八木天线的设计仿真与测试

大线的基本理论

幽２－５折合振子示意图图２－４半波偶极子的方向图

２．２．２天线主要参数

前面已经讲过，天线的基本功能是能量转换和定向辐射，天线的电参数就是能定量表征其能量转换和定向辐射的量。天线的电参数主要有方向图、方向性系数、主瓣宽度、旁瓣电平、增益、天线效率、极化特性、驻波比、频带宽度、和输入阻抗等。下面根据本文的研究重点对于天线的方向性系数、方向性图、天线增益和驻波比逐一做详细介绍。

一、方向系数Ｈ１。方向性系数是一个用数字定量的衡量天线辐射电磁能量集中程度的参数，又称方向性增益。它定义为在相同的辐射功率下，某天线产生于某点的功率通量密度与理想点源天线产生于同一点的功率通量密度的比值。

设某天线与理想点源天线的辐射功率密度分别为最和足。，此天线在最大辐射方向１的功率通量密度和场强分别为ｓ。和五＿，理想点源天线的功率密度与场强密度Ｓ。和￡。，则天线的方向性系数Ｄ为：

ｃＪＦ２Ｉ

Ｄ一＝卫ｌ一＝引…（２．”）

５０ＩＢ．，０￡ｉｋ．是．

方向性系数还可以这样来定义：在最大辐射方向的同一接收点电场强度相同的条件下，理想点源的辐射功率与有方向性天线的总辐射功率的比值，称为该天线在该点的方向性系数，即：

Ｄ。鱼ｆ

是ＩＬ．岛

由定义可知，由于天线在个方向辐射强度不同，Ｄ的值也随方向而异。在辐射最强的方向上Ｄ的数值最大。通常所说的某天线的方向系数，如果没有特别指明是哪个方向的，则都是指最大辐射方向的方向系数。

由定义可以看出，所有实际天线的方向性系数都大于１。下面由式（２．２７）来

计算天线的方向性系数的具体表达式。仍取图２．２，若天线置于原点，取球坐标

北京交通人学硕十论文

３．１感应电动势法

图３—１引向天线及坐标

感应电动势法ｆ４】将引向天线看作幅度与相位都不均匀的端射离散直线阵，如图３，１所示的坐标系，对于图中的ｎ元引向天线，振子１为反射振子，振子２为有源振子，振子３到ｎ为引向振子，各振子的总长度分别为２ｆ。，砬，笤，¨，现，各振子距振子１的距离分别为ｄ：，ｄ，，．．．，ｄ。。由耦合振子理论有：

０皇‘ｌｚｌｌ＋Ｌ２２１２＋…＋，。ｆｚ“＋，棚ｚｈ

ｕｏ兰■１２２Ｉ＋Ｌ２２２２＋…＋‰ｚ甜＋』枷ｚ抽

（３．１）

Ｏ皇，ｍ１Ｚｉｌ＋，ｍ２Ｚｊ２＋…＋』耐ＺⅣ＋，ｍ。Ｚｈ

Ｏ暑Ｌ１ｚ。ｌ＋Ｌ２ｚ。２＋…＋，。，ｚ耐＋ｚ脚ｚ肌

式中：，。，。：，．，，。是各振子的波腹电流；

ｚ“Ｏ＝ｌ～，ｌ，，；１一以）是第ｉ个振子与第ｊ个振子间的互阻抗：

ｚ。是第ｉ个振子的自阻抗；

Ｕｏ是有源振子的外加电压。

式（３．１）是复数ｎ元线性方程组，求解此方程组，便可得到各振子的波腹电流：

，。ｆ＝ｌｋｆｅｘｐ（，屈）…（３．２）式中：ｈ√是第ｉ个振子与第一个振子电流的相位差；

屈是第ｊ各振子与第一个振子的电流的相位差。

当振子的长度与振子阃的距离给定后，就可求得振子本身的辐射阻抗和振子的相互辐射阻抗Ｚ∥可根据耦合振子理论，假定振子电流按正弦分布，用感应电动势法计算或查阅有关的工程图表。得到ｚ，，后就可以由上面所列的方程组解出个振子

八木天线的分析设计

第四章八木天线的分析设计

４．１八木天线简介

上个世纪二十年代，Ｒ本东北大学的八木秀次和宇用太郎两人发明了这种天线，被称为“八木宇用天线”，简称“八木天线”，在二次世界大战中陆续推广使用１５Ｊｏ一副典型的八木天线如图（４．１）所示。

八木天线较偶极天线有高的增益。用它来测向、远距离通信效果特别好。如果再配上仰角和方位旋转控制装置，便可以随心所欲与包括空间飞行器在内的各个方向上的电台联络。

周４．１八木天线实物图

２八木天线的原理与设计仿真

４．２．１八木天线的设计要求

本文的主要研究内容是基于铁道部ＧＳＭ—Ｒ干扰检测定向用天线韵要求。为了满足干扰定向检测的需要，要有一副方向性能够满足定向检测要求的天线，对天线的设计来说，要在ＧＳＭ．Ｒ频段的下行８８５ＭＨｚ＿８８９ＭＨｚ频段内和上行９３０ＭＨｚ．９３４Ｍ｝Ｉｚ频段内方向性图主瓣半功率角小于４０。；方向图带宽覆盖上行和下行频段即至少５０ＭＨｚ带宽；驻波比（ｖｓｗＲ）在设计频段内小于１．５；副瓣电平控制在不影响干扰检测定向的程度内；另外，使天线能满足移动检测的便携式要求。

八爪大线的分析改计点。

用ＦＥＫ０仿真的模型及得到的结果分别为：

图４－３十元八木天线仿真示意图

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幽４．４８８７Ⅻｚ的Ｅ面方向图（极坐标）

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