八木天线
八木天线（Yagi-Uda Antenna）是业余无线电中使用最广泛的定向天线，由日本东北大学的八木秀次和宇田新太郎在 1926 年发明。它具有高增益、良好的前后比和合理的带宽，广泛应用于 HF、VHF 和 UHF 频段的通信和竞赛。
八木天线原理
基本结构
八木天线由以下几个部分组成，所有元件平行排列在一根称为"横臂"（Boom）的支撑杆上：
- 激励元件（Driven Element）：通常是一根半波偶极天线或折合偶极天线，是唯一与馈线连接的元件
- 反射器（Reflector）：位于激励元件后方（背向辐射方向），长度比激励元件长约 5%，通常只有一根
- 引向器（Director）：位于激励元件前方（朝向辐射方向），长度比激励元件短约 5%，可以有多根
工作原理
八木天线的工作原理基于寄生耦合：
- 激励元件被馈电后产生辐射
- 反射器和引向器通过空间电磁耦合感应出电流
- 由于各元件长度不同，感应电流的相位也不同
- 反射器上的感应电流相位使其产生的辐射在前方（引向器方向）与激励元件的辐射相加，在后方相消
- 引向器上的感应电流相位使其产生的辐射同样增强前方辐射
- 多个引向器的叠加效应使辐射越来越集中于前方
各元件的作用
| 元件 | 对增益的贡献 | 对前后比的贡献 | 对阻抗的影响 |
|---|---|---|---|
| 反射器 | 中等 | 很大 | 降低馈电点阻抗 |
| 引向器 | 大（尤其是第一根） | 小 | 降低馈电点阻抗 |
| 更多引向器 | 递减 | 较小 | 进一步降低阻抗 |
设计参数
关键尺寸
八木天线的性能由以下参数决定：
- 元件长度：各元件的物理长度
- 元件间距：各元件之间的距离
- 元件直径：影响带宽和谐振频率
- 横臂长度：所有元件排列所需的总长度
典型设计数据
以下是几种常见配置的八木天线典型参数（以波长 λ 为单位）：
3 单元八木天线：
| 元件 | 长度 | 距反射器距离 |
|---|---|---|
| 反射器 | 0.495λ | 0（基准） |
| 激励元件 | 0.473λ | 0.125λ |
| 引向器 1 | 0.440λ | 0.250λ |
- 典型增益：约 7.5 dBi
- 前后比：约 15 ~ 20 dB
- 横臂长度：0.250λ
5 单元八木天线：
| 元件 | 长度 | 距反射器距离 |
|---|---|---|
| 反射器 | 0.495λ | 0（基准） |
| 激励元件 | 0.473λ | 0.125λ |
| 引向器 1 | 0.449λ | 0.250λ |
| 引向器 2 | 0.436λ | 0.500λ |
| 引向器 3 | 0.430λ | 0.750λ |
- 典型增益：约 10 dBi
- 前后比：约 20 ~ 25 dB
- 横臂长度：0.750λ
元件数量与性能
| 元件数 | 增益 (dBi) | 横臂长度 (λ) | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 2 | 5 ~ 6 | 0.125 | 简易定向天线 |
| 3 | 7 ~ 8 | 0.25 | 一般性定向通信 |
| 5 | 10 ~ 11 | 0.75 | VHF/UHF 通信 |
| 7 | 11 ~ 12 | 1.25 | VHF/UHF 竞赛 |
| 10+ | 13+ | 2+ | 弱信号/EME/竞赛 |
DIY 制作教程：VHF 3 单元八木天线
下面以 145 MHz（2 米波段）3 单元八木天线为例，提供详细的制作教程。
尺寸计算
145 MHz 波长 λ = 300 / 145 ≈ 2.069 m
| 元件 | 长度公式 | 计算长度 | 实际长度（取整） |
|---|---|---|---|
| 反射器 | 0.495 × λ | 1024mm | 1025mm |
