基于FEKO軟件的漁船天線布置校核

孫 通，劉 勇

（1.岱山縣海洋與漁業局船檢站，浙江 舟山 316200；2.上海漁業船舶檢驗局，上海 200000）

隨著科學技術的高速發展，漁船上無線電通信設備數量越來越多，漁船有限的區域已經無法滿足越來越多的無線電設備天線安裝，相互之間的電磁干擾越來越大，因此，對漁船天線的布置提出了更高的要求。為完善漁船天線的布置，文章介紹了一種基于FEKO軟件的漁船天線布置校核方法。

1 天線布置的意義

我國是漁業大國，擁有漁船大大小小30余萬艘，是世界上漁船數量最多的國家。海洋捕撈生產遠離陸地，與風浪為伴，生產環境險惡，是世界公認的高風險行業。漁船無線電通信設備天線的合理布置，可有效減少通信設備之間的相互干擾，使從業的廣大漁民既可以享受一般通信的暢通無阻，又可以在危險時期有效發送遇險信號，為漁民生命安全提供一個可靠的保障。通信設備天線如果布置不合理，會造成信號的相互干擾，輕則使接收機信噪比降低，通信質量下降，重則中斷、阻塞信號，使通信無法正常進行，甚至還會影響到漁船一些電子和電氣設備的有效功能。漁船由于可供安裝天線的有效面積有限，天線干擾問題更加突出。近年來，由于通信不暢導致的海難救助缺位的問題時有發生，對天線安裝布置的合理性越來越受到人們的重視。

2 天線布置設計現狀

目前，我國漁船無線電通信設備天線布置主要依靠設計人員的經驗，結合《漁船設計手冊》相關國家標準以及設備廠提供的技術要求進行。但由于空間限制，漁船天線布置往往達不到要求，無線電設備的通信效果很難保證。電磁仿真計算方法的出現，特別是計算機技術的飛速發展及相關軟件的成功開發應用，為相關人員提供了有效的校核手段。

3 天線布置的影響因素

在對天線布置校核的過程中，漁船自身的形狀以及上層建筑是關鍵問題。假如漁船天線上有類似建筑物的遮擋，天線的收發性能會受到重大影響。同時，這些建筑物會對天線產生的電磁波產生散射作用，從而造成多次輻射進而導致漁船電磁環境惡化。除受漁船上層建筑影響外，還涉及其他因素的影響，其多數為各設備同時運行時，相互之間會產生嚴重干擾，這是天線布置時需重點考慮的問題。針對此類情況，主要的方法是從時間、空間和頻率上進行考慮。在時間上，一般選用一個收發開關，當發射天線工作時，可以將其他天線開關暫時關閉；在空間上，一般將不同的無線電設備分別放置在具有良好屏蔽效果的艙室中；在頻率上，一般應在天線布置前考慮重疊問題。天線布置的影響因素是極其復雜的，歸結到技術指標上主要反映在耦合度、方向圖失真度等物理參數上。根據相關標準的要求，耦合度應滿足Cij≤-40dB，遠場輻射方向圖失真度需滿足σ≤6dB。

綜上，在對漁船天線進行布置校核的過程中，耦合度、方向圖失真度是重點考慮的指標。另外，天線在工作過程中一般都處在近場范圍內，所以天線的布置受其他天線的近場能量的影響也是一個需要重點考慮的因素。

4 應用FEKO校核漁船天線布置

下面結合77m秋刀魚船的天線布置，應用FEKO軟件對漁船進行仿真建模，按照所建立的模型進行計算，從而得出耦合度、方向圖失真度和近場強度等結果，進而驗證天線布置的合理性。

4.1 三維幾何建模

在布置天線時，需考慮每根天線在工作時對其他天線的影響。一般情況下，每套無線電設備都具有收發兩根天線，發射天線一般布置在羅經甲板的中后部，接收天線布置在前部。因此，對于無線電設備而言，其收發天線首先在布置上進行了隔離。另外，不同的無線電設備在布置時也會考慮其他設備對自身的影響，因此又會采用調制、編碼等方式來避免其他設備對自身的影響。所以，天線的布置校核問題可轉化為不考慮接收天線的布置，而僅需考慮發射天線的布置。77m秋刀魚船設有MF/HF、VHF各兩套，另設有AIS、GPS、無線電追蹤器等多種無線電通信導航設備，配套發射天線共有5個，如圖1所示。鑒于兩套MF/HF、VHF互為備用，平時只開啟其中一套，從時間上做到了兩套設備的有效分隔。因此，可以將模型繼續簡化為3個發射天線布置的合理性校核。為了更好地分析漁船天線之間的影響，假設這些無線電設備均工作在27.5MHz頻段內，這種情況即為最差工況，如果這種計算結果符合要求，那么其他狀況將更符合相關要求。通過FEKO軟件對所建立的模型進行三角網格剖分，由于漁船天線的尺寸相對于漁船來說很小，因此需分塊、分段對三角網絡進行剖分。

4.2 FEKO計算結果分析

FEKO軟件經過對模型的計算分析，得到耦合度、方向圖失真度和近場強度情況分別如下。

圖1 77m秋刀魚船模型表面網格剖分效果圖

（1）方向圖失真度。天線的遠場輻射情況如圖2、圖3所示。其中，圖2為天線三維遠場輻射圖，圖3為天線水平遠場輻射圖。

圖2 三維遠場輻射圖

圖3 水平遠場輻射圖

方向圖失真度的計算公式：

式中：N為方向圖上所取的計算點的個數；Ej為方向圖上的場強值，v/m；Ea為方向圖上的各個點的算術平均值，v/m。

計算可得遠場輻射方向圖失真度3.79dB，滿足σ≤6dB的要求。

（2）近場強度。利用FEKO軟件采用極坐標能更加直觀地表現空間中近場場強的分布情況。近場強度的分布受到船體等障礙物的影響，近場能量會發生突變。很多情況下由于漁船上層建筑物對天線的遮擋才導致近場散射能量突然減弱，對于天線的布置來說，近場散射能量越小越好。從FEKO軟件的仿真結果可以看出，各發射天線所處位置上，其他天線輻射所產生的電磁場強度不大，天線間的干擾有限。

（3）耦合度。經過計算得出的天線間耦合度如表1所示。

表1 天線間耦合度數值 單位：dB

從表1可以看出，所有的耦合度數值均達到Cij≤-40dB的要求。

5 結束語

利用基于多層快速多極子技術的電磁場仿真軟件FEKO，預測分析了77m秋刀魚船天線布置的合理性。結果表明，77m秋刀魚船的天線布置是完全滿足相關標準要求的，FEKO軟件在漁船天線布置合理性分析中是可行的。