八木微带天线的设计与研究
八木天线的原理和制作
八木天線的原理和製作八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。
八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。
有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。
但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。
至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflector）和导向器（Director）两种。
通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而导向器可以有多个，第1～4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。
由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。
通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。
反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压表，电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。
因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。
当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。
适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。
同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。
这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的幅射了。
导向器的长度相同，间距相等的八木天线称为均匀导向八木天线，特点是天线的主办窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。
八木天线的原理和制作概要
八木天线的原理和制作概要八木天线（Yagi-Uda Antenna）是一种常用的定向性天线，广泛应用于无线通信、电视、无线电等领域。
八木天线以其简单的结构和高增益而受到青睐。
其工作原理是基于干涉和辐射。
八木天线的结构包括一个驱动元件（又称为激励器）和若干个反射元件和辐射元件组成。
驱动元件一般为一个有源的振荡天线，如偶极子，通过振荡产生的电磁波激发其他元件。
反射元件位于驱动元件的后方，起到集中反射电磁波的作用。
辐射元件则位于驱动元件的前方，起到扩散辐射电磁波的作用。
通过这样的结构，八木天线能够提高天线的增益，增强信号的传输方向性。
八木天线的反射元件由若干个均匀定位的平行的金属棒组成，其长度与驱动元件的工作频率有关。
反射元件比驱动元件短约1/4波长，从而实现相位差。
当反射元件上的电流被激发时，它们会发出电磁波，将电磁波聚焦到驱动元件的边缘，因此可以抑制边缘辐射。
这种电磁波的相干性与反射元件的长度、数量等因素有关。
辐射元件由若干个均匀定位的平行金属棒组成，其长度比驱动元件短约1/2波长。
辐射元件的长度和距离驱动元件的距离也会影响天线的增益和方向性。
当激励器产生的电磁波通过驱动元件传入辐射元件时，电磁波在辐射元件上会产生类似干涉的效应，增加电磁波辐射的方向性，以及进一步增强电磁波的辐射功率。
制作八木天线的步骤如下：1.根据要接收或发射的信号频率计算波长，根据波长确定驱动元件、反射元件和辐射元件的长度。
2.准备天线材料，一般为厚度适中、导电性能良好的金属棒，如铝棒。
3.构建驱动元件，可选择一根合适长度的金属棒作为驱动元件，在其一端连接激励器。
4.构建反射元件，根据计算得到的长度要求，制作若干个金属棒，间隔适当，一端与驱动元件连接。
5.构建辐射元件，根据计算得到的长度要求，制作若干个金属棒，与驱动元件的另一端连接。
6.连接和固定天线元件，确保元件之间的相对位置和长度精确。
使用导线连接驱动元件和激励器。
7.进行天线的测试和调整，根据实际效果来优化天线的性能。
高增益微带八木天线的设计
高增益微带八木天线的设计高增益微带八木天线的设计【摘要】本文基于八木天线的结构设计并制作了一个准八木高增益微带天线，利用电磁仿真软件CST进行仿真设计。
通过增加引向器的个数来增加增益随着引向器的增加，增益由4.15dBi增加到8.2dBi；通过增加x方向的单元数，压缩E 面的方向性进而提高增益，其增益由8.2dBi提高到12.7dBi。
