一种适用于NAVDAT业务的竖笼天线以及天线系统的制作方法

一种适用于navdat业务的竖笼天线以及天线系统
技术领域
1.本实用新型涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种适用于navdat业务的竖笼天线以及天线系统。


背景技术：

2.1、gmdss系统概况
3.全球海上遇险与安全系统(global maritime distress and safety system,gmdss)是由国际海事组织(imo)提出并实施的用于海上遇险、安全和日常通信的海上无线电通信系统。gmdss系统于1999年2月1日全面实施，是国际海上人民安全公约(solas公约)和国际电信联盟(itu)《无线电规则》规定实施的海上遇险与安全系统，在保护船舶财产和海上人命安全等方面发挥了巨大作用。
4.gmdss系统由卫星通信系统、地面无线电通信系统、海上安全信息播发系统以及失事船舶寻位定位系统等部分构成。gmdss系统在全球范围内提供海上救助通信，通过inmarsat卫星通信系统发出求助报警信号，rcc接收信号后规划搜救行动。船舶位置可通过cospas
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sarsat卫星系统获取并标定，并通过epirb系统进行自发报备，将位置信息发送至搜救中心。通过gmdss系统，可实现船到岸，船到船，岸到船三个方向上的遇险报警，大大提高了搜救效率和搜救成功率。
5.gmdss系统的主要功能体现在以下几个方面：一是遇险报警功能。在海上航行过程中发生意外事件时，可通过gmdss系统将遇险事件信息快速发送至救援部门；二是搜救协调通信功能。gmdss系统实现了双向通信，双方可对有关遇险与安全内容的信息进行交换；三是救助现场通信功能。具体包括救助指挥船与其他船、船与救生艇、指挥船与救助飞机之间的现场通信；四是定位功能。实现遇险船舶发出无线电信号的快速定位。五是海上安全信息播发功能。gmdss系统可发布海上航行警告、气象预报以及其他紧急信息等；六是日常业务通信功能。对船舶及岸上管理部分实施协调。七是驾驶台对驾驶台通信功能。为船舶之间的航行安全和避碰操作提供可靠的沟通联络的渠道。
6.2、gmdss现代化概况
7.gmdss系统自全面实施以来已有20多年的历史，对保护水上人命财产安全发挥了重要作用，但目前运行的gmdss系统主要基于上世纪末的通信技术，如数字选择性呼叫技术(dsc)、卫星通信技术、窄带印字报技术(nbdp)、单边带技术等，其中部分通信技术和手段在带宽、数据传输速度等方面难以满足航运业不断增长的船岸通信业务需求，导致在运行过程中出现了一些问题，主要表现在两个方面：一是系统误报警一度达到90％以上，极大地干扰了正常的海上救助；二是通信系统与设备(如nbdp设备)已经不能满足当前及未来船岸通信的需求。随着通信、网络和航运的发展，gmdss系统必须进行变革和升级，才能保障海上通信的效率，维护航运的安全与发展。
8.为有效评估和优化调整gmdss系统，以适应通信技术的快速发展和航海用户的更高要求，imo和itu等国际组织积极推进了gmdss复审和现代化工作，对现有gmdss系统进行
再评估，淘汰旧概念、旧设备，引入新技术，实现gmdss系统和现代通信技术和手段的融合，进一步支持e
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航海战略的发展。2016年imo完成了gmdss的全面审查工作，2017年《gmdss现代化计划草案》(以下简称《草案》)提交至imo，msc第98次会议批准了该《草案》，并批准了“修订solas第iii、iv章支持gmdss现代化”的新增议题，拟通过4次会议时间完成；2018年，ncsr5会议中明确，gmdss现代化相关新条款应于2024年生效。
9.《草案》主要由总体要求、功能需求、gmdss卫星服务规定和a3海区定义、甚高频数字交换系统(vdes)、海上数字广播系统(navdat)、遇险警报和相关信息转发、搜寻救助技术、高频通信、gmdss设备装配要求、误报警、技能培训、淘汰规定、实施计划等构成。
10.目前，gmdss现代化计划正在进一步的制定，随着现代通信技术、网络技术的发展，卫星通信系统、地面无线电通信系统等随之发生技术的变革与升级，gmdss复审和现代化工作必然被不断推进，由传统的水上无线电通信向覆盖全、带宽高、数字化的方向转变，形成新一代的水上无线电通信数字网。
