船舶天線布置設(shè)計(jì)

余全勝

（蘇美達(dá)船舶有限公司上海分公司，上海 200233）

0 引 言

船舶天線的種類較多，常規(guī)國際航行的貨物運(yùn)輸船需布置的天線就多達(dá)20 多個(gè)，只有充分地了解各天線的特性和天線之間的相互干擾范圍，才能設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的船舶天線布置方案。為了統(tǒng)一船舶天線布置及滿足船級(jí)社對(duì)該布置的檢驗(yàn)，可以對(duì)天線布置進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，確保船舶設(shè)備準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠地工作，從而保證船舶安全運(yùn)營。

1 天線布置圖的組成

天線的布置和安裝應(yīng)遵循《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則》和《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》中關(guān)于國際、國內(nèi)無線電通信設(shè)備和設(shè)備生產(chǎn)廠家的要求，并按設(shè)備的技術(shù)文件要求實(shí)施，同時(shí)能得到設(shè)備生產(chǎn)廠家和船檢部門的認(rèn)可。天線和無線電通信設(shè)備應(yīng)安裝在機(jī)械、電氣或其他干擾源的有害干擾不會(huì)影響其正常使用的處所，從而確保電磁兼容性，避免與其他設(shè)備和系統(tǒng)相互干擾。一套完整的天線布置圖應(yīng)包含以下設(shè)備：

1）磁羅經(jīng)、雷達(dá)、全球定位儀、自動(dòng)識(shí)別儀、氣象傳真接收機(jī)和風(fēng)速風(fēng)向儀等航行設(shè)備；

2）中高頻電話、甚高頻電話、航行告警接收機(jī)、衛(wèi)星通信C站和衛(wèi)星通信F站等無線電通信設(shè)備；

3）廣播電視天線等其他設(shè)備。

2 航行設(shè)備

航行設(shè)備是船舶航行時(shí)必須配備的磁羅經(jīng)、雷達(dá)、全球定位儀、自動(dòng)識(shí)別儀、氣象傳真接收機(jī)和風(fēng)速風(fēng)向儀等電氣設(shè)備的總稱。

2.1 磁羅經(jīng)

磁羅經(jīng)是一種精密的指南針，利用磁性指針在地球磁場(chǎng)的作用下自動(dòng)指北的特性制作而成，為減小轉(zhuǎn)動(dòng)性帶來的摩擦力，將其裝置在充滿液體的密封容器中，又稱為液體型磁羅經(jīng)。磁羅經(jīng)應(yīng)盡量安裝在船舶的中心線上，與磁性材料保持一定的距離（通常船長大于120 m的船舶需保持4 m以上的距離），在磁羅經(jīng)的安全距離范圍內(nèi)不應(yīng)安裝其他天線。

2.2 雷達(dá)

船用雷達(dá)是裝在船上的具有航行避讓和船舶定位等功能的導(dǎo)航設(shè)備，可在海上能見度較差時(shí)為船員提供必要的觀察手段。因此，船用雷達(dá)相當(dāng)于船舶的眼睛，能隨時(shí)幫助船員觀察海上的狀況，國際航行的船舶通常都配有X波段雷達(dá)和S波段雷達(dá)，在安裝2 個(gè)雷達(dá)的天線時(shí)不能使天線波束相對(duì)，且應(yīng)根據(jù)雷達(dá)的特性將S波段雷達(dá)安裝在X波段雷達(dá)上方，避免煙囪、克令吊等物體帶來假回波影響。

根據(jù)國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）的規(guī)定，雷達(dá)天線的安裝位置必須滿足的長度大于500 m 或不大于2 倍的船長（見圖1），雷達(dá)天線前±112.5°區(qū)域內(nèi)沒有任何盲區(qū)和遮擋物，雷達(dá)天線后135°區(qū)域內(nèi)總扇形盲區(qū)的大小不得大于20°，且雷達(dá)安全護(hù)欄距離雷達(dá)基座至少500 mm。在安裝雷達(dá)天線時(shí)應(yīng)注意遠(yuǎn)離煙囪，否則煙囪散發(fā)的熱量會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)的敏感度下降，從而影響雷達(dá)的正常使用。

