八木天线的原理和制作

八木天線的原理和製作

八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）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。

八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflector）和导向器（Director）两种。通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而导向器可以有多个，第1～4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。

由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压表，电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的幅射了。导向器的长度相同，间距相等的八木天线称为均匀导向八木天线，特点是天线的主办窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。而当八木天线各个导向器的长度不同，间距亦不等时叫做非均匀导向八木天线，特点是天线的主瓣较宽，方向系数较少，工作频带内增益不均匀（但在UHF以上波段并不明显），但工作频带较宽。但如果将非均匀的导向八木天线的结构设计合理，则可以显著地压缩副瓣，又不致太大扩宽主瓣和降低方向系数。

浅谈八木天线设计

八木天线的设计主要是根据增益要求选定天线单元数后，确定各单元的长度及单元之间的距离等参数。

一、引向器的间距选择

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。

二、反射器与有源振子的间距选择

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。

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。

四、反射器长度的选择

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。

五、无源振子半径的确定

无源振子的半径是根据八木天线通频带要求来确定的。通常振子半径选在1/（500-80）波长。

六、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。

七、增益和主瓣宽度估算

增益≈10*(天线长度)/波长

主瓣宽度≈55* 平方根(天线波长/长度)

下面先介绍一下各振子长度的计算方法。

1．反射振子长度取0.52λ。（λ是波长）

2．馈电振子长度取0.95λ/2；馈电振子宽度取0.03λ；馈电振子接线开口宽度一般取

2.5cm。

3．引向振子长度取0.4λ（10单元以上的，最远端的3~4个引向振子长度取0.2~0.3λ）。

各振子间的间距。

1．第一根引向振子与馈电振子的间距为0.1λ。

2．第二根引向振子与第一根引向振子的间距为0.12λ。

3．第三根引向振子与第二根引向振子的间距为0.13λ。

4．第四根引向振子与第三根引向振子的间距为0.15λ。

5．第五根引向振子与第四根引向振子的间距为0.16λ。

6．第六根引向振子与第五根引向振子的间距为0.2λ。

7．第七根引向振子与第六根引向振子的间距为0.3λ。

8．其于的引向振子间的间距0.325λ。

9．反射振子与馈电振子的间距为0.15λ。

加工与安装注意事项

材料的选用：

a. 频率在400MHz以下的振子选用φ8~12的铜管或铝管。

b. 频率在400MHz以上的振子选用φ3~6的铜管或铝管。

c。天线横杆和支架可选用金属管或其他材材。

加工方法：

a. 馈电振子选用φ8~