八木天线470MHZ

1、一、设计说明： 作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果， 可以说没有了天线也就没有了无线电通信。 作为一款经典的定向天线，八木天线在 HF、VHF 以及 UHF 波段应用十分广泛，它全称为“八木宇田天线” ，英文名 YAGI，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次， 在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。 相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子（也称主振子） 、一个反射

2、振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数， 譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、 一个反射器和三个引向器，结构如图 1 所示。主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无源振子， 所有振子均处于同一个平面内， 并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。二、系统规划 传输方式：单向传输 节目源： 本系统电视节目包括无线电视和自办节目（一套）等。 无线电视无线电视无线电视无线电视： ： ： ：通过八木天线接收到的信号送到电视机，收看

3、电视机节目。示意图如下（图一） ：三、 技术参数天线的性能直接影响电视机收看电视节目的质量重要因素， 主要的技术参数有输入阻抗、工作频率、天线增益及方向性等。 A 输入阻抗 在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为 50，如果天线输入阻抗也是 50，那就达到了“匹配” ， 就能将天上的信号全部接收下来， 所以在制作天线的时候一定要注意阻抗匹配的问题。二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为 67，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者 4 倍，当加了引向器、反射器后，阻抗关系就变得复杂起来了，总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多，且八木各单元间距大则阻抗高，反之阻抗变低，同时天线

4、效率降低。有资料介绍，引向器与主振子间距 0.15 波长时阻抗最低，0.2-0.25 时阻抗高，效率提高。这是阻抗的变化范围约在 5-20间。经典的折合振子八木天线的特性阻抗约为 300， （振子间距约四分之一波长）如常见的电视接收天线。折合振子折合的间距狭窄时、或二分之一波长的“长边”直径大于那两个约四分之一波长的“短边”的直径时，其输入阻抗较高。 B工作频率 满足天线各种性能规定参数的频率范围称为天线工作频带和带宽， 它与天线的结构级接收的频道有关， 根据系统设计要求因此半波折合阵子天线的工作频率设置在 = c/f ，f = c/,F=可适应接收 1-2 个节目。 根据王国强文章自制五单元

5、 400470MHz 天线。以上图为例。 1（低端波长）3108/400106750mm 2（高端波长）3108/470106638mm 0（中心波长）()21692mm（中心频率为 433.6MHz）C天线增益 若要求接收 12 频道电视节目，希望天线增益 G 不低于 8dB。 根据确定的天线总增益值。找出要求的引向器的个数n。 当振子数超过五个之后， 其增益增加得不多； 十单元与五单元天线的增益相同， 而在 VHF频段，五单元天线比十单元天线容易架设，因此，需要 VHF 频段的高增益天线时，可用五单元天线，因此本系统采用的事五单元天线(五单元的增益范围是在 911dB 之间)。因此可以满足

6、电视节目个数的要求。根据我国电视频道频率划分表,可知，第 11 频(湖南卫视)道频率范围是 207215MHz；第 12 频道是 215223MHz。先根据波长与频率的关系式计算所要接收的电视高频道高端波长、低频道低端波长和它们的中心波长。低端波长1=3108/207*1061.449；高端波长2=3108/2231061.345；中心波长01.397。其中 3108 米秒为光速。D天线的方向性 八木天线 一种简便的方向性天线，它具有一个激励单，其他单元分别作为引向反 射用，它能在引向方向集聚能量形成波束。这种天线叫束射天线。典型的束射天线 是八木天线。 八木天线的反射器和引向器吸收激励振子辐

7、射出的某些能量， 然后再 辐射出去，形成一定的方向性。激励振子常用折叠偶极子，反射器的尺寸略长于 1/2； 弓向器的尺寸略短于 1/2。间隔均约 0.15左右。八木天线的单元数量越多，其正 向增益越大，三单元的增益约 7dB。在有线电视普及前，城市农村屋顶上的天线阵， 大都是八木天线。通过上面各种参数的分析本系统采用 5 单元。 E.天线(物理参数)的选择 1. 确定引向器之间的距离。 若采用多个引向器，一般采用等间距的方案比较好，即每个引向器之间的距相等。但是，第一个引向器与馈电振子的间距 dl 应取得小一些，如图三所示。dl=（0.15 0.40）2=0.32 米 ；dl=（0.60.7）

