李海鳳

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基于電磁場分析的船用天線布置與安裝

李海鳳

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院電氣工程系，遼寧葫蘆島 125005）

針對船舶羅經(jīng)甲板需要安裝布置的天線越來越多的實際情況，利用電磁場基本理論對船用天線產(chǎn)生的電磁場和電磁干擾情況進(jìn)行分析，在梳理船舶建造規(guī)范關(guān)于船用天線布置與安裝基本要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)船舶建造的實際情況，設(shè)計了某散貨船的天線布置俯視圖、B向圖和側(cè)視圖，使得天線之間的電磁干擾盡量降低，保證船舶電子設(shè)備和系統(tǒng)的正常運行，進(jìn)而確保船舶的安全航行。

電磁場 電磁干擾 船用天線 建造規(guī)范 安裝布置

0 引言

船舶電子設(shè)備和系統(tǒng)越來越多，其中的大部分在接收和發(fā)射信號時需要天線收發(fā)裝置。因此電磁場的分布越來越復(fù)雜，天線之間的電磁干擾也相對增加。船舶羅經(jīng)甲板上安裝天線的面積有限，只有合理的布置并正確安裝船用天線才能保證通信的有效性，從而確保船舶的安全航行。

1 船用天線電磁場分析

1.1 天線電磁場的基本理論分析

麥克斯韋方程組是分析電磁場的基本工具。根據(jù)船舶天線的具體布置和安裝工況進(jìn)行如下分析和計算[1]：

1）計算天線的功率(相當(dāng)于計算電磁場的場強(qiáng))

10lg=10lg-32.45-20lgf-20lg++

其中，：接收點的功率；：源點的發(fā)射功率；：信號的頻率；：距離；：發(fā)射天線的增益；：接收天線的增益。

意義：如果將天線間的距離加大，就可以減少相互間的接收功率，這樣就增加了天線的隔離度，干擾也隨之減小。

2）隔離度分析

隔離度與天線輻射方向圖、空間距離和增益相關(guān)。在不考慮電壓駐波比所引入的衰減的情況下有如下兩個公式：

28+40*lg()（天線垂直排列公式）

=22+20*lg()-(1+2)-(1+2) (dB)（天線水平排列公式）

符號含義如下：

：隔離度要求(dB)；：載波波長(m)；：垂直隔離距離(m)；：水平隔離距離(m)；1和2：發(fā)射與接收天線最大輻射方向增益(dBi)；1和2：發(fā)射與接收天線90度方向副瓣電平(dBp)。由上面兩式變形推導(dǎo)可得：

=*10(-28)/40

=*10(-22+1+2+1+2)/20

1.2 天線的電磁干擾分析

天線在將自身高頻電磁能量發(fā)射出去的同時也能將空間存在的其它電磁能量接收到。電磁場和電磁波都是矢量，它們在不同方向上的能量分布是不同的[2,3]。電磁波在實際傳播過程中呈現(xiàn)的是紛繁復(fù)雜的情況，而且若電磁波的頻率不相同或者波長不相同，它們各自又都具有不同的傳播特性。通過分析可以發(fā)現(xiàn)有如下幾種重要干擾：

1）船上建筑物對天線的電磁干擾。船舶絕大部分建筑都是鋼鐵，所以突出的部分就如同特殊的天線在對真正的天線進(jìn)行電磁干擾，比如煙囪、桅桿和欄桿。

2）天線之間的電磁干擾。天線本身固有的性質(zhì)決定了它們相互之間的電磁干擾是必然存在的。例如雷達(dá)波束對DGPS、衛(wèi)通C站天線的直接輻射。

2 船用天線的布置與安裝

2.1 船用天線布置與安裝的基本要求

1）安裝天線的電纜必須符合設(shè)備廠商對電纜總衰減以及最大直流電阻性能的要求。

2）VHF天線要架高，場地要空曠；所有VHF天線不能處在同一水平面；相互之間的距離盡量遠(yuǎn)； AIS VHF天線要遠(yuǎn)離雷達(dá)等大功率波束并與主用VHF天線之間至少有2 m以上垂直距離[4,5]。

