合肥师范学院2013届本科生毕业论文（设计）

功率容量 零点填充 上副瓣抑制 天线输入接口 天线尺寸和重量 风载荷

工作温度和湿度

2.4 结论

标准场地法适用于30?1000MHz频率范围内的3m、10m、30m的天线校准。如 果实验室是是3m场地，用三天线法进行天线系数校准的结果具有相当的准确性和 适用性。参考天线法只适用于10m距离的校准，3m距离校准误差较大。

宽带天线采用标准场地法测试效率很高，而且使用不同结构形式的天线对测试结果影响不大，对实验室而者言，准备3副型号相同的天线可能比较困难，准备3副不同型号的天线比如复合天线双锥天线、对数周期天线等相对比较简单因此采用标准场地法可能更适用。 校准天线应在开阔场上进行，在暗室内校准尤其是使用该天线进行辐射试验场地校准无法消除场地的相关性，并可带来较大的校准误差应避免。

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三 八木天线的分析与设计

3.1 八木天线简介与分析

八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，八木天线的优点是结构简单、馈电方便、重量轻、便于转动，并有一定的增益。缺点是颇带窄，增益不够高，因此常排成阵列使用。它在超短波和微波波段应用广泛。

八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflector）和导向器（Director）两种。通常反射器的长度比有源振子长

4~5％，而导向器可以有多个，第1~4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2~5％。

八木天线长度是由反射器至最前的一个导向器的距离。通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压和电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，也和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，也就是单方向的幅射了。导向器间距相等，长度相同的八木天线称均匀导向的八木天线，它的特点是主瓣窄，方向系数较大，增益均匀。各个导向器长度不同和间距亦不等，称为非均匀导向八木天线，该种天线的主瓣较宽，方向系数较少，增益不均匀，实际操作中只要结构设计合理，便可以明显的压缩副瓣，又不致于太大扩宽主瓣和降低方向系数。

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3.2 八木天线设计

八木天线设计主要是根据增益要求选定天线单元数后，确定各单元的长度及单元之间的距离等参数。

3.2.1 引向器的间距选择

引向器间距的选择有两种方案：一种是引向器间距不相等，随着引向器数量序号的增加，相邻引向器的间距加大；另一种是引向器间距相等。前一种方案调整麻烦，后一种方案调整简便，因此一般都采用等间距方案。引向器间距一般在0.15~0.4波长范围内选择。间距较大时，方向图主瓣较窄，输入阻抗的频率响应较平稳，但副瓣较大；间距选得小时，副瓣较低，抗干扰性能较好，但是增益和方向性差些。若考虑前者，间距可取0.3波长；若考虑后者，间距可取小于0.2波长。不管什么情况下，第一根引向器振子与有源振子之间的距离应取得更小一些。

3.2.2 反射器与有源振子的间距选择

反射器与有源振子之间的距离一般去0.15~0.23波长。此间距主要影响八木天线的前后场强比和输入阻抗。当间距在0.15~0.17波长时，前后比较高，但天线的输入阻抗小（约

15~20?）；当间距为0.2~0.23波长时，前后比较低，但天线输入阻抗大（约50~60?），

易与同轴电缆匹配。

3.2.3 引向器长度和反射器长度的选择

引向器长度的选择有两种方案。一种是各引向器等长度，约取0.38~0.44波长。这种方案优点是加工和调整较为容易，但是频带比较较窄。另一种是，各个引向器的长度依次由长到短渐变。若取第一根引向器的长度为0.46波长，以后的引向器长度则会以2~3％的缩短系数逐次递减。这种方案的优点在于频带稍宽，但调试、加工麻烦，实用中一般采用前一种方法。

反射器的长度一般选在0.5~0.55波长之间，其长度必须要大于或等于设计最低频率对应的12波长。

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3.2.4 无源振子半径和有源振子结构及尺寸的确定

无源振子的半径是由八木天线的通频带的需求来确定，通常振子半径选1?500?80??。 有源振子选择单根半波振子或折合振子均可以，一般长度取0.475?，该振子宽度越粗，长度应短一些。对有源振子的基本要求是能与馈线有良好的匹配，为此，有源振子应设计为谐振长度，并把它的输入阻抗变换到等于或接近馈线特性阻抗的数值一般选取

La??0.46~0.49??。八木定向天线一般是用同轴电缆馈电的。当有源振子采用半波对称振子时，由于受无源振子的影响，其输入阻抗值较低，因此就需设法提高有源振子输入电阻，常用的方法是改用折合振子。适当选择折合振子的长度，两导体的直径比及其间距，可以有效地提高有源振子的输入电阻，并结合调整反射器及附近几个引向振子的尺寸，可以获得满意的驻波比。其次，由于折合振子等效半径加粗，对展宽阻抗频带宽也有利。当然，有源振子也可采用附加匹配器的对称振子形式。

3.2.5 增益和主瓣宽度估算

增益?10??天线长度?波长 主瓣宽度?55?

下面先介绍一下各振子长度的计算方法。 1． 反射振子长度取0.52?。（?是波长）

2． 馈电振子长度取0.95?2；馈电振子宽度取0.03?；馈电振子接线开口宽度一般取

2.5cm。

?天线波长长度?

3． 引向振子长度取0.4?（10单元以上的，最远端的3~4个引向振子长度0.2~0.3?）。 各振子间的间距:第一根引向振子与馈电振子的间距为0.1?，第二根引向振子与第一根引向振子的间距为0.12?， 第三根引向振子与第二根引向振子的间距为0.13?， 第四根引向振子与第三根引向振子的间距为0.15?，第五根引向振子与第四根引向振子的间距0.16?，第六根引向振子与第五根引向振子的间距为0.2?，第七根引向振子与第六根引向振子的间距为0.3?，其于的引向振子间的间距0.325?， 反射振子与馈电振子的间距为0.15?。

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