11.3、navdat提出的背景、技术优点、对天线的要求
12.近年来，随着gmdss现代化进程和e航海(e
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navigation)建设的不断推进，涉海用户对海上安全信息播发的内容、速率、时效性等都提出了更高的需求，海上数字广播系统(navdat)应运而生。2010年，itu根据部分欧洲国家前期研究成果，发布了m.2201《在495
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505khz频段海事移动服务数字播发岸
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船安全和保安相关信息》报告，提出了利用现有水上移动业务的中频频段部分设备，开展水上安全信息数字播发的方案。2012年2月，世界无线电通信大会(wrc
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12)最终通过对现行国际《无线电规则》的修订，将495khz～505khz频段再次划分为水上移动业务专用。2012年3月，itu正式颁布《一种称为“navigational data”的在500khz频段实施岸至船海上安全信息广播的数字系统的技术特性》技术建议书(itu
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r m.2010)。2012年7月，在国际海事组织航行安全分委会(nav)第58次会议上，保加利亚、法国和罗马尼亚共同提出了《495
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505khz频段海上安全数字广播系统(digital system for broadcasting maritime safety and security related information in the 495
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505khz band)》的提案(nav 58/inf.17)。2013年，《国际海事组织/国际电信联盟海事无线电通信专家组第八次会议报告(report of the eighth meeting of the joint imo/itu experts group maritime radio communication matters)》将海上安全数字广播系统列为gmdss现代化可能的应用的设备、系统和技术之一。2015年imo/itu联合专家工作组报告(ncsr 3/17)指出，navdat可以引入solas公约，作为navtex业务的补充或替代。2016年imo导航、通信和搜救小组委员会(ncsr)第3次会议的报告(ncsr 3
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29)指出，imo和iec应制定国际navdat必要的技术和运营服务和性能标准的建议。2017年，imo海上安全委员会第98届会议(msc 98)批准了《gmdss现代化计划草案》，navdat系统作为gmdss现代化的一项重要应用，将随着上述草案逐步实施。2018年以后，navdat技术建议书(itu
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r m.2010
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0)仍在不断修订完善，imo计划于2023年正式对外发布navdat技术标准(itu
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r m.2010
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1)。
13.根据上述文件的定义，navdat系统是一种用于海上安全通信业务的中频无线电通信系统，工作于500khz频段，采用数字传输技术，提供岸到船方向的广播链路。navdat可实现约200海里的通信覆盖范围，不同编码模式下有效数据传输速率达12～18kbps，约为navtex系统传输速率300倍。利用navdat技术可有效提升信息传输效率，实现气象信息、水文信息、航道信息等的及时和可视化发布，丰富完善海上安全信息播发类型；通过发布可视
