关于八木天线的原理和自制教程的分享

八木天线是由一个有源振子(一般用折合振子)、一个无源反射器和若干个无源引向器平行排列而成的端射式天线。在二十世纪20年代,由日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明了这种天线,被称为"八木宇田天线",简称"八木天线"。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。八木天线由一个有源振子(一般用折合振子)、一个无源反射器和若干个无源引向器平行排列而成的端射式天线。在二十世纪20年代,由日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明了这种天线,被称为“八木宇田天线”,简称“八木天线”。本文首先介绍了八木天线的原理,其次阐述了自制八木天线的过程,具体的跟随小编一起来了解一下吧。
关于八木天线的原理和自制教程的分享
八木天线的原理
  
八木天线定向工作的原理,可依据电磁学理论进行详尽地数学推导,但是比较繁琐复杂,普通读者也不易理解,这里只做定性的简单分析:我们知道,与天线电气指标密切相关的是波长λ,长度略长于λ/4整数倍的导线呈电感性,长度略短于λ/4整数倍的导线呈电容性。
  
由于主振子L采用长约λ/2的半波对称振子或半波折合振子,在中心频点工作时处于谐振状态,阻抗呈现为纯电阻,而反射器A比主振子略长,呈现感性,假设两者间距a为λ/4,以接收状态为例,从天线前方某点过来的电磁波将先到达主振子,并产生感应电动势ε1和感应电流I1,再经λ/4的距离后电磁波方到达反射器,产生感应电动势ε2和感应电流I2,因空间上相差λ/4的路程,故ε2比ε1滞后90°,又因反射器呈感性I2比ε2滞后90°,所以I2比ε1滞后180°,反射器感应电流I2产生辐射到达主振子形成的磁场H2又比I2滞后90°,根据电磁感应定律H2在主振子上产生的感应电动势ε1‘比H2滞后90°,也就是ε1比ε1滞后360°,即反射器在主振子产生的感应电动势ε1‘与电磁信号源直接产生的感应电动势ε1是同相的,天线输出电压为两者之和。
 
同理可推导出,对天线后方某点来的信号,反射器在主振子产生的感应电动势与信号直接产生的感应电动势是反相的,起到了抵消输出的作用。而引向器B、C、D等都比主振子略短,阻抗呈容性,假定振子间距b、c、d也等于λ/4,按上述方法也可推出引向器对前方过来的信号起着增强天线输出的作用。综上所述,反射器能够有效消除天线方向图后瓣,并和引向器共同增强天线对前方信号的灵敏度,使天线具有了强方向性,提高了天线增益。对于发射状态,推导过程亦然。实际制作过程中,通过缜密设计和适当调整各振子的长度及其间距,就能获得工作在不同中心频点、具有一定带宽、一定阻抗值和较好端射方向图的八木天线。
 
八木天线制作过程
  
八木天线结构如图1所示,它由一个有源振子,一个反射器和若干根引向器组成。其中稍长于有源振子的反射器起反射能量作用,较有源振子稍短的引向器起引导能量的作用。有源振子两侧的反射器和引向器使原来的双向辐射变成单向辐射,以提高天线的增益。八木天线结构简单、馈电方便,具有较高的增益,广泛应用于VHF/UHF频段。
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1、天线尺寸
  
八木天线的单元数目、长度及各单元间距对天线的增益、前后辐射比及带宽等指标都有很大的影响。八木天线尺寸的理论计算比较复杂,多数情况下是利用一些近似公式、经验数据进行初步选取,或者在一个成品天线基础上进行修改,然后通过实验,反复调整好后再最后确定相关数据。
  
八木天线尺寸的确定需要从天线各项性能指标中折衷考虑。本天线反射器的长度取35 cm(0.5λ,波长λ=70cm),三根引向器的长度相等,都取31cm(0.44λ),有源振子的长度暂取34cm(0.486λ),实际长度还要在天线调整中确定。
  
引向器的间距选取有变间距和等间距二种。各单元间距可在0.1λ到0.34入之间选取。引向器的间距取值大时,天线增益高;间距小时,天线的频带特性好。本天线引向器的间距取值0.2λ。要注意的是第一根引向器与有源振子之间的间距要小一些,一般为0.14λ。反射器与有源振子的间距也为0.2λ。天线各单元长度及间距见表1。
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