1、八木天線設(shè)計(jì) Peter P. Viezbicke BG6ABP譯內(nèi)容1、介紹12、測量方法13、結(jié)果13.1反射器間距對天線增益的影響23.2 不同的等長度引向器和間距對不同長度八木天線增益的影響23.3不同直徑和長度的引向器對天線增益的影響63.4寄生元為最佳尺寸時橫梁的尺寸對天線的影響63.5間距和分層對可實(shí)現(xiàn)的增益的影響64、設(shè)計(jì)八木天線165、結(jié)論216、感謝217、參考資料21表格和圖列表表1六種不同的八木天線的寄生元的最佳長度7圖1半波對稱振子和反射器在不同間距單元間距下的增益3長的天線的三個反射單元的安排3長的天線的三角形健分布的反射器的安裝4長引向器下與不同等單元間距的關(guān)系4

2、長引向器下與不同等單元間距的關(guān)系5長引向器下與不同等單元間距的關(guān)系5圖7不同長度八木天線的增益比較，以顯示最大增益下的引向器最佳長度與最佳的統(tǒng)一引向器長度之間的關(guān)系8的八木天線增益8圖9顯示單元直徑波長比與單元長度的不同關(guān)系的不同天線的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)9圖10橫梁對天線單元長度的影響10圖11層疊型八木天線陣間距與增益的函數(shù)關(guān)系11的層疊組合組成的天線陣的水平距離與增益的函數(shù)關(guān)系11的方向圖12天線的方向圖12天線的方向圖12天線的方向圖13天線的方向圖14天線的方向圖14天線的方向圖15圖20例1中計(jì)算各單元長度時設(shè)計(jì)曲線的使用18圖21例2中計(jì)算各單元長度時設(shè)計(jì)曲線的使用20八木天線設(shè)計(jì)此報(bào)告使用

3、建模的技巧，給出不同長度八木天線的最佳設(shè)計(jì)方案。為了便于設(shè)計(jì)天線的實(shí)際長度長頻率范圍適用于HF、VHF和UHF這些資料都以圖形數(shù)據(jù)的形式給出。我們也研究過在不同天線參數(shù)對可實(shí)現(xiàn)的增益的影響，其結(jié)果也在本文中給出。最后，為獲得更高增益的兩副或更多天線的層疊結(jié)合天線陣的輔助數(shù)據(jù)我們也在本文中給出。關(guān)鍵字：天線、引向器、驅(qū)動單元、增益、方向圖、反射器、八木天線。1 介紹八木宇田天線1（通常稱為八木天線）是H.八木博士和S.宇田教授于1926年發(fā)明的。八木天線通常由一定數(shù)目的引向器和反射器組成，當(dāng)它們適當(dāng)?shù)匕惭b在支撐梁上時，可以增加天線在某個方向上的輻射強(qiáng)度。自從八木天線誕生以來，就出現(xiàn)了大量有關(guān)八木

4、天線的分析、設(shè)計(jì)以及使用的報(bào)告2、3、4、5、6、7、8、9。然而，似乎很少有關(guān)于寄生元直徑、單元長度、單元間距、支撐梁的影響、多反射器以及總長度對增益的影響的報(bào)道。本報(bào)告給出了由國家標(biāo)準(zhǔn)局所作出的有關(guān)以上各方面的大量的測量結(jié)果，這些結(jié)果均以圖形數(shù)據(jù)的形式給出，以方便天線的設(shè)計(jì)從而獲得最大的增益。此外，我們也給出了層疊型天線（一副天線在另一副天線的上方）的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。天線的增益是基于與測試的八木天線有相同離地調(diào)試的水平對稱振子天線的分貝數(shù)（dB）。2 測量方法（略）3 結(jié)果本次實(shí)驗(yàn)研究的測量結(jié)果均以圖形數(shù)據(jù)的形式給出，我們的用意是為大家提供一種設(shè)計(jì)實(shí)際的天線并獲得最高增益的簡單的方法。這些測試的

5、目的在于獲得以下數(shù)據(jù)：a反射器間距對天線增益的影響b不同的等長度引向器的間距和數(shù)量對八木天線增益的影響c不同直徑和長度的引向器對天線增益的影響d寄生元為最佳尺寸時橫梁的尺寸對天線的影響e間距和分層對天線增益的影響f不同天線的方向圖3.1 反射器間距對天線增益的影響本文涉及的實(shí)驗(yàn)的天線的橫梁都是用樹脂玻璃做的材料，安裝在離地面3高。除了在3.3和3.4節(jié)中指出的例外，所有寄生元都是用直徑為0.63cm（1/4寸）的鋁管做成。八木天線的驅(qū)動單元和參考的半波對稱振子天線均采用半波長折合振子，使用雙支節(jié)匹配到50。在以后的測量中一直采用此反射器與對稱振子的間距。然而，對不同參數(shù)的天線反射器的長度均作了

6、優(yōu)化以獲得最大增益。我們采用圖2所示的反射器設(shè)置又獲得了0.75dB的額外增益。長的八木天線中采用了這樣的安排，其它長度的天線也應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)相似的優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖3為實(shí)驗(yàn)中的一副天線。長八木天線。我們分別測試了不同的反射器形狀：全面反射表面、拋物面和角狀反射器。另外，我們也把不同形狀的表面放置在驅(qū)動單元后的不同距離以作測試。在測試過的組合中，圖2所示的那個獲得了高于單一反射器最多的增益。3.2 不同的等長度引向器的間距和數(shù)量對八木天線增益的影響本節(jié)涉及的測量均使用前面提到的絕緣橫梁。驅(qū)動單元為（0.25inch=0.63cm）。天線的長度從驅(qū)動單元到最遠(yuǎn)的引向器。所有情況下的反射器都是固定的。雖然我

