海上浮标短波通信天线的选型
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第 11 卷 第 7 期 2011 年 7 月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 J ul y
No. 7 2011
海上浮标短波通信天线的选型
李忠
（中国电子科技集团公司 第二十二研究所，河南 新乡 453003）
摘 要：文中根据海上浮标特殊的环境的特点， 通过短波通信电路的计算，从天线工作频率、覆盖场强等要求出发
为了提 高天线辐射效率，应提高辐 射电阻，减小损耗电 阻。电小天线提高辐射电阻的主要途径是采用局部电感加载、 顶部容性 加载以及采用螺旋线形式， 此外加载还能展宽天线 的工作带 宽。天线的损耗主要有天线 自身的损耗（包括天线 体、加载线圈、匹配网络的损耗）、天线底部绝缘子损耗，玻 璃钢罩的 吸收损耗及地的损耗等。减 小损耗电阻的方式采用 直径大的高导电材料与匹配网络中采用低损耗元件。
一般在天线的顶部要安装航标灯、GP S 装置等，为了保
收稿日期：2 01 1- 0 4- 27 作者简介：李 忠，中国电子科技集团公司第二十二研究所。
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中国 水运
第 11 卷
证天线体与天 线体顶部装置相互不受影响 工作，这里天线的 结构形式如图 3 所示。天线体由外导体和内导体构成，外导 体高 3 m 起辐射作用，内导体用于走航标灯与 GP S 的电源线 与信号线。整 个天线体装在底部绝缘座上 。内导体与外导体 在底部相连， 并在此短路处馈电，外导体 在上端与内导体开 路，形成 1 / 4 λ的开路线，保证了外导体的主要辐射作用。
确定了具体的浮标天线的形式，结合海面自然条件，给 出天线在选材、工艺方面的注意事项，为浮标短波通信天线
的选型提供了设计参考。
关键词：短波通信；浮标天线；海面环境
中ห้องสมุดไป่ตู้分类号：TN9 25
文献标识码：A
文章编号：1006- 7973（2011）07- 0061- 02
一、前言 浮标是浮于水面的一种航标，是锚定在指定位置，用以标 示航道范围、指示浅滩、碍航物或表示专门用途的水面助航标 志。有的浮标装有雷达应答器、无线电指向标、警务信号和海 洋勘测等设备，这些设备采集到的数据会通过无线通信的方式 传送到船站。海上近、中等距离通信中，采用短波通信无疑是 最好的通信方式之一，它具有通信距离远、信号稳定、载波带 宽宽等优点。对于浮标这一海上漂浮的特殊的载体，其上安装 的设备均受到空间、高度、海水腐蚀、抗风等多重环境因素的 制约，因此，如何合理选择短波通信系统中使用的浮标天线是 浮标能否长久稳定可靠通信的关键之一。 二、工作频率的确定 在海上短波通信系统中，为了保证浮标天线的可靠使用， 首先得根据海上地波传播场强分布来估算天线可选工作频率。 计算分析知，若选 3m 高的鞭天线，不计效率损失，在 20 MHz～ 21 MHz 工作频率范 围内，最大增益 G=10 lg3.2 =5d Bi；在 23 MHz ～ 2 5MHz 工 作 频 率 范 围 内 ， 最 大 增 益 G=1 0lg3 .3=5 .1 dB i 。 假 定 科 迈 克 HF 90 电 台 可 选 p= 10 w= 0.01 kw 与 p=2 0w=0 .0 2k w 两种输出功率，利用等 效电导率法计算地波场强分布曲线如图 1 、2 所示，计算参数σ e 为等效电导率（S/ km ），海洋环境σe = 5000 (s / km) 。 从地波传播的计算可以看出，工作频率在 20 MHz 以上 短波天线的增 益、效率等参数变化对地波 传播的贡献并没有 明显的差异，但地波传播随频率变化的显著效应已体现出来， 从图 中可以 看出同 等条件 下 21 MHz 工 作频率 辐射信 号在 6 0k m 处信号场强超过 40 dB μV/ m ，而 24 MHz 工作频率辐 射信号 场强在 50 km 处才达到 40 dB μV/ m 。根据 GY/ T 1 76 -2 0 01 中、短波广播效果监测技术规程，信号强度的主 观评分在 3 分以上的场强值在 3 5d B μv/ m ~ 50 dB μv/ m 之间 （我们取中间值）。通常船只之间的通信频率在 20 MHz 以上 已选用 2 2.0 MHz ~2 2.7 MHz；25 .01 MHz ~2 5.6 MHz 。因此 为了达到 6 0k m 处信号场强超过 4 0d BμV/ m 的满意效果， 且避开已用船 舶通信频率，提到信噪比， 增加可用频率选择 范围，天线的工作频率应选择在 2 0 MHz~ 22 MHz 之间。此 外，按 20 MHz 信号的工作波长算，天线的长度等于 0 .2 λmax ，
