714CDN—K天氣雷達(dá)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)故障案列分析

韓陳

摘 要：文章介紹新一代C波段多普勒天氣雷達(dá)-714CDN-K的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的工作原理。針對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)發(fā)生的一次故障，進(jìn)行詳細(xì)分析、故障定位，并研究給出了它的維修過程。本文從三個(gè)方面進(jìn)行分析：電源通道、控制通道、信號(hào)通道，成功實(shí)現(xiàn)了故障的定位與維修。本次案例分析對雷達(dá)設(shè)備保障人員具有一定的借鑒意義，幫助他們在更短的時(shí)間內(nèi)排除故障，保障雷達(dá)正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：714CDN-K；發(fā)射機(jī)；分析；故障定位與維修

中圖分類號(hào)：P415.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）07-0083-02

Abstract：This paper introduces the working principle of transmitter system on new generation C-band doppler weather radar-714CDN-K.Aiming at a failure on the transmitter system， a detailed analysis and fault location are carried out. Then， its failure maintenance is researched and pointed out. This paper analyses from three aspects： power channel， control channel， signal channel，achieving the fault location and maintenance successfully. This case analysis provides reference for radar equipment maintenance personnel， helping them eliminate failure in short time and ensuring normal operation of the radar.

Key words：714CDN-K； transmitter； analysis； fault location and maintenance

1 引言

714CDN-K型天氣雷達(dá)屬于C波段全相參多普勒天氣雷達(dá)，架設(shè)在機(jī)場周邊，能及時(shí)提供各區(qū)域準(zhǔn)確的各種常規(guī)天氣預(yù)報(bào)和特殊天氣預(yù)報(bào)，保證飛機(jī)起飛、著陸和航行的安全。在民航氣象應(yīng)用中，是復(fù)雜天氣下保障飛行安全的重要設(shè)備之一，為航空氣象人員和航空管制人員在復(fù)雜天氣下保障飛行安全提供了重要的依據(jù)[1]。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)是雷達(dá)系統(tǒng)重要的分系統(tǒng)，由于機(jī)內(nèi)大量器件長期工作在大電流、高電壓環(huán)境下，相比其它分系統(tǒng)更容易出現(xiàn)故障。本文從發(fā)射機(jī)系統(tǒng)原理入手，詳細(xì)從電源通道、控制通道、信號(hào)通道分析一次發(fā)射機(jī)故障，實(shí)現(xiàn)故障定位與維修。

2 系統(tǒng)基本工作原理

714CDN-K型天氣雷達(dá)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)采用全相參體制，固態(tài)射頻功率放大器推動(dòng)高增益速調(diào)管構(gòu)成主振放大式發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)系統(tǒng)由回掃電源、可控硅、速調(diào)管、功放、燈絲電源、鈦泵電源、偏磁電源、風(fēng)冷系統(tǒng)、監(jiān)控分機(jī)等組成，其組成框圖如圖1所示[2，3]。

高功率電源對380V的交流供電進(jìn)行整流，經(jīng)過LC濾波形成回掃電源工作所需的510V直流電源?；貟唠娫丛诔潆娒}沖的控制下通過充電二極管對人工線充電，當(dāng)有放電脈沖時(shí)，人工線上儲(chǔ)存的能量通過SCR變壓器放電，在脈沖變壓器上形成速調(diào)管所需的脈沖波形。同時(shí)由頻率綜合器提供的的射頻激勵(lì)信號(hào)在經(jīng)過可調(diào)衰減器和功放放大后送至速調(diào)管，再通過調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器使速調(diào)管達(dá)到最佳激勵(lì)狀態(tài)。偏磁電源為速調(diào)管提供聚焦磁場，鈦泵電源保證速調(diào)管內(nèi)真空度，燈絲電源提供速調(diào)管所需的燈絲脈沖[4，5]。

