调频广播接收八木天线的原理、制作与调整

文章摘要： 一般来说，反射器A的长度及与主振子的间距对天线增益影响不大，而对前后辐射比和输入阻抗却有较大的影响，反射器长度通常为(0.5～0.55)λ，与主振子的间距为(0.15～0.23)λ。反射器较长或间距较小可有效地抑制后向辐射，但输入阻抗较低，难于和馈线良好匹配，因而要采取折衷措施。对某些前后辐射比要求较高的使用场合，可以在与天线平面垂直方向上上下安装两个反射器，或者干脆采用反射网的形式。有时为了着重改善天线带宽的低频端特性，还会在主振子的后面不同距离处排列两个长度不等的反射器，其中较短的要离主振子近些。若想改善天线的高频端特性，可适当调短引向器的长度。多元八木

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    一般来说，反射器A的长度及与主振子的间距对天线增益影响不大，而对前后辐射比和输入阻抗却有较大的影响，反射器长度通常为(0.5～0.55)λ，与主振子的间距为(0.15～0.23)λ。反射器较长或间距较小可有效地抑制后向辐射，但输入阻抗较低，难于和馈线良好匹配，因而要采取折衷措施。对某些前后辐射比要求较高的使用场合，可以在与天线平面垂直方向上上下安装两个反射器，或者干脆采用反射网的形式。有时为了着重改善天线带宽的低频端特性，还会在主振子的后面不同距离处排列两个长度不等的反射器，其中较短的要离主振子近些。若想改善天线的高频端特性，可适当调短引向器的长度。多元八木天线中引向器的长度和间距可以相等也可不等，从而分成均匀结构和不均匀结构两种形式，不均匀结构的引向器，离主振子越远长度越短，间隔越大，使得工作频带向高频端方向拓展，调整起来相对灵活机动。天线增益越高，带宽也会越窄，有时为展宽频带，还可采用两个激励振子，称为双激，或者直接选用复合式引向天线。考虑到八木天线的各项电气指标在频带低端比较稳定，而高端变化较快，所以最初设计时频率通常要稍高于中心频率。另外振子所用金属管材越粗，其特性阻抗越低，天线带宽也就越大，振子直径通常为(1/100～1/150)λ，当然实际选择时还要考虑天线的整体机械特性。振子的粗细还会影响振子的实用最佳长度，这是因为电波在金属中行进的速度与真空中不尽相同，实际制作长度都要在理论值上减去一个缩短系数，而导线越粗缩短系数越大，振子长度越小，对阻抗特性也造成一定影响。

输入阻抗
    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，输入阻抗显著降低，并且八木天线各单元间距越小阻抗也越低。为了增大输入阻抗，提高天线效率，故主振子多选用半波折合振子的形式，这样也能同时增加天线的带宽。只要适当选择折合振子的长度，两导体的直径比及其间距，并结合调整反射器及附近几个引向振子的尺寸，就可以使输入阻抗变换到等于或接近馈线特性阻抗的数值。
    尤其值得一提的是，虽然大多数无线电通信机天线端口及采用的同轴电缆特性阻抗都设计成50Ω，而广播电视接收和传输同轴电缆特性阻抗为75Ω，但是对于任一天线，人们总可以通过阻抗调试，在要求频率范围内，使天馈线良好匹配，获得满意的驻波比。所以实用中并不十分注意八木天线输入阻抗的具体数值，而主要以馈线上的驻波比为依据进行尺寸选择或试验调整。如果选用同轴电缆馈电，为保证天线的对称性及与馈线的阻抗匹配，就必须在馈线和天线接口处加入“平衡一不平衡”转换器，例如半波U型环式匹配器、变压器式匹配器等，否则高频信号在传输中衰减严重。因半波U型环式匹配器只需一段λ/2的同轴电缆，结构简单，应用广泛，具体接线方法如图2所示。
 

天线的调整   
    由于引向器阵列对增益、后向辐射、输入阻抗等都有影响，故实验调整是八木天线投入使用前必不可少的一个步骤。调试时注意一定要把天线架起来，离开地面高度两、三米以上，以免影响天线的阻抗和仰角。架设八木天线时，振子所在的天线平面既可以和大地平行又可以垂直，只要和发射端的天线保持相同的极化方式就行，平行则接收水平极化波，垂直则接收垂直极化波，因有足够的隔离度，还可以共杆架设两副相互垂直的引向天线，使用起来十分方便。为避免相位关系更加复杂化，降低调整难度，通常折合振子平面要与横梁垂直。因为各振子长度都约为半个波长，振子中点恰好位于电波感应信号电压的零点，所以振子的中点能用金属螺栓和铝质横梁直接固定，不必绝缘，这样还能方便地泄放感应静电。若主振子采用半波对称振子，与馈线相接的地方必须和横梁保持良好绝缘，若采用半波折合振子，中点仍与横梁相通。金属横梁与端射方向上的电场极化方向垂直，因此对天线辐射场不会产生显著的影响。另外需要注意的是，由于天线一般架设在楼顶、阳台等室外环境，受风吹日晒雨淋后接口容易氧化生锈，影响信号的传输和天线的匹配，使接收效果变差，需用防水胶带提前处理，同时还应注意防雷。

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