图 3 天线的结构形式 天线的主要技术参数如下： 频率范围：2 0 MHz～2 2M Hz；增益：>5 dB ；标称阻抗： 5 0Ω；极化：垂直极化；驻波比：< 2；方向性：全向；效率： >5 0 %；接口：参考科迈克电台接口。 环境条件： 抗风：10 级风正常工作，1 2 级风不被破坏；湿度：10 0% ； 温度：- 45 ℃～+5 5 ℃；防护：防水、防潮、防腐、防盐雾。 四、结构工艺特点 为了满足海上 特殊的使用环境要求，浮 标天线还应具有 如下特点：
也能得到满意的效率。
图 1 f =20MHz 海面上地波传播计算曲线（p=10W、20W）
图 2 f =24MHz 海面上地波传播计算曲线（p=10W、20W） 三、天线形式 从上面的分析可以看出，若天线辐射信号场强在 6 0k m
处超过 40 dB μV/ m 以上，天线的效率应在 5 0% 以上，因此 天线的设计应保证给定天线长度情况下效率大于 50 %。
天线外形结构结构简单实用、可靠性高、工艺性能好； 天线通 体采用玻璃钢罩密封结构， 并作表面处理，其表 面光滑， 不易于结水珠，防止海水在 其表面结盐，改变玻璃 钢罩的物理特性，提高天线的使用寿命； 天线体 底部基座电缆出口处用橡胶 密封垫密封，并抹环 氧树脂密封胶，选用水密型电缆线接插件，防止线缆进水； 结合海 上环境特点，选择的玻璃钢 材质与结构尺寸能够 抵抗风浪，玻璃钢罩具有防水、防潮、防腐、防盐雾性能。 五、结论 本文从 短波通信电路的计算出发， 确定了短波浮标天线 的最佳使 用频率，提出了满足海上短 波通信要求浮标天线的 具体形式 ，并对海面特殊使用环境的 天线材料与工艺特性作 了阐述， 为此类天线的选择提供了现 实可行的参考，具有工 程适用价值。 参考文献 [1] 李海凤．船舶通信与导航[M]．哈尔滨工程大学出版社， 2007． [2] 熊皓．无线电波传播[M]．电子工业出版社，2000． [3] 林昌禄．天线工程手册[M]．电子工业出版社，2002． [4] 谢处方．电波与天线[M]．人民邮电出版社，1958． [5] 柳超，刘其中，梁玉军，等．舰用短波宽带鞭状天线研究 [J]．电波科学学报，2006，21（6）：955- 958. [6] L Mattioni，G Marrocco，Design of a broadband HF antenna for multimede naval com munications[J].IEEE AN TENN AS AN D WIR ELESS PR OPAGATION LEITER S，2005，（4）： 179- 182.
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 J ul y
No. 7 2011
海上浮标短波通信天线的选型
李忠
（中国电子科技集团公司 第二十二研究所，河南 新乡 453003）
摘 要：文中根据海上浮标特殊的环境的特点， 通过短波通信电路的计算，从天线工作频率、覆盖场强等要求出发
为了提 高天线辐射效率，应提高辐 射电阻，减小损耗电 阻。电小天线提高辐射电阻的主要途径是采用局部电感加载、 顶部容性 加载以及采用螺旋线形式， 此外加载还能展宽天线 的工作带 宽。天线的损耗主要有天线 自身的损耗（包括天线 体、加载线圈、匹配网络的损耗）、天线底部绝缘子损耗，玻 璃钢罩的 吸收损耗及地的损耗等。减 小损耗电阻的方式采用 直径大的高导电材料与匹配网络中采用低损耗元件。
一般在天线的顶部要安装航标灯、GP S 装置等，为了保
收稿日期：2 01 1- 0 4- 27 作者简介：李 忠，中国电子科技集团公司第二十二研究所。
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中国 水运
第 11 卷
证天线体与天 线体顶部装置相互不受影响 工作，这里天线的 结构形式如图 3 所示。天线体由外导体和内导体构成，外导 体高 3 m 起辐射作用，内导体用于走航标灯与 GP S 的电源线 与信号线。整 个天线体装在底部绝缘座上 。内导体与外导体 在底部相连， 并在此短路处馈电，外导体 在上端与内导体开 路，形成 1 / 4 λ的开路线，保证了外导体的主要辐射作用。
确定了具体的浮标天线的形式，结合海面自然条件，给 出天线在选材、工艺方面的注意事项，为浮标短波通信天线
的选型提供了设计参考。
关键词：短波通信；浮标天线；海面环境
中ห้องสมุดไป่ตู้分类号：TN9 25
文献标识码：A
文章编号：1006- 7973（2011）07- 0061- 02