| 激励元件 | 0.473 × λ | 979mm | 980mm（两臂各 490mm） |
| 引向器 | 0.440 × λ | 910mm | 910mm |
| 间距 | 公式 | 计算值 | 实际值 |
|---|---|---|---|
| 反射器 - 激励元件 | 0.125 × λ | 259mm | 260mm |
| 激励元件 - 引向器 | 0.125 × λ | 259mm | 260mm |
横臂总长度约 520mm。
注意
以上尺寸基于元件直径 6mm 的铝管。如果使用不同直径的材料，需要适当调整长度。元件越粗，谐振频率越低，需要缩短元件长度。
材料清单
| 材料 | 规格 | 数量 | 参考价格 |
|---|---|---|---|
| 铝管（元件） | 直径 6mm，壁厚 1mm | 3 米 | 15 元 |
| 方铝管或木条（横臂） | 20mm × 20mm | 60cm | 10 元 |
| 元件固定夹 | 适配元件和横臂尺寸 | 3 套 | 15 元 |
| SO-239 插座 | 面板安装型 | 1 个 | 5 元 |
| 同轴电缆 | RG-58，带 PL-259 接头 | 所需长度 | 3 元/米 |
| 不锈钢螺丝螺母 | M4 或 M5 | 若干 | 5 元 |
工具：
- 钢锯或管切割器
- 卷尺和记号笔
- 电钻（配合横臂上打孔）
- 烙铁和焊锡
- 天线分析仪或 SWR 表
制作步骤
第一步：裁切元件
按照上表的尺寸裁切三根铝管：
- 反射器：1025mm × 1 根
- 激励元件：490mm × 2 根（或 980mm × 1 根，中间断开作为馈电间隙）
- 引向器：910mm × 1 根
用砂纸打磨切口毛刺。
第二步：准备横臂
在横臂上标记三个元件的安装位置：
- 反射器位置：横臂一端
- 激励元件位置：距反射器 260mm
- 引向器位置：距激励元件 260mm
在标记位置钻孔或安装元件固定夹。
第三步：安装反射器和引向器
将反射器和引向器穿过横臂上的固定夹或孔洞，确保元件与横臂垂直，且元件中心对准横臂中线。用螺丝紧固。
反射器和引向器是寄生元件，不需要与横臂绝缘（如果横臂是金属的，元件可以直接与横臂接触；但使用非导电横臂更为保险）。
第四步：安装激励元件
激励元件需要从中间断开形成馈电间隙（约 10 ~ 20mm）。两段铝管必须与横臂绝缘。
安装方法：
- 在横臂上安装绝缘支架（有机玻璃块或 PVC 块）
- 将两段激励元件管固定在绝缘支架上，中心间隙约 15mm
- 在间隙处安装 SO-239 插座，中心针连接一侧铝管，外壳连接另一侧铝管
第五步：馈电连接
将同轴电缆的 PL-259 接头拧到 SO-239 插座上。
对于简单的 3 单元八木天线，如果激励元件是简单偶极形式，馈电点阻抗约为 20 ~ 25 Ω，与 50 Ω 同轴电缆的匹配不算理想。改善方法：
- 方法一：使用折合偶极作为激励元件。折合偶极的阻抗约为简单偶极的 4 倍（约 80 ~ 100 Ω），配合寄生元件的降阻效应后接近 50 Ω。
- 方法二：使用伽马匹配（Gamma Match）。不需要断开激励元件，通过一根与激励元件平行的短导体和一个串联电容来实现阻抗匹配。
- 方法三：接受 SWR 偏高。SWR 2:1 左右在 VHF 频段短馈线情况下损耗增加不大，也可以接受。
第六步：调谐
- 将天线安装在户外空旷处，离地面至少 1 个波长（约 2 米）
- 连接天线分析仪
- 扫描 140 ~ 150 MHz，找到 SWR 最低点
- 如果谐振频率偏低，等比例缩短所有元件；偏高则加长
- 微调激励元件长度以优化 SWR
- 微调反射器长度以优化前后比（需要信号源配合测试）
DIY 制作教程：UHF 5 单元八木天线
430 MHz（70 厘米波段）八木天线尺寸更小，适合制作更多单元数的高增益天线。
