八木定向天線的制作

ID:76299 · 發表于 2015-4-7 16:35

八木天線是一種典型的定向天線，也稱為八木宇田天線、引向天線。
八木天線結構如圖1所示，它由一個有源振子，一個反射器和若干根引向器組成。其中稍長于有源振子的反射器起反射能量作用，較有源振子稍短的引向器起引導能量的作用。有源振子兩側的反射器和引向器使原來的雙向輻射變成單向輻射，以提高天線的增益。八木天線結構簡單、饋電方便，具有較高的增益，廣泛應用于VHF/UHF頻段。

天線尺寸
  八木天線的單元數目、長度及各單元間距對天線的增益、前后輻射比及帶寬等指標都有很大的影響。八木天線尺寸的理論計算比較復雜，多數情況下是利用一些近似公式、經驗數據進行初步選取，或者在一個成品天線基礎上進行修改，然后通過實驗，反復調整好后再最后確定相關數據。
  八木天線尺寸的確定需要從天線各項性能指標中折衷考慮。本天線反射器的長度取35 cm(0.5λ，波長λ=70cm)，三根引向器的長度相等，都取31cm(0.44λ)，有源振子的長度暫取34cm(0.486λ)，實際長度還要在天線調整中確定。
  引向器的間距選取有變間距和等間距二種。各單元間距可在0.1λ到0.34入之間選取。引向器的間距取值大時，天線增益高；間距小時，天線的頻帶特性好。本天線引向器的間距取值0.2λ。要注意的是第一根引向器與有源振子之間的間距要小一些，一般為0.14λ。反射器與有源振子的間距也為0.2λ。天線各單元長度及間距見表1。

單元	R	A	L	D1	D2	D3	dr	d1	d2	d3
尺寸	0.5λ	0.486λ	0.1λ	0.44λ	0.44λ	0.44λ	0.2λ	0.14λ	0.2λ	0.2λ
(cm)	35	34	7	31	31	31	14	10	14	14

γ匹配
天線與饋線連接時首先要解決的是阻抗匹配問題。所謂阻抗匹配就是將天線的輸入阻抗變換到與它相連接饋線的特性阻抗值(一般為50Ω)，這樣電臺輸出的功率便能全部從天線上發射出去。
八木天線的匹配方法有多種形式。圖2是γ匹配連接示意圖。同軸電纜的芯線經過可變電容與γ棒相連，電纜屏蔽層接在有源振子的中心，短路棒將有源振子與γ棒連通并可以移動。調整可變電容容量及短路棒位置能使天線達到匹配狀態。γ匹配為不平衡型，可以直接與同軸電纜連接，是業余無線電愛好者喜愛的一種很方便的匹配方式。

天線制作
天線制作所需材料參見表2，所有振子均選用Φ3mm的銅焊條，橫桿可用15mm×15mm、長70cm的方管或鋁合金材料。首先按照表1的尺寸剪好6根銅棒，在方管相應位置上做好打孔記號。選用Φ3mm鉆頭，用臺鉆在方管的5個孔位上將方管打穿，使銅焊條剛好能插進橫桿。為便于調整、拆卸，可在振子的上方再鉆一個孔，焊上一個螺母，旋緊螺桿，就可以將振子固定住。見圖3。注意在方管上打孔最好用臺鉆，用手槍鉆不易控制方向，容易造成振子傾斜。

材料	尺寸、數量
黃銅棒	Φ3mm，2m
方管	15mm×15mm，75cm
鐵片	60mm×15mm×1mm，1
鋁片	30mm×10mm×2mm，2
BNC插座	1
微調電容	2/7p，1
螺母、螺釘	Φ3mm×15mm，8

找一塊60 mm×15mm、厚1mm的鐵片，彎成直角并鉆好孔。長邊固定在橫桿上，短邊裝上BNC插座，插座的中心到有源振子的垂直距離約20mm。將鐵片與方管間的油漆銼掉以保證接觸良好。短路棒可找兩塊尺寸為30 mm×10mm、厚約1—2mm的鋁片或銅片制作。在兩塊鋁片中間打一個孔，裝上螺釘，夾在有源振子和γ棒上，調整這二根銅棒的間距在20mm，如圖4所示。最后將瓷片電容焊在BNC插座的芯線及γ棒上，天線制作便完成了。

天線調整
影響八木天線性能的因素很多，八木天線的調整也比其他天線復雜一些。業余條件下我們主要調整天線的兩個參數：諧振頻率和駐波比。即將天線的諧振頻率調整在435MHz附近，并且使天線的駐波比盡可能接近1。
將天線架起距地面約1.5m，接上駐波表開始測量。為減小測量誤差，連接天線至駐波表及電臺到駐波表的電纜盡量短一些。本天線有三個地方可以調節：微調電容的容量、短路棒的位置和有源振子的長度。具體調整步驟如下：
(1)將短路棒固定在距橫桿5～6cm處；
(2)發信機頻率調至435MHz，調節瓷片電容使天線的駐波最小；
(3)從430～440MHz，每間隔2MHz，測量出天線的駐波，將所測數據作圖或列表。
(4)觀察駐波最小時所對應的頻率(天線諧振頻率)是否在435MHz附近，若頻率偏高或偏低，可更換一根稍長或稍短幾毫米的有源振子重新測量駐波；
(5)稍許改變短路棒位置，反復細調瓷片電容，使天線駐波在435MHz附近盡可能小。
天線調整時每次調節一處，這樣容易找出變化規律。由于工作頻率較高，各項調節的幅度都不要太大。如串接在γ棒上的微調電容調整好的容量大約是3～4pF，改變零點幾皮法(pF)都會引起駐波很大變化。另外，橫桿長度、電纜位置等許多因素也會對駐波的測量產生一定的影響，這是我們在調整過程中需要注意的。圖5是天線調整好后駐波(SWR)的測量結果。

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