常見八木天線的設計

【摘 要】介紹八木天線的基本設計原理，設計思路，各關鍵指標的確認。滿足初學者對八木天線設計知識的初步需求。

【關鍵詞】八木天線基本特性；原理；設計

1.八木天線的基本特性

八木天線又稱為引向天線或波渠天線，由一個有源振子與若干無源振子組成。有源振子與饋線直接相連，引向器和反射器都是無源振子。有源振子被饋電后在空問產生電磁波，通過耦合在無源振子上產生感應電流并發生輻射。改變振子長度與問距時，無源振子上感應電流的幅度和相位也隨著變化，適當的調整各振子的長度與間距，就可獲得良好的方向圖、阻抗等電氣指標。若無源振子與有源振子的問距小于λ/4，長度短于有源振子時，方向圖指向無源振子一側，相應的無源振子稱為引向器，比有源振子長的無源振子稱為反射器。八木天線具有結構簡單、饋電方便、制作簡便等突出優點，廣泛用于米波、分米波波段的通信、雷達、電視及其它無線電設備中。八木天線缺點是調整較難，頻段較窄，一般在5%以內。

2.八本天線的設計

根據給定的電氣指標：增益、波瓣寬度、副瓣電平、前后輻射比、輸入端駐波比以及工作帶寬等設計天線時，設計任務是確定振子單元數目N，反射器、引向器、有源振子的尺寸和相對位置等，最后要驗證是否滿足規定的電氣指標。天線的指標在工作頻帶的低端容易達到，而在高端變化較快，因此設計頻率通常選為高于中心頻率。天線的各部分對各項指標的影響程度不同，有時某些指標之問存在著矛盾，因此設計過程中要折衷處理。

2.1單元數目N的確定

振子數目N主要根據增益或方向性系數來確定。由于八本天線的效率一般達90%以上，因此增益近似等于方向性系數。八木天線是慢波結構的行波天線，因此它的增益可用行波天線公式計算，即G≈10L/λ。

根據增益要求先確定天線總長L/λ，然后利用引向器和反射器常用的間距確定N，或者由經驗數據直接選擇N。圖1的曲線是從大量的實測數據綜合出來的，其中圖1是天線增益G與N的關系曲線，由G確定N。

通常引向器的振子數目為6～12比較適宜，若再增加引向器數目對提高增益沒有顯著效果。對于更高的增益要求，可使用八木天線陣列來實現。通常認為單個八木天線總長取L≈（3～3.5）λ，甚至有時為了使天線結構緊湊，陣列中八木天線單元增益限制在10dB左右。

2.2引向器

引向器是八木天線的關鍵部分，對天線增益、后向輻射、輸入阻抗等都有明顯的影響。確定N之后，引向器數目N-2亦確定了，再出L/λ便可求出問距d。間距大一些較為有利，但當d>0.4λ后增益會下降。一般取值范圍為d=（0.15～0.4）λ。d較大時，波瓣較窄，輸入阻抗頻率響應較平穩，但副瓣較大；d較小時，副瓣電平較低，抗干擾性能較強，而增益差一些。因此，若照顧前者可取d≈0.3λ；強調后者可取d≤0.2λ。不管哪種情況，第一個引向器振子與有源振子的間距d01應取小一點，一般為d01=（0.6～0.7）d，這時增益略有增加。表1提供了選擇間距的參考數據。采用表中的數據，配合適當的振子長度，獲得的天線增益與圖1及圖2所示的數據相差不超過ldB。

確定引向器振子長度有兩種方案，第一種方案是采用等長度的無源振子，是實際常采用的方案，長度取鎮范圍為2ln=（0.38～0.44）λ，這種方案使加工和調整簡便，但是頻帶較窄。第二種方案是采用不等長度的引向器，先取第—個引向器長2l1=0.46λ其它振子長度隨序號增加按2%-3%的縮短系數遞減，這種方案組成的天線頻帶較寬，但加工和調整麻煩。

引向器振子的排列可以是等長度、等均勻分布，也可以是不等長度和不等問距的非均勻排列。

主要電性能：

f：824～960MHz G=9～12dBi HPBWH=57°～40° HPBWE=47°～35° VSWR≤1.5。

該產品采用不等直徑部分折合振子作為有源振子，使有源折合振子的阻抗大于4：1，補償了由于無緣振子使八木天線輸入阻抗的減少，以達到寬帶匹配。采用λg/2U型管巴倫完成4：1阻抗變換及不平衡—平衡變換，具有結構簡單、成本低的有點。

3.結束語

以上簡單的介紹了八木天線的基本參數的設計方法，并實際舉例一款天線的具體指標參數，希望能為相關人員提供幫助。

【參考文獻】

[1]許海堤，傅光.一種八木天線的優化設計方法[J].現代電子技術，2013（22）.