圖1 雷達(dá)天線的安裝

2.3 全球定位儀

全球定位儀是一種結(jié)合衛(wèi)星和通信技術(shù)，利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距的中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，定位的基本原理是空間星體連續(xù)向地面發(fā)送信息，地面接收機(jī)接收到星體發(fā)送的信息之后，經(jīng)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置、三維方向、運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間等信息。國際航行的船舶通常都安裝2 臺(tái)全球定位儀，天線最好的安裝位置是羅經(jīng)甲板，安裝時(shí)需遠(yuǎn)離雷達(dá)波束，并距離海事衛(wèi)星C 站天線4 m以上，距離衛(wèi)通F站至少4 m。2 臺(tái)全球定位儀的天線安裝位置要盡可能地接近（最好在1 m以內(nèi)）。確保切換信號(hào)時(shí)輸出給船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）、電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（Electronic Chart Display and Information System，ECDIS）和雷達(dá)等設(shè)備的位置信號(hào)偏差不大。

2.4 自動(dòng)識(shí)別儀

自動(dòng)識(shí)別儀是安裝在船上的自動(dòng)追蹤設(shè)備，通過全球定位天線和甚高頻天線與鄰近船舶、AIS 岸臺(tái)和衛(wèi)星等設(shè)備交換電子資料，并供船舶交通管制辨識(shí)和定位。該系統(tǒng)可自動(dòng)連續(xù)地向配有相應(yīng)設(shè)備的岸上交通控制站和其他船舶發(fā)送船舶識(shí)別碼、船型、船位、航向和航速等航行信息，以優(yōu)先避免在海上發(fā)生碰撞事故。根據(jù)IMO的要求，自動(dòng)識(shí)別儀的甚高頻天線首端應(yīng)與其他甚高頻天線的末端在垂直方向上分開2 m以上，若實(shí)際安裝難以滿足該要求，則需考慮在水平方向上滿足分開10 m 以上的要求，且AIS 天線不應(yīng)安裝在雷達(dá)波束內(nèi)或距離雷達(dá)天線距離至少5 m。AIS與中頻/高頻鞭狀天線的距離不少于4 m，與中頻/高頻發(fā)射天線的距離至少為10 m。

2.5 氣象傳真接收機(jī)

氣象傳真接收機(jī)是指接收氣象傳真圖的無線電接收設(shè)備，傳真廣播臺(tái)先利用光電效應(yīng)將圖片（或文字、符號(hào)）的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后借助無線電波將其向遠(yuǎn)處傳播，傳真接收機(jī)按一定的順序?qū)⒔邮盏降碾娦盘?hào)還原成光信號(hào)之后得到原圖像。氣象傳真接收機(jī)的天線為中高頻天線，在布置時(shí)應(yīng)將發(fā)射天線與接收天線分開至少5 m，若發(fā)射功率較高，盡量增大該天線的布置距離，最理想的布置就是發(fā)射天線與接收天線之間用雷達(dá)桅桿隔開。

2.6 風(fēng)速風(fēng)向儀

風(fēng)速風(fēng)向儀是風(fēng)速和風(fēng)向的綜合測(cè)量儀器，可測(cè)量顯示相對(duì)于船舶的風(fēng)速和風(fēng)向。風(fēng)速風(fēng)向儀的傳感器通常安裝在雷達(dá)桅上，其周圍不能有影響測(cè)風(fēng)、測(cè)速的障礙物，必須保證在風(fēng)的作用下有自由回轉(zhuǎn)的空間和日常維修保養(yǎng)的條件。

3 無線電設(shè)備

無線電設(shè)備是指船上利用無線電波傳輸信息的設(shè)備，主要用于對(duì)外通信，是進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的設(shè)備，由發(fā)信機(jī)、收信機(jī)、天線、饋線和相應(yīng)的終端設(shè)備構(gòu)成。常規(guī)的國際航行船舶配備的無線電設(shè)備通常由中高頻電話、甚高頻電話、航行告警接收機(jī)、衛(wèi)星通信C站和衛(wèi)星通信F站組成。

3.1 中高頻電話

中高頻電話是指工作在150 ～30 000 kHz頻段內(nèi)的無線電設(shè)備，在安裝中高頻無線電設(shè)備的信號(hào)發(fā)送天線時(shí)，由于中高頻天線工作時(shí)電波輻射較大，必須充分考慮其安全使用對(duì)策。通常在有高壓電通過的地方，要確保天線的高度在2.5 m以上，以防人接觸，不足2.5 m但是高度不會(huì)輕易讓人體接觸到的結(jié)構(gòu)或位置可不受此限制。中高頻無線電設(shè)備上必須有安全護(hù)欄和高壓警示標(biāo)語。在布置中高頻發(fā)信天線時(shí)，需考慮天線和雷達(dá)桅桿等構(gòu)造物的距離，避免天線與雷達(dá)桅桿等構(gòu)造物接觸，二者之間的距離要保持在5 m以上。

