孙和峰 朱兵 于澎
上海船舶研究设计院
[摘要]:随着全球海洋物流信息化，以及船岸、船船通信一体化的高速发展，作为保证远洋船舶通讯和安全航行的天线系统起到了越来越重要的作用。在有限区域内合理地布置各类天线，关系到天线设备的正常使用和船舶安全。本文将通过归纳远洋船舶所需配备的天线，分析天线干扰特点，开展对船舶天线布置设计要点的研究。
[关键词]: 船舶；天线；布置
中图分类号：U666.1
Design points for antenna arrangement on ocean ship
ZHU Bing, SUN Hefeng, Yu Peng
（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, Shanghai 201203, China）
Abstract: along with rapid development on Global ocean logistics information and the integration with ship-shore ship-ship communication. The ship antenna is playing an important role in ship communication and navigation safety. How to arrangement the antenna logically in the limited space is related to the normal function use and navigation safety. The article will induction the basic need antenna for ocean ship and the interference between different antennas. Research the design points for antenna arrangement on ocean ship
Keywords: ship; antenna; arrangement
0引言：
天线是一种变能器，将从发射机里馈给的射频电能转化成向空间辐射的电磁波能，或将空间传播的电磁波能转化成射频电能输送到接收装置。作为无线电通信系统不可缺少的重要部分，天线基本功能是通过电磁波的发射接收转换成高频电流实现信号的传输。随着船舶间、船岸间通信一体化高速发展的需求，天线的种类数量也在不断增加。如何在船上合理布置天线位置，对天线的正常使用及船舶航行安全起着重要作用。
天线布置图是船舶电气设计中的重要环节。如何规范详尽的设计好这张图纸是本文以下分析的重点。
1.远洋船舶天线配置的种类
远洋船舶无线电通信天线基本配置需求是按航行海区划分的。航行海区根据无线电设备工作覆盖区域划分成A1、A2、A3、A4海区[1]。
A1海区系指至少由一个具有连续DSC报警能力的甚高频（VHF）海岸电台的无线电话所覆盖的区域，该区域可由各缔约国政府规定。一般是以25n mile为半径的海域范围。
A2海区系指除A1海区以外，至少由一个具有连续DSC报警能力的中频（MF）海岸电台的无线电话所覆盖的区域，该区域可由各缔约国政府规定。一般是以100n mile~150n mile为半径的海域范围。
A3海区系指除A1和A2海区以外，由具有连续报警能力的Inmarsat对地静止卫星所覆盖的区域。一般是指南纬和北纬70°以内的海域。
A4海区系指A1、A2和A3海区以外的区域。一般是指南纬和北纬70°以外至两极之间的海域。
远洋船舶无线电天线基本配置按航线海区需求为：VHF、NAVTEX天线在A1-A4海区均至少配置一套。MF/HF需要在A3、A4海区配置。MF需要在A2海区配置。 远洋船舶导航天线的配置一般和船舶的吨位有关。磁罗经、GPS、风速风向仪：所有船舶都应配备。雷达：所有大于或等于300总吨的客船及大于等于500总吨的货船均应配备。自动识别系统（AIS）：大于等于300总吨的国际航线船舶均应配备。航行数据记录仪（VDR）:客船和大于等于3000总吨的船舶均应配备。
2. 远洋船舶主要天线性能特点及安装要求
1雷达天线
远洋中大型船舶为了准确的探测目标，常用配置两种波段雷达。不同的波段代表不同的电磁波频率（波长）范围，船用雷达根据波段分为X波段雷达和S波段雷达。X波段波长为3cm，其作用范围但小精度高，用于探测近距离目标。S波段波长为10cm，其作用范围较远但精度较差，用于探测中距离目标。两台雷达波束范围影响大，是全船天线布置的核心。
雷达的发射波束宽度不同。X 波段左右方向波束宽度是20°，S 波段雷达左右方向波束宽度是25°。天线布置时，S 波段雷达天线和X 波段雷达天线波束不能相对。如无法避免，则需要距离十米以上减小波束干扰。同时，雷达2米区域内和距离雷达波束5米内不能安装任何天线设备。雷达波束内不得有物体进入，安全护栏、信号灯桅杆等都会对雷达产生影响形成盲区。
雷达天线前±112.5°区域内不能有任何盲区和遮挡物，后135°区域内总扇形盲区大小不得大于20°，雷达安全护栏离雷达基座至少500mm。被分开未超过3°的两个单点盲区视为一个单点盲区，单点盲区不可超过5°[2]。如图1。
