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φ8~12mm铜管或铝管的可以采用热加工方法按设计的形状和尺寸把金属管内装满比较细的干沙子（注意要装实），加热后弯制成型，然后将沙子倒出既可，馈电振子选用φ3~6mm铜管或铝管的可以采用冷加工方法按设计的形状和尺寸用弯管器弯制成型。

b. 反射振子和引向振子分别焊接在天线横杆上，也可用螺丝钉固定，（注意所有振子一定要在一个平面上和天线横杆垂直，馈电振子要和天线横杆绝缘）