八木天线的CST仿真与优化
八木天线的FEKO仿真与优化
八木天线的FEKO仿真与优化Simulation And Optimization Of Yagi Antenna赵工（深圳518001）摘要：从折合振子开始，通过一步步增加无源振子，并使之成为发射器或引向器，并不断使用FEKO优化各无源振子长度及相邻振子之间的间距，使组成的八木天线达到最佳方向性和端射的最大增益。
关键字：FEKO折合振子无源发射器无源引向器FEKO优化Abstract：Added a parallel conductor rod to a folded dipole antenna will change the directivity and gain of the antenna.Step by step,more passive rods added in the antenna and constituted a traditional Yagi antenna.Optimized the distance of two rods and the length of every rod to get the best directivity and maximum gain.Key Words:FEKO,Yagi antenna,director elements,reflector,optimization1.概述：八木天线，是一种结构相对简单的方向性天线，常用作室外电视接收天线或测向天线。
因为是由日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明，所以被称为“八木宇田天线”，简称“八木天线”。
八木天线一般是由一根连接馈线的有源振子和多个无源振子平行排列组成，其中一根无源振子比有源振子略长，放在天线的一侧，称为反射器，而其他的无源振子则比有源振子略短，放在有源振子的另一侧，称为引向器。
加上反射器与引向器的八木天线，其中心频率点的输入阻抗比单独一根有源振子的阻抗大大降低，所以一般使用阻抗较高的折合振子作为有源振子。
一种八木天线的优化设计方法
一种八木天线的优化设计方法许海堤, 傅 光(西安电子科技大学 天线与电磁散射研究所 陕西 西安 710071)摘 要: 介绍了基于矩量法的N EC 分析八木天线的原理和单纯形法的基本原理, 并将两者结合起来提出了一种适合 工程中使用的优化设计方法。
数值结果表明该方法是行之有效的。
关键词: 单纯形法; 八木天线; 优化; N EC中图分类号: TN 823+ 117文献标识码: B文章编号: 1004 373X (2003) 22 045 03A M ethod for Opt im iza t ion D es ign of Yag i uda An tennaXU H aidi , FU Guan g(R esearch Institute of A ntennas and EM Scattering , X idian U niversity , X i ′a n , 710071, Ch ina )Abstract : T he theo ry u sed in the analy sis o f the Yagi uda an tenna of N EC w h ich is based on m etho d of mom en t (mom ) an d the sim p lex are b riefly in t roduced in th is paper 1 A m etho d w ith the com b inat io n of the sim p lex and m etho d of mom en t is in t r od u ced fo r the design of Yagi uda an tenna 1 T he num erical resu lt show s its validity 1Keywords : sim p lex ; Yagi ; op t im izat io n ; N EC1 引 言八木天线[ 1 ] 是一种常用的天线形式, 由于其结构g ( r , r ′) = exp (- j k | r - r ′| ) ƒ| r - r ′|(3) k = ΞΛ0 Ε0 (4) 简单、 造价低廉, 在实际工程中得到广泛应用。
太原理工大学 微波课设 八木天线的仿真设计
本科课程设计报告课程名称：微波技术与天线设计项目：设计二：八木天线的仿真设计设计二、八木天线的仿真设计一、八木天线简介八木天线又称引向天线，是上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郎两人发明的。
八木天线通常由一个有源振子、一个反射器及若干个引向器构成，反射器与引向器都是无源振子，所有振子都排列在一个平面内且相互平行。
它们的中点都固定在一根金属杆上，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杆短路连接。
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。
引向器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。
均匀六元八木天线示意图如下：图1 六元八木天线示意图八木天线的优点是结构简单、馈电方便、重量轻、便于转动，并有一定的增益。
缺点是颇带窄，增益不够高，因此常排成阵列使用。
它在超短波和微波波段应用广泛。
图2 九单元数字电视八木天线二、八木天线工作原理有源振子被馈电后，向空间辐射电磁波，使无源振子中产生感应电流，从而也产生辐射。
改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离，无源振子上感应电流的幅度和相位也随之变化，从而影响有源振子的方向图。
若无源振子与有源振子之间的距离小于1/4波长，无源振子比有源振子短时，整个电磁波能量将在无源振子方向增强；无源振子比有源振子长时，将在无源振子方向减弱。
比有源振子稍长一点的称反射器，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发射出去的电波。
通常反射器的长度比有源振子长4~5%，而引向器可以有多个，第1~4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2~5%。
引向器的长度相同、间距相等的八木天线称为均匀引向八木天线，其特点是天线的主瓣窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。
而当八木天线各个引向器的长度不同，间距亦不相等时叫做非均匀引向八木天线，其特点是天线的主瓣较宽，方向系数较少，工作频带内增益不均匀，但工作频带较宽。
微波仿真论坛_用HFSS 电磁软件仿真设计准八木天线
参考文献： [1] Y. Qian ,A.R. Perkons and T. itoh ”Surface wave excitation of a dielectric slab by a Yagi-Uda slot array antenna-FDTD simulation and measurement,” 1997 Topical Symposium on Millimeter Proceedings, New York: IEEE .1998.PP.137-140. [2] Y. Qian et al, “Microstrip-fed Quasi-Yagi Antenna with Broadband Characteristics,” Electronics Letters, Vol. 34, No. 23, Nov. 1998, pp. 2194- 2196. [3] N. Kaneda, Y. Qian, and T. Itoh, “A novel Yagi–Uda dipole array fed by a microstrip-to-CPS transition,” in Proc. 1998 Asia Pacific Microwave Conf. Dig., Yokohama, Japan, Dec. 1998, pp. 1413–1416.
