微波技术与天线八木天线设计综述

1、衣诛TAIYUAN UNIVERSL1Y OF TECHNOLOGY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 Polar5、仿真结果分析6、实验中的问题7、心得体会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

2、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 人/4，无源振子比有源振子短时，整个电

3、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14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

4、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：入=*=101 ；2lref=0.5 入,2ldri=0.47 A,211=212=213=214=0.43 人;Ddri=0.3 人,d1=d2=d3=0,30 人,dref=0.25 人；振子直径 2a=0.0052 人。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制其方

5、向S曲线，并绘图。四、八木天线的HFSS10仿真1,建立模型：模型细节:八木天线实物仿真2,确认设计:Validation Check: projet4 - wangxirigwangxingValidation Check completed.$ Boundaries and Excitations& Mesh Operations 笆 Ana|y$ijS etup Optimetrics 增 RadiationAbortClose确认设计3、S参数（反射参数）：44： 6527 Jun 2013AfiBoTt CcrfKjrabonXYPIotlX: 0.40GHZ-7.934、2D辐射远

6、区场方向图(1) phi=0deg 时:272013Ans i fl cu irpcrwli ： i nCtpdiHion Pitteim ?v/BFigxIng-1BQ(2) phi=90deg 时:27 Jun MH 3Ansiofl U l rparjiCianCtpdnwtion Pwtteim 5wBFigxIng09c21A2BCtimmon Pitteim 5wBFigxIng11.0-15.E-1.05、3D Polar ：五、仿真结果分析dBCifiAinTgtal)3. Z91lE-EKe Z. 1191SE9O .991-0UZSZs*EHe2 .池晦e 37&50I -

7、H.-9B63e*OTe -U. 14t-+?*Wt 7.32e3e-Mi2i 1l.3363trMEi -9.6tl62?0445 -1.O66A(1+OO1 -1. ZQMEe-Erai -1.322CE-E!Hi.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

8、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Ansidfl U r*p r flciriXV Plot 1HFS$0c5igri1O9:47:JBXYj 0.44GHz -5.7527 Jun 2013-18G-M.1AnsOfl CdrpOrAEiOnflAadiatton Pattern 3HFSiSDrsignlI哂k卜就传m和白味NH讪叫切7”名i gh42Q2.&(2)修改模型以后(未修改U2半径)。反射系数曲线图如下：（不

9、符合要求） 27 Jun 2013Ansdfl CdrpOrAEidn XYPtoEBHFSSDtPQII1lD9:5fi:20X: 0 53GHz -3 S1七、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， 女口 ： Ctrl+D:最佳角度观看模型；ShifU 鼠标：水平移动模型；A