船舶天线布置设计

2022-07-06余全胜

船舶与海洋工程 2022年2期

余全胜

（苏美达船舶有限公司上海分公司，上海 200233）

0 引言

船舶天线的种类较多，常规国际航行的货物运输船需布置的天线就多达20 多个，只有充分地了解各天线的特性和天线之间的相互干扰范围，才能设计出一个合理的船舶天线布置方案。为了统一船舶天线布置及满足船级社对该布置的检验，可以对天线布置进行统一规划，确保船舶设备准确、稳定、可靠地工作，从而保证船舶安全运营。

1 天线布置图的组成

天线的布置和安装应遵循《船舶与海上设施法定检验规则》和《钢质海船入级规范》中关于国际、国内无线电通信设备和设备生产厂家的要求，并按设备的技术文件要求实施，同时能得到设备生产厂家和船检部门的认可。天线和无线电通信设备应安装在机械、电气或其他干扰源的有害干扰不会影响其正常使用的处所，从而确保电磁兼容性，避免与其他设备和系统相互干扰。一套完整的天线布置图应包含以下设备：

1）磁罗经、雷达、全球定位仪、自动识别仪、气象传真接收机和风速风向仪等航行设备；

2）中高频电话、甚高频电话、航行告警接收机、卫星通信C站和卫星通信F站等无线电通信设备；

3）广播电视天线等其他设备。

2 航行设备

航行设备是船舶航行时必须配备的磁罗经、雷达、全球定位仪、自动识别仪、气象传真接收机和风速风向仪等电气设备的总称。

2.1 磁罗经

磁罗经是一种精密的指南针，利用磁性指针在地球磁场的作用下自动指北的特性制作而成，为减小转动性带来的摩擦力，将其装置在充满液体的密封容器中，又称为液体型磁罗经。磁罗经应尽量安装在船舶的中心线上，与磁性材料保持一定的距离（通常船长大于120 m的船舶需保持4 m以上的距离），在磁罗经的安全距离范围内不应安装其他天线。

2.2 雷达

船用雷达是装在船上的具有航行避让和船舶定位等功能的导航设备，可在海上能见度较差时为船员提供必要的观察手段。因此，船用雷达相当于船舶的眼睛，能随时帮助船员观察海上的状况，国际航行的船舶通常都配有X波段雷达和S波段雷达，在安装2 个雷达的天线时不能使天线波束相对，且应根据雷达的特性将S波段雷达安装在X波段雷达上方，避免烟囱、克令吊等物体带来假回波影响。

根据国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）的规定，雷达天线的安装位置必须满足的长度大于500 m 或不大于2 倍的船长（见图1），雷达天线前±112.5°区域内没有任何盲区和遮挡物，雷达天线后135°区域内总扇形盲区的大小不得大于20°，且雷达安全护栏距离雷达基座至少500 mm。在安装雷达天线时应注意远离烟囱，否则烟囱散发的热量会导致雷达的敏感度下降，从而影响雷达的正常使用。

图1 雷达天线的安装

2.3 全球定位仪

全球定位仪是一种结合卫星和通信技术，利用导航卫星进行测时和测距的中距离圆型轨道卫星导航系统，定位的基本原理是空间星体连续向地面发送信息，地面接收机接收到星体发送的信息之后，经计算求出接收机的三维位置、三维方向、运动速度和时间等信息。国际航行的船舶通常都安装2 台全球定位仪，天线最好的安装位置是罗经甲板，安装时需远离雷达波束，并距离海事卫星C 站天线4 m以上，距离卫通F站至少4 m。2 台全球定位仪的天线安装位置要尽可能地接近（最好在1 m以内）。确保切换信号时输出给船舶自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）、电子海图显示与信息系统（Electronic Chart Display and Information System，ECDIS）和雷达等设备的位置信号偏差不大。

2.4 自动识别仪

自动识别仪是安装在船上的自动追踪设备，通过全球定位天线和甚高频天线与邻近船舶、AIS 岸台和卫星等设备交换电子资料，并供船舶交通管制辨识和定位。该系统可自动连续地向配有相应设备的岸上交通控制站和其他船舶发送船舶识别码、船型、船位、航向和航速等航行信息，以优先避免在海上发生碰撞事故。根据IMO的要求，自动识别仪的甚高频天线首端应与其他甚高频天线的末端在垂直方向上分开2 m以上，若实际安装难以满足该要求，则需考虑在水平方向上满足分开10 m 以上的要求，且AIS 天线不应安装在雷达波束内或距离雷达天线距离至少5 m。AIS与中频/高频鞭状天线的距离不少于4 m，与中频/高频发射天线的距离至少为10 m。

