八木天線470MHZ

1、一、設計說明： 作為電磁換能元件，天線在整個無線電通信系統(tǒng)中位置十分重要，質量好壞直接影響著收發(fā)信距離的遠近和通聯(lián)效果， 可以說沒有了天線也就沒有了無線電通信。 作為一款經(jīng)典的定向天線，八木天線在 HF、VHF 以及 UHF 波段應用十分廣泛，它全稱為“八木宇田天線” ，英文名 YAGI，是由上世紀二十年代日本東北帝國大學的電機工程學教授八木秀次， 在與他的學生宇田新太郎研究短波束時發(fā)明的。 相對于基本的半波對稱振子或者折合振子天線，八木天線增益高、方向性強、抗干擾、作用距離遠，并且構造簡單、材料易得、價格低廉、擋風面小、輕巧牢固、架設方便。通常八木天線由一個激勵振子（也稱主振子） 、一個反射

2、振子（又稱反射器）和若干個引向振子（又稱引向器）組成，相比之下反射器最長，位于緊鄰主振子的一側，引向器都較短，并悉數(shù)位于主振子的另一側，全部振子加起來的數(shù)目即為天線的單元數(shù)， 譬如一副五單元的八木天線就包括一個主振子、 一個反射器和三個引向器，結構如圖 1 所示。主振子直接與饋電系統(tǒng)相連，屬于有源振子，反射器和引向器都屬無源振子， 所有振子均處于同一個平面內， 并按照一定間距平行固定在一根橫貫各振子中心的金屬橫梁上。二、系統(tǒng)規(guī)劃 傳輸方式：單向傳輸 節(jié)目源： 本系統(tǒng)電視節(jié)目包括無線電視和自辦節(jié)目（一套）等。 無線電視無線電視無線電視無線電視： ： ： ：通過八木天線接收到的信號送到電視機，收看

3、電視機節(jié)目。示意圖如下（圖一） ：三、 技術參數(shù)天線的性能直接影響電視機收看電視節(jié)目的質量重要因素， 主要的技術參數(shù)有輸入阻抗、工作頻率、天線增益及方向性等。 A 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 50，如果天線輸入阻抗也是 50，那就達到了“匹配” ， 就能將天上的信號全部接收下來， 所以在制作天線的時候一定要注意阻抗匹配的問題。二分之一波長偶極天線的輸入阻抗約為 67，二分之一波長折合振子的輸入阻抗則高于前者 4 倍，當加了引向器、反射器后，阻抗關系就變得復雜起來了，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，同時天線

4、效率降低。有資料介紹，引向器與主振子間距 0.15 波長時阻抗最低，0.2-0.25 時阻抗高，效率提高。這是阻抗的變化范圍約在 5-20間。經(jīng)典的折合振子八木天線的特性阻抗約為 300， （振子間距約四分之一波長）如常見的電視接收天線。折合振子折合的間距狹窄時、或二分之一波長的“長邊”直徑大于那兩個約四分之一波長的“短邊”的直徑時，其輸入阻抗較高。 B工作頻率 滿足天線各種性能規(guī)定參數(shù)的頻率范圍稱為天線工作頻帶和帶寬， 它與天線的結構級接收的頻道有關， 根據(jù)系統(tǒng)設計要求因此半波折合陣子天線的工作頻率設置在 = c/f ，f = c/,F=可適應接收 1-2 個節(jié)目。 根據(jù)王國強文章自制五單元

5、 400470MHz 天線。以上圖為例。 1（低端波長）3108/400106750mm 2（高端波長）3108/470106638mm 0（中心波長）()21692mm（中心頻率為 433.6MHz）C天線增益 若要求接收 12 頻道電視節(jié)目，希望天線增益 G 不低于 8dB。 根據(jù)確定的天線總增益值。找出要求的引向器的個數(shù)n。 當振子數(shù)超過五個之后， 其增益增加得不多； 十單元與五單元天線的增益相同， 而在 VHF頻段，五單元天線比十單元天線容易架設，因此，需要 VHF 頻段的高增益天線時，可用五單元天線，因此本系統(tǒng)采用的事五單元天線(五單元的增益范圍是在 911dB 之間)。因此可以滿足

6、電視節(jié)目個數(shù)的要求。根據(jù)我國電視頻道頻率劃分表,可知，第 11 頻(湖南衛(wèi)視)道頻率范圍是 207215MHz；第 12 頻道是 215223MHz。先根據(jù)波長與頻率的關系式計算所要接收的電視高頻道高端波長、低頻道低端波長和它們的中心波長。低端波長1=3108/207*1061.449；高端波長2=3108/2231061.345；中心波長01.397。其中 3108 米秒為光速。D天線的方向性 八木天線 一種簡便的方向性天線，它具有一個激勵單，其他單元分別作為引向反 射用，它能在引向方向集聚能量形成波束。這種天線叫束射天線。典型的束射天線 是八木天線。 八木天線的反射器和引向器吸收激勵振子輻

