微波技術(shù)與天線八木天線設(shè)計(jì)綜述

1、課設(shè)報(bào)告課程名稱： 微波技術(shù)與天線課設(shè)題目： 八木天線的仿真設(shè)計(jì)課設(shè)地點(diǎn)：專業(yè)班級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：目錄1、設(shè)計(jì)摘要2、設(shè)計(jì)原理3、八木天線參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要求4、八木天線的 HFSS10仿真（ 1 ）建立模型（ 2 ）確認(rèn)設(shè)計(jì)（3） S 參數(shù)（反射參數(shù)） （ 4）2D輻射遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)方向圖 （ 5） 3D Polar5、仿真結(jié)果分析6、實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題7、心得體會(huì)設(shè)計(jì)摘要八木天線又稱引向天線，它由一個(gè)有源振子及若干無(wú)源振子組成的線形端射天線。其 結(jié)構(gòu)示意圖如下， 在無(wú)源振子中較長(zhǎng)的一個(gè)為反射器， 其余的均為引向器， 它被廣泛應(yīng)用于 米波、分米波波段的通信、雷達(dá)、電視、及其它無(wú)線電系統(tǒng)中。六元

2、八木天線示意圖八木天線中，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， 以提高八木天線的輸入阻抗，以便和饋電線匹配。主要作用是提高輻射能量。無(wú)源振 子是若干孤立的金屬桿，它與饋線和有源振子不直接相連，作用是使輻射的能量集中 到天線的端向。二、設(shè)計(jì)原理：八木天線的工作原理是：有源振子被饋電后，向空間輻射電磁波，使無(wú)源振子 中的產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而也產(chǎn)生輻射。改變無(wú)源振子的長(zhǎng)度及其與有源振子之間的距 離，無(wú)源振子上的感應(yīng)電流的幅度和相位也隨著改變，從而影響有源振子的方向圖。 若無(wú)源振子與有源振子之間的距離小于 /4 ，無(wú)源振子比有源振子短時(shí)，整個(gè)電磁波能量將在無(wú)源振子方向增強(qiáng)；無(wú)源振子

3、比有源振子長(zhǎng)時(shí)，將在無(wú)源振子方向減弱。比 有源振子稍長(zhǎng)一點(diǎn)的稱反射器，它在有源振子的一側(cè)，起著消弱從這個(gè)方向傳來(lái)的電 波或從本天線發(fā)射去的電波的作用；比有源振子略短的稱引向器，它位于有源振子的 另一側(cè)，它能增強(qiáng)從這一側(cè)方向傳來(lái)的或向這個(gè)方向發(fā)射出去的電波。通常反射器的 長(zhǎng)度比有源振子長(zhǎng) 4% 5%,而引向器可以有多個(gè)， 第 1 4 個(gè)引向器的長(zhǎng)度通常比有源 振子順序遞減 2% 5%。本設(shè)計(jì)就是基于八木天線的基本理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)六元八木天線。三、八木天線參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要求根據(jù)上述八木天線基本理論的介紹，我們可以知道引向器越多，方向越尖銳、 增益越高，但實(shí)際上超過(guò)四、五個(gè)引向器之后，這種 “

4、好處 ”增加就不太明顯了，而體 積大、自重增加、對(duì)材料強(qiáng)度要求提高、成本加大等問(wèn)題卻漸突出。通常情況下有一 副五單元八木（即有三個(gè)引向器，一個(gè)反射器和一個(gè)有源振子）就夠用了。因此，我 們選用了一個(gè)比較合適的參數(shù)范圍，其參數(shù)如下： 其工作頻率為f=300MHz ；1，參數(shù)的選擇： =c/f=1m ；2lref=0.5 ， 2ldri=0.47 ， 2l1=2l2=2l3=2l4=0.43 ；Ddri=0.3 ， d1=d2=d3=0,30 ， dref=0.25 ； 振子直徑 2a=0.0052 。2，設(shè)計(jì)要求：S 曲線，并繪利用 HFS10 仿真軟件對(duì)此組數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，并分析其遠(yuǎn)輻射場(chǎng)特性以及

5、 制其方向圖。四、八木天線的 HFSS10仿真1，建立模型：模型細(xì)節(jié)：八木天線實(shí)物仿真2，確認(rèn)設(shè)計(jì)：確認(rèn)設(shè)計(jì)3、S 參數(shù)（反射參數(shù)）：54、2D輻射遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)方向圖（ 1）phi=0deg 時(shí)：62) phi=90deg 時(shí)：3) phi=180deg 時(shí)：5、3D Polar ：7五、仿真結(jié)果分析可知，天線工作的諧振頻率在 550MHz 附近，與實(shí)際設(shè)計(jì)要求 f=300MHz 有一定 的偏差。在實(shí)驗(yàn)中已知振子直徑 2a=0.0052m 。為了實(shí)現(xiàn)八木天線與同軸線之間的阻抗匹 配。通過(guò)添加了附加平衡段平衡器 balun 來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。在以上工程中 balun 的半 徑 r=0.0037m, 長(zhǎng)度

6、 l=0.25m 。六、實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題：1、 建模出錯(cuò)：第一次建模時(shí)未能正確畫(huà)出讓 Arm_2 與 Balun 連接的 L1 與 L2 。讓我在空歡 喜的等待了 2 小時(shí)的，建模的結(jié)果當(dāng)然也是不符合要求。其反射系數(shù)曲線和 2D 輻射遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖如下： （雖然在 425MHz 時(shí)，衰減到了 10dB 以下，但是由于其工 作頻帶過(guò)窄，不能正常工作，不符合要2）修改模型以后（未修改U2 半徑）。9反射系數(shù)曲線圖如下： （不符合要求）七、心得體會(huì)當(dāng)初選擇八木天線作為自己的課設(shè)題目時(shí)， 以為工作量再大， 那又能大到哪里去。 結(jié)果， 在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中， 也體會(huì)到了做八木天線的難度。 建模其實(shí)沒(méi)什么難度，難的是在每 次修改平衡器 Balun 的半徑 r 以后，一運(yùn)行就得等上 3 小時(shí)左右。而且修改半徑以后也不能 確定結(jié)果是否符合要求。 不過(guò)，在不斷地修改與嘗試過(guò)程中， 我對(duì)八木天線和仿真軟件 HFSS 也有了更多的認(rèn)識(shí)， 比如總結(jié)了一下一些常用快捷鍵， 如：Ctrl+D: 最佳角度觀看模型； Shift+ 鼠標(biāo)：水平移動(dòng)模型； Alt+ 鼠標(biāo)：旋轉(zhuǎn)模型； Shift+Alt+ 鼠標(biāo)：放大縮小模型； Alt+ 雙擊坐標(biāo) 軸：