化的搜救信息，可直观的显示周边遇险船舶的位置，并提供船舶载货和人员的各类信息，便于迅速确定船位、组织搜救力量和快速出动，有效提高海上搜寻救助应急反应行动效率；利用数字化信息播发技术能够实现海上安全信息的同步播发、定向播发、个性化定制播发等，更加贴合用户的实际使用需求。因此，navdat成为了gmdss现代化和e
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navigation中提供海上宽带通信服务支撑的关键系统之一，对提升我国沿海大通道安全通信覆盖效果具有重要意义。
14.navdat系统主要由信息管理系统、海岸电台网络、信号发射系统、传输通道和船用接收机五部分构成。其中，发信天线是信号发射系统的重要组成部分，直接关系到navdat系统整体通信效果。根据itu
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rm.2010技术建议书，navdat通信带宽分为1/3/5/10khz。因此，适用于navdat业务的竖笼天线工作频段必须能够涵盖500khz中频通信频段，并且适配的通信带宽应不小于10khz。
15.4、现有天线
16.目前500khz主用的天线主要为t型天线。t型天线由多根平行导线顶和一根垂直辐射线组成天线面，天线结构如图4
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10所示。t型天线需要二个塔支撑，对于500khz左右的中频t型天线，通常塔间距约80m～120m，塔高约50～60m，具体塔间距和天线挂高需要根据工作场地确定。由于t型天线输入阻抗随频率变化较大，因此需要用天调把天线阻抗调到与馈线阻抗相匹配。另外，为了提高效率，通常在天线的正下方铺设有埋地地网。
17.t型天线的优点是辐射电阻较大，但是虚部变化较大，调谐困难；目前常用的t型天线带宽一般不超过3khz，难以适配navdat业务3/5khz的频谱宽度要求。而且由于带宽较窄，也难以支持navdat业务实现16
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qam及更高阶的调制，进一步影响传输速率。


技术实现要素：

18.本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
19.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种适用于navdat业务的竖笼天线以及天线系统。
20.为了实现上述目的，本实用新型第一方面的技术方案提供了一种适用于navdat业务的竖笼天线，包括：
21.铁塔，通过绝缘固定结构固定在安装基面上；
22.沿所述铁塔的周向依次设置的多个天线辐射线，每个所述天线辐射线的两端分别与所述铁塔的上端和绝缘固定结构固定连接；
23.呈环形的笼圈，所述笼圈位于所述天线辐射线的两端之间且套设于所述铁塔外，每个所述天线辐射线与所述笼圈固定连接，所述笼圈通过多个第一绝缘拉线结构与安装基面连接，其中，由所述铁塔的上端至所述笼圈，所述天线辐射线与所述铁塔的水平距离逐渐增大，由所述笼圈至所述铁塔的下端，所述天线辐射线与所述铁塔的水平距离逐渐减小。
24.在上述任一技术方案中，优选地，所述绝缘固定结构包括：
25.绝缘固定底座，固定在所述安装基面上，所述绝缘固定底座上设置有陶瓷底座，所述陶瓷底座的上端固定有底板，所述铁塔以及所述天线辐射线与所述底板固定连接；
26.多个第二绝缘拉线，所述第二绝缘拉线的两端分别与所述铁塔以及所述安装基面固定，多个所述第二绝缘拉线沿所述铁塔的周向依次间隔设置。
27.在上述任一技术方案中，优选地，所述绝缘固定底座还包括：
28.支撑板，嵌入安装基面内，所述陶瓷底座的下端与所述支撑板固定连接；
29.地网板，固定在所述支撑板的上侧，所述陶瓷底座穿过所述地网板，所述地网板上设置有放电板，所述底板上设置有与所述放电板对应的放电针，所述放电板与所述放电针之间具有不为零的间隔。
30.在上述任一技术方案中，优选地，该竖笼天线还包括：
31.地网，埋设于所述安装基面内且与所述地网板连接。
32.在上述任一技术方案中，优选地，所述铁塔的上端设置有顶板，所述顶板连接有限位件，所述天线辐射线穿过所述限位件上的限位孔并与所述顶板固定。
33.在上述任一技术方案中，优选地，该竖笼天线还包括：