一、前言 浮标是浮于水面的一种航标，是锚定在指定位置，用以标 示航道范围、指示浅滩、碍航物或表示专门用途的水面助航标 志。有的浮标装有雷达应答器、无线电指向标、警务信号和海 洋勘测等设备，这些设备采集到的数据会通过无线通信的方式 传送到船站。海上近、中等距离通信中，采用短波通信无疑是 最好的通信方式之一，它具有通信距离远、信号稳定、载波带 宽宽等优点。对于浮标这一海上漂浮的特殊的载体，其上安装 的设备均受到空间、高度、海水腐蚀、抗风等多重环境因素的 制约，因此，如何合理选择短波通信系统中使用的浮标天线是 浮标能否长久稳定可靠通信的关键之一。 二、工作频率的确定 在海上短波通信系统中，为了保证浮标天线的可靠使用， 首先得根据海上地波传播场强分布来估算天线可选工作频率。 计算分析知，若选 3m 高的鞭天线，不计效率损失，在 20 MHz～ 21 MHz 工作频率范 围内，最大增益 G=10 lg3.2 =5d Bi；在 23 MHz ～ 2 5MHz 工 作 频 率 范 围 内 ， 最 大 增 益 G=1 0lg3 .3=5 .1 dB i 。 假 定 科 迈 克 HF 90 电 台 可 选 p= 10 w= 0.01 kw 与 p=2 0w=0 .0 2k w 两种输出功率，利用等 效电导率法计算地波场强分布曲线如图 1 、2 所示，计算参数σ e 为等效电导率（S/ km ），海洋环境σe = 5000 (s / km) 。 从地波传播的计算可以看出，工作频率在 20 MHz 以上 短波天线的增 益、效率等参数变化对地波 传播的贡献并没有 明显的差异，但地波传播随频率变化的显著效应已体现出来， 从图 中可以 看出同 等条件 下 21 MHz 工 作频率 辐射信 号在 6 0k m 处信号场强超过 40 dB μV/ m ，而 24 MHz 工作频率辐 射信号 场强在 50 km 处才达到 40 dB μV/ m 。根据 GY/ T 1 76 -2 0 01 中、短波广播效果监测技术规程，信号强度的主 观评分在 3 分以上的场强值在 3 5d B μv/ m ~ 50 dB μv/ m 之间 （我们取中间值）。通常船只之间的通信频率在 20 MHz 以上 已选用 2 2.0 MHz ~2 2.7 MHz；25 .01 MHz ~2 5.6 MHz 。因此 为了达到 6 0k m 处信号场强超过 4 0d BμV/ m 的满意效果， 且避开已用船 舶通信频率，提到信噪比， 增加可用频率选择 范围，天线的工作频率应选择在 2 0 MHz~ 22 MHz 之间。此 外，按 20 MHz 信号的工作波长算，天线的长度等于 0 .2 λmax ，
图 3 天线的结构形式 天线的主要技术参数如下： 频率范围：2 0 MHz～2 2M Hz；增益：>5 dB ；标称阻抗： 5 0Ω；极化：垂直极化；驻波比：< 2；方向性：全向；效率： >5 0 %；接口：参考科迈克电台接口。 环境条件： 抗风：10 级风正常工作，1 2 级风不被破坏；湿度：10 0% ； 温度：- 45 ℃～+5 5 ℃；防护：防水、防潮、防腐、防盐雾。 四、结构工艺特点 为了满足海上 特殊的使用环境要求，浮 标天线还应具有 如下特点：
也能得到满意的效率。
图 1 f =20MHz 海面上地波传播计算曲线（p=10W、20W）
图 2 f =24MHz 海面上地波传播计算曲线（p=10W、20W） 三、天线形式 从上面的分析可以看出，若天线辐射信号场强在 6 0k m
处超过 40 dB μV/ m 以上，天线的效率应在 5 0% 以上，因此 天线的设计应保证给定天线长度情况下效率大于 50 %。
天线外形结构结构简单实用、可靠性高、工艺性能好； 天线通 体采用玻璃钢罩密封结构， 并作表面处理，其表 面光滑， 不易于结水珠，防止海水在 其表面结盐，改变玻璃 钢罩的物理特性，提高天线的使用寿命； 天线体 底部基座电缆出口处用橡胶 密封垫密封，并抹环 氧树脂密封胶，选用水密型电缆线接插件，防止线缆进水； 结合海 上环境特点，选择的玻璃钢 材质与结构尺寸能够 抵抗风浪，玻璃钢罩具有防水、防潮、防腐、防盐雾性能。 五、结论 本文从 短波通信电路的计算出发， 确定了短波浮标天线 的最佳使 用频率，提出了满足海上短 波通信要求浮标天线的 具体形式 ，并对海面特殊使用环境的 天线材料与工艺特性作 了阐述， 为此类天线的选择提供了现 实可行的参考，具有工 程适用价值。 参考文献 [1] 李海凤．船舶通信与导航[M]．哈尔滨工程大学出版社， 2007． [2] 熊皓．无线电波传播[M]．电子工业出版社，2000． [3] 林昌禄．天线工程手册[M]．电子工业出版社，2002． [4] 谢处方．电波与天线[M]．人民邮电出版社，1958． [5] 柳超，刘其中，梁玉军，等．舰用短波宽带鞭状天线研究 [J]．电波科学学报，2006，21（6）：955- 958. [6] L Mattioni，G Marrocco，Design of a broadband HF antenna for multimede naval com munications[J].IEEE AN TENN AS AN D WIR ELESS PR OPAGATION LEITER S，2005，（4）： 179- 182.
