八木，让无线生活更美好～～～（请大家合理，道德地的使用无线资源）

klin1984

因为时间和精力的关系，网上的帖子就不重新整理了。整个制作过程的资料又重新整理过，提供给大家下载。也请喜欢这款天线的朋友动动您的双手将帖子高高顶起，谢谢！

这款大炮天线没有考虑驻波比的问题，实为遗憾。。。天线资料已基本更新完毕，但diy的精神是无止尽的。今后还会不断的学习和专研八木天线的各项技术参数和指标。

天线作成于08年12月,文章发表于09年5月.文中可能有疏漏和不足的地方,敬请大家见谅!

如有问题可论坛短信或QQ:276323795联系我.

PS:请大家合理，道德地的使用无线资源，奉劝ceng的朋友不要侵犯他人隐私，不妨碍别人正常上网，谢谢！

文档目录如下：

八木大炮天线原理介绍

天线的分类与选择

八木大炮天线选材论证及误差分析

八木大炮天线的仿真

八木大炮天线制作过程

八木大炮天线增益效果

八木大炮天线射频测试

klin1984

八木大炮天线制作过程
1.按照图纸截取适当长度的铜丝。

*铜丝要笔直
  *铜丝两头用小锉刀挫平
  *用卡尺测量所需铜丝长度（误差±0.05mm）


这根要求长度是44.2mm


2．加工振子。
   *找一个直径16mm的金属圆柱体（不是金属也行，但要有一定的强度，保证弯振子过程中不变形）
   *按图纸要求制作振子


弯振子的金属物和加工好的振子


3.加工主杆（这之前要做好馈线和SMA接口，等振子做好直接焊在振子上）

*在主杆中心按图纸要求画出要钻孔的位置
  *用和铜丝相同粗细的钻头在指定位置钻出通孔


红线交点处为钻孔位置


4.固定各引向器，振子
  *各引向器，振子排列在主杆中心的同一平面
  *先用502固定，再用AB胶定死（502固定好之后，可以先粗率的接上网卡看看效果）


振子，引向器排列示意图


5.组装加壳
因为天线已经作死，所以内部结构我就简单口述一下。以后有机会再加个草图加以说明吧，请大家谅解。

1.加工一个“凸”字形的塑料片，有一点的强度。
2.加工一个和外壳内壁直径一样的塑料圆片，中间挖出正好可以让天线主杆插入的方孔。
3.八木的大梁，空心塑料管。
4.“凸”字形薄片插入空心塑料管，塑料管插入圆片。然后整体固定在圆通内。



外壳及凸字形塑料薄片


6．完成品效果图


先简单这样弄下吧，不完善的地方我会再做添加

klin1984

八木大炮天线原理介绍
    上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明了这种天线，被称为“八木宇田天线”，简称“八木天线”。

八木天线的确好用。它有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。用它来测向、远距离通信效果特别好。如果再配上仰角和方位旋转控制装置，更可以随心所欲与包括空间飞行器在内的各个方向上的电台联络，这种感受从直立天线上是得不到的。
典型的八木天线应该有三对振子，整个结构呈“王”字形。与馈线相连的称有源振子，或主振子，居三对振子之中，“王”字的中间一横。比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着削弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。引向器可以有许多个，每根长度都要比其相邻的并靠近有源振子的那根略短一点。引向器越多，方向越尖锐、增益越高，但实际上超过四、五个引向器之后，这种“好处”增加就不太明显了，而体积大、自重增加、对材料强度要求提高、成本加大等问题却渐突出。通常情况下有一副五单元八木（即有三个引向器，一个反射器和一个有源振子）就够用了。
每个引向器和反射器都是用一根金属棒做成。无论有多少“单元”，所有的振子，都是按一定的间距平行固定在一根“大梁”上。大梁也用金属材料做成。这些振子的中点要与大梁绝缘吗？不要。原来，电波“行走”在这些约为半个波长长度的振子上时，振子的中点正好位于感应信号电压的零点，零点接“地”，一点也没问题。而且还有一个好处，在空间感应到的静电正好可以通过这些接触点、天线的金属立杆再导通到建筑物的避雷地网去。

八木天线的工作原理是这样的（以三单元天线接收为例）：引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90度；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90度。恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90度，再加上辐射到主振子过程中又滞后90度，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180度，起到了抵消作用。一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。仿制一副天线，但总还需要进行适当的调整。调什么？为什么要调？这就需要我们去了解所做天线的原理。

