八木天線的設(shè)計(jì)方案

1、八 木 天 線 設(shè) 計(jì) 方 案指導(dǎo)老師：?jiǎn)挝?：長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院組員分工（見表一）：姓名丁、人湯莉邵亞京楊汝仁謝宇昉方、人飛徐維學(xué)號(hào)09073920303606任務(wù)技術(shù)技天線天線參數(shù)術(shù)制作調(diào)試設(shè)計(jì)文與檔布局背景分析：在當(dāng)今社會(huì)中天線不僅僅只是應(yīng)用在電視接收系統(tǒng)中應(yīng)用，而在很多電子產(chǎn)品都用到天 線，比如（對(duì)講機(jī)、無(wú)線路由器、手機(jī)等），所以掌握天線的知識(shí)，對(duì)以后做別的無(wú)線產(chǎn)品 開發(fā)打下了很好基礎(chǔ)，本次制作八木天線可以掌握無(wú)線通訊的原理和相關(guān)只是。關(guān)鍵詞：八木天線一、設(shè)計(jì)說(shuō)明：作為電磁換能元件，天線在整個(gè)無(wú)線電通信系統(tǒng)中位置十分重要，質(zhì)量好壞直接影響著 收發(fā)信距離的遠(yuǎn)近和通聯(lián)效果，可以說(shuō)沒有了天

2、線也就沒有了無(wú)線電通信。作為一款經(jīng)典的 定向天線，八木天線在HF、VHF以及UHF波段應(yīng)用十分廣泛，它全稱為“八木/宇田天 線”英文名YAGI,是由上世紀(jì)二十年代日本東北帝國(guó)大學(xué)的電機(jī)工程學(xué)教授八木秀次， 在與他的學(xué)生宇田新太郎研究短波束時(shí)發(fā)明的。相對(duì)于基本的半波對(duì)稱振子或者折合振子天 線，八木天線增益高、方向性強(qiáng)、抗干擾、作用距離遠(yuǎn)，并且構(gòu)造簡(jiǎn)單、材料易得、價(jià)格低 廉、擋風(fēng)面小、輕巧牢固、架設(shè)方便。通常八木天線由一個(gè)激勵(lì)振子（也稱主振子）、一個(gè) 反射振子（又稱反射器）和若干個(gè)引向振子（又稱引向器）組成，相比之下反射器最長(zhǎng)，位 于緊鄰主振子的一側(cè)，引向器都較短，并悉數(shù)位于主振子的另一側(cè)，全部振

3、子加起來(lái)的數(shù)目 即為天線的單元數(shù)，譬如一副五單元的八木天線就包括一個(gè)主振子、一個(gè)反射器和三個(gè)引向 器，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主振子直接與饋電系統(tǒng)相連，屬于有源振子，反射器和引向器都屬無(wú) 源振子，所有振子均處于同一個(gè)平面內(nèi)，并按照一定間距平行固定在一根橫貫各振子中心的 金屬橫梁上。在無(wú)線通訊中八木天線占據(jù)了很重要的位置，對(duì)于我們剛剛進(jìn)入無(wú)線電的初學(xué)者來(lái)說(shuō) 掌握八木天線的原理和安裝是非常必要的。二、系統(tǒng)規(guī)劃傳輸方式：?jiǎn)蜗騻鬏敼?jié)目源 ：本系統(tǒng)電視節(jié)目包括無(wú)線電視和自辦節(jié)目（一套）等。無(wú)線電視：通過(guò)八木天線接收到的信號(hào)送到電視機(jī)，收看電視機(jī)節(jié)目。示意圖如下（圖一）：（圖一）自辦節(jié)目：本系統(tǒng)自辦節(jié)目采用DV

4、D播放或攝像機(jī)錄制節(jié)目播放等方式。三、技術(shù)參數(shù)天線的性能直接影響電視機(jī)收看電視節(jié)目的質(zhì)量重要因素，主要的技術(shù)參數(shù)有輸入阻 抗、工作頻率、天線增益及方向性等。A.輸入阻抗在諧振狀態(tài)，天線如同一只電阻接在饋線端。常用饋線阻抗為500,如果天線輸入阻抗 也是500，那就達(dá)到了“匹配”，就能將天上的信號(hào)全部接收下來(lái)，所以在制作天線的時(shí)候一 定要注意阻抗匹配的問(wèn)題。二分之一波長(zhǎng)偶極天線的輸入阻抗約為670，二分之一波長(zhǎng)折合振子的輸入阻抗則高于 前者4倍，當(dāng)加了引向器、反射器后，阻抗關(guān)系就變得復(fù)雜起來(lái)了，總的來(lái)說(shuō)八木比僅有基 本振子的阻抗要低很多，且八木各單元間距大則阻抗高，反之阻抗變低，同時(shí)天線效率降低

