord i fysisk forstand.
Udtrykket ground plane kan være misvisende. I antennesammenhæng betyder det ofte en elektrisk modvægt eller referenceflade og ikke nødvendigvis en forbindelse til jord.
Hvorfor har antennen brug for en modvægt?
En radiosender sender højfrekvent strøm ud i antennesystemet. For at antennen kan arbejde effektivt, skal strømmen kunne bevæge sig gennem et komplet elektrisk system.
På en klassisk kvartbølgeantenne fungerer selve antennestangen som den ene del, mens modplanet fungerer som den anden.
Man kan tænke på antennestangen som den øverste halvdel af systemet og modplanet som den elektriske modpart, der hjælper antennen med at arbejde korrekt.
Bilens tag som ground plane
På en bilantenne kan metalfladen omkring antennefoden fungere som modplan.
Det er en af årsagerne til, at en antenne ofte fungerer godt, når den monteres højt og forholdsvis centralt på et metaltag.
Her får antennen:
- en stor metalflade omkring sig
- en relativt symmetrisk modplan
- friere udsyn til omgivelserne
- mindre påvirkning fra bilens øvrige konstruktion
En antenne midt på et metaltag får normalt en mere symmetrisk modplan end den samme antenne placeret helt ude ved kanten af bilen.
Hvad sker der ved montering ved kanten?
Hvis antennen monteres nær kanten af en metalflade, bliver modplanet asymmetrisk.
Det kan påvirke den måde, radiosignalet fordeles omkring køretøjet.
Signalet kan derfor blive stærkere i nogle retninger og svagere i andre.
En antenne monteret tæt på bilens ene side kan få mere metal på den ene side end den anden. Det kan påvirke antennens udstrålingsmønster sammenlignet med en placering midt på taget.
Magnetfodsantenner og modplan
En magnetfodsantenne monteres oven på bilens metaloverflade uden at lave hul i karrosseriet.
Selv om antennefoden ikke nødvendigvis har direkte galvanisk kontakt med metallet, kan antennesystemet stadig koble elektrisk til bilens karrosseri gennem magnetfoden og dens konstruktion.
Derfor er det vigtigt, at magnetfoden placeres på en tilstrækkelig stor metalflade.
Hvis det er praktisk muligt, vil en placering højt og forholdsvis centralt på bilens tag ofte give magnetfodsantennen gode arbejdsbetingelser.
Hvad hvis bilen ikke har metaltag?
Moderne køretøjer kan have dele fremstillet af:
- glasfiber
- plast
- kompositmaterialer
- glas
- andre ikke-ledende materialer
En almindelig ground-plane-afhængig antenne får ikke den samme elektriske modvægt fra sådanne materialer.
Hvis en magnetfod kan sidde fast, er det et godt tegn på, at der findes metal under overfladen. Men antennens elektriske funktion afhænger stadig af konstruktionen, placeringen og den tilgængelige metalflade.
Ground-plane-uafhængige antenner
Nogle antenner er konstrueret til at fungere uden en stor metalflade som modplan.
De kan blandt andet omtales som:
- ground-plane independent
- no ground plane
- NGP
- groundless antenna
Sådanne antenner kan være praktiske på køretøjer eller installationer, hvor der ikke findes en egnet metalflade.
Antennens behov for modvægt afhænger af dens konstruktion. Derfor bør man ikke automatisk antage, at alle mobile antenner skal monteres på samme måde.
Hvad er radials?
På mange baseantenner erstattes en stor metalflade af såkaldte radials.
Radials er metalstænger eller ledninger, der går ud fra antennens fod og fungerer som modplan.
En klassisk ground-plane-antenne kan eksempelvis have:
- én lodret antennedel
- tre eller fire radials
Radialerne kan stå vandret eller skråt nedad afhængigt af antennens konstruktion.
1/4-bølgeantenner og modplan
En klassisk 1/4-bølgeantenne er et godt eksempel på en antenne, der ofte er afhængig af et modplan.
Den lodrette antennedel er omtrent en kvart bølgelængde, mens modplanet fungerer som den elektriske modpart.
En 1/4-bølge mobilantenne på et biltag kan bruge bilens karrosseri som modplan. Antennestangen og bilen arbejder dermed sammen som ét samlet antennesystem.
Er bilens karrosseri jordforbundet?
Bilens karrosseri er normalt elektrisk forbundet med køretøjets elektriske system, men i RF-sammenhæng er det ikke den almindelige 12-volts minusforbindelse, der alene gør karrosseriet til et godt ground plane.
