前言
前一段時間來自俄羅斯的網紅Wi-Fi天線刷爆了天線圈，其秉承了簡單粗暴的工業設計風格，因制作簡單、天線性能優的特點，受到了廣大愛好者的追捧。我們先來欣賞一下這個神器。
?圖 1 網紅Wi-Fi天線
俄羅斯的網紅Wi-Fi天線可接收3km外的信號，可以說真的是很給力，很好地解決了Wi-Fi遠程通信問題。
神器Wi-Fi天線的工作原理
天線原型
本章節我們探究一下俄羅斯的網紅Wi-Fi天線的工作原理，解開為什么能接收3km外信號的秘密，開始我們的分析。
俄羅斯網紅Wi-Fi天線的本質是一種八木天線，什么是八木天線呢，如下圖所示：
?圖 2 八木天線
八木天線是一種端射式天線，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”，具有良好的方向性，較高的增益，適用于遠距離通信。
其振子主要由三種振子組成，分別為導引振子、驅動振子與反射器，所有的這些陣子都固定在傳輸線上，即中間的金屬桿上，見下圖。
?圖 3 實物圖
它屬于方向性天線，這里的驅動振子與反射器各由一對振子組成，可以看作為偶極子天線，反射器振子的長度會略長于驅動振子。這類天線的典型方向圖如下所示：
?圖 4 八木天線輻射特性
八木天線的方向性可通過增加引導振子的數量得到增強。
八木天線的各個陣子長度的計算公式如下：
（1）反射器長度：L1=150/f
（2）驅動陣子長度：L2=143/f
（3）導引陣子1長度：L3=138/f
（4）導引陣子2長度：L4=134/f
（5）導引陣子3長度：L5=130/f
（6）集合線長度：
?從公式可以得出如下結論：
（1）天線的導引振子略短于二分之一波長；
（2）驅動振子等于二分之一波長；
（3）反射器略長于二分之一波長，兩振子間距四分之一波長。
工作原理
對于接收Wi-Fi信號，天線的導引振子對感應信號呈“容性”，電流超前電壓90°；導引振子感應的電磁波會向驅動振子輻射，輻射信號經過四分之一波長的路程使其滯后90°恰好抵消了前面引起的“超前”，兩者相位相同，于是信號迭加，得到加強。反射器略長于二分之一波長，呈感性，電流滯后90°，再加上輻射到主振子過程中又滯后90°，兩者加起來剛好差180°，起到了抵消作用。一個方向加強，一個方向削弱，便有了強方向性。
?圖 5 八木天線工作原理
Wi-Fi天線設計
天線結構
本章節我們在HFSS里面重構一下該Wi-Fi天線，通過軟件仿真重現一下該天線的性能。
俄羅斯的網紅Wi-Fi天線的尺寸如下圖所示，其主要由7個圓盤與一根金屬棒組成。
?圖 6 天線結構
七個圓盤的尺寸從小到大分別如下：
1號圓盤直徑37mm，2號圓盤直徑37mm，3號圓盤直徑37mm，4號圓盤直徑38mm，5號圓盤直徑54mm，6號圓盤直徑68mm，7號圓盤直徑90mm。
各個圓盤的間距分別如下：
1號圓盤和2號圓盤間隔28~32mm，2號圓盤和3號圓盤間隔28~32mm，3號圓盤和4號圓盤間隔28~32mm，4號圓盤和5號圓盤間隔32mm，5號圓盤和6號圓盤間隔12mm，6號圓盤和7號圓盤間隔12mm。
按照這里給定的尺寸，我們在HFSS中建立Wi-Fi天線模型，如下圖所示。
圖 7 Wi-Fi天線模型
工作原理
結合第2章節的八目天線工作原理，該Wi-Fi天線的7個圓盤按照功能可劃分為三區域，分別是導引振子、驅動振子和反射器。
?圖 8
工作過程與上述八木天線一樣：天線的導引振子對感應信號呈“容性”，電流超前電壓90°；導引振子感應的電磁波會向驅動振子輻射，輻射信號經過四分之一波長的路程使其滯后90°恰好抵消了前面引起的“超前”，兩者相位相同，于是信號迭加，得到加強。
分析結果
建立模型，設置好參數后進行仿真，得到的結果如下，從圖中可看出其具有較強的方向性。
?圖 9 方向圖
該天線的駐波比如下圖所示，可以看出與八木天線最大的區別是，該Wi-Fi天線不需要復雜的阻抗變換機構，便可以實現50Ω的饋電，為天線愛好者的動手自制帶來很大的便利。
?圖 10 駐波比
最后給出該Wi-Fi天線的輻射圖，最大輻射方向指向導引圓盤，具有大于10dBi的增益，解釋了為什么能接收到3km以后信號的疑問。
圖 11 Wi-Fi天線的輻射圖
?圖 12 電壓動態圖
小結
本期我們分析了俄羅斯的網紅Wi-Fi天線，得知其實是八木天線的一種變種，工作原理與之相類似，7個圓盤按照功能區可劃分為導引振子、驅動振子和反射器三大區域。
但該天線與八木天線也有不同之處，即其可以實現50Ω直接饋電，同時保證具有良好的駐波比。
俄羅斯的網紅Wi-Fi天線整體性能優越，具有較高的增益與良好的駐波比，尤其重要的一點是，其制作什么方便，下期我們就地取材，使用易拉罐復刻一款俄羅斯的網紅Wi-Fi天線。
作者：江右射頻
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