最终设计出一款工作于5.8GHz，增益约为12.7dBi，前后比为26dB的天线，实测与仿真结果基本吻合。
1、微带八木天线的设计原理随着微波技术的发展，微带准八木天线由于其结构简单易于加工实现而成为国内外的一个研究热点。
微带准八木天线的工作原理如图，采用180°相位差的微带传输线作为馈线，馈入八木天线的两臂的信号刚好等幅反向。
八木天线可看作是端射式行波天线，其波瓣图可近似为间距λ/4，相位递减90°的电源端射阵。
在微带八木中要实现输入端的阻抗匹配很关键，2单元6元阵子在馈电微带的阻抗匹配计算如图1所示图1 阻抗匹配计算八木天线的地板作为反射器，馈电后的主阵子向空间辐射电磁波，同时引向阵子由于耦合作用产生了感应电流，也向外辐射电磁波，引向器和反射器的相互作用能将有源振子辐射的能量集中到主辐射方向。
引向器的数目在一定的范围内越多，方向性越强，增益就越高。
有源振子的长度一般取半波长，通过调整阵子间的间距以及无源振子的长度，可以改变无源振子上产生的交变感应电流的相位和幅度，使得电磁场在主方向上叠加，从而达到增强天线辐射方向性的目的，进而提高天线的增益和辐射效率。
不同数量引向阵子对应增益增量如表1所示。
表1 不同单元八木天线的增益值2、微带八木天线的结构微带八木天线的结构如图2所示。
与宇田八木天线的结构基本相同，微带准八木天线每个单元由源辐射阵子、反射器和引向器组成，其反射器为微带的截断接地板，源辐射阵子为偶极子。
馈电口通过巴伦进行阻抗变化进行功分到两个单元。
浅谈八木天线的特点、原理与制作调整
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、以及波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名，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。
八木天线定向工作的原理，可依据电磁学理论进行详尽地数学推导，但是比较繁琐复杂，普通读者也不易理解，这里只做定性的简单分析：我们知道，与天线电气指标密切相关的是波长λ，长度略长于λ整数倍的导线呈电感性，长度略短于λ整数倍的导线呈电容性。
由于主振子采用长约λ的半波对称振子或半波折合振子，在中心频点工作时处于谐振状态，阻抗呈现为纯电阻，而反射器比主振子略长，呈现感性，假设两者间距为λ，以接收状态为例，从天线前方某点过来的电磁波将先到达主振子并产生感应电动势ε和感应电流，再经λ的距离后电磁波方到达反射器，产生感应电动势ε和感应电流，因空间上相差λ的路程，故ε比ε滞后°，又因反射器呈感性比ε滞后°，所以比ε滞后°，反射器感应电流产生辐射到达主振子形成的磁场又比滞后°，根据电磁感应定律在主振子上产生的感应电动势ε比滞后°，也就是ε比ε滞后°，即反射器在主振子产生的感应电动势ε与电磁信号源直接产生的感应电动势ε是同相的，天线输出电压为两者之和。
八木微带天线的设计与研究
八木微带天线的设计与研究作者：田辉, 王杰来源：《现代电子技术》2010年第15期摘要:对八木微带天线进行了研究。
仿真设计一种宽带宽波束圆极化八木微带天线,在中心频率上实现了波束由侧射向端射偏转26°,频率带宽达800 MHz,0 dB主波束宽度为110°;采用Wilkinson微带功分器产生两路幅度相等相位相差90°信号对天线进行馈电,实现了圆极化。
同时研究了在设计天线中参数对于八木微带天线主波束偏转角度的影响,得出了偏转角度随各参数变化的一般规律。
关键词:八木微带; 圆极化; 宽波束; 波束偏转中图分类号:TN82文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)15-0033-04Design and Analysis of Microstrip Yagi AntennaTIAN Hui, WANG Jie(Beijing Institute of Remote Sensing Equipment, Beijing 100854, China)Abstract: The microstrip Yagi antennan is studied. The simulation design of a wide-band wide-beam circular polarization microstrip Yagi antenna is implemented, which realizes 26° beam deflexion from side-fire to end- frequency bandwidth and 110° main beam bandwidth at 0 dB. The antenna is fed by two signals which have the same maximum available gain but 