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1、八木天线 八木天线（Yagi-UdaAntenna） 1、八木天线简介 上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郎两人发明 了这种天线，被称为“八木宇田天线”，简称“八木天线”，在二次世界大 战中陆续推广使用。 图(1) 八木天线实物图 优点：增益高、方向性强、结构简单 ，牢固，成本低 缺点：工作频带窄 应用：广泛应用在无线电测向和长距 离无线电通信 八木天线（Yagi-UdaAntenna） 2、八木天线的原理 图(2)八木天线的结构 2.1 结构 有源振子、引向器、反射器 2.2 主振子 半波偶极子、半波折合偶极子 2.3 引相器 长度略小于/4，呈电容性 2.4 反射器 长度略小
2、于/4，呈电感性 反射器起着消除天线方向图后瓣的作用,反射器和引向器都具增 强天线前方灵敏度的作用 八木天线（Yagi-UdaAntenna） 2.5 尺寸设计 间距: (0.150.4) 长度: (0.410.46) 引向器 间距: (0.150.23) 长度: (0.50.55) 反射器 八木天线（Yagi-UdaAntenna） 图(3)八木天线辐射方向图图(4)八木天线辐射动态演示 八木天线（Yagi-UdaAntenna） 3 、八木天线的电参数 （1）方向系数 （2）波瓣宽度 八木天线（Yagi-UdaAntenna） （3）输入阻抗 频带变窄（不超过） 无源振子对有源振 子的输入
3、阻抗将有 影响，两个方面 阻抗值下降 很难与同轴电缆匹配，需提 高有源振子的输入电阻 v由于调频广播自身抗干扰性强、音质动听加之节 目源日益丰富，已成为广大广播爱好者收听的首 选，不过限于VHF频段电磁波的视距传输特性， 调频广播节目的发射覆盖半径较小，为充分改善 远距离收听效果，有必要给心爱的收音机配上性 能更优异的八木接收天线。八木天线是一款应用 十分广泛的经典定向天线，全称八木/宇田天线 ，英文名为YAGI，由上世纪二十年代日本电机工 程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研 究短波束时发明的。 v相对于基本的半波对称振子或折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干 扰、作用距离远，
4、并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设 方便。通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器） 和若干个引向振子（又称引向器）组成。相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一 侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的 单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器， 结构如图1所示。主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属于 无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振 子中心的金属横梁上。 v 原理简述 FM接收八木天线定向工作的原理，可依据电磁学理
5、论进行详尽的 数学推导，但是比较繁琐复杂，普通读者也不易理解，这里只做定性 的简单分析：我们知道，与天线电气指标密切相关的是波长，长度 略长于/4整数倍的导线呈电感性，长度略短于/4整数倍的导线呈 电容性。由于主振子L采用长约/2的半波对称振子或半波折合振子， 在中心频点工作时处于谐振状态，阻抗呈现为纯电阻，而反射器A比 主振子略长，呈现感性，假设两者间距a为/4，接收信号时从天线前 方某点过来的电磁波将先到达主振子，并产生感应电动势1和感应电 流I1，再经/4的距离后电磁波方到达反射器，产生感应电动势2和 感应电流I2，因空间上相差/4的路程，故2比1滞后90，又因反 射器呈感性I2比2滞后
