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八木天線試做

八木天線可以提高 VHF, UHF 帶天線增益,增加通信距離,自己動手製作,更有樂趣。

 

No.04   1992 June   p58~59,   by 野井宣孝 / JJ1RID

Fig 00



    為了可以提高 VHF, UHF 帶天線的增益,增加通信距離,我們往往會使用八木大線來達到此效果。


提高天線增益

Fig 01

    八木天線如何獲得增益?(如圖)我們在偶極天線 (1) 的旁邊,放置導體 (2),再於偶極天線 (驅動元件)接入高頻電流,沒有驅動元件的 (2),也可藉由結合,而引發電壓,引導高頻電流。這個被引發的電流,和元件 (1)~(2) 間的相互放射阻抗成比例。而且,元件 (1) (2) 與各自的自行放射阻抗也有關連,於是,流入於元件 (2) 的電流相位,會由於長度及粗細及與元件 (1) 的間隔,而發生很大的變化,指向性也會改變偏向元件 (2) 或反方向。一般若加長元件 (2),則會變成反射電波的方向,縮短則變成引導電波的方向。發生變 化的不僅是指向性而已,增益、前後比也會有所改變。所以,依照自己所希望的指向性和增益,選擇元件,放置在距元件 (1) 的適當間隔,即可獲得指向性和增益。


三元件八木天線

Fig 02

    利用這個性質,將不同長度的元件,各放置一根於輻射元件的前後,即成 3 元件八木天線。長的元件稱為反射器,短的元件稱為導波器。

    如先前所述,3 元件的八木天線,會由於元件的粗細、元件間隔,而使得增益,前後比,放射阻抗有很大的變化。

    阻抗只有 10~30Ω的 3 元件八木天線比偶極天線的阻抗低。如果增加導波器,作成多元件的天線,會由於阻抗變低,而必須採取正確的整合匹配。

    如要獲得更高的增益時,通常的作法是增加導波器數量。以十個左右的元件範圍而言,每增加一個元件,增益會增加 1dB。當超過 10 個元件時,增益的增加減緩。甚至,若增加元件至 20 個以上,增益也不會增加,即使再增加元件,也僅是天線桿變長,卻有機械的強度之問題產生,僅增加天線的重量而已,除了應用於特殊的場合外,並沒有什麼優點。


增加天線組

    那麼,應如何增加所希望的高增益呢?可以靠增加天線組來獲得,也就是將 2 組以上相同的天線重疊,可以使增益增加二倍 (提高 3 dB),若使用四組,則更增加二倍。扣掉同軸電纜接頭端子的損失,則實際約有 2.7 ~ 2.9dB,重疊天線的時候,要注意天線的開口面積。所謂開口面積可以把它想成和拋物線式天線的開口面相同即可。開口面積 A 以

    A = G / ( 4π / λ2 )
G = 增益
λ = 波長

    從天線前端望去,此開口面積的圓周不得重疊。

Fig 03

    以前,高頻設備是使用 75Ω的同軸電纜,也就是用 Q 匹配方式,連接天線。目前,最簡單的方法是使用電力分配器。只要用 50Ω的同軸電纜接到分配器,再連接各個天線即可。在 UHF、SHF 帶,由於波長短,在八木天線製作上,要考慮到元件長度等的機械精度,較難製作。以拋物線式天線較為適宜。此拋物線式天線以 500MHz 左右較為實用,在同樣增益情形下,頻率愈高 (波長愈短),開口面積的尺寸愈小。

    所謂天線是將眼睛所看不到的電波傳達給遠處的對方,是非常吸引人,同時也是非常困難的東西。希望各位讀者地做一次實驗看看。我認為實驗上,以波長短的 144MHz 或 430MHz 頻帶的 2 元件或 3 元件八木天線較適當。 END



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