Det afgørende er den ledende metalflade og dens forhold til antennen ved radiofrekvens.
En god elektrisk minusforbindelse i bilen betyder ikke automatisk, at antennen har et optimalt modplan. Antennens placering, metalfladen og monteringen har også betydning.
Hvor stor skal modplanet være?
Det afhænger blandt andet af frekvensen og antennens konstruktion.
Lavere frekvenser har længere bølgelængde og kræver derfor typisk større antennedimensioner end højere frekvenser.
En metalflade, der fungerer fint til en UHF-antenne, er ikke nødvendigvis lige så ideel til en antenne på en langt lavere frekvens.
Frekvens og fysisk størrelse hænger sammen
Radiobølgens længde bliver kortere, når frekvensen stiger.
Derfor er antenner til UHF typisk fysisk mindre end antenner til VHF, og antenner til CB omkring 27 MHz er igen betydeligt længere.
Det samme princip har betydning for modplanet.
Ved 27 MHz er bølgelængden omkring 11 meter. En kvart bølgelængde er derfor omkring 2,7 meter, hvilket forklarer, hvorfor effektive CB-antenner ofte er relativt lange.
Kan dårlig modplan give højt SWR?
Ja. Hvis en antenne er konstrueret til at bruge et ground plane, kan en utilstrækkelig modplan påvirke antennens impedans og resonans.
Det kan vise sig som:
- højt SWR
- vanskelig antennejustering
- dårlig rækkevidde
- ustabilt SWR
- ændringer i SWR, når antennen flyttes
Læs mere i SWR forklaret – sådan måler og justerer du en radioantenne.
Hvorfor ændrer SWR sig, når antennen flyttes?
Hvis en mobilantenne flyttes fra midten af taget til kanten, ændres de elektriske omgivelser omkring antennen.
Det kan ændre antennens resonans og dermed også SWR.
Hvis antennen skal SWR-justeres, bør målingen foretages med antennen monteret dér, hvor den faktisk skal bruges. En antenne kan opføre sig anderledes, hvis den flyttes bagefter.
Kan man lave et kunstigt ground plane?
Ja. I nogle installationer kan man etablere en metalplade eller radials, hvis der ikke allerede findes en egnet modplan.
Det bruges blandt andet på:
- glasfibertage
- både
- campingvogne
- bygninger
- midlertidige radioinstallationer
Løsningen afhænger dog af antennetypen og den frekvens, der arbejdes med.
Hvad med antenner på både?
Mange både har skrog af glasfiber eller andre ikke-ledende materialer og har derfor ikke samme store metalflade som en bil.
Marine antenner kan derfor være konstrueret anderledes og være mindre afhængige af et traditionelt metal-ground-plane.
En mobilantenne beregnet til et biltag bør ikke uden videre forventes at fungere optimalt på en glasfiberbåd eller anden installation uden tilsvarende modplan.
Modplan og antennens udstrålingsmønster
Modplanet påvirker ikke kun antennens impedans. Det kan også påvirke, hvordan radiosignalet fordeles omkring antennen.
Et stort og symmetrisk modplan kan give et mere ensartet udstrålingsmønster omkring antennen.
Hvis modplanet er meget asymmetrisk, kan signalet blive trukket mere i bestemte retninger.
Placering, modplan og rækkevidde hænger sammen
En god antenneinstallation handler derfor om mere end blot antennens længde.
Man bør også tage højde for:
- antennens højde
- placeringen på køretøjet
- størrelsen på modplanet
- kabel og stik
- SWR
- fri afstand til metal og andre genstande
Læs også Hvorfor betyder antennens placering mere end sendeeffekten?.
Selve antennestangen er kun én del. Placering, modplan, kabel, stik og omgivelser arbejder sammen og bestemmer det samlede resultat.
Kort fortalt
Modplan eller ground plane er den elektriske modvægt, som mange antenner har brug for for at arbejde korrekt.
På mobile installationer fungerer bilens metal ofte som denne modvægt. På baseantenner kan opgaven i stedet løses med radials eller andre ledende strukturer.
Hvis en antenne er konstrueret til at bruge et ground plane, kan en dårlig eller utilstrækkelig modplan påvirke både SWR, udstråling og rækkevidde.
Derfor bør antennens underlag og placering betragtes som en del af antennesystemet – ikke blot som stedet, hvor antennen sidder fast.
Copyright © Kinaradio.dk