34.第一连接件，所述天线辐射线以及所述笼圈穿过所述第一连接件，所述第一连接件实现所述天线辐射线与所述笼圈的压接固定。
35.在上述任一技术方案中，优选地，该竖笼天线还包括：
36.第二连接件，所述天线辐射线以及所述笼圈穿过所述第二连接件，所述第二连接件实现所述天线辐射线与所述笼圈的压接固定，所述第一绝缘拉线与所述第二连接件固定连接。
37.在上述任一技术方案中，优选地，多个所述天线辐射线沿所述铁塔的周向依次等间隔设置。
38.在上述任一技术方案中，优选地，所述天线辐射线为36根，所述笼圈的半径为15m，所述笼圈在所述铁塔的长度方向上位于所述铁塔的中点位置，所述笼圈与所述铁塔的下端在所述铁塔长度方向上的距离为30m。
39.本实用新型第二方面提供了一种天线系统，包括：
40.本实用新型第一方面所提供的适用于navdat业务的竖笼天线；
41.天调和发射机，所述发射机通过所述天调与所述天线辐射线连接。
42.通过上述技术方案，天线辐射体和铁塔形成一体通过绝缘固定结构与安装基面固定，天线辐射体和铁塔没有接地，这样做的优点是保证竖笼天线阻抗稳定，受架设环境地电阻的影响较小，有利于竖笼天线的调谐。
43.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
44.图1是根据本实用新型的一个实施例的适用于navdat业务的竖笼天线的侧视图；
45.图2是图1中a部分的部分结构示意图；
46.图3是图1中a部分的部分结构示意图
47.图4是图1中a部分的部分结构示意图
48.图5是根据本实用新型的一个实施例的适用于navdat业务的竖笼天线的俯视图；
49.图6是根据本实用新型的一个实施例的适用于navdat业务的竖笼天线的部分结构示意图；
50.图7图6中d部分的部分结构示意图；
51.图8是根据本实用新型的一个实施例的适用于navdat业务的竖笼天线的486khz垂直面方向图。
52.图9是根据本实用新型的一个实施例的适用于navdat业务的竖笼天线的518khz垂直面方向图
53.图10是根据本实用新型的一个实施例的适用于navdat业务的竖笼天线的辐射电阻示意图；
54.图11是根据本实用新型的一个实施例的适用于navdat业务的竖笼天线的阻抗虚部示意图。
55.其中，图1至图11中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
56.10铁塔，11顶板，12限位件，21绝缘固定底座，211陶瓷底座，212底板，213支撑板，214地网板，215放电板，216放电针，22第二绝缘拉线，30天线辐射线，40笼圈，50第一绝缘拉线，51陶瓷连板，52拉线，60第一连接件，70第二连接件，80安装基础。
具体实施方式
57.为了可以更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
58.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
59.下面参照图1至图11描述根据本实用新型的一些实施例。
60.参照图1至图11，本实用新型第一方面的实施例提供了一种适用于navdat业务的竖笼天线，包括：铁塔10，通过绝缘固定结构固定在安装基面(例如为地面)上；沿铁塔10的周向依次设置的多个天线辐射线30，每个天线辐射线30的两端分别与铁塔10的上端和绝缘固定结构固定连接；呈环形的笼圈40，笼圈40位于天线辐射线30的两端之间且套设于铁塔10外，每个天线辐射线30与笼圈40固定连接，笼圈40通过多个第一绝缘拉线50结构与安装基面连接，其中，由铁塔10的上端至笼圈40，天线辐射线30与铁塔10的水平距离逐渐增大，由笼圈40至铁塔10的下端，天线辐射线30与铁塔10的水平距离逐渐减小。
61.如此，天线辐射体和铁塔10形成一体通过绝缘固定结构与安装基面固定，天线辐射体和铁塔10没有接地，这样做的优点是保证竖笼天线阻抗稳定，受架设环境地电阻的影响较小，有利于竖笼天线的调谐。
62.示例性地，参照图6和图7，绝缘固定结构包括：绝缘固定底座21，固定在安装基面上(例如可以通过膨胀螺栓固定)，绝缘固定底座21上设置有陶瓷底座211，陶瓷底座211的上端固定有底板212，铁塔10以及天线辐射线30与底板212固定连接；多个第二绝缘拉线22，第二绝缘拉线22的两端分别与铁塔10(例如通过连接环固定)以及安装基面固定(例如可以通过膨胀螺栓固定)，多个第二绝缘拉线22沿铁塔10的周向依次间隔设置。
