電磁屏蔽法在天氣雷達(dá)維修中的應(yīng)用

胡如江

（江西省贛州市氣象局，江西 贛州341000）

1 引言

常用的天氣雷達(dá)按波段劃分為S波段（10 cm波長(zhǎng)）、C波段（5 cm波長(zhǎng)）和X波段（3 cm波長(zhǎng)）；按發(fā)射信號(hào)分為脈沖天氣雷達(dá)和連續(xù)波天氣雷達(dá)等；按照天線掃描方式分類(lèi)，分為機(jī)械掃描雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等；按雷達(dá)體制劃分有常規(guī)天氣雷達(dá)（也叫非相干天氣雷達(dá)）、多普勒天氣雷達(dá)（也叫相干天氣雷達(dá)）、雙偏振多普勒天氣雷達(dá)、雙偏振相控陣多普勒天氣雷達(dá)等；按照用途劃分有測(cè)雨雷達(dá)、測(cè)風(fēng)雷達(dá)、測(cè)云雷達(dá)等。天氣雷達(dá)的有效作用距離為150～250 km。

天氣雷達(dá)在夏季雷雨季節(jié)發(fā)揮著無(wú)可替代的作用，氣象部門(mén)尤其注重天氣雷達(dá)的維護(hù)、維修和保養(yǎng)工作，但是對(duì)天氣雷達(dá)的維修，可能會(huì)因?yàn)榫S修人員之間的經(jīng)歷不同、閱歷不同、思路不同、技能不同或知識(shí)領(lǐng)域的差異會(huì)有不同的維修效果，維修水平的差異最終會(huì)在雷達(dá)運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量方面得以體現(xiàn)。

2 天氣雷達(dá)故障診斷和維修方法

天氣雷達(dá)發(fā)生故障后會(huì)由雷達(dá)保障人員進(jìn)行維修。由于天氣雷達(dá)通常在無(wú)人值守的情況下工作，所以雷達(dá)發(fā)生故障時(shí)保障人員并不知道故障是怎么發(fā)生的，只能到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后根據(jù)故障的現(xiàn)象和雷達(dá)的工作原理進(jìn)行分析判斷，雷達(dá)硬件發(fā)生故障時(shí)通常也會(huì)用到中醫(yī)問(wèn)診的方式即“望”“聞”“問(wèn)”“切”方式進(jìn)行故障診斷。

所謂“望”，就是通過(guò)仔細(xì)觀察雷達(dá)設(shè)備各個(gè)分機(jī)及其元器件和板件是否有損壞、燒毀的跡象，以此判斷損壞的部位或器件；“聞”，就是在現(xiàn)場(chǎng)是否可以聞到異樣的氣味，如燒焦燒煳的氣味，以此判斷元器件或板件在使用過(guò)程中被燒壞的可能性；“問(wèn)”，就是向現(xiàn)場(chǎng)使用人員了解雷達(dá)故障發(fā)生的過(guò)程，并排除人員操作失誤造成的人為損壞；“切”，就是根據(jù)雷達(dá)工作原理以及分析的過(guò)程最終判定故障的部位，給出維修的方案，排除故障恢復(fù)雷達(dá)正常工作的整個(gè)過(guò)程。維修雷達(dá)方法：若硬件出現(xiàn)故障，找出出現(xiàn)故障的元器件或板件進(jìn)行維修或更換，就能排除故障恢復(fù)正常工作；若是軟件出現(xiàn)故障，重新安裝相關(guān)的軟件或重新進(jìn)行軟件配置就可以恢復(fù)正常工作。

3 電磁屏蔽法在天氣雷達(dá)維修中的應(yīng)用

實(shí)際工作中，經(jīng)常碰到天氣雷達(dá)會(huì)發(fā)生一些莫名其妙的現(xiàn)象，也就是所謂的“軟故障”，如開(kāi)關(guān)分機(jī)機(jī)柜門(mén)時(shí)會(huì)造成發(fā)射、接收信號(hào)不穩(wěn)定、時(shí)好時(shí)壞，或造成發(fā)射機(jī)功率不穩(wěn)定時(shí)高時(shí)低，或者雷達(dá)低壓狀態(tài)一直正常，只要打開(kāi)雷達(dá)高壓收發(fā)分機(jī)就會(huì)突然掉電，其他分機(jī)工作正常等，表現(xiàn)出來(lái)就是有的雷達(dá)可以工作但是不穩(wěn)定，有的并非是雷達(dá)故障但是卻影響雷達(dá)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，針對(duì)以上這些現(xiàn)象，采用更換元器件、重新安裝軟件、重新配置軟件等方法和手段都無(wú)法根本解決問(wèn)題。