3.2 甚高頻電話

甚高頻電話是指工作在156 ～174 MHz頻段內(nèi)的無線電設(shè)備，布置原則是盡量保證在正垂直方向2 m以上，由于空間大小做不到正垂直方向2 m時(shí)需在水平方向拉到10 m以上，羅經(jīng)甲板實(shí)際空間不大，也盡量做到8 ～10 m，值守天線與接收天線之間的距離大于等于2 m。若甚高頻天線與S波段和X波段雷達(dá)天線之間的距離在5 m以內(nèi)，則要遠(yuǎn)離雷達(dá)波束。

3.3 航行告警接收機(jī)

航行告警接收機(jī)是采用無線電傳直接印字電報(bào)方式進(jìn)行首發(fā)通信的海上專用業(yè)務(wù)類型，通過該業(yè)務(wù)，船舶能從海岸電臺(tái)的廣播中自動(dòng)接收所選岸臺(tái)播發(fā)的航行告警、氣象預(yù)報(bào)和其他海上安全信息。該業(yè)務(wù)為海上航行船舶提供了一種便捷、自動(dòng)獲得海上安全信息的有效手段。航行告警接收機(jī)的天線通常距離中高頻無線電設(shè)備的收發(fā)天線不少于5 m，距離甚高頻無線電設(shè)備的收發(fā)天線2 m以上。

3.4 衛(wèi)星通信C站

衛(wèi)星通信C站系統(tǒng)是國際海事衛(wèi)星組織提供的第二代全球數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供數(shù)據(jù)和電傳通信，設(shè)備體積小、重量輕、使用費(fèi)用低，能取代窄帶直接印字電報(bào)設(shè)備。衛(wèi)星通信C站的天線安裝在桅桿的最高點(diǎn)，安裝位置在艏艉方向-5°角沒有任何目視角2°的遮擋物，船的左右方向-15°角沒有任何目視角2°的遮擋物（見圖2），安裝雙C 站時(shí)水平方向距離1.5 m以上，垂直方向距離1 m以上，否則相互干擾。

圖2 衛(wèi)星通信C站天線的安裝

3.5 衛(wèi)星通信F站

衛(wèi)星通信F站為船上主要用來進(jìn)行上網(wǎng)和與外界通話的設(shè)備，應(yīng)盡可能地將其安裝在沒有障礙物的地方，且要避開雷達(dá)波束的干擾，目前主流的安裝位置是雷達(dá)桅桿和羅經(jīng)甲板，若安裝在雷達(dá)桅桿上，則必須安裝在避開雷達(dá)波束和衛(wèi)星通信C站干擾的位置。衛(wèi)星通信F站周圍應(yīng)設(shè)置安全欄，確保非維護(hù)人員遠(yuǎn)離天線危險(xiǎn)區(qū)域，天線上張貼有高輻射貼紙，提示不要靠近天線，否則會(huì)造成嚴(yán)重傷害，如安裝于羅經(jīng)甲板上需考慮5 m的安全距離。衛(wèi)星通信F站與中頻/高頻天線的距離至少為5 m，與甚高頻天線的距離至少為4 m。

4 天線布置參考

除了上述航行設(shè)備和無線電設(shè)備以外，還有一些娛樂設(shè)備的天線和船東定制的設(shè)備的天線，如廣播電視天線、銥星電話天線和超高頻電話天線等，需根據(jù)各種天線的性能要求進(jìn)行布置，以免與其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。鑒此，在分析和了解各種天線的性能之后，便可根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行全船的天線布置，圖3 為常見的天線布置，可在實(shí)船的布置中參考。

圖3 常見的天線布置

5 結(jié) 語

天線布置是一項(xiàng)繁瑣但極其重要的工作，為了使其設(shè)計(jì)更加便捷及合理，提出上述布置方案，以保證在有限的空間內(nèi)使所有的設(shè)備都能正常、穩(wěn)定地工作，從而全天候地保證船舶安全運(yùn)營；同時(shí)，在布置天線時(shí)需考慮合理的維修空間，以便在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能方便且安全地對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。