太原理工大学 微波课设 八木天线的仿真设计 .pdfVIP

本科课程设计报告

课程名称：微波技术与天线

设计项目：设计二：八木天线的仿真设计

设计二、八木天线的仿真设计

一、八木天线简介

八木天线又称引向天线，是上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀

次和宇田太郎两人发明的。八木天线通常由一个有源振子、一个反射器及若

干个引向器构成，反射器与引向器都是无源振子，所有振子都排列在一个平

面内且相互平行。它们的中点都固定在一根金属杆上，除了有源振子馈电点

必须与金属杆绝缘外，无源振子则都与金属杆短路连接。因为金属杆与各个

振子垂直，所以金属杆上不感应电流，也不参与辐射。引向器天线的最大辐

射方向在垂直于各个振子且由有源振子指向引向器的方向，所以它是一种端

射式天线阵。均匀六元八木天线示意图如下：

图1六元八木天线示意图

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。

图2九单元数字电视八木天线

二、八木天线工作原理

有源振子被馈电后，向空间辐射电磁波，使无源振子中产生感应电流，从而

也产生辐射。改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离，无源振子上感应

电流的幅度和相位也随之变化，从而影响有源振子的方向图。若无源振子与有源

振子之间的距离小于1/4波长，无源振子比有源振子短时，整个电磁波能量将在

无源振子方向增强；无源振子比有源振子长时，将在无源振子方向减弱。比有源

振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着削弱从这个方向传来的电

波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振

子的另一侧，它能增强从这一侧方向发射出去的电波。通常反射器的长度比有源

振子长4~5%，而引向器可以有多个，第1~4个引向器的长度通常比有源振子顺

序递减2~5%。

引向器的长度相同、间距相等的八木天线称为均匀引向八木天线，其特点是

天线的主瓣窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。而当八木天线各个引向器的

长度不同，间距亦不相等时叫做非均匀引向八木天线，其特点是天线的主瓣较宽，

方向系数较少，工作频带内增益不均匀，但工作频带较宽。但如果将非均匀的引

向八木天线的结构设计合理，则可以显著地压缩副瓣，又不致太大扩宽主瓣和降

低方向系数。

三、八木天线参数选择

1、振子数的确定

振子数目可根据天线的主瓣宽度

或天线的增益算出，若选择前者，则可

查阅相关资料，由八木天线参数关系图

可的振子数目N，若选择后者，则可谓

根据八木天线增益表，如右图所示。由

图可知，振子达到一定数目后，随着振

子数增加，增益已无明显增高。

本次设计选择振子数N=6。

图3天线方向性与振子总数的关系

2、有源振子的结构和尺寸

有源振子可选单根半波振子或折合振子，一般长度取0.475波长。振子

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Ldri=(0.46~0.49)λ。

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。有源振子也可采用附加匹配

器的对称振子形式。

本次设计选择有源振子尺寸为2Ldri=0.47λ。

3、引向器长度选择

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，但频带较窄。另一种是，各引向器

长度随序号增加有长到短渐变。这种方案的优点在于频带稍宽，但调试、加工麻

烦。实用中都采用第一种方案。

本次实验取采用第一种方法，取