微波课设八木天线设计
课设报告课程名称：微波技术与天线课设题目：八木天线的仿真设计课设地点：电机馆跨越机房专业班级：信息1002班学号：学生姓名：指导教师：2013/6/27目录1、设计摘要2、设计原理3、八木天线参数选择及设计要求4、八木天线的HFSS10仿真1建立模型2确认设计3 S参数反射参数42D辐射远区场方向图53D Polar5、仿真结果分析6、实验中的问题7、心得体会一、设计摘要八木天线又称引向天线,它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线;其结构示意图如下,在无源振子中较长的一个为反射器,其余的均为引向器,它被广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视、及其它无线电系统中;六元八木天线示意图八木天线中,有源振子可以是半波振子,也可以是折合振子一般常用折合振子,以提高八木天线的输入阻抗,以便和馈电线匹配;主要作用是提高辐射能量;无源振子是若干孤立的金属杆,它与馈线和有源振子不直接相连,作用是使辐射的能量集中到天线的端向;二、设计原理：八木天线的工作原理是：有源振子被馈电后,向空间辐射电磁波,使无源振子中的产生感应电流,从而也产生辐射;改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离,无源振子上的感应电流的幅度和相位也随着改变,从而影响有源振子的方向图;若无源振子与有源振子之间的距离小于λ/4,无源振子比有源振子短时,整个电磁波能量将在无源振子方向增强；无源振子比有源振子长时,将在无源振子方向减弱;比有源振子稍长一点的称反射器,它在有源振子的一侧,起着消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;通常反射器的长度比有源振子长4%～5%,而引向器可以有多个,第1～4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2%～5%;本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上,设计一个六元八木天线;三、八木天线参数选择及设计要求根据上述八木天线基本理论的介绍,我们可以知道引向器越多,方向越尖锐、增益越高,但实际上超过四、五个引向器之后,这种“好处”增加就不太明显了,而体积大、自重增加、对材料强度要求提高、成本加大等问题却渐突出;通常情况下有一副五单元八木即有三个引向器,一个反射器和一个有源振子就够用了;因此,我们选用了一个比较合适的参数范围,其参数如下：其工作频率为f=300MHz；1,参数的选择：λ=c/f=1m；2lref=λ,2ldri=λ,2l1=2l2=2l3=2l4=λ；Ddri=λ,d1=d2=d3=0,30λ,dref=λ；振子直径2a=λ;2,设计要求：利用HFS10仿真软件对此组数据进行仿真,并分析其远辐射场特性以及S曲线,并绘制其方向图;四、八木天线的HFSS10仿真1,建立模型：模型细节：八木天线实物仿真2,确认设计：确认设计3、S参数反射参数：4、2D辐射远区场方向图1phi=0deg时：2phi=90deg时：3phi=180deg时：5、3D Polar：五、仿真结果分析可知,天线工作的谐振频率在550MHz附近,与实际设计要求f=300MHz 有一定的偏差;在实验中已知振子直径2a=;为了实现八木天线与同轴线之间的阻抗匹配;通过添加了附加平衡段平衡器balun来实现阻抗匹配;在以上工程中balun的半径r=,长度l=;六、实验中的问题：1、建模出错：第一次建模时未能正确画出让Arm_2与Balun连接的L1与L2;让我在空欢喜的等待了2小时的,建模的结果当然也是不符合要求;其反射系数曲线和2D辐射远场方向图如下：虽然在425MHz时,衰减到了10dB以下,但是由于其工作频带过窄,不能正常工作,不符合要2修改模型以后未修改U2半径;反射系数曲线图如下：不符合要求七、心得体会当初选择八木天线作为自己的课设题目时,以为工作量再大,那又能大到哪里去;结果,在实验的过程中,也体会到了做八木天线的难度;建模其实没什么难度,难的是在每次修改平衡器Balun的半径r以后,一运行就得等上3小时左右;而且修改半径以后也不能确定结果是否符合要求;不过,在不断地修改与尝试过程中,我对八木天线和仿真软件HFSS也有了更多的认识,比如总结了一下一些常用快捷键,如：Ctrl+D:最佳角度观看模型；Shift+鼠标：水平移动模型；Alt+鼠标：旋转模型；Shift+Alt+鼠标：放大缩小模型；Alt+双击坐标轴：平视图;还有在查阅有关八木天线的相关资料时,也是出乎意料,网上的资源简直非常少,而且收费的居多在我的查阅范围里;可能网上八木天线的知识是很多的;但在我的查询中,至少让我体会到,天线是难学的学科;。
微波课设 八木天线
太原理工大学现代科技学院微波技术与天线课程设计设计名称八木天线的仿真设计专业班级学号姓名指导教师太原理工大学现代科技学院课程设计任务书的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）指导教师签名日期：：专业班级信学号姓名成绩八木天线的仿真设计一、八木天线简介作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天线也就没有了无线电通信。
作为一款经典的定向天线，八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名YAGI，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。
