Harbin Institute of Technology Amateur Radio Club

Yagi_Antenna

===== 主讲嘉宾:胡超然 撰稿人:陈功 ——– 时间:2018年3月29日 八木天线也叫做“引向天线”、“八木宇田天线”(Yagi-Uda antenna)、“寄生天线”,是一种定向天线。这种天线是1928年由日本天线专家八木秀次和宇田太郞两人设计的。

本次安装的八木天线为144MHz 11el 50Ohm 6.3m X-POL LFA Yagi。长为6.3m,。由一个有源振子(一般用折合振子)、一个无源反射器和若干个无源引向器平行排列而成的。本次采用的天线是元发射天线。是由横向和纵向两排天线构成。振子,引向器,反射器纵横两排,如下图所示。这样可以更好地接受不同方向的信号。

与馈线相连的称有源振子,或主振子,居三对振子之中。比有源振子稍长一点的称反射器(1026mm),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传来的或向这个方向发射出去的电波。引向器有9个,每根长度都要比其相邻的并靠近有源振子的那根略短一点。

每个引向器和反射器都是用一根金属棒做成。无论有多少“单元”,所有的振子,都是按一定的间距平行固定在一根“大梁”上。大梁也用金属材料做成。这些振子的中点要与大梁绝缘吗?当然需要,我们小组起初并没有注意到这个问题,只用了一个塑料夹固定引向器等,导致金属棒的一边与金属干接触。在团队的共同努力下,一个天线上面的金属棒很快就被装好了。后来胡学姐过来看一下,我们才知道装错了。还要拆了再重装一遍,一个多小时的劳动成果就这么没有了,以后同学们一定要引以为戒!!!弄明白了再行动。

反射器略长于半波长,因此呈感性,其感应电流滞后于感应电动势90°。振子位于反射器前方四分之波长处,其感应电动势超前反射器的感应电动势90°,而因为振子谐振,所以振子的电动势同电流同相。因此振子电流超前反射器电流180°,而反射器电流所感应出的磁场落后电流90°,感应磁场在振子上感应的电动势比磁场本身落后90°两者加起来刚好180°。最终,反射器在振子上的感应电动势同振子自身的感应电动势同相,二者叠加增强。引向器也依据类似的原理加强了振子的感应电动势。

在装天线的时候要注意测量的准确性(需要用卷尺测量),无论是反射器,引向器,都需要沿金属杆方向对齐,并且要使得同一方向的金属棒两两平行。本次的金属干长为6.3m,分为三段,对齐有一定的难度。(充分利用工具,电动的转螺纹机就比手动效率高出很多。)

装好天线之后,到室外空旷场地测试。注意,周围不能有太多的人围观,否则会影响天线对自我发出的信号的接收。同时,尽量把天线举高,不要使信号方向不远处有墙或建筑物阻隔,这样也会影响信号接受。此外,在测试的时候,要将天线水平放置,这样效果应该比较好。

测试用的是紫丁香测试设备,矢量网络分析仪,FieldFox Microwave Analyzer (N9918A 26.5GHz 如下图所示) 矢量网络分析仪功能很多,被称为“仪器之王”,是射频微波领域的万用表。在通信领域中,可以测天线的反射系数,也就是S11,也可以测驻波比,也就是VSWR。S11指的是1端口接受的信号与1端口发射的信号的电压比,天线谐振在中心频率的时候得到的S11就会是一个很小的数值。VSWR指驻波波腹电压与波谷电压幅度之比。驻波比等于1时,表示馈线和天线的阻抗完全匹配,此时高频能量全部被天线辐射出去,没有能量的反射损耗;驻波比大于1,则表示有一部分电波被反射回来,最终变成热量,使得馈线升温。驻波比为无穷大时,表示全反射,能量完全没有辐射出去。

忙了一下午,基本装完了两根天线,测试了其中一根。。晚饭后,继续装天线。有了先前的经验,挫折,教训,大家的效率提高了很多,两个多小时后,另外两根就装好了。后来知道,这批天线一共有二十根,不免大吃一惊! 我们为这次卫星升空做出了 0.0……1的贡献,哈哈哈!

                          天线图纸    ![yagi_Antenna](yagi_Antenna/p1.jpg)

                       矢量网络分析仪 ![yagi_Antenna](yagi_Antenna/p2.jpg)

                    以下为项目组全体人员合影 ![yagi_Antenna](yagi_Antenna/p3.jpg) ![yagi_Antenna](yagi_Antenna/p4.jpg)

注 :如有疑问,可参考《天线原理》一书