63.本方案中，铁塔10的底部通过绝缘固定底座21固定，同时多个第二绝缘拉线22能够提供拉力，以保持铁塔10稳定。
64.例如，第二绝缘拉线22与铁塔10连接的一端可以设置陶瓷连接板，以实现铁塔10
与安装基面之间的绝缘。
65.示例性地，绝缘固定底座21还包括：支撑板213，嵌入安装基面内，陶瓷底座211的下端与支撑板213固定连接，支撑板213的底部与埋设在安装基面中的安装基础80固定(例如可以通过碰撞螺栓固定)；地网板214，固定在支撑板213的上侧(例如可以通过螺栓固定)，陶瓷底座211穿过地网板214(例如地网板214上设置有通孔，陶瓷底座211穿过该通孔)，地网板214上设置有放电板215，底板212上设置有与放电板215对应的放电针216，放电板215与放电针216之间具有不为零的间隔。
66.示例性地，该竖笼天线还包括：地网，埋设于安装基面内且与地网板214连接。
67.例如，地网可以是以铁塔10为中心呈辐射状均匀分布。
68.示例性地，参照图2，铁塔10的上端设置有顶板11，顶板11连接有限位件12，限位件12上设置有限位孔，天线辐射线30穿过限位件12上的限位孔并与顶板11固定。
69.如此，可以对天线辐射线30的径向进行约束，便于对天线辐射线30的固定。
70.示例性地，支撑板213与陶瓷底座211、陶瓷底座211与底板212可以通过电瓷胶装专用水泥600#连接。其绝缘阻值不低于1000mω，试验电压不低于70kv。
71.或者，支撑板213与陶瓷底座211、陶瓷底座211与底板212也可以通过其他现有方式连接，此处不再赘述。
72.示例性地，参照图3，该竖笼天线还包括：第一连接件60，天线辐射线30以及笼圈40穿过第一连接件60，第一连接件60实现天线辐射线30与笼圈40的压接固定。
73.例性地，参照图4，该竖笼天线还包括：第二连接件70，天线辐射线30以及笼圈40穿过第二连接件70，第二连接件70实现天线辐射线30与笼圈40的压接固定，第一绝缘拉线50与第二连接件70固定连接。
74.例如，第一绝缘拉线50可以包括陶瓷连板51和拉线52，陶瓷连板51与第二连接件70连接，拉线的一端与陶瓷连接板连接，另一端固定在安装基面上(例如通过膨胀螺栓固定)。
75.示例性地，多个天线辐射线30沿铁塔10的周向依次等间隔设置。
76.示例性地，天线辐射线30为36根，笼圈40的半径为15m，笼圈40在铁塔10的长度方向上位于铁塔10的中点位置，笼圈40与铁塔10的下端在铁塔10长度方向上的距离为30m，铁塔10的高度可以为60m。天线面由36根振子(即天线辐射线30)、一个笼圈40等组成，天线辐射线30及笼圈40采用φ6不锈钢钢丝绳。
77.地网可以采用60根φ4的紫铜线，以铁塔10基础为中心呈辐射状均匀分布，辐射半径为60米。地网线在中心位置安装有地网板214(紫铜板)，地网线汇交在地网板214上，通过螺栓和地网板214连接。示例性地，铁塔10可以采用1m边宽等截面圆钢三角塔，格构形式为米字型，材料选用q235b，铁塔10高60m，由1节底节、4节拉线节(每个拉线节上连接有第二绝缘拉线22)、8节普通节组成。铁塔10拉线采用三方四层拉线，材料为不锈钢丝绳。内部两层拉线共锚，外部两层两拉线采用拉锚独立。
78.可以设置拉线节的强度高于普通节，普通节的强度比拉线节点稍低，以兼顾强度与成本。
79.示例性地，拉线节和普通节可以通过多点位螺栓固定。
80.如此，竖笼天线的工作频率可以为486khz～518khz，增益≥2dbi(典型值)，驻波系
数≤2(带天调)，功率容量≥10kw，极化方式为垂直极化，在水平面全向辐射(参照图8和图9)，抗风能力也优异。竖笼天线辐射电阻相比t型天线较小，但是虚部变化小，调谐简单(参照图10和图11)。
81.本实用新型第二方面提供了一种天线系统，包括：
82.本实用新型第一方面所提供的适用于navdat业务的竖笼天线；
83.天调和发射机，发射机通过天调与天线辐射线30连接。
84.在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
85.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。
86.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
87.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。