90° phase difference produced by Wilkinson microstrip power splitter, and realize the circular polarization. The influence of the parameter variation on the beam deflexion of the microstrip Yagi antenna in the antenna design is analyzed. The normal law of the variation of the deflection angle with the parameters is obtained.Keywords: microstrip Yagi antenna; circular polarization; wide beam; beam deflexion0 引言八木天线是一种典型的定向天线,通过调整八木天线的振子长度、数量以及振子间距离可以很容易改变天线的各性能参数。
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;。
八木天线原理
八木天线原理
八木天线原理是一种用于天线设计的原理，最早由日本工程师八木秀次在20世纪40年代提出。
八木天线的特点是具有高增益和定向性，适用于无线通信等领域。
八木天线的设计是基于单根驻波振子的原理。
八木天线由一个驻波振子和若干个反射器组成。
振子是天线系统中的主要辐射器，它负责接收或发送电磁波。
反射器则用于增强振子的辐射效果。
八木天线的工作原理可以简述如下：当电磁波入射并经过振子时，振子会将电磁波吸收并产生电流，然后将电流通过导线传递给反射器。
反射器上的电流会反射回振子，形成反相电流。
这种反射过程会增强振子的电磁辐射，从而提高天线的辐射效果。
八木天线的优点是可以获得较高的增益和定向性。
它的增益可以比传统的单根振子天线高出几倍，适合在信号较弱或远距离通信的场景中使用。
同时，八木天线的辐射方向也比较集中，可以减少信号的散射，提高通信的可靠性。
总之，八木天线原理是一种基于驻波振子和反射器的设计原理，具有高增益和定向性的特点。
它在无线通信等领域有着重要的应用价值。
八木天线的设计仿真与测试的开题报告
八木天线的设计仿真与测试的开题报告引言目前，随着通信技术的发展，无线通信在我们的生活中变得无处不在。
因此，对于无线通信天线技术的研究得到了越来越多的关注。
八木天线是一种非常重要的天线设计，它以其优秀的性能，被广泛应用于卫星通信、移动通信、广播电视等领域。
本文将面向开展八木天线的设计仿真与测试的研究工作，探讨八木天线的原理、设计流程、仿真分析以及测试实验。
一、八木天线原理八木天线是由日本的八木秀次教授于1924年发明的。
它是一种折叠衍射天线，由多个元件组成，其中主要包括驱动器、反向器和马鞍形反射器。
八木天线的原理基于电磁波反射和折射的知识，其结构示意图如图1所示。
图1 八木天线结构示意图在八木天线中，驱动器发出的电磁波会经过反向器以及一系列衍射元件，最终聚焦到马鞍形反射器上。
反射器将其反射回来，再经过衍射元件和反向器折射出去，形成辐射波。
八木天线的优点在于，它能够提高信号的增益和方向性，同时还能使信号的频率响应宽带化。
二、八木天线设计流程在进行八木天线的设计前，需要预先确定工作频率范围、增益要求、辐射方向等关键参数。
在此基础上，八木天线的设计流程一般包括以下几个步骤：1.确定驱动器类型和位置驱动器是八木天线的核心部分，通常采用同轴电缆驱动器或异轴电缆驱动器。
在确定驱动器类型后，需要进一步确定其位置在反射器的何处，这个位置通常在反射器中心的高度上。
2.反向器的位置和大小反向器在八木天线中扮演着重要的反射作用，所以其位置和大小需要合理设计。
一般来说，反向器的凹面部分应该朝向天线的前方。
3. 衍射元件的设计衍射元件是八木天线中的另一个重要组成部分，它们的作用是将波束聚焦到反射器上。
在设计衍射元件时，需要注意选择具有良好电学性能和机械稳定性的材料，比如玻璃纤维等。
4.反射器形状的设计反射器的设计形状通常是马鞍形，但是具体的形状参数需要根据不同设计要求进行调整。
在确定反射器形状后，需要进行仿真分析，优化参数，在实验中得到最优性能。
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八木微带天线的设计与研究作者：田辉, 王杰来源：《现代电子技术》2010年第15期摘要:对八木微带天线进行了研究。
仿真设计一种宽带宽波束圆极化八木微带天线,在中心频率上实现了波束由侧射向端射偏转26°,频率带宽达800 MHz,0 dB主波束宽度为110°;采用Wilkinson微带功分器产生两路幅度相等相位相差90°信号对天线进行馈电,实现了圆极化。
同时研究了在设计天线中参数对于八木微带天线主波束偏转角度的影响,得出了偏转角度随各参数变化的一般规律。
