八木天线设计BDABP粗译版

美国标准局技术报告688

八木天线设计

Peter P. Viezbicke

BG6ABP译

内容

1、介绍 1

2、测量方法 1

3、结果 1

3.1反射器间距对天线增益的影响 2

3.2 不同的等长度引向器和间距对不同长度八木天线增益的影响 2

3.3不同直径和长度的引向器对天线增益的影响 6

3.4寄生元为最佳尺寸时横梁的尺寸对天线的影响 6

3.5间距和分层对可实现的增益的影响 6

4、设计八木天线16

5、结论21

6、感谢21

7、参考资料21

表格和图列表

表1六种不同的八木天线的寄生元的最佳长度7

图1半波对称振子和反射器在不同间距单元间距下的增益 3

图2 4.2λ长的天线的三个反射单元的安排 3

图3 4.2λ长的天线的三角形健分布的反射器的安装 4

图4天线增益作为天线长度（引向器数）的函数在0.382λ长引向器下与不同等单元间距的关系 4

图5天线增益作为天线长度（引向器数）的函数在0.411λ长引向器下与不同等单元间距的关系 5

图6天线增益作为天线长度（引向器数）的函数在0.424λ长引向器下与不同等单元间距的关系 5

图7不同长度八木天线的增益比较，以显示最大增益下的引向器最佳长度与最佳的统一引向器长度之间的关系8

图8 1.25λ长、三单元不同长度与直径的引向器、引向器间距为0.35λ的八木天线增益

8

图9显示单元直径－波长比与单元长度的不同关系的不同天线的设计数据9

图10横梁对天线单元长度的影响10

图11层叠型八木天线阵间距与增益的函数关系11

图12用两副上下间距为1.6λ的层叠组合组成的天线阵的水平距离与增益的函数关系11 图13对称振子与反射器间距为0.2λ的方向图12

图14三单元、0.4λ天线的方向图12

图15五单元、0.8λ天线的方向图12

图16六单元、1.2λ天线的方向图13

图17十二单元、2.2λ天线的方向图14

图18十七单元、3.2λ天线的方向图14

图19十五单元、4.2λ天线的方向图15

图20例1中计算各单元长度时设计曲线的使用18

图21例2中计算各单元长度时设计曲线的使用20

八木天线设计

此报告使用建模的技巧，给出不同长度八木天线的最佳设计方案。为了便于设计天线的实际长度――从0.2λ到4.2λ长――频率范围适用于HF、VHF和UHF――这些资料都以图形数据的形式给出。我们也研究过在不同天线参数对可实现的增益的影响，其结果也在本文中给出。最后，为获得更高增益的两副或更多天线的层叠结合天线阵的辅助数据我们也在本文中给出。

关键字：天线、引向器、驱动单元、增益、方向图、反射器、八木天线。

1介绍

八木－宇田天线[1]（通常称为八木天线）是H.八木博士和S.宇田教授于1926年发明的。八木天线通常由一定数目的引向器和反射器组成，当它们适当地安装在支撑梁上时，可以增加天线在某个方向上的辐射强度。

自从八木天线诞生以来，就出现了大量有关八木天线的分析、设计以及使用的报告[2、3、4、5、6、7、8、9]。然而，似乎很少有关于寄生元直径、单元长度、单元间距、支撑梁的影响、多反射器以及总长度对增益的影响的报道。

本报告给出了由国家标准局所作出的有关以上各方面的大量的测量结果，这些结果均以图形数据的形式给出，以方便天线的设计从而获得最大的增益。此外，我们也给出了层叠型天线（一副天线在另一副天线的上方）的设计标准。天线的增益是基于与测试的八木天线有相同离地调试的水平对称振子天线的分贝数（dB）。

