八木天線基本原理
1 、天線的重要性 天線作為一種電磁換能器元件，其在整個(gè)無(wú)線電通信系統(tǒng)中的位置十分重要。質(zhì)量的好壞直接影響到發(fā)射和接收的距離和效果。換句話說(shuō)，沒(méi)有天線就沒(méi)有無(wú)線電通信。 2、什么是八木天線 八木天線是由一個(gè)有源振子(一般用折合振子)、一個(gè)無(wú)源反射器和若干個(gè)無(wú)源引向器平行排列而成的端射式天線。在二十世紀(jì)20年代，由日本東北大學(xué)的八木秀次和宇田太郞兩人發(fā)明了這種天線，被稱為"八木宇田天線"，簡(jiǎn)稱"八木天線"。 八木天線也叫做“引向天線”、“八木宇田天線”（Yagi-Uda antenna）、“寄生天線”，是一種定向天線。 3、八木天線的基本特性 八木天線由一個(gè)有源振子與若干無(wú)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(wú)源振子。 有源振子被饋電后在空間產(chǎn)生電磁波，通過(guò)耦合在無(wú)源振子上產(chǎn)生感應(yīng)電流并發(fā)生輻射。改變振子長(zhǎng)度與間距時(shí)，無(wú)源振子上感應(yīng)電流的幅度和相位也隨著變化，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整各振子的長(zhǎng)度與間距，就可獲得良好的方向圖、阻抗等電器指標(biāo)。若無(wú)源振子與有源振子的間距小于λ/4，長(zhǎng)度短與有源振子時(shí)，方向圖指向無(wú)源振子一側(cè)，相應(yīng)的無(wú)源振子稱為引向器，比有源振子長(zhǎng)的無(wú)源振子稱為反射器。 八木天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、饋電方便、制作簡(jiǎn)便等突出優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于米波、分米波波段的通信、雷達(dá)、電視及其他無(wú)線電設(shè)備中。 八木天線的缺點(diǎn)是調(diào)整較難，頻段較窄，一般在5%以內(nèi)。 4、八木天線的設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的電器指標(biāo)：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(shè)計(jì)天線時(shí)，設(shè)計(jì)任務(wù)是確定振子單元數(shù)目N,反射器、引向器、有源振子的尺寸和響應(yīng)位置等，之后要驗(yàn)證是否滿足規(guī)定的電氣指標(biāo)。 天線的指標(biāo)在工作頻帶的低端容易達(dá)到，而在高端變化較快，因此設(shè)計(jì)頻率通常選為高于中心頻率。天線的各部分對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響程度不同，有時(shí)某些指標(biāo)之間存在著矛盾，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中藥折中處理。 5、單元數(shù)目N的確定 振子數(shù)目N主要根據(jù)增益或方向性系數(shù)來(lái)確定。由于八木天線的效率一般達(dá)90%以上，一次增益近似等于方向性系數(shù)。八木天線是慢波結(jié)構(gòu)的行波天線，因此它的增益可用行波天線公式計(jì)算，即G≈10L/λ。 根據(jù)增益要求先確定天線總長(zhǎng)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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接選擇N。通常引向器的振子數(shù)目為6~12比較適宜，若再增加引向器數(shù)目對(duì)提高增益沒(méi)有顯著效果。對(duì)于更高的增益要求，可食用八木天線陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常認(rèn)為單個(gè)八木天線總長(zhǎng)取L≈（3~3.5）λ，甚至有時(shí)為了 使天線結(jié)構(gòu)緊湊，陣列中八木天線單元增益限制在10dB左右。 6、引向器 引向器是八木天線的關(guān)鍵部分，對(duì)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(shù)目N-2亦確定了，再出L/λ便可求出間距d。間距大一些較為有利，但當(dāng)d>0.4λ后增益會(huì)下降。一般取值范圍d=（0.15~0.4）λ。d較大時(shí)，波瓣較窄，輸入阻抗頻率響應(yīng)較平穩(wěn)，但副瓣較大；d較小時(shí)，副瓣電平較低，抗干擾性能較強(qiáng)，而增益差一些。因此，若照顧前者可取d≈0.3λ；強(qiáng)調(diào)后者可取d≤0.2λ。不管哪種情況，引向器正字與有源振子的間距d01應(yīng)取小一點(diǎn)，一般為d01=（0.6~0.7）d，這時(shí)增益略有增加。
