八木天线的设计方案

1、八 木 天 线 设 计 方 案指导老师：单位 ：长沙航空职业技术学院组员分工（见表一）：姓名丁、人汤莉邵亚京杨汝仁谢宇昉方、人飞徐维学号09073920303606任务技术技天线天线参数术制作调试设计文与档布局背景分析：在当今社会中天线不仅仅只是应用在电视接收系统中应用，而在很多电子产品都用到天 线，比如（对讲机、无线路由器、手机等），所以掌握天线的知识，对以后做别的无线产品 开发打下了很好基础，本次制作八木天线可以掌握无线通讯的原理和相关只是。关键词：八木天线一、设计说明：作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着 收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天

2、线也就没有了无线电通信。作为一款经典的 定向天线，八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛，它全称为“八木/宇田天 线”英文名YAGI,是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次， 在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。相对于基本的半波对称振子或者折合振子天 线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低 廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个 反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位 于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振

3、子加起来的数目 即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向 器，结构如图1 所示。主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无 源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的 金属横梁上。在无线通讯中八木天线占据了很重要的位置，对于我们刚刚进入无线电的初学者来说 掌握八木天线的原理和安装是非常必要的。二、系统规划传输方式：单向传输节目源 ：本系统电视节目包括无线电视和自办节目（一套）等。无线电视：通过八木天线接收到的信号送到电视机，收看电视机节目。示意图如下（图一）：（图一）自办节目：本系统自办节目采用DV

4、D播放或摄像机录制节目播放等方式。三、技术参数天线的性能直接影响电视机收看电视节目的质量重要因素，主要的技术参数有输入阻 抗、工作频率、天线增益及方向性等。A.输入阻抗在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为500,如果天线输入阻抗 也是500，那就达到了“匹配”，就能将天上的信号全部接收下来，所以在制作天线的时候一 定要注意阻抗匹配的问题。二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为670，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于 前者4倍，当加了引向器、反射器后，阻抗关系就变得复杂起来了，总的来说八木比仅有基 本振子的阻抗要低很多，且八木各单元间距大则阻抗高，反之阻抗变低，同时天线效率降低

5、。 有资料介绍，引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低，0.2-0.25时阻抗高，效率提高。 这是阻抗的变化范围约在5-200间。经典的折合振子八木天线的特性阻抗约为3000,（振子间距约四分之一波长）如常见的 电视接收天线。折合振子折合的间距狭窄时、或二分之一波长的“长边”直径大于那两个约四 分之一波长的“短边”的直径时,其输入阻抗较高。B工作频率满足天线各种性能规定参数的频率范围称为天线工作频带和带宽,它与天线的结构级 接收的频道有关，根据系统设计要求因此半波折合阵子天线的工作频率设置在尢=c/f , f = s,f= 可适应接收 1-2 个节目。根据王国强文章自制五单元400470MH

6、z天线。以上图为例。入 1 （低端波长）=3X108/400X106 = 750mm入 2 （高端波长）=3X108/470X106=638mm入0 （中心波长）入0 （中心波长）=692mm （中心频率为 433.6MHz）C.天线增益若要求接收12频道电视节目，希望天线增益G不低于8dB。根据确定的天线总增益值。找出要求的引向器的个数n。当振子数超过五个之后，其 增益增加得不多；十单元与五单元天线的增益相同，而在VHF频段，五单元天线比十单元 天线容易架设，因此，需要VHF频段的高增益天线时，可用五单元天线，因此本系统采用 的事五单元天线（五单元的增益范围是在911dB之间）。因此可以满足

7、电视节目个数的要求。根据我国电视频道频率划分表，可知，第11频（湖南卫视）道频率范围是207215MHz； 第12频道是215223MHz。先根据波长与频率的关系式计算所要接收的电视高频道高端波 长、低频道低端波长和它们的中心波长。低端波长入1=3X108/207*1061.449；高端波长入 2=3X108/223X1061.345；中心波长入01.397。其中 3X108米/秒为光速。天线的方向性八木天线 一种简便的方向性天线，它具有一个激励单，其他单元分别作为引向反 射用，它能在引向方向集聚能量形成波束。这种天线叫束射天线。典型的束射天线 是八木天线。八木天线的反射器和引向器吸收激励振子

8、辐射出的某些能量，然后再 辐射出去，形成一定的方向性。激励振子常用折叠偶极子，反射器的尺寸略长于1/2入; 弓向器的尺寸略短于1/2九间隔均约0.15入左右。八木天线的单元数量越多，其正 向增益越大，三单元的增益约7dB。在有线电视普及前，城市农村屋顶上的天线阵， 大都是八木天线。通过上面各种参数的分析本系统采用5单元。天线（物理参数）的选择确定引向器之间的距离。 若采用多个引向器，一般采用等间距的方案比较好，即每个引向器之间的距相等 但是，第一个引向器与馈电振子的间距dz l应取得小一些，如图三所示。dl= （0.150.40）入2=0.32米；dz l= （0.60.7） dl= 0.21

