多普勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的故障及處理措施

李勇

摘 要：多譜勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)主要是由雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)成的，和其它的單元相比，由于雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)長期工作在高電壓、大功率、高電流的環(huán)境下，會(huì)有比較高的故障率?；诖?，文章對(duì)多普勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的故障及處理措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：多普勒；氣象雷達(dá)；發(fā)射系統(tǒng)故障；處理措施

多普勒氣象雷達(dá)不僅可以探測(cè)對(duì)氣象降水回波進(jìn)行探測(cè)，而且可以以多普勒效益為基礎(chǔ)，對(duì)回波信號(hào)和發(fā)生信號(hào)之間頻率的差異性進(jìn)行測(cè)定，降低水離子群的運(yùn)動(dòng)速度和速度譜寬，得出雷達(dá)電磁波束可以照出的有效體積，反演出在特殊環(huán)境下風(fēng)氣場(chǎng)的湍流狀態(tài)和垂直速度分布情況?？梢詫?duì)危險(xiǎn)天氣進(jìn)行警戒，制作短時(shí)間的天氣預(yù)報(bào)，有效保證了民航飛行的安全性，因此，對(duì)多普勒氣象雷達(dá)發(fā)生系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析，對(duì)具體的處理措施進(jìn)行探討具有重要意義。

1 氣象雷達(dá)基本構(gòu)造和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

氣象雷達(dá)又叫做ADWR雷達(dá)，主要由天線饋先分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、顯示分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)、接收信號(hào)系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)等組成。在工作的過程中，ADWR雷達(dá)除了進(jìn)行電磁波的發(fā)射外，還會(huì)對(duì)氣象目標(biāo)散發(fā)的電磁波進(jìn)行接收，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)氣象目標(biāo)，并且可以測(cè)出空中氣象目標(biāo)的具體方位和仰角大小。在對(duì)兩個(gè)信號(hào)相位的關(guān)系進(jìn)行確定時(shí)，會(huì)發(fā)射相應(yīng)的相位信號(hào)[1]。多普勒氣象雷達(dá)使用主振放大式系統(tǒng)作為發(fā)射系統(tǒng)，使用脈沖調(diào)制器控制對(duì)射頻率，以連續(xù)波信號(hào)為基礎(chǔ)信號(hào)組成頻射脈沖。處于重復(fù)周期中的前后脈沖所發(fā)射的脈沖頻率的相位關(guān)系是確定的，此外，相參性本振電壓、定時(shí)器出發(fā)脈沖、雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)、相參共振電壓都是由一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)提供，這些信號(hào)都相互保持著已經(jīng)確定的相位相參數(shù)性，所以，多普勒氣象雷達(dá)系統(tǒng)是真正的全相參雷達(dá)系統(tǒng)。

1.2 基本工作原理

在多普勒氣象雷達(dá)工作過程中，發(fā)射配電電路會(huì)在系統(tǒng)的各個(gè)分機(jī)、組件以及冷卻設(shè)備中對(duì)三相380V電源進(jìn)行分配，并為其提供380V三相電源。全機(jī)其它分系統(tǒng)和本分系統(tǒng)的的信號(hào)由發(fā)射監(jiān)控分機(jī)負(fù)責(zé)，并對(duì)各個(gè)分機(jī)系統(tǒng)的故障信號(hào)進(jìn)行收集，完成系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。固態(tài)放大器在收到0.5w的射頻激勵(lì)信號(hào)后，會(huì)立即將信號(hào)放大到和調(diào)管激勵(lì)要求的電平功率，然后將信號(hào)發(fā)送到調(diào)管的輸入腔。通過放電觸發(fā)脈沖的控制，調(diào)制脈沖會(huì)使用脈沖變壓器將調(diào)制脈沖發(fā)送到調(diào)速管的陰極。調(diào)速管作為功率的放大器，在調(diào)制陰極脈沖的過程中，會(huì)對(duì)輸入射頻信號(hào)進(jìn)行充分放大，然后輸出250kw的發(fā)射脈沖，在充電觸發(fā)脈沖的控制下，高壓電源會(huì)為固態(tài)調(diào)制器的儲(chǔ)能組件提供足夠的電量。

