八木天線

目 錄

ont color="#b2b2b2">1定義

1. 1.1 優(yōu)點(diǎn)
2. 1.2 組成結(jié)構(gòu)

定義

英文：Yagi-Uda antenna;Yagi antenna
解釋：由一受激單元，一反射單元和一個(gè)或多個(gè)引向單元構(gòu)成的端射陣。注：實(shí)際上反射單元可以由一些單元或一反射面組成。
上個(gè)世紀(jì)二十年代，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”。
 

優(yōu)點(diǎn)

　　八木天線的確好用。它有很好的方向性，較偶極天線有高的增益。用它來測(cè)向、遠(yuǎn)距離通信效果特別好。如果再配上仰角和方位旋轉(zhuǎn)控制裝置，更可以隨心所欲與包括空間飛行器在內(nèi)的各個(gè)方向上的電臺(tái)聯(lián)絡(luò)，這種感受從直立天線上是得不到的。

組成結(jié)構(gòu)

　　典型的八木天線應(yīng)該有三對(duì)振子，整個(gè)結(jié)構(gòu)呈“王”字形。與饋線相連的稱有源振子，或主振子，居三對(duì)振子之中，“王”字的中間一橫。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)，起著削弱從這個(gè)方向傳來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)方向傳來的或向這個(gè)方向發(fā)射出去的電波。引向器可以有許多個(gè)，每根長(zhǎng)度都要比其相鄰的并靠近有源振子的那根略短一點(diǎn)。引向器越多，方向越尖銳、增益越高，但實(shí)際上超過四、五個(gè)引向器之后，這種“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。

　　每個(gè)引向器和反射器都是用一根金屬棒做成。無論有多少“單元”，所有的振子，都是按一定的間距平行固定在一根“大梁”上。大梁也用金屬材料做成。這些振子的中點(diǎn)要與大梁絕緣嗎？不要。原來，電波“行走”在這些約為半個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)度的振子上時(shí)，振子的中點(diǎn)正好位于感應(yīng)信號(hào)電壓的零點(diǎn)，零點(diǎn)接“地”，一點(diǎn)也沒問題。而且還有一個(gè)好處，在空間感應(yīng)到的靜電正好可以通過這些接觸點(diǎn)、天線的金屬立桿再導(dǎo)通到建筑物的避雷地網(wǎng)去。

工作原理

　　八木天線的工作原理是這樣的（以三單元天線接收為例）：引向器略短于二分之一波長(zhǎng)，主振子等于二分之一波長(zhǎng)，反射器略長(zhǎng)于二分之一波長(zhǎng)，兩振子間距四分之一波長(zhǎng)。此時(shí)，引向器對(duì)感應(yīng)信號(hào)呈“容性”，電流超前電壓90°；引向器感應(yīng)的電磁波會(huì)向主振子輻射，輻射信號(hào)經(jīng)過四分之一波長(zhǎng)的路程使其滯后于從空中直接到達(dá)主振子的信號(hào)90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，兩者相位相同，于是信號(hào)迭加，得到加強(qiáng)。反射器略長(zhǎng)于二分之一波長(zhǎng)，呈感性，電流滯后90°，再加上輻射到主振子過程中又滯后90°，與從反射器方向直接加到主振子上的信號(hào)正好相差了180°，起到了抵消作用。一個(gè)方向加強(qiáng)，一個(gè)方向削弱，便有了強(qiáng)方向性。發(fā)射狀態(tài)作用過程亦然。

　　天線原理

　　有源振子是關(guān)鍵的一個(gè)單元。有兩種常見形態(tài)：折合振子與直振子。直振子其實(shí)就是二分之一波長(zhǎng)偶極振子，折合振子是其變形。有源振子與饋線相接的地方必需與主梁保持良好的絕緣，而折合振子中點(diǎn)仍與大梁相通。

　　仿制一副天線，但總還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)什么？為什么要調(diào)？這就需要我們?nèi)チ私馑鎏炀€的原理。

　　天線的一個(gè)重要特征，那就是“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50Ω，如果天線輸入阻抗也是50Ω，那就達(dá)到了“匹配”，電臺(tái)輸出的信號(hào)就能全部從天線上發(fā)射出去；如果不“匹配”，一部分功率就會(huì)反射回電臺(tái)的功放電路。

　　二分之一波長(zhǎng)偶極天線的輸入阻抗約為67Ω，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)雜起來了。總的來說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。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。這時(shí)阻抗的變化范圍約在5－20Ω間。

　　經(jīng)典的折合振子八木天線的特性阻抗約為300Ω，（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。

　　傳輸

　　我們的通信機(jī)輸出都是按50Ω設(shè)計(jì)的，配50Ω電纜作饋線。八木天線怎樣才能與饋線達(dá)到阻抗匹配？顯然不能不考慮這個(gè)問題。于是就有了各種各樣的匹配方法。短波波段八木常用的“發(fā)夾式”匹配，是在饋電處并接一段U型導(dǎo)體，它起著一個(gè)電感器的作用，和天線本身的電容形成并聯(lián)諧振從而提高了天線阻抗；還有經(jīng)典的“伽瑪”匹配、著名的HB9CV天線等等。最簡(jiǎn)單的做法是把靠近天線饋電處的饋線繞成一個(gè)約六、七圈直徑約15厘米的線圈掛在那里，我想這與發(fā)夾匹配的原理應(yīng)該是一樣的吧。

　　還有一個(gè)問題要注意：八木天線是“平衡輸出”，它的兩個(gè)饋電點(diǎn)對(duì)“地”呈現(xiàn)相同的特性，但通常的收發(fā)信機(jī)天線端口卻是“不平衡”的，芯線是熱端，外導(dǎo)體接地。雖然我們也可以視而不見地將饋線芯線隨意接在天線兩個(gè)饋電點(diǎn)之一上，另一點(diǎn)接饋線的外導(dǎo)體層，但是，這將破壞天線原有的方向特性，而且在饋線上也會(huì)產(chǎn)生不必要的發(fā)射。一副好的八木，應(yīng)該有“平衡－不平衡”轉(zhuǎn)換。