船舶信号与系统控制教案(船用天线)19

1、一、天线概述 二、船用天线系统 课题十九、天线系统课题十九、天线系统 一、天线概述 天线是一种变换器，它把传输线上传播的导天线是一种变换器，它把传输线上传播的导 行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中 传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电 设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通 信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、 射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信 息的

2、，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁 波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。 一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作 发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发 射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线 的互易定理。的互易定理。 卫星电视接收系统的组成： 卫星电视接收系 统是由：抛物面天线、馈源、高频头、卫星接收 机组成一套完整的卫星地面接收站。 1.抛物面天 线是把来自

3、空中的卫星信号能量反射会聚成一点 （焦点）。 2.馈源是在抛物面天线的焦点处设置 一个惧卫星信号的喇叭，称为馈源，意思是馈送 能量的源，要求将会聚到焦点的能量全部收集起 来。前馈式卫星接收天线基本上用大张角波纹馈 源。 3.高频头（LNB亦称降频器）是将馈源送来 的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星 接收机。高频头的噪声度数越低越好。 4.卫星接 收机是将高频头输送来的卫星信号进行解调，解 调出卫星电视图像信号和伴音信号。 抛物面天线 馈源 馈源是天线的心脏，它用作高增益聚 集天线的初级辐射器，为抛物面天线提供 有效的照射,对经反射面反射而来的电磁波 进行整理,使其极化方向一致,并进行阻

4、抗变 换,使馈源中由圆波导传播的电磁波能够变 换成调频头中由矩形波导传播的电磁波,从 而提高天线效率。 高频头高频头 高频头：俗称调谐器，是电视高频信高频头：俗称调谐器，是电视高频信 号公共通道的第一部分，目前电视机使用号公共通道的第一部分，目前电视机使用 的高频头一般分为数字信号高频头（简称的高频头一般分为数字信号高频头（简称 数字高频头）和模拟信号高频头（简称模数字高频头）和模拟信号高频头（简称模 拟高频头）。拟高频头）。 简单的讲就是接受电视信号简单的讲就是接受电视信号 的调谐及高频信号放大器。的调谐及高频信号放大器。 卫星接收机卫星接收机 卫星电视接收机俗称卫星电视接收机俗称“锅锅”，

5、是一种，是一种 能够接收卫星电视节目的装置。生产、销能够接收卫星电视节目的装置。生产、销 售和安装卫星电视接收器属于违法行为。售和安装卫星电视接收器属于违法行为。 但是近日，记者在首府多个小区内看到，但是近日，记者在首府多个小区内看到， 一度因有线电视普及而冷清的一度因有线电视普及而冷清的“锅锅”市场，市场， 又在首府热卖起来，贩卖者打出新卖点：又在首府热卖起来，贩卖者打出新卖点： 安装安装“锅锅”能收看到境外成人节目。能收看到境外成人节目。 天线是辐射或接收电磁波的装置。根 据天线辐射或接收电磁波的不同，一般分 为发射天线和接收天线。发射天线的作用 是把已调高频电流的能量转换成电磁波能 量向

6、空间辐射出去；接收天线的作用是将 来自空间的电磁波能量转换为高频电流能 量。因此，发射天线与接收天线都是一种 能量转换装置，并且可以证明它们具有互 易性，即收发天线可以互换使用，其参数 基本不变。 二、船用天线系统 （1）常见船用天线简介）常见船用天线简介 船用天线种类很多，一艘远洋船舶往往 配备有十几副天线，每副天线都有其特殊 用途。船用天线从长波到微波几乎都有， 其形状各异。几种常见的船用天线： 1. T型和型和型天线型天线 船用中高频收发射机的工作频率覆盖了整个 中波及短波波段（1.6 - 27.5 MHz）。由于船上空 间有限，不可能对每个波段都配置一副专用天线， 因此船用单边带发射机

7、通常只配一副主天线，该 天线是按中波发射方式设置的，短波也从该天线 中发出。由于中波传播主要靠地波传播，而地波 传播一般采用垂直极化方式，因此中波天线一般 采用垂直天线。 船用中高频收发射机的天线通常采用T型或 型加顶天线，如图所示 T型和型天线 2. 直立桅杆式天线直立桅杆式天线 直立桅杆式天线也称带拉索的桅杆天 线，如图所示。它基本上由以下4部分组成： 高频绝缘子：在天线底座，用于支撑天线。 桅杆：它是底部绝缘的空心桅杆，电流沿外 表面流到顶部，辐射高频能，内表面没有 电流流过。 加顶电容圈：起加顶作用。 拉索：起固定天线作用。 这种天线与T型和型天线相比，其有以下优点： （1）不影响船舶

8、装卸货，无需拆卸天线； (2) T型和型天线遇雨或结冰时，绝缘子附挂的 冰水将会使天线与桅杆短路，而直立天线无此问 题。 （3）可进行标准化设计，不受具体船体限制。 这种天线的缺点： （1）对底部绝缘要求高； （2）天线固定困难； （3）由于拉索的存在，天线所占面积较大。 为此，有改进型的顶馈接地桅杆式天线和立 式桅杆天线（也称自立式竖笼天线）。 直立桅杆式天线 3. 全向性天线全向性天线 全向性天线能够接收所有方向来的无 线电波，不需要伺服装置调整天线指向。 如图 所示的天线就是Inmarsat-C标准船站 使用的全向性天线。 INMARSAT-C天线 4. 抛物面天线抛物面天线 如图所示的