為了保證速調(diào)管工作時(shí)電子注散焦，速調(diào)管的兩組聚焦線圈的電流由磁場(chǎng)電源Ⅰ和Ⅱ?yàn)樘峁Ｋ僬{(diào)管提供燈絲電源、鈦泵電源由燈絲電源分機(jī)、鈦泵電源分機(jī)分別提供，確保調(diào)速管中的真空度處于一個(gè)較高的水平。

2 常見的一些發(fā)射系故障以及處理故障的方法

2.1 可控硅風(fēng)機(jī)故障

導(dǎo)致可控硅風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障主要有兩方面的因素：一個(gè)是因?yàn)榭煽毓韫╇姷?24V電壓損壞；二是可控硅風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異常。

檢修故障方法：冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)后，使用萬能表對(duì)可控硅的供電電源進(jìn)行檢測(cè)，查看供電電源有沒有輸出+24A的電流。如果沒有電流輸出，就說明線性電源已經(jīng)燒壞，需要使用一個(gè)新的電源進(jìn)行更換。如果供電電源有電流輸出，但是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不正常，那么可能是風(fēng)機(jī)已損壞，需要換一個(gè)新的風(fēng)機(jī)。

2.2 查看發(fā)射脈沖包絡(luò)是否存在變窄的情況

發(fā)射脈沖包檢波出現(xiàn)明顯變窄的故障的檢查步驟：（1）利用示波器對(duì)固態(tài)放大器的輸出脈沖寬度進(jìn)行檢查；（2）利用示波器對(duì)激勵(lì)輸出脈沖寬度進(jìn)行接收和檢查；（3）對(duì)測(cè)試速調(diào)管調(diào)制脈沖和電流測(cè)試環(huán)之間的激勵(lì)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 常見的燈絲電源故障

導(dǎo)致燈絲電源出現(xiàn)故障的主要原因：（1）燈絲電源損壞，致使電流無法輸出。（2）燈絲電源負(fù)載處于斷路。

排除故障的步驟：（1）關(guān)閉雷達(dá)發(fā)射機(jī)的電源，再使用萬用表測(cè)量萬用變壓器四號(hào)端子和三號(hào)端子的阻值進(jìn)行測(cè)量，如果測(cè)量出的阻值超過了4Ω，說明脈沖變壓器和調(diào)速管之間的接觸不好，需要把速調(diào)管取出，然后對(duì)接觸點(diǎn)的高度進(jìn)行調(diào)整；如果測(cè)量出的阻值為2～4Ω之間，，那么就可以判斷速調(diào)管與脈沖變壓器之間連接是完好的。

（2）斷開燈絲電源，然后和XSO3電纜連接，利用萬用表測(cè)量電纜插頭3腳和4腳的阻值，如果阻止超過了4Ω，就說明阻止過高，有虛焊的情況存在。如果阻值顯示為2～4Ω，就是說明電纜之間的連接沒有問題。

3 發(fā)射系統(tǒng)故障維修實(shí)例

某民航分局氣象臺(tái)的多譜勒天氣雷達(dá)為C波段全相參脈沖多普天氣雷達(dá)，主要用來對(duì)210km范圍中的氣象目標(biāo)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)降水回波的位置和強(qiáng)度進(jìn)行探測(cè)。對(duì)出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣及時(shí)進(jìn)行警戒，分析小尺度天禧系統(tǒng)的有利工具。在長期的使用下，雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)無法再繼續(xù)工作，開機(jī)15分鐘后，發(fā)射監(jiān)控分機(jī)會(huì)提示調(diào)制器出現(xiàn)PEN過壓故障。