5、。 有資料介紹，引向器與主振子間距0.15波長(zhǎng)時(shí)阻抗最低，0.2-0.25時(shí)阻抗高，效率提高。 這是阻抗的變化范圍約在5-200間。經(jīng)典的折合振子八木天線的特性阻抗約為3000,（振子間距約四分之一波長(zhǎng)）如常見的 電視接收天線。折合振子折合的間距狹窄時(shí)、或二分之一波長(zhǎng)的“長(zhǎng)邊”直徑大于那兩個(gè)約四 分之一波長(zhǎng)的“短邊”的直徑時(shí),其輸入阻抗較高。B工作頻率滿足天線各種性能規(guī)定參數(shù)的頻率范圍稱為天線工作頻帶和帶寬,它與天線的結(jié)構(gòu)級(jí) 接收的頻道有關(guān)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求因此半波折合陣子天線的工作頻率設(shè)置在尢=c/f , f = s,f= 可適應(yīng)接收 1-2 個(gè)節(jié)目。根據(jù)王國(guó)強(qiáng)文章自制五單元400470MH

6、z天線。以上圖為例。入 1 （低端波長(zhǎng)）=3X108/400X106 = 750mm入 2 （高端波長(zhǎng)）=3X108/470X106=638mm入0 （中心波長(zhǎng)）入0 （中心波長(zhǎng)）=692mm （中心頻率為 433.6MHz）C.天線增益若要求接收12頻道電視節(jié)目，希望天線增益G不低于8dB。根據(jù)確定的天線總增益值。找出要求的引向器的個(gè)數(shù)n。當(dāng)振子數(shù)超過(guò)五個(gè)之后，其 增益增加得不多；十單元與五單元天線的增益相同，而在VHF頻段，五單元天線比十單元 天線容易架設(shè)，因此，需要VHF頻段的高增益天線時(shí)，可用五單元天線，因此本系統(tǒng)采用 的事五單元天線（五單元的增益范圍是在911dB之間）。因此可以滿足

7、電視節(jié)目個(gè)數(shù)的要求。根據(jù)我國(guó)電視頻道頻率劃分表，可知，第11頻（湖南衛(wèi)視）道頻率范圍是207215MHz； 第12頻道是215223MHz。先根據(jù)波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系式計(jì)算所要接收的電視高頻道高端波 長(zhǎng)、低頻道低端波長(zhǎng)和它們的中心波長(zhǎng)。低端波長(zhǎng)入1=3X108/207*1061.449；高端波長(zhǎng)入 2=3X108/223X1061.345；中心波長(zhǎng)入01.397。其中 3X108米/秒為光速。天線的方向性八木天線 一種簡(jiǎn)便的方向性天線，它具有一個(gè)激勵(lì)單，其他單元分別作為引向反 射用，它能在引向方向集聚能量形成波束。這種天線叫束射天線。典型的束射天線 是八木天線。八木天線的反射器和引向器吸收激勵(lì)振子

8、輻射出的某些能量，然后再 輻射出去，形成一定的方向性。激勵(lì)振子常用折疊偶極子，反射器的尺寸略長(zhǎng)于1/2入; 弓向器的尺寸略短于1/2九間隔均約0.15入左右。八木天線的單元數(shù)量越多，其正 向增益越大，三單元的增益約7dB。在有線電視普及前，城市農(nóng)村屋頂上的天線陣， 大都是八木天線。通過(guò)上面各種參數(shù)的分析本系統(tǒng)采用5單元。天線（物理參數(shù)）的選擇確定引向器之間的距離。 若采用多個(gè)引向器，一般采用等間距的方案比較好，即每個(gè)引向器之間的距相等 但是，第一個(gè)引向器與饋電振子的間距dz l應(yīng)取得小一些，如圖三所示。dl= （0.150.40）入2=0.32米；dz l= （0.60.7） dl= 0.21

9、米（本系統(tǒng)分別采用的系數(shù)分別是0.23、 0.65）。式中入2,如果要同時(shí)接收幾個(gè)相近頻道，應(yīng)為高頻道高端波長(zhǎng)。若 dl 取大的數(shù)值，優(yōu)點(diǎn)：增益高，方向性尖銳；缺點(diǎn)：容易接收干擾信號(hào)，尺寸大。 采用多單元時(shí)，支撐復(fù)雜。確定反射器與饋電振子間距d r。dr= （0.150.23）入1 =0.29米。入1為低頻道的低端波長(zhǎng)。若 dr 取較大值，天線與饋線的阻抗匹配的頻帶較寬。受天線兩側(cè)干擾波的影響小。 缺點(diǎn)是，前、后輻射比小（所謂前、后輻射比，簡(jiǎn)單說(shuō) ，就是指天線主要接收方 向的最大靈敏度與天線后向60范圍內(nèi)接收靈敏度之比。前后輻射比，希望越大 越好）。一般在UHF和VHF頻段均取dr=0.2入1

