八木天线研究进展及辐射原理

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1、八木天线研究进展及辐射原理研究报告1.历史沿革八木天线又称引向天线，它是由日本东北大学的八木和宇用共同实验和研制成的。1926年八木在辛：家学会宣讲了题为“Pr四ectoroftheSharpestBe枷ofElectricwaves”(电波的最锐波束发射器)的论文，同年又在东京举行的第三届泛太平洋会议(thenirdPall．PacmcCongress)上宣讲了题为“0ntheFeasibilitvofPowertransmiSSionbyElectricwhvcs”(论电波功率传输之可行性)的论文，提出利用多引向器周期性结构的导向作用，即所谓的“波渠”(wavechaIln

2、el)，可以产生短波的窄波束，用于短波的功率传输。此后八木和宇田继续在合作下从事天线的研究，八木曾于1928年旅美期间，对无线电工程师协会(mE)纽约、华盛顿、哈佛等地的分会进行演讲，并在“ProccedingsofthemE”上发表了他的著名论文“Beam11ransmi蚓onofultraShortwjves”(超短波的波束传输)，该天线随即被称为“八木天线”。八木天线已经被广泛的应用于米波及分米波段的通讯，雷达、电视及其它无线电技术设备中。2.工作原理及特点相对与基本的半波对称振子天线和折合振子天线，八木天线增益高，方向性强，抗干扰，作用距离远，并且价格低廉，构造简单，通

3、常八木天线由一个激励振子，一个反射振子，和若干个引向振子组成，相比之下，反射振子最长，位于紧邻主振子一侧，引向都比较短，位于另一侧。主振子与馈电系统相连，属于有源振子，其他反射和引向振子都属于无缘振子，所有振子处于同一个平面内，并且按一定间距平行固定在一根横贯各振子的中心金属横梁上，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秆短路连接。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。八木天线的工作原理是这样的（以三单元天线接收为例）：引向器略短于二分之一波

4、长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用。一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。天线的一个重要特征，那就是“输入阻抗”。在谐振状态

5、，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50Ω，如果天线输入阻抗也是50Ω，那就达到了“匹配”，电台输出的信号就能全部从天线上发射出去；如果不“匹配”，一部分功率就会反射回电台的功放电路。二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67Ω，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。这时阻抗的变化范围约在5－20Ω间。经典的折合振子八木天线的特

6、性阻抗约为300Ω，（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。我们的通信机输出都是按50Ω设计的，配50Ω电缆作馈线。八木天线怎样才能与馈线达到阻抗匹配？显然不能不考虑这个问题。于是就有了各种各样的匹配方法。短波波段八木常用的“发夹式”匹配，是在馈电处并接一段U型导体，它起着一个电感器的作用，和天线本身的电容形成并联谐振从而提高了天线阻抗；还有经典的“伽玛”匹配、著名的HB9CV天线等等。最简单的做法是把靠近天线馈电处的馈线绕成一个约六、七圈直径约15厘米的线

7、圈挂在那里，我想这与发夹匹配的原理应该是一样的吧。输入阻抗是天线的一个重要特性指标，它主要由有源振子固有的自阻抗及与其邻近的几个无源振子间的互阻抗来决定的。远处的引向器，由于和主振子耦合较弱，互阻抗可忽略不计。通常主振子有半波对称振子和半波折合振子两种形式，单独谐振状态下，输入阻抗都为纯电阻，半波对称振子的Zin=73.1Ω，标称75Ω，半波折合振子的Zin=292.4Ω，标称300Ω，是半波对称振子的四倍。而加了引向器、反射器无源振子后，由于相互之间的电磁耦合，阻抗关系变得比较复杂，输入阻