基于電磁場(chǎng)分析的船用天線布置與安裝

李海鳳

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基于電磁場(chǎng)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(duì)船舶羅經(jīng)甲板需要安裝布置的天線越來(lái)越多的實(shí)際情況，利用電磁場(chǎng)基本理論對(duì)船用天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)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(shí)際情況，設(shè)計(jì)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(yùn)行，進(jìn)而確保船舶的安全航行。

電磁場(chǎng) 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(lái)越多，其中的大部分在接收和發(fā)射信號(hào)時(shí)需要天線收發(fā)裝置。因此電磁場(chǎng)的分布越來(lái)越復(fù)雜，天線之間的電磁干擾也相對(duì)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(chǎng)分析

1.1 天線電磁場(chǎng)的基本理論分析

麥克斯韋方程組是分析電磁場(chǎng)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(jì)算[1]：

1）計(jì)算天線的功率(相當(dāng)于計(jì)算電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng))

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

其中，：接收點(diǎn)的功率；：源點(diǎn)的發(fā)射功率；：信號(hào)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(gè)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(hào)含義如下：

：隔離度要求(dB)；：載波波長(zhǎng)(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(shí)也能將空間存在的其它電磁能量接收到。電磁場(chǎng)和電磁波都是矢量，它們?cè)诓煌较蛏系哪芰糠植际遣煌腫2,3]。電磁波在實(shí)際傳播過(guò)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(zhǎng)不相同，它們各自又都具有不同的傳播特性。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)有如下幾種重要干擾：

1）船上建筑物對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(méi)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(kāi)其它強(qiáng)制性安裝的無(wú)線電設(shè)備的天線l m以上；移動(dòng)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(shí)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(duì)所有天線都提出如下安裝布置要求：場(chǎng)地開(kāi)闊、四周沒(méi)有任何障礙物、與各種金屬物體盡量遠(yuǎn)，同時(shí)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(shí)際布置安裝中只能盡量合理的分配各個(gè)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(yùn)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(shí)際情況，筆者設(shè)計(jì)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(yǔ)

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(kāi)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(wèn)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(huì)不斷出現(xiàn)新的問(wèn)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(diǎn)[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(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)裝船和檢驗(yàn)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。