天线的一个重要特征，那就是“输入阻抗”。在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50Ω，如果天线输入阻抗也是50Ω，那就达到了“匹配”，电台输出的信号就能全部从天线上发射出去；如果不“匹配”，一部分功率就会反射回电台的功放电路。
二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67Ω，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍。当加了引向器、反射器后，阻抗关系就变得复杂起来了。总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多，且八木各单元间距大则阻抗高，反之阻抗变低，同时天线效率降低。有资料介绍，引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低，0.2－0.25时阻抗高，效率提高。这时阻抗的变化范围约在5－20Ω间。 经典的折合振子八木天线的特性阻抗约为300Ω，（振子间距约四分之一波长）如常见的电视接收天线。折合振子折合的间距狭窄时、或二分之一波长的“长边”直径大于那两个约四分之一波长的“短边”的直径时，其输入阻抗较高。
我们的通信机输出都是按50Ω设计的，配50Ω电缆作馈线。八木天线怎样才能与馈线达到阻抗匹配？显然不能不考虑这个问题。于是就有了各种各样的匹配方法。短波波段八木常用的“发夹式”匹配，是在馈电处并接一段U型导体，它起着一个电感器的作用，和天线本身的电容形成并联谐振从而提高了天线阻抗；还有经典的“伽玛”匹配、著名的HB9CV天线等等。最简单的做法是把靠近天线馈电处的馈线绕成一个约六、七圈直径约15厘米的线圈挂在那里，我想这与发夹匹配的原理应该是一样的吧。 还有一个问题要注意：八木天线是“平衡输出”，它的两个馈电点对“地”呈现相同的特性，但通常的收发信机天线端口却是“不平衡”的，芯线是热端，外导体接地。虽然我们也可以视而不见地将馈线芯线随意接在天线两个馈电点之一上，另一点接馈线的外导体层，但是，这将破坏天线原有的方向特性，而且在馈线上也会产生不必要的发射。一副好的八木，应该有“平衡－不平衡”转换。


小弟我纯属对无线感兴趣的业余玩家，文中有些是网上摘录，有些仅是个人意见，如有不当之处，还望高手指出，谢谢！

klin1984

天线的分类与选择

天线分为：1.全向天线2.定向天线3.机械天线4.电调天线5.双极化天线。下面主要介绍坛友们比较关心的定向和全向天线。感兴趣的朋友可以google或者baidu其他相关天线的详细资料。“相关资料提供下载”中提供简单介绍下载。）

天线介绍：
2.1 全向天线
全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度（链接地址：）越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。

2.2 定向天线
定向天线，在在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于城区小区制的站型，覆盖范围小，用户密度大，频率利用率高。

全向天线：常见的有7db 8db（玻璃钢）5db 2db
定向天线：叠双菱（N菱），有平板，八木，栅格，卫星锅，长城，开槽等等
注：排名分前后（个人推荐）

天线的选择：
以上天线介绍主要偏重于发射，个人认为接收的原理和发射原理相类似。发射要考虑一个功率问题，因为如果天线做的不好，在功率过大的情况下，该发射出去的功率没有发射出去就很容易反过来（简单说就是驻波大，导致功率反噬）损坏机器。友情提醒一下：使用大功率路由的朋友，在不确定自制天线技术指标的情况下，尽量将功率调低一点，够用就好。

关于天线的选择，关键还是要看使用环境。如果是6层以下的小区环境，视野不太开阔20-50米之间就有阻挡物的，建议使用全向或者平板天线。个人推荐：7DB，8DB玻璃钢，叠双菱，14DB平板。如果是小高层，或者小区边缘环境（视野开阔，信号在远处）。建议使用八木，14db以上平板。。此类天线建议在100-800米范围内使用。使用距离在1000米以上，个性张扬，喜欢和城管聊天的朋友，可以选择卫星锅，栅格。友情提示：ceng还是要低调点，
大的天线难免会暴露目标，使得原本“平静”的ceng生活被打破就不好了。

常见的几款全向天线的对比效果和“水平辐射角”“垂直辐射角”等一些技术指标可以参照这个帖子：http://forum.anywlan.com/thread-25793-1-1.html（很全面，很专业！）


小弟我纯属对无线感兴趣的业余玩家，文中有些是网上摘录，有些仅是个人意见，如有不当之处，还望高手指出，谢谢！

klin1984

八木大炮天线选材论证及误差分析
首先明确我们要接收的是2.4GHz的电磁波(即无线上网信号)
波长=c/频率
c=299792458m/s
波长=125mm

通常振子半径选在1/（500-80）波长。
0.25mm<半径<1.56mm

引向器长度的选择
引向器长度的选择有两种方案。一种是各引向器等长度，约取0.38-0.44波长。这种方案优点是加工和调整较为容易，但频带较窄。另一种是，各引向器长度随序号增加有长到短渐变。先取第一根引向器长度为0.46波长，以后的引向器长度则按2-3％的缩短系数递减。这种方案的优点在于频带稍宽，但调试、加工麻烦。实用中都采用第一种方案。
47.5mm<引向器<55mm，基本符合，最短的为47.1mm