尺寸参考（435 MHz）
波长 λ = 300 / 435 ≈ 689mm
| 元件 | 长度 |
|---|---|
| 反射器 | 341mm |
| 激励元件 | 326mm（两臂各 163mm） |
| 引向器 1 | 303mm |
| 引向器 2 | 300mm |
| 引向器 3 | 296mm |
| 间距 | 距离 |
|---|---|
| 反射器 - 激励元件 | 86mm |
| 激励元件 - 引向器 1 | 69mm |
| 引向器 1 - 引向器 2 | 172mm |
| 引向器 2 - 引向器 3 | 172mm |
横臂总长度约 500mm。元件直径建议使用 3 ~ 4mm 铝棒或铜棒。
这副天线可以获得约 10 dBi 的增益，非常适合业余卫星通信或中继台通联。
VHF/UHF 八木天线的应用
业余卫星通信
许多业余无线电卫星使用 VHF/UHF 频段。一副手持的轻量八木天线配合手持对讲机，就可以进行卫星通联。常见配置：
- 上行（发射）：435 MHz 八木天线
- 下行（接收）：145 MHz 八木天线
- 两副天线安装在同一横臂上，构成双频八木
弱信号通信
VHF/UHF 弱信号通信（SSB/CW 模式）需要高增益定向天线。7 单元以上的八木天线配合低噪声前置放大器，可以实现数百公里的 VHF 通信。
应急通信
轻量级的便携八木天线是应急通信的利器。可以快速组装，指向特定方向的中继台或对方电台，有效提升通联距离。
无线电测向（Fox Hunting）
小型八木天线（2 ~ 3 单元）是无线电测向运动的常用设备。利用八木天线的方向性，可以确定信号源的方位。
八木天线的安装
极化方向
- 水平极化：元件水平放置。用于 HF SSB/CW 通信、VHF 弱信号通信。
- 垂直极化：元件垂直放置。用于 VHF/UHF FM 中继台通信。
安装时要根据通信模式选择正确的极化方向。
旋转器
定向天线需要旋转器（Rotator）来改变指向方向。常见的旋转器品牌有 Yaesu（G-450、G-800 等）和 Hy-Gain 等。VHF/UHF 天线较轻，可以使用小型旋转器甚至手动旋转。
固定安装技巧
- 使用天线杆或屋顶支架将天线升高
- 横臂中心（重心位置）安装在转动杆上
- 确保螺丝紧固可靠，定期检查
- VHF/UHF 馈线使用低损耗电缆（LMR-400 等）
设计工具推荐
如果你想自行设计八木天线，以下免费软件可以帮助你：
- MMANA-GAL：免费的天线建模软件，内置八木天线优化功能，有中文界面，强烈推荐
- 4NEC2：基于 NEC2 引擎的天线仿真软件，功能强大
- Yagi Calculator：在线八木天线计算器，输入频率和元件数即可获得尺寸
使用仿真软件可以在动手之前预测天线性能，大大减少试错成本。
常见问题
Q：横臂材料用金属还是非金属？
A：都可以。如果使用金属横臂（如方铝管），元件穿过横臂时需要确保元件与横臂之间有良好的电接触（直接贯穿）或完全绝缘。实际上金属横臂对天线性能的影响很小，因为横臂与元件垂直，横臂上不会感应出显著的电流。非金属横臂（木条、PVC 管、玻璃钢管）则完全没有这个顾虑。
Q：八木天线的带宽窄怎么办？
A：八木天线的带宽与元件数量成反比——元件越多，增益越高，但带宽越窄。在 VHF/UHF 频段，即使是 10 单元八木天线，带宽通常也足以覆盖整个业余频段。在 HF 频段，3 ~ 5 单元八木天线的带宽一般也足够。如果需要更大带宽，可以使用较粗的元件（增加元件直径/波长比）或采用宽带设计技术。
Q：我想做一副 HF 八木天线，可行吗？
A：完全可行，但 HF 八木天线尺寸很大。例如 20 米波段的 3 单元八木天线，横臂长约 5 米，元件长约 10 米，需要坚固的支撑结构和旋转器。这通常是有经验的爱好者的进阶项目。建议先从 VHF/UHF 八木天线入手积累经验。
贡献者
IUU6