图1 盲区角度示意
S/X 波段雷达安装时需满足：船舶满载时，雷达发射端到船艏部连线至水面的延长线距离不大于{500 米或不大于两倍的船长（取较小值）}。箱船和带有克令吊的船可以考虑在前桅安装一套X波段雷达避开艏部盲区。
2.磁罗经
磁罗经是利用磁针在地磁力作用下能指向地球磁北（南）极的原理制成的一种指向仪器，是船舶重要的导航方位设备。
对于标准磁罗经： 3米内连续结构，4米内非连续结构需使用防磁材料（水平甲板除外）。这一要求使得其他天线，雷达桅等钢铁构件物体均需要在磁罗经的防磁区域外布置。此外，磁罗经接收器需离连续甲板面的最小距离为1米。
3. 中高频发射天线（MF/HF）
中高频无线电用于船舶中远距离通信，其发射天线带有高压发射，因此要确保高压通过的地方要高于2.5 米以上（设有高压警示标语）并且一定要设有安全护栏（PSC 检查项目），以防止人能触碰到。
中高频发射天线一般安装于GMDSS电台上方与中高频接收天线（NAVTEX、气象传真天线、中高频值守天线）卫通天线（C站、F站）原则上至少分开5米。风速达到60M/S时天线最大弯曲达到5米，因此必须要确保5米范围内没有任何雷达桅杆和构造物。DNVGL船级社要求天线部分连接天调的馈线仰角至少要达到45°。
4.甚高频波段天线VHF/AIS
船用VHF波段天线主要有VHF电话天线，和AIS/VHF天线这两种。
VHF电话天线一般由两根组成，一根主要用于船舶进出港靠离码头等近距离通信，另一根专供数字选择性呼叫接收使用。如A1海区的遇险报警呼叫。
AIS(船舶自动识别系统)在甚高频段，自动广播和接收船舶信息，通过船舶间信息交换，有效完成船舶识别避碰和导航功能，确保航行安全。
由于两种天线的重要性和发射频段相同的特点。AIS与VHF发射天线尽量保证垂直方向大于2米 或者水平方向大于10米。AIS建议安装在罗经甲板船艏位置。VHF天线安装时需离雷达桅杆2米以上，不易安装在护栏过高的位置，这样会导致发射功率被吸收，影响通讯。
5.国际海事卫星天线C站/F站
海事卫星C站主要用于船舶遇险报警和安全通信，一般安装桅杆最高点。安装位置在IMO[3]中有明确要求：在船的首尾方向-5 度方向没有任何目视角大于2 度的遮挡物,船的左右方向-15 度角没有任何目视角大于2 度的遮挡物。安装双C站时水平间距1.5 米以上、垂直间距1 米以上，避免相互干扰。
卫通F是远洋船舶传输信息的主要天线，安装卫通F要尽可能安装在没有障碍物并且要避开雷达波束的干扰的位置。由于雷达桅上安装有雷达，卫通F一般安装在罗经甲板靠前的位置，便于信号接收。卫通F主要考虑与GPS天线之间的干扰，GPS天线需距离卫通F 5米以上，或者在卫通F向下波束范围外3米以上。
3.天线布置图设计要点
由于天线之间的干扰关系复杂，罗经甲板空间有限。如何合理有序的安排主要天线的位置，是全船天线布置的关键。
首先是天线布置设计的准备工作，包括：背景图和每个天线实际外形尺寸图。其中背景图应为布置位置的三视图包括：总布置图、雷达桅结构图、声光信号布置图、罗经甲板结构图等组成。
接下来根据主要设备的性能特点，优先布置主要设备。如下：
（1）根据驾控台位置、雷达桅位置确定磁罗经位置及其4米防磁区域。
（2）根据无线电台位置，确定中高频（MF/HF）发射天线和接受天线位置，一般布置在雷达桅两侧。
（3）确定AIS在罗经甲板船首方向尽量靠前的位置，进而确定VHF天线位置。如有多套VHF天线，则最好放置在雷达桅平台上一个，在垂直方向避免干扰。
（4）确定海事卫星F站/VSAT天线的位置，相应确定GPS天线的位置（GPS天线间距应小于1米）。
（5）校核雷达桅上雷达之间的波束干扰及雷达盲区（烟囱造成的盲区也需要考虑）。
（6）校核卫通C站的波束干扰及盲区（包括桅杆、莫斯灯、避雷针等带来的盲区）。
最后布置其他天线，结合主要天线的位置及信号干扰的间距要求，在剩余空间内合理布置。风速风向仪建议布置在雷达桅高处，避免结构干扰。如遇有限高要求的船舶，可考虑可倒桅杆来满足。
4.某远洋船舶天线布置图实例
某远洋船舶航区为A1+A2+A3+A4海区，大于一万总吨。配备的天线种类和天线布置三视图如下图2。遵循了以上设计流程，并校核了重点天线的盲区干扰。
图2 某远洋船舶天线布置图
4.结语
本文通过对远洋船舶常规配置天线需求的归纳，以及主要天线之间信号干扰和安装要求的分析，并结合实船设计实例，总结了远洋船舶天线布置的设计要点。希望能对今后的天线布置设计提供一些经验参考。
[参考文献]
[1] 船舶设计实用手册（电气分册）第三版，第8部分
[2] IMO SN.1 Circ.271 Installation Guideline
[3] IMO Resolution A.807 (19) Annex 6.1
[作者简介]
孙和峰（1987—），男，学士，工程师，长期从事船舶电气自动化研发设计工作。
朱 兵（1980—），男，硕士，高级工程师，长期从事船舶电气及自动化研发设计工作。
于澎 （1984—），男，学士，工程师，长期从事船舶电气自动化研发设计工作。