关键词:八木微带; 圆极化; 宽波束; 波束偏转中图分类号:TN82文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)15-0033-04Design and Analysis of Microstrip Yagi AntennaTIAN Hui, WANG Jie(Beijing Institute of Remote Sensing Equipment, Beijing 100854, China)Abstract: The microstrip Yagi antennan is studied. The simulation design of a wide-band wide-beam circular polarization microstrip Yagi antenna is implemented, which realizes 26° beam deflexion from side-fire to end-fire at center frequency, 800 MHz frequency bandwidth and 110° main beam bandwidth at 0 dB. The antenna is fed by two signals which have the same maximum available gain but 90° phase difference produced by Wilkinson microstrip power splitter, and realize the circular polarization. The influence of the parameter variation on the beam deflexion of the microstrip Yagi antenna in the antenna design is analyzed. The normal law of the variation of the deflection angle with the parameters is obtained.Keywords: microstrip Yagi antenna; circular polarization; wide beam; beam deflexion0 引言八木天线是一种典型的定向天线,通过调整八木天线的振子长度、数量以及振子间距离可以很容易改变天线的各性能参数。
但是八木天线只能实现端射辐射,无法直接与载体表面共面安装。
利用微带天线实现八木天线的功能,不仅可与载体表面共面安装,而且可使波束从端射向侧射倾斜,实现对不同天线倾角波束的控制[1-3]。
微带天线是20世纪70年代初期研制成功并迅速发展起来的一种天线。
和其他微波天线相比,具有如下优点:体积小、重量轻、低剖面,具有平面结构,并可制成与导弹、卫星等载体表面共形的结构,馈电网络可与天线结构一起制成,适合于用印刷电路技术大批量生产,能与有源器件和电路集成为单一的模块,便于获得圆极化、容易实现双频段、双极化等多功能工作[4-6]。
微带天线的突出优点决定了其可以比较自由而充分地利用弹体表面,且安装时不影响弹体结构的强度,很容易实现装置小型化,共形微带天线具有不额外占有空间和对飞行姿态影响小等优点,在航空制导等多个领域具有很大的吸引力。
因此,以微带天线理论作为基础,研究八木形式的微带天线,通过优化参数,使其在性能指标上达到更好的要求,这在工程上有很大的应用价值。
本文在John Huang的微带八木天线[7]的基础上,结合工程应用,对天线进行改进,对参数进行优化设计,并设计了馈电网络,完成了一种性能优良的圆极化八木微带天线设计,使天线满足了应用需求。
同时重点研究了八木微带天线波束偏转角度随天线各参数变化的关系,对这种天线的设计具有非常实用的参考价值。
1 天线结构设计八木微带天线是在一块介质基片上,同时刻蚀一个有源贴片,一个反射贴片和几个引向贴片,这些贴片都做成正方形的。
其中有源贴片的尺寸约为工作频率的介质波长的1/2左右,反射贴片略大于有源贴片,而引向贴片略小于有源贴片。
电磁波主要通过有源贴片辐射,在相邻贴片之间产生较强的耦合,使天线波束发生偏转。
贴片之间的间隙一般约等于介质基片的厚度[8-9]。
在介质基片确定的前提下,通过调整贴片尺寸的大小和贴片间隙的大小,可以改变波束偏转的角度,调整馈电点的位置,可以结合馈电网络调整端口的匹配情况以及端口驻波特性。
设计的微带八木天线中心频率为f0,结构如图1所示,整个结构的尺寸为2.07λ×1.32λ。
