八木天线-论文.doc

电波与天线课程设计系部：电子通信工程系 专业：通信技术 班级：通技092 姓名： 余坤朋 学号： 091415207 时间：2011年12月30日河南机电高等专科学校八木天线的制作设计时间：2011年12月26日2011年12月30日八木天线简介：八木天线也叫引向天线或波导天线，因为他是由日本的八木秀次教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。 八木天线是一种引向天线，由一个有源振子和多个无源振子放置在同一平面上，并且垂直于连接它们中心的金属杆。一般一个无源振子为反射器，其余的无源振子为引向器。因为金属杆通过振子上的电压波节点，并垂直于天线，所以，金属杆对天线的近场影响很小。而有源振子必须与金属杆绝缘。八木天线的增益高于垂直天线及偶极天线。八木天线的单元越多，方向性越强。但是单元的增加不与方向性成正比。单元过多时，导致工作频带变窄，整个天线尺寸也将偏大。在短波波段，波长较长，自制八木天线比较困难，在超短波波段（），因波长短，可以比较方便的自制低成本的八木天线。虽然八木天线的数学计算复杂，但是很多工程或理论书籍都给出它的尺寸，只要依照这些数据，就可以自制出一副不错的八木天线。1、 确定振子数目N振子数目可根据天线的主瓣宽度或天线的增益算出，若选择前者，则可查阅相关资料，由八木天线参数关系图可的振子数目N，若选择后者，则可谓根据八木天线增益表，查表得出，由于设计题目已经给出此次设计的单元数为5，经查表正好与八木天线增益表所得振子数目相等，所以此处振子数目为5。2、 引向器的间距、反射器与有源振子的间距选择引向器间距的选择有两种方案：一种是引向器间距不相等，随着引向器数量序号的增加，相邻引向器的间距加大；另一种是引向器间距相等。前一种方案调整麻烦，后一种方案调整简便，因此一般都采用等间距方案。引向器间距一般在0.15-0.4波长范围内选择。间距较大时，方向图主瓣较窄，输入阻抗的频率响应较平稳，但副瓣较大；间距选得小时，副瓣较低，抗干扰性能较好，但是增益和方向性差些。若考虑前者，间距可取0.3波长；若考虑后者，间距可取小于0.2波长。不管什么情况下，第一根引向器振子与有源振子之间的距离应取得更小一些，一般取（0.6-0.7）其他引向器间距。反射器于有源振子之间的距离一般去0.15-0.23波长。此间距主要影响八木天线的前后场强比和输入阻抗。当间距在0.15-0.17波长时，前后比较高，但天线的输入阻抗小（约15-20欧）；当间距为0.2-0.23波长时，前后比较低，但天线输入阻抗大（约50-60欧），易与同轴电缆匹配。综合考虑本天线的特征，选取各振子间间距相等，即d=0.2比较合适。三、引向器长度的选择引向器长度的选择有两种方案。一种是各引向器等长度，约取0.38-0.44波长。这种方案优点是加工和调整较为容易，但频带较窄。另一种是，各引向器长度随序号增加有长到短渐变。先取第一根引向器长度为0.46波长，以后的引向器长度则按2-3的缩短系数递减。这种方案的优点在于频带稍宽，但调试、加工麻烦。实用中都采用第一种方案。一般情况下选择L1=(0.80.9)La。在这里选择引向器L1=0.8La。四、反射器长度的选择反射器能保证天线单向辐射，反射器长度一般选在0.5-0.55波长之间。其长度不能短于设计最低频率相应的1/2波长。在这里选择反相器Lr=1.1La。五、有源振子的结构和尺寸有源振子可选单根半波振子或折合振子，一般长度取0.475波长。振子越粗，长度应短一些。对有源振子的基本要求是能与馈线有良好的匹配，为此，有源振子应设计为谐振长度，并把它的输入阻抗变换到等于或接近馈线特性阻抗的数值一般选取La=(0.460.49) 八木定向天线一般是用同轴电缆馈电的。当有源振子采用半波对称振子时，由于受无源振子的影响，其输入阻抗值较低，因此就需设法提高有源振子输入电阻，常用的方法是改用折合振子。适当选择折合振子的长度，两导体的直径比及其间距，可以有效地提高有源振子的输入电阻，并结合调整反射器及附近几个引向振子的尺寸，可以获得满意的驻波比。其次，由于折合振子等效半径加粗，对展宽阻抗频带宽也有利。当然，有源振子也可采用附加匹配器的对称振子形式。在这里选择有源振子La=0.46。6、 总体设计规划经过前面的概述，已经具备了设计本次五单元八木天线的所有信息，现在将设计天线的总体参数列出如下：有源振子长度：La=0.46=0.46*1.42=0.65m反相器长度：L1=0.8d=1.12m各振子