10、為宜。天線的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2dl+d+dr=1.14米。復(fù)驗(yàn)增益G是否符合原定的要求。所謂增益，通俗地講就是天線在主要接收方向上， 最大接收靈敏度。在完成上述工作之后，首先計(jì)算出L/入0的比值，其中入0=入1入2（入0 為幾何平均波長(zhǎng)）。再根據(jù)圖3給出的天線總長(zhǎng)與增益的關(guān)系，復(fù)核增益G是否符合要求。計(jì)算：L/入 0 = 0.816。我們是采用的是五單元（911dB），因此符合增益要求。圖二引向器長(zhǎng)度11的選擇。引向器的長(zhǎng)度選擇有二個(gè)方案：各引向器的長(zhǎng)度相等。其 優(yōu)點(diǎn)是，整個(gè)頻帶內(nèi)增益均勻；缺點(diǎn)是，工作頻帶覆蓋系數(shù)較小（在UHF頻段，這個(gè) 缺點(diǎn)不明顯）。各引向器的長(zhǎng)度，是自距離饋電振子最近的一根起

11、，逐個(gè)縮短的。因 計(jì)算比較復(fù)雜，這里不作介紹，可參考有關(guān)技術(shù)資料確定各引向器的尺寸。它的優(yōu)點(diǎn)是 工作頻帶寬，高頻道性能好。缺點(diǎn)是低頻道增益低。因此使天線所覆蓋的頻帶內(nèi)增益不 均勻。實(shí)用中，以采用第一個(gè)方案的居多數(shù)。為了保證引向器在高頻道仍然起作用，應(yīng) 以高端波長(zhǎng)計(jì)算其長(zhǎng)度。11= （0.400.44）入2 =0.538米，一般當(dāng)引向器的數(shù)目多于3 個(gè)以上，取l1=0.4入2。反射器長(zhǎng)度 1r 的選擇。為使反射器在低頻道仍然起作用，應(yīng)以低端波長(zhǎng)計(jì)算反射器 長(zhǎng)度。一般lr=（0.50.55）入1=0.7249米（采用的系數(shù)是0.5）。反射器所用振子越粗，系 數(shù)取值越大。饋電振子長(zhǎng)度1和折合饋電振子

12、寬度B的選擇o 1=0.95X0.5入0 = 0.6882米;B=(0.01 0.03)入0。當(dāng)B0.03入0時(shí)，天線性能變差。通常在UHF頻段，選B=0.03入0,在VHF 頻段選B=0.02入0。本系統(tǒng)收看的電視節(jié)目是11頻道因此在UHF波段所以采用的系數(shù)是0.03 B=0.04101 米。饋電振子接口寬度W選擇。在VHF頻段一般取W=35厘米；在UHF頻段一般取 W=2厘米左右。振子直徑的選擇。在VHF頻段，選用直徑=812毫米的金屬管；在UHF頻段， 選用=36毫米的金屬管。金屬管材料，可以是合金鋁管，銅管或鐵管。對(duì)天線性能來(lái)說(shuō), 三者之間沒有多大差別。主要取決于材料來(lái)源，另外應(yīng)考慮天

13、線的架設(shè)以及風(fēng)吹、日曬、雨 淋等防腐蝕問(wèn)題。通過(guò)以上分析和有關(guān)計(jì)算本系統(tǒng)的參數(shù)見下表表二名稱阻抗工作頻率(入 0=c/f)天線增益天線的方向性 系數(shù)天線電纜技術(shù)參數(shù)300Q75Q433.6MHZ91 ldB=6dB材料選擇：表三名稱引向器有源振子反射器饋線支撐 架長(zhǎng)度0.538 米1.366cm0.7249 米10m5m材料銅管同軸電纜木條價(jià)格50RMB15RMB5RMB4、安裝安裝時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：1反射器、引向器必須安裝在同一個(gè)平面上。反射器和引向器可以固定在同一根金屬 管上，但它們都必須與金屬管垂直。2饋電振子必須與上述各金屬管絕緣交接。為此，饋電振子可以先固定在厚纖維板或 木板上。然后把纖維板再固定到金屬管架上。3支撐天線的總支架可用金屬管，也可用其它材料。為了抗風(fēng)吹，可用鉛絲牽拉總支 架，但不可牽拉引向器、反射器和饋電振子。安裝完畢的情況如圖四。4.這種天線的饋電振子可與300 Q扁饋線直接相連。若用75 Q同軸饋線必須通過(guò)阻抗 變換才能與饋電振子連接。室外定向天線安裝好以后，一般說(shuō)來(lái)可以使用了。但是，如果有條件的話，為了獲得 更加滿意的效果，還應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整。對(duì)窄