八木天线与返射天线

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6.4.1 八木天线（YAGI—UDA Antenna）
这种天线是八木和宇田两人在 20 年代早期做出的，在 20 年代中期发表的。
但直到 1928 年八木访问美国，在无线电工程师协会(IRE)的会议上宣读论文才得
到公认。这种天线被誉为是天线领域的经典之作，是极少以发明人名命名的天线
之一。
(1) 结构
八木天线又称引向天线、波渠天线。它是由一根馈电振子和几根无源寄生振
子并排放置组成的，如图 6-3 所示。它是一种广泛用于米波、分米波段的通信、
雷达、电视和其它一些无线电设备中的端射式天线。

八木天线由一根振子、一根反射器振子和若干根无源引向器振子组成，所有
振子并排排列在一个平面内。
•馈电的有源振子
一般选为半波谐振长度 l A =(0.46～0.49)波长 ,可用折合振子。
•反射器振子
长度 l R =(1.05～1.15) l A ,也可用两根振子或反射网作反射器。
d r =(0.1～0.25)
•引向器振子
一般来说，引向器数目愈多，引向能力愈强，但超过某一数目收益不大，这
是由于边缘各引向器上的感应电流逐渐减弱的缘故。大多数八木天线引向器一般
有 4～15 个。长度：l D =(0.80～0.90) l A ，间距 d d =(0.1～0.4) 。引向振子尺寸和
间距均相同的引向天线称为均匀天线，否则称为非均匀天线。
■其优点是：结构与馈电简单，制作与维修方便，体积不大，重量轻，转动灵活；
天线效率高 1，增益可达 15dB，还可用它作阵元，组成八木天线阵列，以
a
获得更高增益。
■其缺点是：各引向器尺寸间距调整困难，频带窄。
(2) 工作原理
由于每一引向器的长度短于谐振长度，则每一引向器的输入阻抗是容性的。
类似地，反射器的阻抗是感性的。引向器和反射器上电流的相位，不但由其长度
决定，也由它们相邻单元的间距决定。这样，
●长度稍短于谐振长度(< / 2 )而间距适当的单元就如引向元件。因为它们
所形成的阵列电流幅度近似等幅，而相位是近似均匀递减，这将加强馈电单元引
向器方向的场。
●长度大于或等于 / 2 的适当间距的单元就如反射器。因此，八木天线可看
作是一个支持行波的结构。其特性由各单元上的电流分布和行波相速决定。
感应电势法
3) 分析方法

行波天线法

矩量法
■感应电势法
这种方法是把八木天线看作是电流振幅和相位及间距长度都不均匀的端射
式直线阵，利用耦合振子理论得到的耦合方程可近似计算各振子上的电流分布，
再根据阵列理论计算其方向图。
Z is 表示归算于电流波腹的第 i 根振子与第 s 根振子间的互阻抗。
Z ii 表示归算于电流波腹的第 i 根振子的自阻抗。
用行波天线理论设计八木天线
当八木天线单元数增多，可用行波天线的理论来分析。即在八木天线上，沿
引向器振子方向传播的波为行波。
●确定行波传播常数′ ，由书上 P133 式(6-56)确定。该式是在引向器为无限
多，八木天线为无限长的条件下得到的。′ 与振子间距 d ，长度 l ，振子半径
有关，且只适用于 d >>p ， d >> l / 2 ， l >> 的情况。
实际的八木天线是由一根金属棒将各振子固定起来，除有源振子外，其他振
子的中点与金属棒相连。因为这些中点的电位为零电位，且这个连接用的金属棒
与各振子垂直，它对天线的场结构不会产生显著的影响。
由近似设计方法设计的八木天线制作好以后，一般都要调试，要测输入阻抗
或馈线上驻波比，要测量方向图。如果驻波比大于给定指标( 2 )或辐射方向
图后瓣太大，主瓣太胖等，此时应调整天线结构尺寸，如反射器、引响器长度，
各振子间距、有源振子的长度也要作适当调整。若用矩量法，采用计算机仿真设
计，则设计效果更好。
调试也有一定规律可循。如调整紧靠有源振子的反射器和引响器的间距，将
使输入阻抗或驻波比变化改变大。八木天线总长度增加,使主瓣变窄，否则变宽。
对前后辐射比，则调反射器 l 和 d 较明显等等。
地面对八木天线的输入阻抗(驻波比)也有较大影响。
如果一副八木天线的增益还不够大，可以用排阵的方式加大增益。
6.4.2 返射天线
又称背射天线，它是在八木天线的基础上发展起来的。由于其结构简单、馈
电方便、纵向长度短、副瓣和后瓣小等优点，而得到重视。其结构如图 6-4(a)所
示。
它是在引向器一端加一反射圆盘，当电磁波沿引向器方向传输到反射盘后即
发生返射，再一次沿慢波结构向相反方向传播，最后越过反射器向外辐射，电波
沿引向器方向传播遇到反射盘，再返回向相反方向辐射出去，因此称返射天线。
电波两次经过慢波结构，相当于将天线长度增加了一倍，故比相同长度的八木天
线的增益大 3dB。由于反射盘的镜像作用，增益还可增大约 3dB。反射盘直径大
致与同等增益的抛物面天线直径相等，反射盘与反射器之间的距离应为 / 2 的整
数倍。如果在反射盘的边缘加一边框，增益还可增大。
它们是已知的，可由公式或查图表计算。解此线性方程组就可得到波腹电流值 I s ,
s=0,1,2,,n-1
●输入阻抗 Z in 0
八木天线的有源振子附近是一些无源的寄生振子，且相互耦合很强，使得其
输入阻抗降低很多。如果单元多于 5 个，输入阻抗实部只有约二十几欧。因此可
采用折合振子作有源振子，或采用有阻抗变换作用的平衡器，同轴线馈电。

一个良好设计的返射天线，较之同等长度的八木天线增益可提高 8dB 左右。
还有一种背射天线，见上图 6-4(b)，它把返射原理用于一个对称振子上，电
波在大小两个反射盘之间来回反射，且每一次都有一部分能量从小反射盘方向向
外辐射。小反射盘直径 d= (0.4--0.6)波长。大反射盘 D= 2波长 ，两盘间距离 L / 2。
对称振子到两盘的距离均为波长 / 4 ，大盘边框宽度W =(波长/ 4 ～波长 / 2 )，对称振子长
l= (0.46 ～ 0.49)波长。这种背射天线 G= (8.5 ～ 17) dB . SLL=20dB .
∆f / f 0= (10～15)%