常见八木天线的设计
【摘要】介绍八木天线的基本设计原理，设计思路，各关键指标的确认。

满足初学者对八木天线设计知识的初步需求。

【关键词】八木天线基本特性；原理；设计
1.八木天线的基本特性
八木天线又称为引向天线或波渠天线，由一个有源振子与若干无源振子组成。

有源振子与馈线直接相连，引向器和反射器都是无源振子。

有源振子被馈电后在空问产生电磁波，通过耦合在无源振子上产生感应电流并发生辐射。

改变振子长度与问距时，无源振子上感应电流的幅度和相位也随着变化，适当的调整各振子的长度与间距，就可获得良好的方向图、阻抗等电气指标。

若无源振子与有源振子的问距小于λ/4，长度短于有源振子时，方向图指向无源振子一侧，相应的无源振子称为引向器，比有源振子长的无源振子称为反射器。

八木天线具有结构简单、馈电方便、制作简便等突出优点，广泛用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视及其它无线电设备中。

八木天线缺点是调整较难，频段较窄，一般在5%以内。

2.八本天线的设计
根据给定的电气指标：增益、波瓣宽度、副瓣电平、前后辐射比、输入端驻波比以及工作带宽等设计天线时，设计任务是确定振子单元数目N，反射器、引向器、有源振子的尺寸和相对位置等，最后要验证是否满足规定的电气指标。

天线的指标在工作频带的低端容易达到，而在高端变化较快，因此设计频率通常选为高于中心频率。

天线的各部分对各项指标的影响程度不同，有时某些指标之问存在着矛盾，因此设计过程中要折衷处理。

2.1单元数目N的确定
振子数目N主要根据增益或方向性系数来确定。

由于八本天线的效率一般达90%以上，因此增益近似等于方向性系数。

八木天线是慢波结构的行波天线，因此它的增益可用行波天线公式计算，即G≈10L/λ。

根据增益要求先确定天线总长L/λ，然后利用引向器和反射器常用的间距确定N，或者由经验数据直接选择N。

图1的曲线是从大量的实测数据综合出来的，其中图1是天线增益G与N的关系曲线，由G确定N。

通常引向器的振子数目为6～12比较适宜，若再增加引向器数目对提高增益没有显著效果。

对于更高的增益要求，可使用八木天线阵列来实现。

通常认为单个八木天线总长取L≈（3～3.5）λ，甚至有时为了使天线结构紧凑，阵列中八木天线单元增益限制在10dB左右。

2.2引向器
引向器是八木天线的关键部分，对天线增益、后向辐射、输入阻抗等都有明显的影响。

确定N之后，引向器数目N-2亦确定了，再出L/λ便可求出问距d。

间距大一些较为有利，但当d>0.4λ后增益会下降。

一般取值范围为d=（0.15～0.4）λ。

d较大时，波瓣较窄，输入阻抗频率响应较平稳，但副瓣较大；d较小时，副瓣电平较低，抗干扰性能较强，而增益差一些。

因此，若照顾前者可取d≈0.3λ；强调后者可取d≤0.2λ。

不管哪种情况，第一个引向器振子与有源振子的间距d01应取小一点，一般为d01=（0.6～0.7）d，这时增益略有增加。

表1提供了选择间距的参考数据。

采用表中的数据，配合适当的振子长度，获得的天线增益与图1及图2所示的数据相差不超过ldB。

确定引向器振子长度有两种方案，第一种方案是采用等长度的无源振子，是实际常采用的方案，长度取镇范围为2ln=（0.38～0.44）λ，这种方案使加工和调整简便，但是频带较窄。

第二种方案是采用不等长度的引向器，先取第—个引向器长2l1=0.46λ其它振子长度随序号增加按2%-3%的缩短系数递减，这种方案组成的天线频带较宽，但加工和调整麻烦。

引向器振子的排列可以是等长度、等均匀分布，也可以是不等长度和不等问距的非均匀排列。

主要电性能：
f：824～960MHz G=9～12dBi HPBWH=57°～40°HPBWE=47°～35°VSWR≤1.5。

该产品采用不等直径部分折合振子作为有源振子，使有源折合振子的阻抗大于4：1，补偿了由于无缘振子使八木天线输入阻抗的减少，以达到宽带匹配。

采用λg/2U型管巴伦完成4：1阻抗变换及不平衡—平衡变换，具有结构简单、成本低的有点。

3.结束语
以上简单的介绍了八木天线的基本参数的设计方法，并实际举例一款天线的具体指标参数，希望能为相关人员提供帮助。

【参考文献】
[1]许海堤，傅光.一种八木天线的优化设计方法[J].现代电子技术，2013（22）.。