2009全民DIY大赛参赛作品(大炮天线)

2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 1 / 19 http://www.anywlan.com 自制酷似思科大炮的八木天线 组类：天线 DIY 作者：klin1984 本文链接：http://www.anywlan.com/bbs/thread-27566-1-1.html 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 2 / 19 http://www.anywlan.com 目录 八木大炮天线原理介绍。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 天线的分类与选择 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 八木大炮天线选材论证及误差 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 八木大炮天线的仿真。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7 八木大炮天线制作过程。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 八木大炮天线增益效果。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13 八木大炮天线射频测试。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。15 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 3 / 19 http://www.anywlan.com 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 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 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、 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 4 / 19 http://www.anywlan.com 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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。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。 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 5 / 19 http://www.anywlan.com 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：蹭网还是要低调点， 大的天线难免会暴露目标，使得原本“平静”的蹭网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://www.anywlan.com/bbs/thread-25793-1-1.html 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 6 / 19 http://www.anywlan.com 八木大炮天线选材论证及误差分析 简单计算验证 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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。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。 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 7 / 19 http://www.anywlan.com 八木大炮天线的仿真 10 单元八木的仿真效果 10单元八木的结构图 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 8 / 19 http://www.anywlan.com 10单元八木的波瓣图 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 9 / 19 http://www.anywlan.com 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 弯振子的金属物和做好的振子。 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 10 / 19 http://www.anywlan.com 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 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 11 / 19 http://www.anywlan.com 5.组装加壳 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。 外壳及凸字形塑料薄 ① ③ ③ AAAA ② ① CCCC ③ ② BBBB DDDD 外壳长 450mm Φ70mm（外径） 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 12 / 19 http://www.anywlan.com 6．完成品效果图 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 13 / 19 http://www.anywlan.com 八木大炮天线增益效果 如图所示，神卡自带 2db和自制大炮天线的效果对比。 大炮架设位置，AP在矮房子后排的楼房中。距离 200+。 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 14 / 19 http://www.anywlan.com 神卡在窗口收到的信号 自制大炮在窗口收到的信号。 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 15 / 19 http://www.anywlan.com 八木大炮天线射频测试 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） 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 16 / 19 http://www.anywlan.com 希望大家能看的清楚点，再上一张。 神卡自带 2db天线的信号 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 17 / 19 http://www.anywlan.com 频谱仪上的波形 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 18 / 19 http://www.anywlan.com 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。 2009年中国无线门户全民 DIY大赛 Anywhere WLAN!随时随地无线 19 / 19 http://www.anywlan.com 上图中收到的部分信号。