相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。
通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器，结构如图1所示。
主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。
八木天线又称引向天线，是上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郎两人发明的。
八木天线通常由一个有源振子、一个反射器及若干个引向器构成，反射器与引向器都是无源振子，所有振子都排列在一个平面内且相互平行。
它们的中点都固定在一根金属杆上，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杆短路连接。
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。
引向器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。
八木天线课程设计
八木天线课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握八木天线的基本结构、工作原理及分类；2. 了解八木天线的辐射特性、增益和方向性；3. 理解八木天线在通信、广播和导航等领域中的应用。
技能目标：1. 培养学生运用八木天线原理解决实际问题的能力；2. 学会设计和制作简单的八木天线；3. 提高学生实际操作八木天线并进行性能测试的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对无线电通信技术的兴趣，激发学生探索无线电世界的热情；2. 增强学生的团队合作意识，培养学生相互协作、共同解决问题的能力；3. 培养学生关注社会、服务社会的责任感，提高学生将所学知识应用于实际生活的意识。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合理论知识与实际操作，培养学生运用八木天线技术解决实际问题的能力。
学生特点：学生处于好奇心强、求知欲旺盛的年级，具备一定的物理基础和动手能力，但八木天线相关知识较为陌生。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，采用启发式教学，引导学生主动探究、动手实践，提高学生的综合素养。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 八木天线的基本原理- 天线的定义、功能及分类；- 八木天线的工作原理、结构特点；- 辐射原理和方向性分析。
2. 八木天线的应用与性能- 八木天线在通信、广播和导航等领域的应用；- 八木天线的增益、效率和带宽性能分析；- 影响八木天线性能的因素。
3. 八木天线的设计与制作- 八木天线的设计原则和方法；- 设计实例分析，实际操作指导；- 制作过程中的注意事项。
4. 八木天线的性能测试与优化- 性能测试方法及设备；- 实际测试操作，数据收集与分析；- 优化方案探讨，提高天线性能。
教学内容安排与进度：第1周：八木天线的基本原理；第2周：八木天线的应用与性能；第3周：八木天线的设计与制作；第4周：八木天线的性能测试与优化。
教材章节关联：《电磁学》第十章：天线；《通信原理》第七章：无线通信系统中的天线技术。
八木天线的设计仿真与测试
大线的基本理论幽２－５折合振子示意图图２－４半波偶极子的方向图２．２．２天线主要参数前面已经讲过，天线的基本功能是能量转换和定向辐射，天线的电参数就是能定量表征其能量转换和定向辐射的量。
天线的电参数主要有方向图、方向性系数、主瓣宽度、旁瓣电平、增益、天线效率、极化特性、驻波比、频带宽度、和输入阻抗等。
下面根据本文的研究重点对于天线的方向性系数、方向性图、天线增益和驻波比逐一做详细介绍。
一、方向系数Ｈ１。
方向性系数是一个用数字定量的衡量天线辐射电磁能量集中程度的参数，又称方向性增益。
它定义为在相同的辐射功率下，某天线产生于某点的功率通量密度与理想点源天线产生于同一点的功率通量密度的比值。
设某天线与理想点源天线的辐射功率密度分别为最和足。
，此天线在最大辐射方向１的功率通量密度和场强分别为ｓ。
和五＿，理想点源天线的功率密度与场强密度Ｓ。
和￡。
，则天线的方向性系数Ｄ为：ｃＪＦ２ＩＤ一＝卫ｌ一＝引…（２．”）５０ＩＢ．，０￡ｉｋ．是．方向性系数还可以这样来定义：在最大辐射方向的同一接收点电场强度相同的条件下，理想点源的辐射功率与有方向性天线的总辐射功率的比值，称为该天线在该点的方向性系数，即：Ｄ。
鱼ｆ是ＩＬ．岛由定义可知，由于天线在个方向辐射强度不同，Ｄ的值也随方向而异。
在辐射最强的方向上Ｄ的数值最大。
通常所说的某天线的方向系数，如果没有特别指明是哪个方向的，则都是指最大辐射方向的方向系数。
由定义可以看出，所有实际天线的方向性系数都大于１。
下面由式（２．２７）来计算天线的方向性系数的具体表达式。
仍取图２．２，若天线置于原点，取球坐标北京交通人学硕十论文３．１感应电动势法图３—１引向天线及坐标感应电动势法ｆ４】将引向天线看作幅度与相位都不均匀的端射离散直线阵，如图３，１所示的坐标系，对于图中的ｎ元引向天线，振子１为反射振子，振子２为有源振子，振子３到ｎ为引向振子，各振子的总长度分别为２ｆ。
，砬，笤，¨，现，各振子距振子１的距离分别为ｄ：，ｄ，，．．．，ｄ。