引向天线又称八木天线，它广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视及其它无线电设备中。引向天线是由一个主振子（约为半波长）、一个反射器（较主振子略长）和若干个引向器（较主振子略短）所组成。除主振子和馈电系统直接连接外，反射器和引向器都是无源振子，各振子均置于同一平面内。适当调整各振子的长度及其间距，就可获得较好的端射方向图、所需要的阻抗值和其它电指标。这种天线简单牢固，能以较低的造价提供较高的增益，故获得广泛的应用。但其工作频带较窄，采用复合式引向天线对展宽频带有较明显的改进。

一、电特性

1、方向性

由于引向天线全部为金属结构，故其效率一般在百分之九十几以上，增益系数基本上就等于方向系数。以下讲座均用增益（dB）来说明其方向特性。一般有如下规律性：

（1）天线轴向长度L/λ（指从反射器到最末个引向器之间的轴向距离）是影响天线增益的重要因素。当L/λ一定时，若相邻两引向器的最大间距不超过0.4λ，则增益与振子数目N的关系不十分明显；若d>0.4λ，则增益明显下降；

（2）反射器的长度及与有源振子间距对增益没有太大的影响，但对后向辐射却有着较明显的控制作用。反射器较长或间距较小，一般说其后向辐射就愈小。对某些前后辐射比要求较高的使用场合，反射器可采用反射网的形式；

（3）若引向器的半径a≤0.024λ，增益与振子粗细无关，而引向器的数目、振子长度及间距的选择对增益有关键性的影响。

2、输入阻抗

引向天线中各振子之间的电磁耦合必然会影响到有源振子所固有的阻抗性质。一般说，无源振子对天线输入阻抗的影响主要有两个方面：

（1）通常使输入电阻降低。若有源振子采用半波振子形式，其输入电阻有时会从73Ω下降到一二十欧姆左右，严重地影响与同轴电缆的匹配；

（2）使阻抗的波段特性愈加恶劣。因为对称振子的输入阻抗就有明显的谐振性质，再加上众多个无源振子的耦合影响，就会使天线输入阻抗的波段性能更差。

实用中并不十分注意引向天线输入阻抗的具体数值，而主要以馈线上的驻波比为依据进行尺寸选择或试验调整。

经验证明，L/λ较长的多元引向天线，其输入阻抗主要是由有源振子固有的自阻抗和与其相近的几个无源振子间互阻抗来决定的。更远的引向器，由于它们和有源振子的耦合较弱，故可忽略其互阻抗的影响，因此，可以通过选择有源振子的结构形式、尺寸、反射器和第一、二个引向器的长度及间距等，来调整输入阻抗，以满足馈线上的驻波比要求。

3、工作频带宽度

引向天线的工作带宽主要受到两方面的制约。一是受到天线方向图带宽的限制，例如当工作频率偏离设计频率时，增益下降，副瓣或后瓣电平显著增大，以致方向图恶化到不能容许的程度，因而就限制了工作带宽；二是受到天线阻抗带宽的限制，或者说是受到馈线上驻波比的限制，即要求在工作频带内驻波比不能高于某一规定的数值。

一般说，引向天线的工作带宽在5%以内，它由天线性能随频率恶化的程度和使用者所要求的技术指标来确定。

4、极化特性

根据天线平面与地面的相对位置可以确定辐射水平极化波或垂直极化波。若天线平面与地面平等，则辐射水平极化波，若垂直则辐射垂直极化波，使用起来机动灵活。实际工作中，可以共杆架设两副相互垂直的引向天线，其辐射场的极化隔离度较好。

由以上讨论可以看出，天线的各几何参数都对电性能有影响，考虑这些影响时，往往顾此失彼，因为参数对各项电性能的影响是彼此矛盾的。一般来说，反射器对增益影响不大，而对后向辐射和输入阻抗却有较大的影响，通常是选择它来满足除了增益以外的其它电指标的优化要求。有源振子的长度和半径对增益没有明显的影响，而对输入阻抗却是关键性的因素，通常是根据输入阻抗的要求来选择振子的形式和尺寸，以保证与馈线有良好的匹配。引向器的阵列则对增益、后向辐射、输入阻抗等电指标都有明显影响，它们是引向天线最关键的部分。若各项电指标之间有矛盾时，折中是必要的，例如有时牺牲一些增益来换取的频带。

