手工自制的Yagi八木天线

1、历史

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。1928年由日本天线专家八木秀次和宇田新太郎两人设计的。东北帝国大学的宇田新太郎最早设计了这种引向天线,他的导师八木秀次也帮助设计和测试了这种天线。1926年宇田将这篇论文投到了日本的无线电杂志上,但反应不大。1928年八木秀次访问美国时,将宇田的论文翻译成了英文并在电气工程师学会上发表(THE PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF RADIO ENGINEERS),受到了欧美无线电行业的关注。因为英文论文八木的署名在前,所以这种天线往往被称为八木宇田天线或是简称为八木天线。这之后,八木天线被运用在短波通讯等领域。二次世界大战中,随着无线电技术的迅速发展,八木天线的应用更加广泛,如作为夜间战斗机使用的雷达之一。然而在日本国内,八木天线并未得到应有的重视,直到日军在新加坡发现了英军雷达技术人员关于八木天线的记载,他们才意识到其价值。战后,八木天线被各国作为电视传输天线使用。

Yagi-Uda antenna

2、结构

八木宇田天线是基于普通的偶极天线发展而来的。最简单的三单元八木天线由一位于中间的一根长度为半波长的偶极天线(有源振子)和位于偶极前后的引向器和反射器构成。其中引向器的长度为略小于半波长,反射器的长度为略大于半波长,具体长度依据实际使用时的情况而定。反射器与振子、振子与引向器之间的距离为四分之一波长。增加引向器的数量可以增强天线的方向性和增益,但也会降低带宽、增加天线耦合难度。引向器间的距离也为四分之一波长,距离振子越远,引向器应在前一引向器基础上再短一些。也有采用多个有源阵子的八木天线。

3、特点

由于八木天线具有很好的方向性,增益也比较高。用它来测向、远距离通信效果特别好,不仅被专业通讯电台广泛使用,也受到业余无线电通讯爱好者的欢迎。

4、手工制作

有关它的工作原理和计算公式可以在不少书刊和网站上找到,在次不再赘述。这里主要如何来手工制作八木天线。

如图一,实际选料尺寸D=30.2cm        C=31cm        B=31.8cm      L=32cm       A=34.5cm,各单元之间的间距D—C:13.5cm;B—C:14.3cm;C—L(靠近A侧):8.7cm;L(A侧)—A:7.5cm;
L环型间距:2cm     L 环型开口处间距:1cm。也可以完全仿照工程理论书籍给出的尺寸,或者借助于一些现成的设计软件,如国外的YAGI来设计。

Yagi-Uda antenna

支架:铝合金工字型窗帘轨道,也可用其他材料,一般五金店有售。选择铝合金主要考虑手工制作时打洞定位方便。

Antenna

天线主体:3mm的铜焊条,约用2m左右。一般五金店有售。也有用硬铝管或紫铜管的。之所以选用铜焊条,主要是因为加工方便。有人说粗细会影响“带宽”?查阅相关资料,直径与天线的“带宽”关系不大(天线的“带宽”决定于引向元的长度)。

Antenna

固定螺丝:在6mm的螺丝上打3mm的孔,用于固定穿过的铜焊条,这加工打孔不太方便,要有钻床。也可以用老式自行车前刹吊杆中的固定螺丝,在修理自行车的摊位上有售。如果是用其他材料做支架或天线元的,就要另外考虑加工或者借用固定的螺丝了。有的朋友自制了“U型攀”来替代固定螺丝,也有的朋友就用铁丝或者扎带来固定,方便就行。

手工制作过程也比较简单容易,工具:小电钻、圆形和半圆形的什锦锉就可以了。先根据计算的尺寸,在支架上定为螺丝的位置,然后就用小电钻钻孔,再用什锦锉挫平以免伤人,然后就可以动手安装各个天线单元了。加工发射元环型体(L)时,铜焊条比较脆,在作环型弯时要小心折断,建议在酒精灯或者厨房的煤气灶上把那一段铜焊条烧红后再用根小钢管来弯折,成功率较高。

YAGI Antenna

这样主题完成后找根75欧姆的馈线接入,最好能用原来老式的那种扁平馈线。这样一副手工制作的Yagi八木天线就完成了,安装的位置根据个人条件选择,天线可用于电视、广播或者手台。具体效果可在使用过程中自行调试,Yagi-Uda antenna的方向性强,调试时需要多转动寻找最佳方向

 

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