微波技术与天线八木天线设计综述

课设报告

课程名称：微波技术与天线

课设题目：八木天线的仿真设计课设地点：

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

目录

1、设计摘要

2、设计原理

3、八木天线参数选择及设计要求

4、八木天线的HFSS10仿真

（1）建立模型

（2）确认设计

(3) S参数（反射参数）

（4）2D辐射远区场方向图

（5）3D Polar

5、仿真结果分析

6、实验中的问题

7、心得体会

一、设计摘要

八木天线又称引向天线，它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线。其结构示意图如下，在无源振子中较长的一个为反射器，其余的均为引向器，它被广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视、及其它无线电系统中。

六元八木天线示意图

八木天线中，有源振子可以是半波振子，也可以是折合振子一般常用折合振子，以提高八木天线的输入阻抗，以便和馈电线匹配。主要作用是提高辐射能量。无源振子是若干孤立的金属杆，它与馈线和有源振子不直接相连，作用是使辐射的能量集中到天线的端向。

二、设计原理：

八木天线的工作原理是：有源振子被馈电后，向空间辐射电磁波，使无源振子中的产生感应电流，从而也产生辐射。改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离，无源振子上的感应电流的幅度和相位也随着改变，从而影响有源振子的方向图。若无源振子与有源振子之间的距离小于λ/4，无源振子比有源振子短时，整个电磁波能量将在无源振子方向增强；无源振子比有源振子长时，将在无源振子方向减弱。比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着消弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。通常反射器的长度比有源振子长4%～5%,而引向器可以有多个，第1～4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2%～5%。

本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上，设计一个六元八木天线。

三、八木天线参数选择及设计要求

根据上述八木天线基本理论的介绍，我们可以知道引向器越多，方向越尖锐、增益越高，但实际上超过四、五个引向器之后，这种“好处”增加就不太明显了，而体积大、自重增加、对材料强度要求提高、成本加大等问题却渐突出。通常情况下有一副五单元八木（即有三个引向器，一个反射器和一个有源振子）就够用了。因此，我们选用了一个比较合适的参数范围，其参数如下：

其工作频率为

f=300MHz；

1，参数的选择：

λ=c/f=1m；

2lref=0.5λ，2ldri=0.47λ，2l1=2l2=2l3=2l4=0.43λ；

Ddri=0.3λ，d1=d2=d3=0,30λ，dref=0.25λ；

振子直径2a=0.0052λ。

2，设计要求：

利用HFS10仿真软件对此组数据进行仿真，并分析其远辐射场特性以及S曲线，并绘制其方向图。

四、八木天线的HFSS10仿真

1，建立模型：

模型细节：

2，确认设计：

3、S参数（反射参数）：

（1）phi=0deg时：

（2）phi=90deg时：

（3）phi=180deg时：

5、3D Polar：

五、仿真结果分析

可知，天线工作的谐振频率在550MHz附近，与实际设计要求f=300MHz有一定的偏差。

在实验中已知振子直径2a=0.0052m。为了实现八木天线与同轴线之间的阻抗匹配。通过添加了附加平衡段平衡器balun来实现阻抗匹配。在以上工程中balun的半径r=0.0037m,长度l=0.25m。

六、实验中的问题：

1、建模出错：

第一次建模时未能正确画出让Arm_2与Balun连接的L1与L2。让我在空欢喜的等待了2小时的，建模的结果当然也是不符合要求。其反射系数曲线和2D 辐射远场方向图如下：（虽然在425MHz时，衰减到了10dB以下，但是由于其工作频带过窄，不能正常工作，不符合要

（2）修改模型以后（未修改U2半径）。

反射系数曲线图如下：（不符合要求）

七、心得体会

当初选择八木天线作为自己的课设题目时，以为工作量再大，那又能大到哪里去。结果，在实验的过程中，也体会到了做八木天线的难度。建模其实没什么难度，难的是在每次修改平衡器Balun的半径r以后，一运行就得等上3小时左右。而且修改半径以后也不能确定结果是否符合要求。不过，在不断地修改与尝试过程中，我对八木天线和仿真软件HFSS 也有了更多的认识，比如总结了一下一些常用快捷键，如：Ctrl+D:最佳角度观看模型；Shift+鼠标：水平移动模型；Alt+鼠标：旋转模型；Shift+Alt+鼠标：放大缩小模型；Alt+双击坐标轴：平视图。还有在查阅有关八木天线的相关资料时，也是出乎意料，网上的资源简直非常少，而且收费的居多（在我的查阅范围里）。可能网上八木天线的知识是很多的。但在我的

查询中，至少让我体会到，天线是难学的学科。