二、尺寸选择

根据给定的电指标――增益、波瓣宽度、副瓣电平、前后辐射比、驻波比以及工作带宽等来设计引向天线时，有下列尺寸需要选择：元数N、反射器、引向器长度、有源振子的结构及尺寸、各振子的直径及间距等。

由于引向天线各项电指标在工作的低端较易满足，而高端则变化较快，所以引向天线的设计频率通常选在较中心频率稍高的某一频率上。

1、元数N的选定

振子的数目主要是根据给定的增益来确定的。如前所述，引向天线的增益主要决定于天线长度L/λ，因此，可以根据所要求增益值首选确定天线长度，然后根据引向器和反射器的常用间距来确定振子数目N；或者直接根据经验数据来选择N。表1、2给出了增益G（相对于半波振子的分贝数）、元数N和天线长度L/λ的关系。该表是从大量试验中综合得出的结果（小数位的最后一位可能有偏差）。

通常，引向天线有6－12个引向器，若再增加引向器的数目，对提高增益没有显著的效果，同时L/λ过大也不实用。对于高增益的要求，可以采用引向天线排阵的办法来解决。

表1 G－N关系表

表2 L/λ－N关系表

2、无源振子尺寸的选择

无源振子的尺寸选择主要应从方向性和阻抗特性两方面考虑。

引向器间距d的选择。由于增益主要决定于L/λ，若此向器的数目（N－2）已定，则间距取得大一些较为有得，但当d>0.4λ后，天增益反面迅速下降，所以一般取d=（0.15－0.4）λ。实践证明，第一引向器与有源振子的间距应略小于其它振子的间距。通常引向器的长度在2ld=（0.42－0.46）λ范围内。计算和实验表明，振子数目愈多，引向器的最佳长度也就愈短；若要求工作较宽时，引向器的长度也应取得很有些，否则在工作频率的高端，引向器的长度有可能达到谐振长度而使天线性能恶化。

反射器与有源振子的间距dr通常在（0.15－0.23）λ范围内。dr对方向图的前后辐射比和输入阻抗影响较大，其较小可以有效地抑制后向辐射，但输入阻抗较低难于和馈线阻抗匹配，因此要折中选择。反射器长度2lr通常为（0.5－0.55）λ。若对前后辐射比要求较高，可采用反射网的形式。

无源振子一般选用铝管制成，，导体半径a通常选择在（ 1/200 － 1/300 ）λ范围内。一般说，振子粗细对方向性没有太大影响，而对阻抗特性则有一定影响，振子愈粗，特性阻抗愈低，对展宽阻抗带宽是有得的。由于a/选择范围较大，实用中往往是从引向天线机械结构的角度来选择a值的。

总体来说，引向天线有均匀结构和不均匀结构两种形式，前者指引向器是等长和等间距的情况，而后者指引向器是不等长和不等间距的情况，距离有源振子愈远的引向器，其长度愈短、间距愈大。它们都可以调整到各处的“最佳”状态。二者比较，一般主均匀结构主瓣较窄，副瓣电平较高；而不均匀结构主瓣较宽，副瓣电平较低，但若适当调整，也可以做到明显地压低副瓣电平而不致太大地展宽主瓣或降低天线增益。相对而言，后者机动灵活。表3提供了选择间距的参考尺寸，该表是和表1、表2相对应的，就是说，若按表中数据选取间距，并适当调整各振子长度，得到的增益值与表1、表2的数据相关不会超过1dB。

