基于电磁场分析的船用天线布置与安装

李海凤



基于电磁场分析的船用天线布置与安装

李海凤

（渤海船舶职业学院电气工程系，辽宁葫芦岛 125005）

针对船舶罗经甲板需要安装布置的天线越来越多的实际情况，利用电磁场基本理论对船用天线产生的电磁场和电磁干扰情况进行分析，在梳理船舶建造规范关于船用天线布置与安装基本要求的基础上，根据船舶建造的实际情况，设计了某散货船的天线布置俯视图、B向图和侧视图，使得天线之间的电磁干扰尽量降低，保证船舶电子设备和系统的正常运行，进而确保船舶的安全航行。

电磁场 电磁干扰 船用天线 建造规范 安装布置

0 引言

船舶电子设备和系统越来越多，其中的大部分在接收和发射信号时需要天线收发装置。因此电磁场的分布越来越复杂，天线之间的电磁干扰也相对增加。船舶罗经甲板上安装天线的面积有限，只有合理的布置并正确安装船用天线才能保证通信的有效性，从而确保船舶的安全航行。

1 船用天线电磁场分析

1.1 天线电磁场的基本理论分析

麦克斯韦方程组是分析电磁场的基本工具。根据船舶天线的具体布置和安装工况进行如下分析和计算[1]：

1）计算天线的功率(相当于计算电磁场的场强)

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

其中，：接收点的功率；：源点的发射功率；：信号的频率；：距离；：发射天线的增益；：接收天线的增益。

意义：如果将天线间的距离加大，就可以减少相互间的接收功率，这样就增加了天线的隔离度，干扰也随之减小。

2）隔离度分析

隔离度与天线辐射方向图、空间距离和增益相关。在不考虑电压驻波比所引入的衰减的情况下有如下两个公式：

28+40*lg()（天线垂直排列公式）

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

符号含义如下：

：隔离度要求(dB)；：载波波长(m)；：垂直隔离距离(m)；：水平隔离距离(m)；1和2：发射与接收天线最大辐射方向增益(dBi)；1和2：发射与接收天线90度方向副瓣电平(dBp)。由上面两式变形推导可得：

=*10(-28)/40

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

1.2 天线的电磁干扰分析

天线在将自身高频电磁能量发射出去的同时也能将空间存在的其它电磁能量接收到。电磁场和电磁波都是矢量，它们在不同方向上的能量分布是不同的[2,3]。电磁波在实际传播过程中呈现的是纷繁复杂的情况，而且若电磁波的频率不相同或者波长不相同，它们各自又都具有不同的传播特性。通过分析可以发现有如下几种重要干扰：

1）船上建筑物对天线的电磁干扰。船舶绝大部分建筑都是钢铁，所以突出的部分就如同特殊的天线在对真正的天线进行电磁干扰，比如烟囱、桅杆和栏杆。

2）天线之间的电磁干扰。天线本身固有的性质决定了它们相互之间的电磁干扰是必然存在的。例如雷达波束对DGPS、卫通C站天线的直接辐射。

2 船用天线的布置与安装

2.1 船用天线布置与安装的基本要求

1）安装天线的电缆必须符合设备厂商对电缆总衰减以及最大直流电阻性能的要求。

2）VHF天线要架高，场地要空旷；所有VHF天线不能处在同一水平面；相互之间的距离尽量远； AIS VHF天线要远离雷达等大功率波束并与主用VHF天线之间至少有2 m以上垂直距离[4,5]。

3）MF/HF天线与四周导电物体要距离1m以上；耦合器与MF/HF发射天线要尽可能的靠近。

4）值守天线必须尽可能与MF/HF发射天线远离，从而避免接收机发生阻塞。

5）卫星天线和雷达天线、GNSS天线不可在同一水平面内；卫星天线与其它天线以及磁罗经要有一定的安全距离，具体为：和MF/HF天线之间大于5 m，和VHF天线之间大于4 m，和磁罗经之间大于3 m；C站天线的水平面以下15°以上范围内不可有障碍物；两C站天线间的垂直距离在l m以上；F站天线在水平面360°以及俯仰-25°~90°范围内不要有障碍物。

6）雷达天线要远离罗经甲板的舾装件还要注意烟囱和雷达桅对它的影响；S波段雷达天线位置一般要比X波段雷达天线的位置高；要充分考虑雷达的纵向波束，避免雷达相互之间和其它天线在其范围内，S波段雷达天线通常为上下各15o，X波段雷达天线通常为上下各12°。

7）DGPS天线的安装布置要使其在360°水平范围和5°~90°的垂直范围内没有阻挡；与卫通F站和卫通C站的天线上下各10°。

8）广播电视天线应离开其它强制性安装的无线电设备的天线l m以上；移动电话天线若与VHF天线在同一水平面内要保证二者之间距离大于5 m。

2.2 船用天线的实际布置与安装

图1 某散货船天线布置俯视图示意图

在船舶建造规范和各种标准中几乎对所有天线都提出如下安装布置要求：场地开阔、四周没有任何障碍物、与各种金属物体尽量远，同时与其它天线尽量远。虽然不同船舶的罗经甲板面积是不同的，但毕竟是非常有限的。因此在天线实际布置安装中只能尽量合理的分配各个天线的位置及其相互间的距离，从而最大限度的减小天线间的电磁干扰，确保设备和系统正常运行。根据船用天线布置与安装的基本要求和船舶建造的实际情况，笔者设计了某散货船的天线布置图。其中图1、图2和图3分别是某散货船天线布置俯视、B向及侧视图示意图。

图2 某散货船天线布置B向示意图

图3 某散货船天线布置侧视图示意图（右为B向）

3 结束语

虽然随着技术的发展，智能天线和软件天线已经在某些领域开始应用，但船用天线的合理布置与安装在现阶段是需要必须重视的问题之一。随着电子通信技术的进一步发展，船用天线的安装与布置将会不断出现新的问题有待解决，以保证船舶电子设备的正常工作，从而保障船舶的航行安全。

[1] 陈喜元, 毛亚娟, 郝娟等. 船舶天线布置理论分析[J]. 舰船电子工程, 2010, 30(4): 107-109.

[2] 胡俊美. GMDSS天线安装要点[J]. 航海技术, 2011, (4): 4.

[3] 阂金卫. 船舶通信天线种类及特性[J]. 航海技术, 2000, (1): 38-39.

[4] 黄溢. 船舶通信设备的日常维护[J]. 航海技术, 2005, (4): 41-42.

[5] 章剑. 船舶自动识别系统(AIS)装船和检验要求[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

李海凤（1973-），女，硕士，副教授。研究方向：电子与通信技术，电机与电器。