八木天線
八木天線（Yagi-Uda Antenna）是最經典的定向天線之一，由日本東北帝國大學的八木秀次和宇田新太郎在 1926 年發明。八木天線具有高增益、良好的前後比和適中的頻寬，廣泛應用於業餘無線電的 DX 通信、競賽和衛星通信等場景。
基本結構
八木天線由三種元件組成，全部平行排列在一根稱為「臂桿」（Boom）的支撐管上：
反射器（Reflector）
- 位於天線最後方
- 長度略長於 1/2 波長（通常比驅動元件長 5%）
- 只有一根
- 作用：反射信號，增強前方輻射
驅動元件（Driven Element）
- 位於反射器前方
- 長度接近 1/2 波長
- 同軸電纜連接到此元件（饋電點）
- 通常使用折合振子（Folded Dipole）形式以提高阻抗
導向器（Director）
- 位於驅動元件前方
- 長度略短於 1/2 波長（通常比驅動元件短 5-10%）
- 可以有多根（數量越多，增益越高）
- 作用：引導信號向前方傳播
八木天線的特性
增益與元件數量
| 元件數量 | 典型增益 | 前後比 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 2 元件（反射器 + 驅動） | 5-6 dBd | 10-15 dB | 空間有限的入門 |
| 3 元件 | 7-8 dBd | 15-20 dB | 最常用的配置 |
| 5 元件 | 9-10 dBd | 20-25 dB | 認真的 DX |
| 7+ 元件 | 11+ dBd | 25+ dB | 競賽站 |
頻寬
八木天線的頻寬相對較窄，通常只能覆蓋一個業餘頻段。增加元件數量或使用較粗的元件管可以略微擴展頻寬。
前後比（F/B Ratio）
前後比是前方輻射與後方輻射的比值。高前後比意味著天線能更好地抑制來自後方的干擾。一般要求前後比至少 15 dB 以上。
各頻段的八木天線
VHF/UHF 八木天線
VHF 和 UHF 頻段的八木天線體積小巧，非常適合自製：
2 公尺（144 MHz）5 元件八木：
- 臂桿長度：約 2 m
- 元件長度：約 1 m
- 增益：約 9 dBd
- 適合衛星通信和弱信號操作
70 公分（435 MHz）八木：
- 體積更小，同等元件數量下增益更高
- 常用於衛星通信、EME
HF 八木天線
HF 頻段的八木天線體積龐大，需要專用的旋轉器和塔架：
20 公尺（14 MHz）3 元件八木：
- 臂桿長度：約 6 m
- 元件長度：約 10 m
- 需要堅固的旋轉器和至少 10 m 高的塔架
- 這是 HF DX 和競賽的主力天線
三頻段（20/15/10m）八木：
- 使用陷波器在同一天線上支援三個頻段
- 典型代表：Cushcraft A3S、Mosley TA-33
- 是空間有限的 HF 站台最受歡迎的選擇
自製 VHF 八木天線
以 2 公尺頻段（145 MHz）3 元件八木為例：
材料
- 鋁管（元件）：直徑 6-10 mm 的鋁管或鋁棒
- 臂桿：方形鋁管或圓形 PVC 管
- 絕緣材料：用於固定元件到臂桿上
- SO-239 連接器
- 同軸電纜
參考尺寸（中心頻率 145 MHz）
- 反射器長度：1040 mm
- 驅動元件長度：980 mm（每臂 490 mm）
- 導向器長度：940 mm
- 反射器-驅動元件間距：380 mm
- 驅動元件-導向器間距：340 mm
注意：以上為參考值，實際尺寸需要根據元件直徑和臂桿材料進行調整。建議使用天線模擬軟體（如 MMANA-GAL）進行精確計算。
製作步驟
- 裁切元件：按計算尺寸裁切鋁管，預留調整餘量
- 製作臂桿：在臂桿上標記各元件的安裝位置
- 安裝元件：使用絕緣夾具將元件固定在臂桿上，確保各元件平行且居中
- 製作饋電結構：在驅動元件中心安裝 SO-239 連接器或巴倫
- 連接饋線：將同軸電纜連接到驅動元件
- 測量調整：使用 NanoVNA 測量 SWR，修剪元件長度使 SWR 最低
阻抗匹配
八木天線的驅動元件饋電阻抗通常在 20-30Ω，低於 50Ω。解決方法：
- 折合振子：將驅動元件做成折合振子形式，阻抗提升約 4 倍
- Gamma 匹配：在驅動元件旁邊加裝一根匹配棒
- Hairpin 匹配：在饋電點兩端加裝一段短路線段
安裝與旋轉
旋轉器（Rotator）
定向天線需要搭配旋轉器來改變指向方向：
- 輕型旋轉器：適合 VHF/UHF 小型八木
- 中型旋轉器：適合 HF 三頻段八木
- 重型旋轉器：適合大型 HF 天線陣列
- 常見品牌：Yaesu（原 Kenpro）、Hy-Gain、Alfa SPID
塔架
HF 八木天線需要塔架提供足夠的高度：
- 伸縮桅杆：適合臨時架設
- 三角塔（Crank-up Tower）：可手搖升降，適合家用
- 格子塔（Lattice Tower）：固定式，承載力最大
- 安裝塔架前請確認當地建築法規和鄰居的接受度
八木天線的變體
Log-Periodic 天線
對數週期天線雖然外形類似八木天線，但原理不同。它的特點是頻寬極寬，可以覆蓋多個頻段，但單一頻率上的增益比同尺寸的八木天線低。
方形八木（Quad）
使用方形環作為元件代替直線元件。每個環的周長約為一個波長。Quad 天線增益略高於同元件數的八木天線，且可以同時支援水平和垂直極化。
堆疊八木（Stacked Yagi）
將兩根或多根八木天線上下或左右堆疊，可以獲得額外 3 dB 的增益（兩根堆疊），並改善垂直面的輻射方向圖。
建議
如果你想嘗試自製八木天線，建議從 2 公尺頻段的 3 元件八木開始。它體積適中、製作容易、調整直觀，完成後可以用於衛星通信或弱信號 DX 操作。
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