2测量方法

（略）

3结果

本次实验研究的测量结果均以图形数据的形式给出，我们的用意是为大家提供一种设计实际的天线并获得最高增益的简单的方法。这些测试的目的在于获得以下数据：a反射器间距对天线增益的影响

b不同的等长度引向器的间距和数量对八木天线增益的影响

c不同直径和长度的引向器对天线增益的影响

d寄生元为最佳尺寸时横梁的尺寸对天线的影响

e间距和分层对天线增益的影响

f不同天线的方向图

3.1反射器间距对天线增益的影响

本文涉及的实验的天线的横梁都是用树脂玻璃做的材料，安装在离地面3λ高。除了在3.3和3.4节中指出的例外，所有寄生元都是用直径为0.63cm（1/4寸）的铝管做成。八木天线的驱动单元和参考的半波对称振子天线均采用半波长折合振子，使用双支节匹配到50Ω。

对称振子与反射器的不同间距组合所得的天线增益见图1。测得的最大增益为2.6dB，此时的间距为0.2λ。在以后的测量中一直采用此反射器与对称振子的间距。然而，对不同参数的天线反射器的长度均作了优化以获得最大增益。我们采用图2所示的反射器设置又获得了0.75dB的额外增益。

虽然我们只在4.2λ长的八木天线中采用了这样的安排，其它长度的天线也应可以实现相似的优化设计。图3为实验中的一副天线。

如图所示，我们采用钻孔的树脂玻璃作支撑梁，测试了不同组合和间距反射器单元的4.2λ长八木天线。我们分别测试了不同的反射器形状：全面反射表面、抛物面和角状反射器。另外，我们也把不同形状的表面放置在驱动单元后的不同距离以作测试。在测试过的组合中，图2所示的那个获得了高于单一反射器最多的增益。

3.2不同的等长度引向器的间距和数量对八木天线增益的影响

本节涉及的测量均使用前面提到的绝缘横梁。驱动单元为λ/2折合振子，反射器长0.482λ，离驱动单元0.2λ。所有单元的直径均为0.0085λ（0.25inch=0.63cm）。

天线的增益作为不同等引向器长度和间距的天线的长度（引向器数）的函数来测量。引向器长度范围从0.304λ到0.423λ，间距范围从0.01λ到0.40λ。天线的长度――从驱动单元到最远的引向器――范围从0.2λ到10.2λ。所有情况下的反射器都是固定的。虽然我们做过很多的测量，我们只给出能显示该参数对增益有影响的结果和相关的图表。

图4、5和6显示了不同引向器间距下引向器长度分别为0.382λ、0.411λ、0.424λ时天线增益和天线长度的函数关系。图4显示了对于相对较短的引向器在间距为0.3λ时，天线的增益随长度增大到约10λ时达到14.5dB的最大值。然而，请注意，各单元间距减小后，在较短的天线获得最大增益时，方向图会出现摆动，此摆动随天线长度在最大值与最小值之间的改变而有所不同。在引向器长度增加时，方向图的改变也变大，而且天线的增益也随之减小，见图5和图6。图7的曲线显示了最长到4.2λ的等引向器长天线与优化引向器长度的天线的增益对比。对于优化过的引向器长度的天线，增益从2.2λ长天线增加0.5dB到4.2λ长天线的约增加1.5dB递增。表1给出了不同长度天线的最佳参数。

3.3不同直径和长度的引向器对天线增益的影响

此项由测量不同直径和长度的引向器的天线增益所决定。图8给出了用1.25λ长天线做的实验的结果曲线。和预计的一样，不同组合下的最大增益没有改变。直径较大的单元在较短的长度下获得最大增益，直径较小的单元在相对较长的长度下获得最大增益。我们对不同长度的天线进行过实验，并把记录这种效应的一系列测量结果在图9中给出。这些数据提供了八木天线的基本设计标准，并且只要单元直径和波长的比d/λ满足图中所示的范围，此标准在一个很宽的频率范围中都有效。

3.4寄生元为最佳尺寸时横梁的尺寸对天线的影响

我们采用过圆形和方形的支撑梁以测出横梁的直径对寄生元为最佳尺寸时的天线的影响。圆形和方形的支撑梁的结果十分相近。圆形支撑梁对寄生元的修正曲线在图10中给出。这些实验数据可用来对最后的天线设计进行修正。

3.5间距和分层对天线增益的影响