ALENIA一次雷達低功率告警的分析與處理

李永光

摘 要:20世紀(jì)90年代初,我國民航部門引進的意大利ALENIA雷達,分布在全國30多個機場,為空中交通管制發(fā)揮重大作用。經(jīng)過長時間較為穩(wěn)定的運行后,該雷達系統(tǒng)許多模塊已經(jīng)老化,進入故障多發(fā)期。其中,低功率告警是一次雷達比較常見的一種故障。本文對引起低功率告警的幾種情況進行分析,并進行解決。

關(guān)鍵詞:一次雷達低功率告警分析排除功率檢測作用距離

中圖分類號:TN95 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0003-02

ALENIA一次雷達(型號:ATC—33K)設(shè)備工作在S波段。由天線組、發(fā)射機(XMTR)、接收機(RCVR)、射頻單元、寬帶天線共用器和天線啟動器/驅(qū)動器等單元組成。采用先進的數(shù)據(jù)錄取、窄帶數(shù)據(jù)傳輸及自適應(yīng)技術(shù)。系統(tǒng)工作時,由接收機單元中的控制/錄取器產(chǎn)生各種控制信號對系統(tǒng)進行控制,這些信號包括:觸發(fā)信號、控制信號、數(shù)據(jù)信號及射頻信號等。

1故障現(xiàn)象

雷達接收機面板的低功率告警燈(LDIR PWR 紅色燈)亮,輸入查看功率指令,液晶數(shù)碼顯示功率偏低(小于60)甚至為0,顯示低功率告警,在VDU上觀察可發(fā)現(xiàn)一次航跡數(shù)量較少或為0(與正常情況比較)。

2分析及解決方法

結(jié)合設(shè)備的日常維護維修經(jīng)驗,經(jīng)過仔細分析、研究,總結(jié)出造成低功率告警的原因,大致有以下幾種:(1)功率檢測電路。(2)頻率產(chǎn)生及驅(qū)動部分。(3)高壓——速調(diào)管燈絲工作電壓產(chǎn)生電路。(4)功率放大器件——速調(diào)管;以下分別對上述故障原因進行分析、排查解決。

2.1 功率檢測電路

ALENIA一次雷達發(fā)射機由以下四個機柜組成如圖1。

(1)高壓機柜:為發(fā)射調(diào)制器提供三相電源和直流電壓。(2)調(diào)制機柜:為速調(diào)管提供與RF脈沖同步的穩(wěn)定高壓脈沖。(3)速調(diào)管機柜:對RF信號進行功率放大。(4)波導(dǎo)機柜:將放大后的RF信號送到天線。

速調(diào)管輸出信號被送到波導(dǎo)機柜,在波導(dǎo)機柜中進行功率耦合、衰減、晶體管檢波,送到接收機的RXINT板,RXINT板將波導(dǎo)機柜送來的功率信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送往VERA計算機。在此過程中,如果檢測頭、RXINT板出現(xiàn)問題,都可能造成低功率告警。

檢測頭中容易故障的部件是二極管檢波管,檢測頭有問題應(yīng)優(yōu)先檢查檢波管,將故障管更換即可。如果RXINT板沒故障只是存在老化現(xiàn)象,則可以調(diào)整此板中的R27電位器(此電位器用于調(diào)整差分放大器的偏致電壓)。對于同一功率的信號,通過調(diào)整此電位器可以改變在前面板顯示的功率數(shù)值,從而可以排除因門限問題導(dǎo)致的低功率告警。

2.2 頻率產(chǎn)生及驅(qū)動單元

接收機柜中的頻率產(chǎn)生電路為系統(tǒng)提供所需的工作頻率,經(jīng)脈沖調(diào)制器后形成脈沖調(diào)制信號,送往速調(diào)管機柜經(jīng)過濾波、A類、C類放大,再送到速調(diào)管放大。

2.2.1 頻率產(chǎn)生電路

一次雷達以一定的頻率發(fā)射和接收射頻信號,該射頻信號由晶體振蕩器產(chǎn)生高穩(wěn)定度的本機振蕩信號,經(jīng)8倍倍頻器和2倍倍頻器產(chǎn)生所需的工作頻率,再經(jīng)三路功分器處理。其中只要任一組件故障,就不能提供正常的工作頻率,經(jīng)過后面濾波器的濾波處理,就沒有正常信號送往驅(qū)動預(yù)放大電路,造成低功率告警。

因頻率產(chǎn)生電路引起的低功率解決方法,可用功率計測量各級功率,將結(jié)果分別與另一通道比較,逐級進行故障排除,即可發(fā)現(xiàn)故障所在。