2.5 气象传真接收机

气象传真接收机是指接收气象传真图的无线电接收设备，传真广播台先利用光电效应将图片（或文字、符号）的光信号转换成电信号，然后借助无线电波将其向远处传播，传真接收机按一定的顺序将接收到的电信号还原成光信号之后得到原图像。气象传真接收机的天线为中高频天线，在布置时应将发射天线与接收天线分开至少5 m，若发射功率较高，尽量增大该天线的布置距离，最理想的布置就是发射天线与接收天线之间用雷达桅杆隔开。

2.6 风速风向仪

风速风向仪是风速和风向的综合测量仪器，可测量显示相对于船舶的风速和风向。风速风向仪的传感器通常安装在雷达桅上，其周围不能有影响测风、测速的障碍物，必须保证在风的作用下有自由回转的空间和日常维修保养的条件。

3 无线电设备

无线电设备是指船上利用无线电波传输信息的设备，主要用于对外通信，是进行远距离通信的设备，由发信机、收信机、天线、馈线和相应的终端设备构成。常规的国际航行船舶配备的无线电设备通常由中高频电话、甚高频电话、航行告警接收机、卫星通信C站和卫星通信F站组成。

3.1 中高频电话

中高频电话是指工作在150 ～30 000 kHz频段内的无线电设备，在安装中高频无线电设备的信号发送天线时，由于中高频天线工作时电波辐射较大，必须充分考虑其安全使用对策。通常在有高压电通过的地方，要确保天线的高度在2.5 m以上，以防人接触，不足2.5 m但是高度不会轻易让人体接触到的结构或位置可不受此限制。中高频无线电设备上必须有安全护栏和高压警示标语。在布置中高频发信天线时，需考虑天线和雷达桅杆等构造物的距离，避免天线与雷达桅杆等构造物接触，二者之间的距离要保持在5 m以上。

3.2 甚高频电话

甚高频电话是指工作在156 ～174 MHz频段内的无线电设备，布置原则是尽量保证在正垂直方向2 m以上，由于空间大小做不到正垂直方向2 m时需在水平方向拉到10 m以上，罗经甲板实际空间不大，也尽量做到8 ～10 m，值守天线与接收天线之间的距离大于等于2 m。若甚高频天线与S波段和X波段雷达天线之间的距离在5 m以内，则要远离雷达波束。

3.3 航行告警接收机

航行告警接收机是采用无线电传直接印字电报方式进行首发通信的海上专用业务类型，通过该业务，船舶能从海岸电台的广播中自动接收所选岸台播发的航行告警、气象预报和其他海上安全信息。该业务为海上航行船舶提供了一种便捷、自动获得海上安全信息的有效手段。航行告警接收机的天线通常距离中高频无线电设备的收发天线不少于5 m，距离甚高频无线电设备的收发天线2 m以上。

3.4 卫星通信C站

卫星通信C站系统是国际海事卫星组织提供的第二代全球数据通信服务系统，该系统能提供数据和电传通信，设备体积小、重量轻、使用费用低，能取代窄带直接印字电报设备。卫星通信C站的天线安装在桅杆的最高点，安装位置在艏艉方向-5°角没有任何目视角2°的遮挡物，船的左右方向-15°角没有任何目视角2°的遮挡物（见图2），安装双C 站时水平方向距离1.5 m以上，垂直方向距离1 m以上，否则相互干扰。

图2 卫星通信C站天线的安装

3.5 卫星通信F站

卫星通信F站为船上主要用来进行上网和与外界通话的设备，应尽可能地将其安装在没有障碍物的地方，且要避开雷达波束的干扰，目前主流的安装位置是雷达桅杆和罗经甲板，若安装在雷达桅杆上，则必须安装在避开雷达波束和卫星通信C站干扰的位置。卫星通信F站周围应设置安全栏，确保非维护人员远离天线危险区域，天线上张贴有高辐射贴纸，提示不要靠近天线，否则会造成严重伤害，如安装于罗经甲板上需考虑5 m的安全距离。卫星通信F站与中频/高频天线的距离至少为5 m，与甚高频天线的距离至少为4 m。

4 天线布置参考

除了上述航行设备和无线电设备以外，还有一些娱乐设备的天线和船东定制的设备的天线，如广播电视天线、铱星电话天线和超高频电话天线等，需根据各种天线的性能要求进行布置，以免与其他设备产生干扰。鉴此，在分析和了解各种天线的性能之后，便可根据相关要求进行全船的天线布置，图3 为常见的天线布置，可在实船的布置中参考。