3）MF/HF天線與四周導(dǎo)電物體要距離1m以上；耦合器與MF/HF發(fā)射天線要盡可能的靠近。

4）值守天線必須盡可能與MF/HF發(fā)射天線遠(yuǎn)離，從而避免接收機(jī)發(fā)生阻塞。

5）衛(wèi)星天線和雷達(dá)天線、GNSS天線不可在同一水平面內(nèi)；衛(wèi)星天線與其它天線以及磁羅經(jīng)要有一定的安全距離，具體為：和MF/HF天線之間大于5 m，和VHF天線之間大于4 m，和磁羅經(jīng)之間大于3 m；C站天線的水平面以下15°以上范圍內(nèi)不可有障礙物；兩C站天線間的垂直距離在l m以上；F站天線在水平面360°以及俯仰-25°~90°范圍內(nèi)不要有障礙物。

6）雷達(dá)天線要遠(yuǎn)離羅經(jīng)甲板的舾裝件還要注意煙囪和雷達(dá)桅對它的影響；S波段雷達(dá)天線位置一般要比X波段雷達(dá)天線的位置高；要充分考慮雷達(dá)的縱向波束，避免雷達(dá)相互之間和其它天線在其范圍內(nèi)，S波段雷達(dá)天線通常為上下各15o，X波段雷達(dá)天線通常為上下各12°。

7）DGPS天線的安裝布置要使其在360°水平范圍和5°~90°的垂直范圍內(nèi)沒有阻擋；與衛(wèi)通F站和衛(wèi)通C站的天線上下各10°。

8）廣播電視天線應(yīng)離開其它強(qiáng)制性安裝的無線電設(shè)備的天線l m以上；移動電話天線若與VHF天線在同一水平面內(nèi)要保證二者之間距離大于5 m。

2.2 船用天線的實際布置與安裝

圖1 某散貨船天線布置俯視圖示意圖

在船舶建造規(guī)范和各種標(biāo)準(zhǔn)中幾乎對所有天線都提出如下安裝布置要求：場地開闊、四周沒有任何障礙物、與各種金屬物體盡量遠(yuǎn)，同時與其它天線盡量遠(yuǎn)。雖然不同船舶的羅經(jīng)甲板面積是不同的，但畢竟是非常有限的。因此在天線實際布置安裝中只能盡量合理的分配各個天線的位置及其相互間的距離，從而最大限度的減小天線間的電磁干擾，確保設(shè)備和系統(tǒng)正常運行。根據(jù)船用天線布置與安裝的基本要求和船舶建造的實際情況，筆者設(shè)計了某散貨船的天線布置圖。其中圖1、圖2和圖3分別是某散貨船天線布置俯視、B向及側(cè)視圖示意圖。

圖2 某散貨船天線布置B向示意圖

圖3 某散貨船天線布置側(cè)視圖示意圖（右為B向）

3 結(jié)束語

雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，智能天線和軟件天線已經(jīng)在某些領(lǐng)域開始應(yīng)用，但船用天線的合理布置與安裝在現(xiàn)階段是需要必須重視的問題之一。隨著電子通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，船用天線的安裝與布置將會不斷出現(xiàn)新的問題有待解決，以保證船舶電子設(shè)備的正常工作，從而保障船舶的航行安全。

[1] 陳喜元, 毛亞娟, 郝娟等. 船舶天線布置理論分析[J]. 艦船電子工程, 2010, 30(4): 107-109.

[2] 胡俊美. GMDSS天線安裝要點[J]. 航海技術(shù), 2011, (4): 4.

[3] 閡金衛(wèi). 船舶通信天線種類及特性[J]. 航海技術(shù), 2000, (1): 38-39.

[4] 黃溢. 船舶通信設(shè)備的日常維護(hù)[J]. 航海技術(shù), 2005, (4): 41-42.

[5] 章劍. 船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)裝船和檢驗要求[J]. 上海造船, 2006, (2), 30-32.

Arrangement and Installation of Ship Antenna According to Electro-magnetic Field Analysis

Li Haifeng

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Electric Engineering Department, Huludao 125005, Liaoning, China )

U675.75

A

1003-4862（2014）02-0042-03

2013-07-04

李海鳳（1973-），女，碩士，副教授。研究方向：電子與通信技術(shù)，電機(jī)與電器。