3.1 分析故障

高壓電源變換器充放電的步驟如下：高壓電源變換器受到充電觸發(fā)脈沖的觸發(fā)后，會(huì)導(dǎo)通V2、V4，電流1從充電變壓器的初級(jí)繞組經(jīng)過，然后繞組的勵(lì)磁電感會(huì)進(jìn)行電能的儲(chǔ)存。由于充電變壓器次級(jí)繞組兩端的感應(yīng)電壓由該變壓器初次級(jí)繞組的同名端來確定的，這時(shí)沒被充電。電路在初級(jí)繞組電流升到設(shè)定值時(shí)會(huì)斷開，充電變壓器次級(jí)感應(yīng)電壓會(huì)反向，導(dǎo)通充電電元元件V5，脈沖變壓器次級(jí)腦卒會(huì)對(duì)PEN充電，當(dāng)發(fā)射監(jiān)控分機(jī)的放電觸發(fā)脈沖滿足要求后，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整和放大后，脈沖會(huì)升到變壓器T1初級(jí)，并產(chǎn)生放電脈沖，在電壓脈沖加載到V2-V7可控開關(guān)的控制級(jí)別時(shí)，所有的V2-V7管會(huì)導(dǎo)通，PEN也會(huì)放電，會(huì)在脈沖變壓器次級(jí)產(chǎn)生調(diào)整脈沖，并將脈沖加速到調(diào)管的陰極。

3.2 故障處理措施

從脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的充放電過程以及PEN過壓故障的提示，初步礦壓斷定導(dǎo)致雷達(dá)產(chǎn)生故障主要是由于SCR放電開關(guān)組件沒有產(chǎn)生了短路，需要重新檢查可控硅的放電脈沖信號(hào)，查看信號(hào)是否處于正常狀態(tài)，因?yàn)榘l(fā)射監(jiān)控分機(jī)是產(chǎn)生放電觸發(fā)脈沖的主要來源，因此，要先對(duì)放電觸發(fā)脈沖進(jìn)行測(cè)量，在發(fā)射分機(jī)觸發(fā)脈沖輸出孔中插入示波器探頭，經(jīng)測(cè)量，放電觸發(fā)脈寬和脈沖處于正常狀態(tài)，因此，故障的產(chǎn)生和可控硅放電觸發(fā)脈沖信號(hào)沒有關(guān)系。除了以上原因外，如果可控硅開關(guān)不能正常工作，也會(huì)導(dǎo)致該故障出現(xiàn)。因?yàn)榉烹婇_關(guān)是由六個(gè)頻率比較高的可控硅串聯(lián)構(gòu)成，在判斷其是否正常時(shí)，可以在沒有給發(fā)射機(jī)通電的情況下，用數(shù)字三用表2MΩ擋來檢測(cè)鄰近的兩個(gè)散熱器之間的電阻，電阻值處于200KΩ～300KΩ之間時(shí)為正常。檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)V3開路，使用相同型號(hào)的可控硅進(jìn)行替換并重新啟動(dòng)后，雷達(dá)恢復(fù)正常工作。

4 結(jié)束語

總而言之，多普勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)是氣象雷達(dá)系統(tǒng)中一個(gè)故障率比較高的組成部分，如果出現(xiàn)故障會(huì)對(duì)雷達(dá)的正常運(yùn)行造成比較大的影響，為了保證雷達(dá)持續(xù)正常的工作，需要相關(guān)人員將發(fā)射系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)原理和維修原理掌握好。需要注意的是，在檢修的過程中要注意電壓過高的情況，使用感應(yīng)方法進(jìn)行測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

[1]安徽四創(chuàng)電子股份有限公司.民航機(jī)場(chǎng)多普勒天氣雷達(dá)[Z].2006（07）：23-24.

[2]賀偉，趙志強(qiáng).深圳寶安機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)故障檢測(cè)與分析[J].空中交通管理，2010（4）：33-35.