7、射出的某些能量， 然后再 輻射出去，形成一定的方向性。激勵振子常用折疊偶極子，反射器的尺寸略長于 1/2； 弓向器的尺寸略短于 1/2。間隔均約 0.15左右。八木天線的單元數(shù)量越多，其正 向增益越大，三單元的增益約 7dB。在有線電視普及前，城市農(nóng)村屋頂上的天線陣， 大都是八木天線。通過上面各種參數(shù)的分析本系統(tǒng)采用 5 單元。 E.天線(物理參數(shù))的選擇 1. 確定引向器之間的距離。 若采用多個引向器，一般采用等間距的方案比較好，即每個引向器之間的距相等。但是，第一個引向器與饋電振子的間距 dl 應取得小一些，如圖三所示。dl=（0.15 0.40）2=0.32 米 ；dl=（0.60.7）

8、dl= 0.21 米(本系統(tǒng)分別采用的系數(shù)分別是 0.23、0.65)。式中2，如果要同時接收幾個相近頻道，應為高頻道高端波長。若 dl 取大的數(shù)值，優(yōu)點：增益高，方向性尖銳；缺點：容易接收干擾信號，尺寸大。 采用多單元時，支撐復雜。2. 確定反射器與饋電振子間距 d r。dr=（0.150.23）1 =0.29米。1 為低頻道的低端波長。 若 dr 取較大值，天線與饋線的阻抗匹配的頻帶較寬。受天線兩側干擾波的影響小。 缺點是，前、后輻射比?。ㄋ^前、后輻射比，簡單說 ，就是指天線主要接收方 向的最大靈敏度與天線后向60范圍內接收靈敏度之比。前后輻射比，希望越大 越好） 。一般在 UHF 和

9、VHF 頻段均取 dr=0.21 為宜。3. 天線的總長度為L=2dl+dl+dr=1.14 米。 4復驗增益 G 是否符合原定的要求。所謂增益，通俗地講就是天線在主要接收方向上，最大接收靈敏度。在完成上述工作之后，首先計算出 L/0 的比值，其中0=12（0 為幾何平均波長） 。再根據(jù)圖 3 給出的天線總長與增益的關系，復核增益 G 是否符合要求。 計算：L/0 = 0.816 。 我們是采用的是五單元（911dB） ，因此符合增益要求。5. 引向器長度 l1 的選擇。引向器的長度選擇有二個方案：各引向器的長度相等。其 優(yōu)點是，整個頻帶內增益均勻；缺點是，工作頻帶覆蓋系數(shù)較?。ㄔ?UHF 頻

10、段，這個 缺點不明顯） 。各引向器的長度，是自距離饋電振子最近的一根起，逐個縮短的。因計算比較復雜，這里不作介紹，可參考有關技術資料確定各引向器的尺寸。它的優(yōu)點是工作頻帶寬，高頻道性能好。缺點是低頻道增益低。因此使天線所覆蓋的頻帶內增益不均勻。實用中，以采用第一個方案的居多數(shù)。為了保證引向器在高頻道仍然起作用，應 以高端波長計算其長度。l1=（0.400.44）2 =0.538 米，一般當引向器的數(shù)目多于 3 個以上，取 l1=0.42。 6反射器長度 lr 的選擇。為使反射器在低頻道仍然起作用，應以低端波長計算反射器長度。一般lr（0.50.55）1=0.7249 米（采用的系數(shù)是 0.5）

11、 。反射器所用振子越粗，系數(shù)取值越大。7.饋電振子長度 l 和折合饋電振子寬度 B 的選擇。l=0.950.50 = 0.6882 米；B=（0.010.03）0。當 B0.030 時，天線性能變差。通常在 UHF 頻段，選 B=0.030，在 VHF頻段選B=0.020。 本系統(tǒng)收看的電視節(jié)目是11頻道因此在UHF波段所以采用的系數(shù)是0.03B=0.04101 米。 8饋電振子接口寬度 W 選擇。在 VHF 頻段一般取 W=35 厘米；在 UHF頻段一般取 W=2 厘米左右。 9.振子直徑的選擇。在 VHF 頻段，選用直徑=812 毫米的金屬管；在 UHF 頻段，選用=36 毫米的金屬管。金

12、屬管材料，可以是合金鋁管，銅管或鐵管。對天線性能來說，三者之間沒有多大差別。主要取決于材料來源，另外應考慮天線的架設以及風吹、日曬、雨淋等防腐蝕問題。通過以上分析和有關計算本系統(tǒng)的參數(shù)見下4、安裝 安裝時應注意下列幾點： 1反射器、引向器必須安裝在同一個平面上。反射器和引向器可以固定在同一根金屬管上，但它們都必須與金屬管垂直。 2饋電振子必須與上述各金屬管絕緣交接。為此，饋電振子可以先固定在厚纖維板或木板上。然后把纖維板再固定到金屬管架上。 3支撐天線的總支架可用金屬管，也可用其它材料。為了抗風吹，可用鉛絲牽拉總支架，但不可牽拉引向器、反射器和饋電振子。安裝完畢的情況如圖四。4這種天線的饋電振子可與 300扁饋線直接相連。若用 75同軸饋線必須通過阻抗變換才能與饋電振子連接。 室外定向天線安裝好以后，一般說來可以使用了。但是，如果有條件的話，為了獲得更加滿意的效果，還應該進行調整。對窄頻帶接收（即接收單頻道或 23 個相鄰頻道電視