7、們做過很多的測量，我們只給出能顯示該參數(shù)對增益有影響的結(jié)果和相關(guān)的圖表。時，天線的增益隨長度增大到約10長天線的約增加1.5dB遞增。表1給出了不同長度天線的最佳參數(shù)。3.3 不同直徑和長度的引向器對天線增益的影響長天線做的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果曲線。和預(yù)計(jì)的一樣，不同組合下的最大增益沒有改變。直徑較大的單元在較短的長度下獲得最大增益，直徑較小的單元在相對較長的長度下獲得最大增益。我們對不同長度的天線進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，并把記錄這種效應(yīng)的一系列測量結(jié)果在圖9中給出。這些數(shù)據(jù)提供了八木天線的基本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且只要單元直徑和波長的比d/滿足圖中所示的范圍，此標(biāo)準(zhǔn)在一個很寬的頻率范圍中都有效。3.4 寄生元為最佳尺寸時

8、橫梁的尺寸對天線的影響我們采用過圓形和方形的支撐梁以測出橫梁的直徑對寄生元為最佳尺寸時的天線的影響。圓形和方形的支撐梁的結(jié)果十分相近。圓形支撐梁對寄生元的修正曲線在圖10中給出。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用來對最后的天線設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。3.5 間距和分層對天線增益的影響如圖11所示，當(dāng)一副天線層疊在另一副天線的上方或側(cè)面時，天線可得到額外的增益。不單是增益提高了，波束也因應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)而變窄了。圖11（A）顯示了層疊天線（一副在另一副上方）的影響。這種相互影響在兩副七單元天線間和兩副十五單元天線間是相似的。在短間距情況下時實(shí)現(xiàn)了。長的天線能獲得19.6dB的增益，如圖12所示。3.6 不同天線的方向圖不同設(shè)計(jì)

9、天線的E面（水平面）和H面（豎直面）的方向圖見圖13到圖19。最簡單的八木天線（有一個反射器和一個驅(qū)動單元組成）見圖13。3dB E面和H面寬度分別為66°和111°長天線的波束寬度分別為57°和72°，見圖14。E面的前向和側(cè)向比為24dB，而前后比只有8dB。長天線的E面和H面3dB寬度分別為48°和56°，見圖15。E面的前側(cè)比與三單元天線差不多，但前后比改善了不少，為15dB。在圖16到19所示的六、十二、十七和十五單元天線中，波束寬度和預(yù)想一樣大大地減小，而增益則增加了。4 設(shè)計(jì)八木天線參考圖9可以簡化天線尺寸的設(shè)計(jì)并獲得最

10、大的增益。這些數(shù)據(jù)都是從400MHz的不同直徑的模型中推出的。我們只給出了對使用者設(shè)計(jì)0.4、0.8、1.2、2.2、3.2、4.2倍于波長長度的天線并獲得相應(yīng)的7.1、9.2、10.2、12.3、13.4、14.2dB增益有用的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)八木天線時，以下基本資料是必須的，當(dāng)然，這取決于個人的要求。1、 工作頻率f（波長）2、 要達(dá)到的增益G（dB）3、 寄生元（引向器和反射器）直徑d/4、 支撐梁直徑D/在工作波長或頻率下各單元和支撐梁的直徑也應(yīng)仔細(xì)考慮。在頻率較高的波段，可以選用直徑較小且較輕的材料；而在低頻上則要考慮選用更大更重的材料以利于支撐。另外還要注意的是，選定的單元直徑與波長比應(yīng)

11、滿足圖中的要求。長的天線，設(shè)計(jì)增益為相對于半波對稱振子天線高9.2dB。各單元應(yīng)使用直徑為2.54cm（1英寸）的鋁管，支撐梁用直徑為5.08cm（2英寸）的鋁管。假設(shè)：頻率：50.1MHz，=597cm d/ D/=119cm=478cm（譯者注：此例子的過程按天線理論分析與設(shè)計(jì)C.A.巴拉尼斯注鐘順時、任凱湘譯本電子工業(yè)出版社出版下冊38頁）第一步：根據(jù)表1，所設(shè)計(jì)的陣列將總共有五個單元（三個引向器、一個反射器和一個饋電器）。對d/=0.0085，最佳長度將是表1第二行中所示的值（l3=l5，l4，l1）。天線總長為L=(0.6+0.2) ?，F(xiàn)在需求d/=0.00424時寄生元的最佳長度。第二步：在圖9中畫出表1給出的最佳長度（），并用圓點(diǎn)標(biāo)出它們。第三步：在圖9上畫一垂線通過d/=0.00424，交曲線B于引向器未補(bǔ)償長度處和反射器長度處。用×標(biāo)記這些點(diǎn)。第四步：用分規(guī)沿引向器曲線B量出點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離。沿曲線B，從其上由第三步建立的標(biāo)有×的點(diǎn)起，向下移動上述距離，確定未補(bǔ)償?shù)拈L度。這樣，在f=50.1MHz時陣列未補(bǔ)償支桿影響的長度是：。故單元最后長度應(yīng)為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是利用