8、dl= 0.21 米(本系统分别采用的系数分别是 0.23、0.65)。式中2，如果要同时接收几个相近频道，应为高频道高端波长。若 dl 取大的数值，优点：增益高，方向性尖锐；缺点：容易接收干扰信号，尺寸大。 采用多单元时，支撑复杂。2. 确定反射器与馈电振子间距 d r。dr=（0.150.23）1 =0.29米。1 为低频道的低端波长。 若 dr 取较大值，天线与馈线的阻抗匹配的频带较宽。受天线两侧干扰波的影响小。 缺点是，前、后辐射比小（所谓前、后辐射比，简单说 ，就是指天线主要接收方 向的最大灵敏度与天线后向60范围内接收灵敏度之比。前后辐射比，希望越大 越好） 。一般在 UHF 和

9、VHF 频段均取 dr=0.21 为宜。3. 天线的总长度为L=2dl+dl+dr=1.14 米。 4复验增益 G 是否符合原定的要求。所谓增益，通俗地讲就是天线在主要接收方向上，最大接收灵敏度。在完成上述工作之后，首先计算出 L/0 的比值，其中0=12（0 为几何平均波长） 。再根据图 3 给出的天线总长与增益的关系，复核增益 G 是否符合要求。 计算：L/0 = 0.816 。 我们是采用的是五单元（911dB） ，因此符合增益要求。5. 引向器长度 l1 的选择。引向器的长度选择有二个方案：各引向器的长度相等。其 优点是，整个频带内增益均匀；缺点是，工作频带覆盖系数较小（在 UHF 频

10、段，这个 缺点不明显） 。各引向器的长度，是自距离馈电振子最近的一根起，逐个缩短的。因计算比较复杂，这里不作介绍，可参考有关技术资料确定各引向器的尺寸。它的优点是工作频带宽，高频道性能好。缺点是低频道增益低。因此使天线所覆盖的频带内增益不均匀。实用中，以采用第一个方案的居多数。为了保证引向器在高频道仍然起作用，应 以高端波长计算其长度。l1=（0.400.44）2 =0.538 米，一般当引向器的数目多于 3 个以上，取 l1=0.42。 6反射器长度 lr 的选择。为使反射器在低频道仍然起作用，应以低端波长计算反射器长度。一般lr（0.50.55）1=0.7249 米（采用的系数是 0.5）

11、 。反射器所用振子越粗，系数取值越大。7.馈电振子长度 l 和折合馈电振子宽度 B 的选择。l=0.950.50 = 0.6882 米；B=（0.010.03）0。当 B0.030 时，天线性能变差。通常在 UHF 频段，选 B=0.030，在 VHF频段选B=0.020。 本系统收看的电视节目是11频道因此在UHF波段所以采用的系数是0.03B=0.04101 米。 8馈电振子接口宽度 W 选择。在 VHF 频段一般取 W=35 厘米；在 UHF频段一般取 W=2 厘米左右。 9.振子直径的选择。在 VHF 频段，选用直径=812 毫米的金属管；在 UHF 频段，选用=36 毫米的金属管。金

12、属管材料，可以是合金铝管，铜管或铁管。对天线性能来说，三者之间没有多大差别。主要取决于材料来源，另外应考虑天线的架设以及风吹、日晒、雨淋等防腐蚀问题。通过以上分析和有关计算本系统的参数见下4、安装 安装时应注意下列几点： 1反射器、引向器必须安装在同一个平面上。反射器和引向器可以固定在同一根金属管上，但它们都必须与金属管垂直。 2馈电振子必须与上述各金属管绝缘交接。为此，馈电振子可以先固定在厚纤维板或木板上。然后把纤维板再固定到金属管架上。 3支撑天线的总支架可用金属管，也可用其它材料。为了抗风吹，可用铅丝牵拉总支架，但不可牵拉引向器、反射器和馈电振子。安装完毕的情况如图四。4这种天线的馈电振子可与 300扁馈线直接相连。若用 75同轴馈线必须通过阻抗变换才能与馈电振子连接。 室外定向天线安装好以后，一般说来可以使用了。但是，如果有条件的话，为了获得更加满意的效果，还应该进行调整。对窄频带接收（即接收单频道或 23 个相邻频道电视