鑒于此，本文推薦一種解決此類(lèi)軟故障的方法，即電磁屏蔽法。所謂屏蔽是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。屏蔽分為內(nèi)屏蔽或外屏蔽兩種，防止內(nèi)部對(duì)外部的干擾即內(nèi)屏蔽，用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái)，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；防止外部對(duì)內(nèi)部的干擾即為外屏蔽，用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來(lái)，防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。屏蔽按機(jī)理可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。電磁屏蔽是用導(dǎo)電材料減少交變電磁場(chǎng)向指定區(qū)域穿透的屏蔽。電磁屏蔽的原理是利用屏蔽體對(duì)電磁能流的反射、吸收和引導(dǎo)作用，阻止其與屏蔽結(jié)構(gòu)表面和屏蔽體內(nèi)部感生的電荷、電流與極化現(xiàn)象。采用電磁屏蔽法修復(fù)天氣雷達(dá)故障的案例如下。

3.1 案例1

某地714C天氣雷達(dá)與空軍警戒雷達(dá)相距太近，空軍警戒雷達(dá)工作時(shí)，714C天氣雷達(dá)工作時(shí)出現(xiàn)以下問(wèn)題：①雷達(dá)終端計(jì)算機(jī)顯示器磁保護(hù)關(guān)閉（黑屏）；②雷達(dá)磁控管電流升高，磁控管燒毀；③脈沖變壓器燒毀；④接收系統(tǒng)及天控系統(tǒng)無(wú)損壞性故障。分析認(rèn)為空軍警戒雷達(dá)工作時(shí)其發(fā)射觸發(fā)脈沖通過(guò)電纜疊加在714C天氣雷達(dá)發(fā)射脈沖的調(diào)制信號(hào)中，增加了714C天氣雷達(dá)的磁控管調(diào)制脈沖密度，從而造成調(diào)制電壓升高、磁控電流升高而燒毀，進(jìn)而導(dǎo)致脈沖變壓器負(fù)載異常而被損壞。

排除方法：利用8目和16目雙層銅線網(wǎng)對(duì)雷達(dá)機(jī)房環(huán)境進(jìn)行電磁屏蔽，所有屏蔽網(wǎng)焊接成一體并統(tǒng)一接地，阻止警戒雷達(dá)的電磁輻射到714C雷達(dá)機(jī)房，徹底消除了電磁干擾。

3.2 案例2

某機(jī)場(chǎng)安裝調(diào)試雙偏振天氣雷達(dá)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)低壓預(yù)熱一切正常，但是準(zhǔn)加高壓指示燈亮后開(kāi)高壓，收發(fā)機(jī)柜突然掉電，反復(fù)試驗(yàn)N次故障現(xiàn)象依舊。排查過(guò)程中，用抗干擾屏蔽錫箔紙包裹好發(fā)射高壓電纜進(jìn)行開(kāi)電試驗(yàn)，雷達(dá)工作正常，后經(jīng)檢查是因位于雷達(dá)天氣底座的四端環(huán)流器變形，安裝好后仍有縫隙，開(kāi)高壓時(shí)高頻電磁波通過(guò)該縫隙泄漏導(dǎo)致附近發(fā)射高壓電纜頭電磁短路而掉電。采用抗干擾屏蔽錫箔紙包裹好發(fā)射高壓電纜就是利用屏蔽法阻止了高能電磁波對(duì)高壓電纜的輻射，后來(lái)更換了一個(gè)好的四端環(huán)流器后恢復(fù)正常。

3.3 案例3

使用某雙偏振多普勒天氣雷達(dá)過(guò)程中，發(fā)射功率經(jīng)常不穩(wěn)定且偏小，速調(diào)管電流時(shí)大時(shí)小，尤其在發(fā)射機(jī)柜、接收機(jī)柜開(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)變化更為明顯。該現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，廠家工程師已經(jīng)進(jìn)行過(guò)多次維修、調(diào)試并多次更換了速調(diào)管，故障現(xiàn)象依舊。根據(jù)開(kāi)關(guān)分機(jī)機(jī)柜的門(mén)、發(fā)射功率發(fā)生變化，分析可能是雷達(dá)微波電纜接地不良，機(jī)柜存在電磁輻射，導(dǎo)致與雷達(dá)發(fā)射功率檢測(cè)有關(guān)的微波電纜受到干擾，于是采用電磁屏蔽法，利用抗干擾屏蔽錫箔紙包裹好收發(fā)機(jī)柜的高頻電纜，屏蔽機(jī)柜內(nèi)的電磁干擾，一定程度上確保雷達(dá)發(fā)射功率正常穩(wěn)定，若要根本消除機(jī)房環(huán)境的電磁干擾，還需對(duì)雷達(dá)所有分機(jī)的接地情況進(jìn)行細(xì)致檢查和分析，最終確保所有分機(jī)的信號(hào)接地、電源接地以及機(jī)殼接地都在雷達(dá)機(jī)房的同一等電位體上。

4 小結(jié)

本文分析了在使用天氣雷達(dá)過(guò)程中發(fā)生的用常規(guī)維修方法無(wú)法修復(fù)的一些軟故障，介紹了采用電磁屏蔽法解決天氣雷達(dá)發(fā)生“軟故障”的一些案例，希望給從事天氣雷達(dá)維修工作的人員提供一些修復(fù)天氣雷達(dá)軟故障的借鑒經(jīng)驗(yàn)，以期提高天氣雷達(dá)的運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量。