图1 八木微带天线结构图2 天线仿真结果图2是使用HFSS仿真时建立的天线仿真模型,天线采用上下两层结构,上层使用介电常数为2.95,厚度为1 5 mm的介质基片,基片上方刻蚀辐射贴片,在实现良好圆极化性能的条件下对天线的各贴片的边长、间隙距离以及馈电点的位置进行微调,优化之后的参数为:a/λ=0384, b/λ=0273,c/λ=0249,d1/λ=0045,d2/λ=0028,馈电点的位置dx/λ=dy/λ=0055。
天线下层馈电网络采用介电常数为22,厚度为0.508 mm的介质基片,基片的下方刻蚀Wilkinson功分器,两臂的长度差约为1/4波长,用来产生相位相差90°的等幅信号。
两层之间采用直径为1.4 mm的理想金属圆柱互连。
图2 八木微带天线仿真模型对Wilkinson功分器两臂的长度差进行微调,可以使天线达到更好的匹配,从而得到更好的S 参数。
天线的方向图、轴比特性以及不同频率下的电压驻波比等性能如图3～图6所示。
从图4中可以看出,设计的八木微带天线在中心频率和边频,主波束方向相对于微带天线法向向引向贴片方向偏转了26°,yoz平面0 dB带宽在110°左右。
在主波束方向,增益可达7.82 dB。
随着频率的变化,波束宽度和增益会有相应的变化,但是从图中可以看出,主波束的偏转角度基本不随频率改变,稳定在26°左右。
图5为中心频率以及两个边频在不同方向的轴比图,对于中心频率,θ角从-23°~57°都在3 dB 以下, 3 dB轴比波束宽度达到80°。
在实际应用中,可以通过调节两个馈电点距离驱动贴片中心的距离以及Wilkinson功分器两臂的长度差来改变天线的轴比特性,这种调整对于天线的其他性能,比如增益,偏转角度等没有多大的影响。
图3 八木微带天线3D方向图图4 中心频率及两个边频增益方向图图5 中心频率和两个边频的轴比图图6 天线的电压驻波比图6为输入端口的电压驻波比随频率变化的曲线图,在中心频率电压驻波比可达102,电压驻波比不大于1.5的带宽可以达到800 MHz,对于中心频率工作在C波段的天线,相对带宽可达百分之十几,真正实现了天线的宽波束性能。
3 结构的变化对波束偏转角度的影响在不改变其他参数的条件下,对设计八木微带天线做些结构上的改变,增加或者减少反射器以及引向器的个数,天线波束偏转角度随结构的变化如图7所示。
图7 波束偏转角度随天线结构变化图图7中黑色条柱表示天线在只有一个反射器的情况下,方向图最大辐射方向偏转的角度与引向器数量变化的关系,红色条柱表示天线在两个反射器的情况下,方向图最大辐射方向偏转的角度与引向器数量变化的关系。
在引向器数量不变的情况下,增加反射器的数量可以增加天线最大辐射方向偏转的角度,同样,随着引向器个数的增加,偏转角度也随之增大。
通过不同的试验可知,在引向片个数为5个,反射器个数为2个的时候,可以得到最大偏角39°。
当引向器的个数多于5个,反射器的个数多于2个的时候,偏转角度不再有多大的变化。
这是因为八木微带天线的能量主要通过介质耦合到寄生贴片上,增加的再多的寄生贴片距离激励贴片会更远,使得耦合到这些贴片上的能量非常小,因此它们对方向图的影响也就非常小了。
4 驱动器的尺寸对于波束偏转角度的影响天线是在驱动贴片上馈电,天线的主谐振频率主要取决于驱动器的尺寸,所以驱动器的大小b的改变对于天线的性能影响非常大,改变驱动贴片尺寸b的大小,天线波束偏转角度随驱动器尺寸b的大小的变化如图8所示。
微带矩形贴片天线的尺寸是由天线工作频率、介质基片的介电常数以及厚度决定的,当这三个参数确定之后,天线只有在一定的尺寸下才能达到最大的辐射强度以及最小的驻波系数。
从图8中可以看出,天线最大辐射强度的方向偏转的角度随着驱动贴片尺寸的变大而减少,其变化规律接近于分段线性关系,这是因为,天线的最大辐射方向的偏转是由于贴片间的耦合造成的,较小的贴片尺寸有较高的谐振频率,驱动贴片尺寸的变化造成了谐振频率的偏移,当贴片尺寸增大的时候,天线谐振频率远离引向器谐振频率,引向器的作用减弱,从而偏转的角度变小。
图8 波束偏转角度随驱动片尺寸的变化曲线5 驱动贴片与反射贴片的间隙对于天线性能的影响改变天线驱动贴片与反射贴片之间的间隙d1的大小,天线波束偏转角度随d1变化曲线如图9所示。
图9 天线波束偏转角度随d1的变化曲线当改变驱动贴片以及反射贴片之间的间隙d1时,天线方向图形状变化不大,但随着d1增大,天线增益略有增加,最大辐射方向偏转角度呈减小的趋势。
最大辐射方向偏转角度随d1的变化曲线如图9所示,但偏转角度不会一直减少下去。
通过实验可知,当d1增大到一定程度之后,最大辐射方向偏转角度会稳定在23°附近,这是因为,反射贴片远离驱动片时,反射贴片和驱动片之间的耦合会逐渐减弱,当远离到一定的程度,反射贴片上的电场耦合强度将会非常的小,此时天线最大辐射方向角度的偏转主要由引向贴片来决定,不再随d1的变化而变化。
另外,随着d1的增大,反射贴片上电场的耦合强度降低,但其谐振频率只跟反射贴片的大小相关,故谐振频率保持不变,d1只影响天线的谐振深度。
6 驱动贴片与引向贴片的间隙对于天线性能的影响改变天线驱动贴片与引向贴片之间的间隙d2的大小,天线偏转角度随d2的变化曲线如图10所示。