八木天线的设计方案

八

木

天

线

设

计

方

案

指导老师：***

单位：长沙航空职业技术学院

组员分工（见表一）：

表一

背景分析：

在当今社会中天线不仅仅只是应用在电视接收系统中应用，而在很多电子产品都用到天线，比如（对讲机、无线路由器、手机等），所以掌握天线的知识，对以后做别的无线产品开发打下了很好基础，本次制作八木天线可以掌握无线通讯的原理和相关只是。

关键词：八木天线

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。

在无线通讯中八木天线占据了很重要的位置，对于我们刚刚进入无线电的初学者来说，掌握八木天线的原理和安装是非常必要的。

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：

通过八木天线接收到的信号送到电视机，收看电视机节目。示意图如下（图一）：

（图一）

自办节目：

本系统自办节目采用DVD播放或摄像机录制节目播放等方式。

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50Ω，如果天线输入阻抗也是50Ω，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67Ω，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5-20Ω间。

经典的折合振子八木天线的特性阻抗约为300Ω，（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λ = c/f ，f = c/λ,F=可适应接收1-2个节目。

根据王国强文章自制五单元400－470MHz 天线。以上图为例。

λ1（低端波长）＝3×108/400×106＝750mm

λ2（高端波长）＝3×108/470×106＝638mm

λ0（中心波长）＝()21λλ⨯＝692mm （中心频率为433.6MHz ）

C ．天线增益

若要求接收1～2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9~11dB 之间)。因此可以满足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207～215MHz ；第12频道是215～223MHz 。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λ1=3×108/207*106≈1.449；高端波长λ2=3×108/223×106≈1.345；中心波长λ0≈1.397。其中3×108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1/2λ； 弓向器的尺寸略短于1/2λ。间隔均约0.15λ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d ′l 应取得小一些，如图三所示。dl=（0.15～ 0.40）λ2=0.32米 ；d ′l=（0.6～0.7）dl= 0.21米(本系统分别采用的系数分别是0.23、0.65)。式中λ2，如果要同时接收几个相近频道，应为高频道高端波长。