反射器长度的选择
反射器长度一般选在0.5-0.55波长之间。其长度不能短于设计最低频率相应的1/2波长。
62.5mm<反射器<68.75mm（貌似反射器有点短）

有源振子的结构和尺寸
有源振子可选单根半波振子或折合振子，一般长度取0.475波长。振子越粗，长度应短一些。
   125*0.475=59.375mm大于54mm

误差分析
误差主要来源于：
1.焊接时引向器等的位置偏移（误差在1mm左右）。
2.各个引向器长度的误差，因为有游标卡尺，这个误差应该可以较好的控制。
3.振子和反射器的长度略短于理论值。

小弟我纯属对无线感兴趣的业余玩家，文中有些是网上摘录，有些仅是个人意见，如有不当之处，还望高手指出，谢谢！

klin1984

效果对比（1）Netstumbler
如图所示，神卡自带2db和自制大炮天线的效果对比（图还是以前的对比图）


大炮架设位置，AP在矮房子后排的楼房中。距离200+。


神卡2db在窗口收到的信号



自制大炮在窗口收到的信号。


经过之后的反复对比测试（不仅仅是针对这款天线），发现天线和AP是否在同一高度，天气状况，阻挡物，甚至是有人都会对测试造成影响。这里希望坛友们有条件的，尽量到开阔无人的区域，天线和AP高度保持一致进行测试（最好不要手持），尽可能的反映天线的真实性能。这也就是为什么同一款天线，因为使用环境的不同，结果可能会大不相同。
PS：在这里要特别感谢一下“随风飘逸”，很多天线和网卡测试方面的知识都是从他这里了解到的！再次感谢一下！

klin1984

效果对比（2）射频测试
N久以前就想对自制的天线做个射频测试，一来看看增益到底如何，二来可以看看频点有没有偏移。（这方面论坛上好像没有看到类似的测试）


简单说明一下，扫描频率是从2GHz开始到3GHz结束，这张的最高点大概在2.42GHz这里。增益一格是10db，一共大概30db（这个增益好像不是十分准确，一会再上个神卡自带的2db天线做比较）



希望大家能看的清楚点，再上一张。



神卡自带2db天线的信号



频谱仪上的波形



测试状态，手里拿的是1：1的示波器探头。



对着300米以外的窗外。收到39个信号，将近2/3信号可用。



上图中收到的部分信号。



一款好的天线有一个很重要的指标“驻波比”需要测试，因为手中没有驻波表，所以这项没有进行测试，请大家谅解:)
驻波一般在1.5以下比较好。简单的说驻波大的天线会导致功率发射不出去，损坏设备。

看一款天线的好坏还有一个简单的办法，就是将天线放进微波炉中，如果天线发热厉害就说明对高频电磁波吸收厉害，也就是说一部分信号被天线自身吸收掉了，当然就不会获得应有的增益了。
这个方法是听说来的，没有进行过验证，而且这个方法危险性也比较大，坛友不要轻易尝试

PS：这里特别感谢一下ZERO，有关驻波的一些知识是从他那里了解到的。再次表示感谢！

klin1984

A：厚度为2mm的“凸”字形的塑料片，有一点的强度。
B：材质和A一样的塑料圆片，中间挖出正好可以让C插入的方孔。
C：八木的大梁，空心塑料管，之前已经介绍。

组装：A的①边插入C，尺寸视实际情况而定。结合处用AB胶固定。

C的②边插入B，尺寸视实际情况而定。结合处用AB胶固定。

③处全部用AB胶固定在外壳D的内壁上。

klin1984

八木大炮天线的仿真
简单的仿真了一下10单元八木的增益效果。


八木的立体结构图

波瓣角



仿真数据


今天刚学习了一下仿真软件的使用，发现功能还是很强劲的。做天线之前简单的仿真，优化一下，说不定自己也可以diy出别具特色的高增益天线。软件（4nec2x）就不多做介绍了，已经有坛友写出使用说明了。感兴趣的朋友可以论坛搜索一下。看来16单元天线有必要先仿真一下，再着手制作了。

klin1984

简单说明：
      还有些资料没有彻底整理完毕，今天就先更新到这里吧。最终整理完毕，会报名参加DIY大赛的。

      今天（5月4日）又加了3张图纸和简单制作流程。把之前的一些图片重新排版了一下，补上了点说明

      5月5日追加“效果对比（1）Netstumbler”和"效果对比（2）射频测试”。

      5月12日追加内部结构简单示意图，好久没用CAD了，就用WORD简单的画了一下，希望大家能看的明白。

      5月16日追加10单元八木仿真效果图。看来增益也不是很高，只有11.6DBi。

      5月18日追加天线的特有logo

      5月23日重新整理资料，资料尺寸更小，内容更全。

风筝

很不错，很支持！
这篇文章很有份量！~

tange

非常棒的文章！向楼主学习。