3 故障現(xiàn)象

雷達(dá)實(shí)時(shí)回波突然消失，檢查雷達(dá)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控軟件，各模塊狀態(tài)燈均正常，但機(jī)載功率計(jì)上發(fā)射機(jī)發(fā)射功率為0KW，開高壓工作時(shí)沒有聽到刺耳的高壓聲音，初步判斷為發(fā)射機(jī)故障。檢查發(fā)射機(jī)系統(tǒng)所有分機(jī)，發(fā)現(xiàn)整流分機(jī)600V量程的直流電壓表始終處于滿偏狀態(tài)。

4 故障分析與維修

發(fā)射機(jī)故障可能是內(nèi)部元件故障，也可以是電源故障導(dǎo)，或者是激勵(lì)信號(hào)源異常導(dǎo)致。由于可能性多，一般按照從源頭向故障部位方向逐一檢查原則進(jìn)行排故，但是這種方法效率低，需要耗費(fèi)大量時(shí)間。本文引入雷達(dá)三通道研究方法，即從電源通道、控制通道、信號(hào)通道來快速定位故障、維修故障。

4.1 電源通道檢查

電源通道檢查，首先要明確發(fā)射機(jī)系統(tǒng)包含哪些電源，如UPS輸入主電源，調(diào)制機(jī)柜中高功率電源、回掃電源，高頻機(jī)柜中功放電源、燈絲電源、偏磁電源、鈦泵電源、風(fēng)冷電源等。再通過電表表頭或儀表檢查電源是否在正常范圍內(nèi)。

市電經(jīng)過UPS處理后，輸出A、B、C三相220V電至雷達(dá)主電源柜，通過空氣開關(guān)、熔斷器后送入雷達(dá)機(jī)內(nèi)供電，測量三相電壓均為220V，正常。功放將頻率綜合器送出的微波射頻信號(hào)進(jìn)行放大，然后送至速調(diào)管，如果功放電源不正常，則會(huì)導(dǎo)致功放不能夠正常工作，進(jìn)而速調(diào)管缺少必要的激勵(lì)，也不能夠正常工作，測量功放電源為12.1V，正常。鈦泵電源為鈦泵提供工作電源，保證速調(diào)管在工作時(shí)內(nèi)部的高真空度，減少管體發(fā)熱量，延緩速調(diào)管使用壽命，從電流計(jì)表頭上讀取鈦泵電源為3100V，10μA，正常。偏磁電源和燈絲電源均是為高變比脈沖變壓器提供電源，從電流計(jì)表頭上看到燈絲電源電壓為180V，燈絲電流為0.6A，偏磁電源電壓11.74V，偏磁指示燈為綠色，均正常。整個(gè)發(fā)射機(jī)僅有高功率電源異常，電壓表頭為滿偏狀態(tài)，而正常值為510V。整流分機(jī)電路原理圖如圖2所示。

整流分機(jī)基本工作原理：來自配電箱的三相電在軟啟動(dòng)延時(shí)后，經(jīng)過熔斷器、繼電器、SQL14-10高速三相整流橋模塊及其保護(hù)電路、熔斷器、濾波穩(wěn)壓電路后輸出510V的直流電。PV1為量程600V直流電壓表。穩(wěn)定的直流510V電直接輸出送給充電控制分機(jī)。

雷達(dá)在加高壓下，測量高速整流橋輸入端，AC1、AC2、AC3均為220V交流輸入，經(jīng)過整流橋后，測量整流橋輸出端，負(fù)極0V，正極數(shù)值不停跳變，懷疑整流橋故障。取出熔斷器FU4，斷開負(fù)載，再測量整流橋輸出負(fù)極0V，輸出正極510V，正常。因此確定導(dǎo)致表頭滿偏故障在負(fù)載端，負(fù)載為電容、電阻組成的RC濾波電路，未見異常，而熔斷器是連接負(fù)載的橋梁，測量熔斷器電阻為3MΩ，正常值為10Ω，出現(xiàn)不完全熔斷，更換新的熔斷器后整流分機(jī)直流電壓表頭恢復(fù)正常，電源通道故障排除。但是加高壓后，雷達(dá)仍然不能夠正常工作，需檢查另外兩個(gè)通道。

