八木天线470MHZ.doc

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一、设计说明：

作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天线也就没有了无线电通信。

作为一款经典的定向天线，八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名YAGI，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的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。

相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，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。

二、系统规划传输方式：

单向传输节目源：

本系统电视节目包括无线电视和自办节目（一套）等。

无线电视无线电视无线电视无线电视：

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通过八木天线接收到的信号送到电视机，收看电视机节目。

示意图如下（图一）：

三、技术参数天线的性能直接影响电视机收看电视节目的质量重要因素，主要的技术参数有输入阻抗、工作频率、天线增益及方向性等。

A．输入阻抗在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。

常用馈线阻抗为50，如果天线输入阻抗也是50，那就达到了“匹配”，就能将天上的信号全部接收下来，所以在制作天线的时候一定要注意阻抗匹配的问题。

二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍，当加了引向器、反射器后，阻抗关系就变得复杂起来了，总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多，且八木各单元间距大则阻抗高，反之阻抗变低，同时天线效率降低。

有资料介绍，引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低，0.2-0.25时阻抗高，效率提高。

这是阻抗的变化范围约在5-20间。

经典的折合振子八木天线的特性阻抗约为300，（振子间距约四分之一波长）如常见的电视接收天线。

折合振子折合的间距狭窄时、或二分之一波长的“长边”直径大于那两个约四分之一波长的“短边”的直径时，其输入阻抗较高。

B．工作频率满足天线各种性能规定参数的频率范围称为天线工作频带和带宽，它与天线的结构级接收的频道有关，根据系统设计要求因此半波折合阵子天线的工作频率设置在λ=c/f，f=c/λ,F=可适应接收1-2个节目。

根据王国强文章自制五单元400－470MHz天线。

以上图为例。

λ1（低端波长）＝3×108/400×106＝750mmλ2（高端波长）＝3×108/470×106＝638mmλ0（中心波长）＝（）21λλ×＝692mm（中心频率为433.6MHz）C．天线增益若要求接收1～2频道电视节目，希望天线增益G不低于8dB。

根据确定的天线总增益值。

找出要求的引向器的个数n。

当振子数超过五个之后，其增益增加得不多；十单元与五单元天线的增益相同，而在VHF频段，五单元天线比十单元天线容易架设，因此，需要VHF频段的高增益天线时，可用五单元天线，因此本系统采用的事五单元天线（五单元的增益范围是在9~11dB之间）。