9、米（本系统分别采用的系数分别是0.23、 0.65）。式中入2,如果要同时接收几个相近频道，应为高频道高端波长。若 dl 取大的数值，优点：增益高，方向性尖锐；缺点：容易接收干扰信号，尺寸大。 采用多单元时，支撑复杂。确定反射器与馈电振子间距d r。dr= （0.150.23）入1 =0.29米。入1为低频道的低端波长。若 dr 取较大值，天线与馈线的阻抗匹配的频带较宽。受天线两侧干扰波的影响小。 缺点是，前、后辐射比小（所谓前、后辐射比，简单说 ，就是指天线主要接收方 向的最大灵敏度与天线后向60范围内接收灵敏度之比。前后辐射比，希望越大 越好）。一般在UHF和VHF频段均取dr=0.2入1

10、为宜。天线的总长度为L=2dl+d+dr=1.14米。复验增益G是否符合原定的要求。所谓增益，通俗地讲就是天线在主要接收方向上， 最大接收灵敏度。在完成上述工作之后，首先计算出L/入0的比值，其中入0=入1入2（入0 为几何平均波长）。再根据图3给出的天线总长与增益的关系，复核增益G是否符合要求。计算：L/入 0 = 0.816。我们是采用的是五单元（911dB），因此符合增益要求。图二引向器长度11的选择。引向器的长度选择有二个方案：各引向器的长度相等。其 优点是，整个频带内增益均匀；缺点是，工作频带覆盖系数较小（在UHF频段，这个 缺点不明显）。各引向器的长度，是自距离馈电振子最近的一根起

11、，逐个缩短的。因 计算比较复杂，这里不作介绍，可参考有关技术资料确定各引向器的尺寸。它的优点是 工作频带宽，高频道性能好。缺点是低频道增益低。因此使天线所覆盖的频带内增益不 均匀。实用中，以采用第一个方案的居多数。为了保证引向器在高频道仍然起作用，应 以高端波长计算其长度。11= （0.400.44）入2 =0.538米，一般当引向器的数目多于3 个以上，取l1=0.4入2。反射器长度 1r 的选择。为使反射器在低频道仍然起作用，应以低端波长计算反射器 长度。一般lr=（0.50.55）入1=0.7249米（采用的系数是0.5）。反射器所用振子越粗，系 数取值越大。馈电振子长度1和折合馈电振子

12、宽度B的选择o 1=0.95X0.5入0 = 0.6882米;B=(0.01 0.03)入0。当B0.03入0时，天线性能变差。通常在UHF频段，选B=0.03入0,在VHF 频段选B=0.02入0。本系统收看的电视节目是11频道因此在UHF波段所以采用的系数是0.03 B=0.04101 米。馈电振子接口宽度W选择。在VHF频段一般取W=35厘米；在UHF频段一般取 W=2厘米左右。振子直径的选择。在VHF频段，选用直径=812毫米的金属管；在UHF频段， 选用=36毫米的金属管。金属管材料，可以是合金铝管，铜管或铁管。对天线性能来说, 三者之间没有多大差别。主要取决于材料来源，另外应考虑天

13、线的架设以及风吹、日晒、雨 淋等防腐蚀问题。通过以上分析和有关计算本系统的参数见下表表二名称阻抗工作频率(入 0=c/f)天线增益天线的方向性 系数天线电缆技术参数300Q75Q433.6MHZ91 ldB=6dB材料选择：表三名称引向器有源振子反射器馈线支撑 架长度0.538 米1.366cm0.7249 米10m5m材料铜管同轴电缆木条价格50RMB15RMB5RMB4、安装安装时应注意下列几点：1反射器、引向器必须安装在同一个平面上。反射器和引向器可以固定在同一根金属 管上，但它们都必须与金属管垂直。2馈电振子必须与上述各金属管绝缘交接。为此，馈电振子可以先固定在厚纤维板或 木板上。然后把纤维板再固定到金属管架上。3支撑天线的总支架可用金属管，也可用其它材料。为了抗风吹，可用铅丝牵拉总支 架，但不可牵拉引向器、反射器和馈电振子。安装完毕的情况如图四。4.这种天线的馈电振子可与300 Q扁馈线直接相连。若用75 Q同轴馈线必须通过阻抗 变换才能与馈电振子连接。室外定向天线安装好以后，一般说来可以使用了。但是，如果有条件的话，为了获得 更加满意的效果，还应该进行调整。对窄