4.2 控制通道檢查

雷達(dá)發(fā)射機(jī)控制通道繁多，如控制充電、放電的充電脈沖、放電脈沖，控制充放電時(shí)間的充電控制板，控制回掃電源能量轉(zhuǎn)換到充電變壓器次級的線性調(diào)器，控制微波鏈路輸入的功放分機(jī)及其可調(diào)衰減器等。

首先檢查雷達(dá)系統(tǒng)的定時(shí)信號(hào)，該信號(hào)輸送給充電控制板，在板上生成1us或2us的定時(shí)信號(hào)，用示波器測量波形如圖3，正常。

由于充電控制板輸入信號(hào)比較多，為了盡快定位故障，采用替代法，更換一塊正常的充電控制板，給雷達(dá)加高壓，故障未恢復(fù)。接著檢查IGBT驅(qū)動(dòng)板及IGBT模塊，它們是控制雷達(dá)充電的大功率核心部件。圖4為回掃充電原理圖，V1、V2為IGBT模塊，V1型號(hào)是SKM200GAR123D，V2型號(hào)是SKM200GAL123D。測量IGBT驅(qū)動(dòng)板輸入和輸出端波形正常。

IGBT是MOSFET和雙極晶體管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，擁有MOSFET易驅(qū)動(dòng)和雙極晶體管電壓、電流大等優(yōu)點(diǎn)。IGBT由柵極G的電壓來控制開通或截止，當(dāng)加上正柵極電壓時(shí)，絕緣柵下形成溝道，MOSFET導(dǎo)通，為PNP晶體管提供了基極電流，從而使IGBT導(dǎo)通，當(dāng)加上負(fù)柵極電壓時(shí)，IGBT處于截止?fàn)顟B(tài)。它有三個(gè)電極，分布是G、C、E極，G極跟C，E極絕緣，C極跟E極絕緣。用萬用變測量發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)IGBT的C極和E極正反向電阻一致，可能被擊穿，更換新的IGBT后，加高壓雷達(dá)可以正常工作[7，8]。

4.3 信號(hào)通道檢查

通過對雷達(dá)的發(fā)射機(jī)的電源通道和信號(hào)通道進(jìn)行的檢查維修后，高功率電源分機(jī)正常輸出510V直流電源，脈沖變壓器給速調(diào)管提供工作所需的功率。最后檢查發(fā)射機(jī)信號(hào)通道是否正常。整個(gè)發(fā)射機(jī)的任務(wù)就是輸出一個(gè)包絡(luò)為1us或2us脈寬、功率為250KW左右的微波信號(hào)，因此直接使用示波器測量速調(diào)管輸出信號(hào)包絡(luò)波形和功率。在連接速調(diào)管輸出端的波導(dǎo)管側(cè)壁上耦合孔處加上30dB衰減頭，實(shí)測23.91dBm，脈寬0.988μs，上升時(shí)間35ns，下降時(shí)間10ns，波形如下圖5所示。耦合孔銘牌上寫有5420MHZ對應(yīng)30dB衰減，以此計(jì)算出發(fā)射機(jī)功率為83.91dBm，即246KW，信號(hào)通道檢查正常。給雷達(dá)加高壓，觀察雷達(dá)回波正常。

5 結(jié)語

通過本次雷達(dá)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)故障維修，進(jìn)一步熟悉了發(fā)射機(jī)系統(tǒng)以及其內(nèi)部核心模塊的工作原理、功能、參數(shù)和系統(tǒng)整體信號(hào)走向。發(fā)射機(jī)系統(tǒng)故障復(fù)雜多樣，平時(shí)維護(hù)中應(yīng)主動(dòng)進(jìn)行防御性維護(hù)，做好灰塵清潔、參數(shù)記錄、定期重啟[9]。發(fā)生故障后，按三通道方法測量分析往往可以獲得事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

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