表3 多元引向天线最佳不等间距选择（振子直径0.005λ）

表4给出了三元、四元、五元、六元和七元引向天线在不同尺寸时的电特性。这是计算得到的理论值。实验证明，理论值和实验结果有很好的一致性。

表4 等间距引向天线的特性

3、有源振子结构及尺寸的选择

对有源振子的基本要求是能与馈线有良好的匹配，为此，有源振子应设计为谐振长度，并把它的输入电阻变换到等于或接近于馈线特性阻抗的数值。

引向天线一般是用同轴电缆馈电的。当有源振子采用半波对称振子时，由于受到无源振子的影响，其输入阻抗值较低，因此就需要高潮提高振子输入电阻，常用的方法是改用折合振子。有源振子也可采用附加匹配器的对称振子形式。

关于引向天线的馈电问题，若使用同轴电缆馈电，为保证引向天线对称性，就必须在馈线和天线接口处加入平衡－不平衡转换设备，例如U形管匹配器、Γ匹配以及宽频带传输线变压器等。

三、实验调整

实验调整是引向天线设计中的一个重要步骤，下面实验调整的基本程序。

无源振子和有源振子的电流比是与有源振子的自阻抗无关，而只与无源振子的自阻抗和振子间的互阻抗有关，并且互阻抗对有源振子长度的微小变化是不敏感的，因此可以首先固定有源振子的尺寸，并按照对方向图的要求调整无源振子尺寸及间距；在方向图调整好的基础上，再着重调整有源振子尺寸以满足阻抗匹配的要求。这样的调整顺序可以使天线既有良好的阻抗特性，又不致使已调好的方向图严重畸变。反之，若首先根据输入阻抗要求调整各个振子尺寸，然后再根据方向图要求进行调整，这样得到的两组尺寸往往是预告的，需要更多次的反复调整、统一协调，才能最后定型，因此必须遵照正确的进行调试。

有些理论认为，整个引向器阵列是由振子和反射器组成的激励系统来激励的，因此激励系统和引向器阵列间距，特别是有源振子和第一引向器的间距，是需要仔细调节的，该间距的大小对天线电性能的影响较大。根据经验，此间距宜小，例如可选取0.1λ左右，一般为其它各引向器间距的（0.6－0.7）倍。有时还需要把第一、二引向器，第二、三引向器的间距调小一些，以增强对引向器阵列的激励。各引向器的长度可以是等长或不等长的，若使引向器的长度随着与有源振子距离的增大而逐渐缩短，则可以使工作频带向高频端方向适当展宽。实践还证明，即使是只把最末两个引向器的长度适当调短，也能改善天线的高频端特性。由于引向天线的电性能在工作频带内的高频端变化，而在低频端的变化相对缓慢，因此，引向器阵列的调整宜在略高于工作内中心频率的某个较高的频率上进行。

在振子数目较少即增益较低的引向天线中，反射器对控制后向辐射及输入阻抗有着更为明显的作用，特别是在低频端。若把反射器和有源振子的间距适当加大，可以削弱反射器对有源振子输入阻抗的影响。为兼顾能有效地抑制后瓣，可采用在与天线面垂直方向上、上下排列两个反射器或金属网状的反射面。有时为了着重改善天线的低频端特性，还可以在有源振子后面的不同距离处入团两个长度不等的反射器，其中较短的应距有源振子近些，使它们能在不同频率范围内发挥作用。但必须慎重选择较短反射器的长度，否则长度太短，反面会影响天线的低频端特性。根据经验，反射器全长不宜短于最低频率时的二分之一波长。反射器的调整也可以在图像于中心频率的某个较低频率上进行。

有源振子的结构选择和尺寸调整主要是根据天线阻抗的要求来确定的。通常是在引向器和反射器调整之后在中心频率上进行的。为了展宽频带，有时还可以采用两个有源振子（或称双激），或选用复合振子的形式。

引向天线各无源振子的中心都直接固定在金属杆上，这是因为金属杆通过各振子的电压波节点，同时它与端射方向上的电场极化方向垂直，因此金属杆的丰硕对天线辐射场不会产生显著的影响。有源振子是在振子中心处馈电的，它与金属杆之间必须有较好的绝缘。为了减轻天线的重量，金属杆和所有振子都用硬铝管制成，因而结构简单、坚固，成本低廉，这是引向天线的突出优点之一。