9、天线就是抛物面天线。这种天线使用聚焦 技术，能获得较高的发射和接收增益。如图所示从卫星发 来的信号被碟状的抛物面天线所接收并反射聚焦到主焦点， 信号在主焦点被收集，由于信号能被集中，因而使通过主 焦点馈送至船站电子单元的信号电平大大提高，也就是获 得了高的天线增益。由于天线具有互易性，接收原理同样 适用于有船站向卫星发送信号的情况。 目前，船舶上安装的B型船站和M船站，都采用抛物 面天线。因为这种天线具有极强的方向性，因此在使用这 种天线进行通信时，要求必须时刻将天线对准所使用的卫 星，而且在天线与卫星之间，必须保持通透，不能有任何 障碍物存在。见图所示 Inmarsat-M标准船站所用的天线

10、 就是抛物面状天线。 INMARSAT-M天线 5. 阵列天线阵列天线 下图所示的是NERA公司的 Inmarsat- F标准天线就是阵列天线一种实例。该天线 由四块波束阵列天线组成。用跟踪控制模 块控制相移器的开关，从水平和垂直方向 上调整阵列天线指向静止卫星，实现点波 束通信。 Inmarsat-F（NERA）天线之一 二、船用天线系统性能参数 天线口径 ：76cm 天线增益 ：38.0dB(12.5G)时 天线罩直径： 90cm 天线高度： 92cm 天线罩损耗： 1dB 天线总重量： 45kg 电源要求： 1016VDC 工作温度范围： -2070 稳定系统性能参数： 船摇运动范围：

11、横摇25纵摇15 船摇运动速率： 25/秒 方位转动速率： 12/秒 方位转动范围： 540 俯仰转动范围： 10至90 极化方式： 线极化V/H 捕获卫星方式： 全自动 稳定方式： 3轴步进 （2）船用天线系统的优点 1、捕获时间短：初次使用接通电源后，一般不超过 三分钟即可捕获到卫星。 2、跟踪精度高：系统采用圆锥扫描(conical scanning)差信道跟踪体制，跟踪灵敏度高。 3、使用寿命长：天线座采用电子倾斜仪作为位移传 感器，其使用寿命远高于机械陀螺系统。 4、使用操作方便：天线已内置GPS系统和电子罗 盘，无须外接任何部件。用户只需连接电源电缆 和信号电缆，开启电源，三分钟即

12、可收到卫星电 视信号。 （3）船用天线安装注意事项）船用天线安装注意事项 船用天线能否有效地工作，很多情况下 取决于是否正确地安装和使用。 在选择天线的安装位置时，应该遵循 的原则是，选出的位置能够得到船舶条件 所允许的最佳天线参数，这些参数与上甲 板构件的构造方法，无线电报房的位置、 桅杆及上层建筑物有关。 在使用中波天线时，必须考虑到它的效率与 气候条件有着极其密切关系这一因素。在雨雪天， 风暴天气绝缘电阻下降，会导致主天线效率下降。 为了防止中波天线的绝缘电阻急剧下降，最好采 用由多个绝缘子组成的绝缘链，并最好能在桅杆 天线的本体上安装由玻璃钢制成的圆锥形专用保 护罩。 发射天线最好集中

13、在直接靠近无线电报房的 区域内，而接收天线则应尽可能远些。 T型和型天线的水平部分通常都挂在两根桅 杆之间。天线的垂直下引线必须离金属桅杆尽可 能远，距离一般不小于78m（与桅杆高度有 关）。 在安装天线时还应注意以下几点： 1. 天线装置的结构，应能承受11级的风力。 2. 每根天线应由一整根纹合线构成。在天线 与下引线必须打结时，应予以编织，可靠 焊接。 3. 天线装置应选远离高烟囱、通风筒、桅杆 及上层建筑其他金属物体，其距离不小于1 m。 4天线绝缘子应采用高压高频绝缘材料，并能承受 一定的机械强度和很高的放电电压。 在人员易于通过之处，装设垂直位置的发射天 线引入线时，应有防护措施。

14、以人手碰不到引线 为安全。 安装INMARSAT船站天线时，应注意先仔细 阅读安装说明书，了解天线的安装图和注意事项。 天线的安装地点不能有遮挡物，并远离船员经常 工作和接近的地点，天线周围要有适当的提醒防 辐射标志。 （4）天线的维护与保养）天线的维护与保养 对天线的维护保养应当有计划地定期进行检查、维 护和保养。春、夏之交与秋、冬之交应调接天线的张力； 定期检查天线，天线松紧要适度，不应绷的过紧，也不应 过于松弛；应当定期地给天线的拉线、卸扣、绳圈和夹头 等上黄油，以避免拉线等被腐蚀；应当定期地对天线桅杆 敲锈和上防腐漆，避免桅杆被腐蚀；在船舶到港，为装卸 货而放下天线时，可检查一下天线有无断裂或铜锈，发现 问题应及时更换或清洁；检查天线绝缘子有无破损，若有 破损应及时更换，并应经常清洁绝缘子除去所积的烟灰， 以提高绝缘强度；应定期测量天线对地的绝缘强度，若绝 缘强度过低，则应找出降低的原因，予以排除； 当暴风雨来临时，若可能应把天线放下，以 免天线被强风所刮断；定