孙 通，刘 勇

（1.岱山县海洋与渔业局船检站，浙江 舟山 316200；2.上海渔业船舶检验局，上海 200000）

随着科学技术的高速发展，渔船上无线电通信设备数量越来越多，渔船有限的区域已经无法满足越来越多的无线电设备天线安装，相互之间的电磁干扰越来越大，因此，对渔船天线的布置提出了更高的要求。为完善渔船天线的布置，文章介绍了一种基于FEKO软件的渔船天线布置校核方法。

1 天线布置的意义

我国是渔业大国，拥有渔船大大小小30余万艘，是世界上渔船数量最多的国家。海洋捕捞生产远离陆地，与风浪为伴，生产环境险恶，是世界公认的高风险行业。渔船无线电通信设备天线的合理布置，可有效减少通信设备之间的相互干扰，使从业的广大渔民既可以享受一般通信的畅通无阻，又可以在危险时期有效发送遇险信号，为渔民生命安全提供一个可靠的保障。通信设备天线如果布置不合理，会造成信号的相互干扰，轻则使接收机信噪比降低，通信质量下降，重则中断、阻塞信号，使通信无法正常进行，甚至还会影响到渔船一些电子和电气设备的有效功能。渔船由于可供安装天线的有效面积有限，天线干扰问题更加突出。近年来，由于通信不畅导致的海难救助缺位的问题时有发生，对天线安装布置的合理性越来越受到人们的重视。

2 天线布置设计现状

目前，我国渔船无线电通信设备天线布置主要依靠设计人员的经验，结合《渔船设计手册》相关国家标准以及设备厂提供的技术要求进行。但由于空间限制，渔船天线布置往往达不到要求，无线电设备的通信效果很难保证。电磁仿真计算方法的出现，特别是计算机技术的飞速发展及相关软件的成功开发应用，为相关人员提供了有效的校核手段。

3 天线布置的影响因素

在对天线布置校核的过程中，渔船自身的形状以及上层建筑是关键问题。假如渔船天线上有类似建筑物的遮挡，天线的收发性能会受到重大影响。同时，这些建筑物会对天线产生的电磁波产生散射作用，从而造成多次辐射进而导致渔船电磁环境恶化。除受渔船上层建筑影响外，还涉及其他因素的影响，其多数为各设备同时运行时，相互之间会产生严重干扰，这是天线布置时需重点考虑的问题。针对此类情况，主要的方法是从时间、空间和频率上进行考虑。在时间上，一般选用一个收发开关，当发射天线工作时，可以将其他天线开关暂时关闭；在空间上，一般将不同的无线电设备分别放置在具有良好屏蔽效果的舱室中；在频率上，一般应在天线布置前考虑重叠问题。天线布置的影响因素是极其复杂的，归结到技术指标上主要反映在耦合度、方向图失真度等物理参数上。根据相关标准的要求，耦合度应满足Cij≤-40dB，远场辐射方向图失真度需满足σ≤6dB。

综上，在对渔船天线进行布置校核的过程中，耦合度、方向图失真度是重点考虑的指标。另外，天线在工作过程中一般都处在近场范围内，所以天线的布置受其他天线的近场能量的影响也是一个需要重点考虑的因素。

4 应用FEKO校核渔船天线布置

下面结合77m秋刀鱼船的天线布置，应用FEKO软件对渔船进行仿真建模，按照所建立的模型进行计算，从而得出耦合度、方向图失真度和近场强度等结果，进而验证天线布置的合理性。

4.1 三维几何建模

在布置天线时，需考虑每根天线在工作时对其他天线的影响。一般情况下，每套无线电设备都具有收发两根天线，发射天线一般布置在罗经甲板的中后部，接收天线布置在前部。因此，对于无线电设备而言，其收发天线首先在布置上进行了隔离。另外，不同的无线电设备在布置时也会考虑其他设备对自身的影响，因此又会采用调制、编码等方式来避免其他设备对自身的影响。所以，天线的布置校核问题可转化为不考虑接收天线的布置，而仅需考虑发射天线的布置。77m秋刀鱼船设有MF/HF、VHF各两套，另设有AIS、GPS、无线电追踪器等多种无线电通信导航设备，配套发射天线共有5个，如图1所示。鉴于两套MF/HF、VHF互为备用，平时只开启其中一套，从时间上做到了两套设备的有效分隔。因此，可以将模型继续简化为3个发射天线布置的合理性校核。为了更好地分析渔船天线之间的影响，假设这些无线电设备均工作在27.5MHz频段内，这种情况即为最差工况，如果这种计算结果符合要求，那么其他状况将更符合相关要求。通过FEKO软件对所建立的模型进行三角网格剖分，由于渔船天线的尺寸相对于渔船来说很小，因此需分块、分段对三角网络进行剖分。

4.2 FEKO计算结果分析

FEKO软件经过对模型的计算分析，得到耦合度、方向图失真度和近场强度情况分别如下。

图1 77m秋刀鱼船模型表面网格剖分效果图

（1）方向图失真度。天线的远场辐射情况如图2、图3所示。其中，图2为天线三维远场辐射图，图3为天线水平远场辐射图。

图2 三维远场辐射图

图3 水平远场辐射图

方向图失真度的计算公式：

式中：N为方向图上所取的计算点的个数；Ej为方向图上的场强值，v/m；Ea为方向图上的各个点的算术平均值，v/m。

计算可得远场辐射方向图失真度3.79dB，满足σ≤6dB的要求。

（2）近场强度。利用FEKO软件采用极坐标能更加直观地表现空间中近场场强的分布情况。近场强度的分布受到船体等障碍物的影响，近场能量会发生突变。很多情况下由于渔船上层建筑物对天线的遮挡才导致近场散射能量突然减弱，对于天线的布置来说，近场散射能量越小越好。从FEKO软件的仿真结果可以看出，各发射天线所处位置上，其他天线辐射所产生的电磁场强度不大，天线间的干扰有限。

（3）耦合度。经过计算得出的天线间耦合度如表1所示。

表1 天线间耦合度数值 单位：dB

从表1可以看出，所有的耦合度数值均达到Cij≤-40dB的要求。

5 结束语

利用基于多层快速多极子技术的电磁场仿真软件FEKO，预测分析了77m秋刀鱼船天线布置的合理性。结果表明，77m秋刀鱼船的天线布置是完全满足相关标准要求的，FEKO软件在渔船天线布置合理性分析中是可行的。