學個Antenna是以天線仿真和調試為主，理論原理為輔的干貨天線技術專欄，包括天線入門知識以及各類天線的原理簡介、仿真軟件建模、設計、調試過程及思路。如有想看到的內容或技術問題，可以在文尾寫下留言。

摘要：

八木天線是由一個有源振子（一般用折合振子）、一個無源反射器和若干個無源引向器平行排列而成的端射式天線。在二十世紀20年代，由日本東北大學的八木秀次和宇田太郞兩人發明了這種天線，被稱為“八木-宇田天線”，簡稱“八木天線”。

本文使用的軟件為CST2018和AnsysEM 18.2

八木天線的命名

提到八木天線，大家可能以為這天線是一個名字里有八木的人發明的，而且這就是天線的全稱。事實上，八木天線的原始設計和工作原理首先由日本東北帝國大學的 S. Uda發表于日本的I.E.E. 雜志^[1]。

但使得該天線更廣泛流傳和閱讀的文章^[2]卻來自Uda 教授的一位同事——H. Yagi。

盡管Yagi在他的英文論文中致謝了Uda教授，但全世界還是習慣將該天線稱為Yagi-antenna，這也成了天線詞典中的通用術語。

參考資料

[1]Uda S . Wireless Beam of Short Electric Waves[J]. Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, 1927(452):273-282: https://www.researchgate.net/publication/285280214_Wireless_Beam_of_Short_Electric_Waves

[2]Yagi H . Beam Transmission Of Ultra Short Waves[J]. Proceedings of the Institute of Radio Engineers, 1928, 85(6):715-740: https://ieeexplore.ieee.org/document/1670051

宇田新太郎完成了八木-宇田天線的大部分工作并最先獨立發表了該研究成果，但之后八木秀次教授將論文翻譯成英文并成為第一作者，因此理所當然地成為了成果對外的展示者。除此之外，八木秀次在申請專利時也未加上宇田教授的名字，這一切操作直接導致了外界認為八木秀次是“八木-宇田天線”的主要發明者。

不過隨著時間的推移，世人漸漸肯定了宇田教授的貢獻。為了更恰當地反映兩位發明人的貢獻，在國際上通用的教科書里，該天線統稱為八木-宇田天線(Yagi-Uda antenna)。也算是為其"加冕"了。

https://www.jstage.jst.go.jp/article/transele/E98.C/7/E98.C_616/_article/-char/ja/

八木-宇田天線的工作原理

我們都知道，偶極子天線，其H面方向圖為一個圓，沒有定向性。但是將兩個半波振子放置一定間距d組成二元陣，并對其以一定相差進行饋電，其方向圖就會產生規律性變化。

下圖所示為兩半波陣子間隔，饋電相差為時，其單元方向圖，二元陣陣因子圖和利用方向圖相乘原理計算出的二元陣E面方向圖。

類似來看，激勵半波振子，其H面方向圖為一個圓，無方向性。但加上一根或幾根無源振子并排放置后，其H面內的方向圖將變得有方向性。

為了實現端射效果，在主輻射方向上的寄生振子的長度略小于中間有源振子的長度。有源振子(Driven)長度通常略小于(通常為，而引向器(Director)的長度應該是大約。引向器并不必須具有相同的長度和直徑，其之間的間距通常為。

Uda在大量的實調過程中總結道：最佳反射器(Reflector)的尺寸約為，與有源振子間距；最佳引向器的尺寸比半波長約短10%，與有源振子間距波長。這些只是經驗數據，不一定對應全局最佳設計尺寸。

 

隨著科研學者的深度研究，微帶八木天線逐漸涌入人們的視野。下圖所示的分別為層疊式微帶八木天線和平面式微帶八木天線。

層疊式微帶八木天線橫向上尺寸并不大，但是縱向上的尺寸卻顯得相對較高；平面式微帶八木天線的縱向尺寸較小，但在橫向尺寸上卻顯得相對較大。兩種方案可根據需求指標和具體結構尺寸而定。有興趣的可以搜索微帶八木天線相關文獻進行深入學習研究，這里就不展開贅述了。

CST仿真實例

如下圖所示的一個八木天線包含一個有源振子，一個反射器和5個引向器。

有源振子，反射器和引向器的長度分別為23.5mm，26mm和21mm，反射器和有源振子的間距為12.9mm，第一引向器與有源振子的間距為12.9mm，各引向器之間的間距為17.6mm，振子的直徑均為1mm。

有源振子采用50歐姆離散端口激勵，仿真結果表明，該八木天線在WIFI 5G band1頻段內S11<-10dB，端口匹配良好。

下圖是八木天線5.1GHz、5.2GHz、5.3GHz、5.4GHz四個頻點的E面方向圖：

粗調的八木天線，其帶內頻點的副瓣電平和前后比有所差異。主副瓣比基本在9dB左右，最好前后比在5.3GHz，大概有23dB左右。不過當做簡單的定向天線，用來點對點通訊的話，主要還是關心主波束對應的最大增益值。

資源分享

PDF文件在下面的總文件夾進行更新：八木天線那些事

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