6、90，所以I2比1滞后180，反射器感应电 流I2产生辐射到达主振子形成的磁场H2又比I2滞后90，根据电磁感 应定律H2在主振子上产生的感应电动势1比H2滞后90，也就是 1比1滞后360，即反射器在主振子产生的感应电动势1与电磁 信号源直接产生的感应电动势1是同相的，天线输出电压为两者之和 。 天线几何尺寸的考虑 v 对于设计制作一副接收天线，我们总希望它能够有较高的效率和增益 ，足够的带宽，以及较强的信号选择和抗干扰能力，同时与馈线阻抗 尽量匹配，竭力降低驻波比和减小信号损耗。然而天线的各项几何参 数对其电气性能都有影响，并且往往彼此矛盾、相互牵制，设计调整 时不能顾此失彼，要结合实际的
7、用途综合考虑，分清主次，必要时还 得牺牲一些次要的性能指标。 由于八木天线的增益与轴向长度(从反射器到最末引向器的距离)、 单元数目、振子长度及间距密切相关，轴向越长，单元数实际也就是 引向器越多，方向越尖锐，增益越高，作用距离越远，但超过四个引 向器后，改善效果就不太明显了，而体积、重量、制作成本则大幅增 加，对材料强度要求也更严格，同时导致工作频带更窄。一般情况下 采用612单元就足够了，天线增益可达1015dB，对于高增益的 要求，可采用天线阵的办法加以解决。引向器的长度通常为(0.41 0.46)，单元数愈多，引向器的最佳长度也就愈短，如果要求工作频 段较宽，引向器的长度也应取得短些。
8、引向器的间距一般取(0.15 0.4)，大于0.4后天线增益将迅速下降，但第一引向器B和主振子 的间距应略小于其它间距，例如取b0.1时，增益将会有所提高。 v 一般来说，反射器A的长度及与主振子的间距对天线增益影响不大，而对前后 辐射比和输入阻抗却有较大的影响，反射器长度通常为(0.50.55)，与主 振子的间距为(0.150.23)。反射器较长或间距较小可有效地抑制后向辐 射，但输入阻抗较低，难于和馈线良好匹配，因而要采取折衷措施。对某些 前后辐射比要求较高的使用场合，可以在与天线平面垂直方向上上下安装两 个反射器，或者干脆采用反射网的形式。有时为了着重改善天线带宽的低频 端特性，还会在主
9、振子的后面不同距离处排列两个长度不等的反射器，其中 较短的要离主振子近些。若想改善天线的高频端特性，可适当调短引向器的 长度。多元八木天线中引向器的长度和间距可以相等也可不等，从而分成均 匀结构和不均匀结构两种形式，不均匀结构的引向器，离主振子越远长度越 短，间隔越大，使得工作频带向高频端方向拓展，调整起来相对灵活机动。 天线增益越高，带宽也会越窄，有时为展宽频带，还可采用两个激励振子， 称为双激，或者直接选用复合式引向天线。考虑到八木天线的各项电气指标 在频带低端比较稳定，而高端变化较快，所以最初设计时频率通常要稍高于 中心频率。另外振子所用金属管材越粗，其特性阻抗越低，天线带宽也就越 大，
10、振子直径通常为(1/1001/150)，当然实际选择时还要考虑天线的整 体机械特性。振子的粗细还会影响振子的实用最佳长度，这是因为电波在金 属中行进的速度与真空中不尽相同，实际制作长度都要在理论值上减去一个 缩短系数，而导线越粗缩短系数越大，振子长度越小，对阻抗特性也造成一 定影响。 v 输入阻抗 输入阻抗是天线的一个重要特性指标，它主要由有源 振子固有的自阻抗及与其邻近的几个无源振子间的互阻抗 来决定的。远处的引向器，由于和主振子耦合较弱，互阻 抗可忽略不计。通常主振子有半波对称振子和半波折合振 子两种形式，单独谐振状态下，输入阻抗都为纯电阻，半 波对称振子的Zin=73.1，标称75，半波折合振子的 Zin=292.4，标称300，是半波对称振子的四倍。而 加了引向器、反射器无源振子后，由于相互之间的电磁耦 合，阻抗关系变得比较复杂，输入阻抗显著降低，并且八 木天线各单元间距越小阻抗也越低。为了增大输入阻抗， 提高天线效率，故主振子多选用半波折合振子的形式，这 样也能同时增加天线的带宽。只要适当选择折合振子的长 度，两导体的直径比及其间距，并结合调整反射器及附近 几个引向振子的尺寸，就可以使输入阻抗变换到等于或接 近馈线特性阻抗的数值。