因此可以满足电视节目个数的要求。

根据我国电视频道频率划分表,可知，第11频（湖南卫视）道频率范围是207～215MHz；第12频道是215～223MHz。

先根据波长与频率的关系式计算所要接收的电视高频道高端波长、低频道低端波长和它们的中心波长。

低端波长λ1=3×108/207*106≈1.449；高端波长λ2=3×108/223×106≈1.345；中心波长λ0≈1.397。

其中3×108米／秒为光速。

D．天线的方向性八木天线一种简便的方向性天线，它具有一个激励单，其他单元分别作为引向反射用，它能在引向方向集聚能量形成波束。

这种天线叫束射天线。

典型的束射天线是八木天线。

八木天线的反射器和引向器吸收激励振子辐射出的某些能量，然后再辐射出去，形成一定的方向性。

激励振子常用折叠偶极子，反射器的尺寸略长于1/2λ；弓向器的尺寸略短于1/2λ。

间隔均约0.15λ左右。

八木天线的单元数量越多，其正向增益越大，三单元的增益约7dB。

在有线电视普及前，城市农村屋顶上的天线阵，大都是八木天线。

通过上面各种参数的分析本系统采用5单元。

E.天线（物理参数）的选择1.确定引向器之间的距离。

若采用多个引向器，一般采用等间距的方案比较好，即每个引向器之间的距相等。

但是，第一个引向器与馈电振子的间距d′l应取得小一些，如图三所示。

dl=（0.15～0.40）λ2=0.32米；d′l=（0.6～0.7）dl=0.21米（本系统分别采用的系数分别是0.23、0.65）。

式中λ2，如果要同时接收几个相近频道，应为高频道高端波长。

若dl取大的数值，优点：

增益高，方向性尖锐；缺点：

容易接收干扰信号，尺寸大。

采用多单元时，支撑复杂。

2.确定反射器与馈电振子间距dr。

dr=（0.15～0.23）λ1=0.29米。

λ1为低频道的低端波长。

若dr取较大值，天线与馈线的阻抗匹配的频带较宽。

受天线两侧干扰波的影响小。

缺点是，前、后辐射比小（所谓前、后辐射比，简单说，就是指天线主要接收方向的最大灵敏度与天线后向±60°范围内接收灵敏度之比。

前后辐射比，希望越大越好）。

一般在UHF和VHF频段均取dr=0.2λ1为宜。

3.天线的总长度为L=2dl+d’l+dr=1.14米。

4．复验增益G是否符合原定的要求。

所谓增益，通俗地讲就是天线在主要接收方向上，最大接收灵敏度。

在完成上述工作之后，首先计算出L/λ0的比值，其中λ0=λ1λ2（λ0为几何平均波长）。

再根据图3给出的天线总长与增益的关系，复核增益G是否符合要求。

计算：

L/λ0=0.816。

我们是采用的是五单元（9~11dB），因此符合增益要求。

5.引向器长度l1的选择。

引向器的长度选择有二个方案：

①各引向器的长度相等。

其优点是，整个频带内增益均匀；缺点是，工作频带覆盖系数较小（在UHF频段，这个缺点不明显）。

②各引向器的长度，是自距离馈电振子最近的一根起，逐个缩短的。

因计算比较复杂，这里不作介绍，可参考有关技术资料确定各引向器的尺寸。

它的优点是工作频带宽，高频道性能好。

缺点是低频道增益低。

因此使天线所覆盖的频带内增益不均匀。

实用中，以采用第一个方案的居多数。

为了保证引向器在高频道仍然起作用，应以高端波长计算其长度。

l1=（0.40～0.44）λ2=0.538米，一般当引向器的数目多于3个以上，取l1=0.4λ2。

6．反射器长度lr的选择。

为使反射器在低频道仍然起作用，应以低端波长计算反射器长度。

一般lr＝（0.5～0.55）λ1=0.7249米（采用的系数是0.5）。

反射器所用振子越粗，系数取值越大。

7.馈电振子长度l和折合馈电振子宽度B的选择。

l=0.95×0.5λ0=0.6882米；B=（0.01～0.03）λ0。

当B＞0.03λ0时，天线性能变差。

通常在UHF频段，选B=0.03λ0，在VHF频段选B=0.02λ0。

本系统收看的电视节目是11频道因此在UHF波段所以采用的系数是0.03B=0.04101米。

8．馈电振子接口宽度W选择。

在VHF频段一般取W=3～5厘米；在UHF频段一般取W=2厘米左右。

9.振子直径φ的选择。

在VHF频段，选用直径φ=8～12毫米的金属管；在UHF频段，选用φ=3～6毫米的金属管。

金属管材料，可以是合金铝管，铜管或铁管。

对天线性能来说，三者之间没有多大差别。

主要取决于材料来源，另外应考虑天线的架设以及风吹、日晒、雨淋等防腐蚀问题。

通过以上分析和有关计算本系统的参数见下

4、安装安装时应注意下列几点：

1．反射器、引向器必须安装在同一个平面上。

反射器和引向器可以固定在同一根金属管上，但它们都必须与金属管垂直。

2．馈电振子必须与上述各金属管绝缘交接。

为此，馈电振子可以先固定在厚纤维板或木板上。

然后把纤维板再固定到金属管架上。

3．支撑天线的总支架可用金属管，也可用其它材料。

为了抗风吹，可用铅丝牵拉总支架，但不可牵拉引向器、反射器和馈电振子。

安装完毕的情况如图四。

4．这种天线的馈电振子可与300Ω扁馈线直接相连。

若用75Ω同轴馈线必须通过阻抗变换才能与馈电振子连接。

室外定向天线安装好以后，一般说来可以使用了。

但是，如果有条件的话，为了获得更加满意的效果，还应该进行调整。

对窄频带接收（即接收单频道或2～3个相邻频道电视节目）来说，主要是调整引向器和反射器与馈电振子的间距以及各引向器相互间距；对于宽频带接收，除上述调整内容之外，还要对馈电振子的长度进行调整。

5．室外天线一般安装在比较高的地方或房顶上面，因此就要做好防雷工作。

（建筑物防雷手册）总结：

经过本系统的制作，对八木天线的工作原理有了进一步的了解，在设计和制作过程中严格遵守课堂纪律和6S管理制度，组员之间有明确的分工合作、团结互助。