2.2.2 調(diào)制電路

發(fā)射機以一定的脈沖重復(fù)頻率(1000Hz)發(fā)射射頻脈沖,晶體振蕩器和倍頻器產(chǎn)生的射頻信號在送到發(fā)射機之前,還必須送往調(diào)制器。實際上該調(diào)制器只起到開關(guān)作用,由一個調(diào)制信號控制它的通斷,從而形成一個受脈沖調(diào)制的射頻信號。此調(diào)制信號由控制/錄取器中的專用接口板DRIVERS(XA13)提供。DRIVERS板作為驅(qū)動器功能板,其中作為具有平衡輸出的TTL驅(qū)動器中就有MODGATE(調(diào)制門)信號,該信號作為調(diào)制信號對調(diào)制器的通斷進行控制。MODGATE信號來自此板的單穩(wěn)態(tài)電路。DRIVERS只是對此信號驅(qū)動,不具備產(chǎn)生此信號的功能。此信號的產(chǎn)生是由VERA計算機、IMF板及PTG板共同產(chǎn)生。

執(zhí)行接收機面板總清操作(按下CLR鍵)后,設(shè)備通過自檢或自檢邏輯進行檢查,根據(jù)前面板液晶顯示告警碼,便可查找相應(yīng)的故障板,更換故障件即可解決問題。

2.2.3 驅(qū)動及放大

射頻信號從接收機送到速調(diào)管機柜,經(jīng)過濾波器濾波、A類放大器放大,3DB衰減、C類放大器放大,產(chǎn)生最大為7.5W的射頻脈沖信號,送往速調(diào)管進行功率放大。

如果懷疑驅(qū)動及放大電路有問題,可用功率計逐級測量功率,再與另一正常的通道相比較,也可嘗試采用對換部件進行比較。其中有一點必須注意,因為A、B兩個通道的工作頻率不同,兩通道唯一不能對換的是濾波器部分。如果對換A類或C類放大器不能排除故障,但問題恰是此放大器引起,就要查看放大器的工作電壓是否正常。驅(qū)動預(yù)放大是一塊組件,對換方便,排除故障也比較容易。

2.3 高壓產(chǎn)生電路

三相主電源進入高壓變壓器(HVPS)和整流器,經(jīng)過變換和整流后為調(diào)制器提供直流電壓。該直流電壓再通過充電變壓器和串聯(lián)二極管對脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(人工線PFN)進行充電。變壓器的副級并聯(lián)一組可控硅(SCR),當(dāng)PFN人工線電壓充至正常值時,充電脈沖便觸發(fā)可控硅產(chǎn)生動作,結(jié)束充電,PFN所充的電壓正常值約為20kV。

接收機送來的觸發(fā)信號分兩路到發(fā)射機,一路送往閘流管驅(qū)動電路進行放大,作為閘流管驅(qū)動使用;另一路送往參差控制邏輯電路,并通過脈沖形成調(diào)節(jié)器,對不同的PFN的觸發(fā)進行充電控制及調(diào)整,最后進行參差變頻處理。因此可避免因參差變頻的不穩(wěn)定性對PFN的充電幅度造成影響。

觸發(fā)信號控制閘流管的導(dǎo)通,使PFN一端對地突然放電,PFN另一端連接的升壓變壓器的初級電位也突然降低,造成該級電位迅速下降,產(chǎn)生了一個大約負80V的電壓,送往速調(diào)管陰極,為速調(diào)管燈絲提供工作電壓。

閘流管在速調(diào)管燈絲電壓產(chǎn)生電路中充當(dāng)一個很重要的角色。閘流管是真空電子管,使用有效期短,可以說是Alenia一次雷達的耗材。為了降低成本,目前各地技保部門購買的是南京廠家產(chǎn)品作為備件。閘流管的好壞是直接影響速調(diào)管燈絲電壓正常與否的一個關(guān)鍵因素。判斷它的質(zhì)量最直接的方法上機測試使用,通過辨別閘流管工作時的聲音或者查看發(fā)射機面板上的并聯(lián)二極管電流表值是否正常進行判斷。影響二極管電流值當(dāng)然還有其它方面因素,但閘流管質(zhì)量問題比較常見,一般更換后故障可以消除。

前面提到當(dāng)PFN充電至正常值時,通過充電控制脈沖觸發(fā)可控硅來結(jié)束充電。所以通過控制此充電脈沖觸發(fā)的時間,對充電電壓進行調(diào)整。通過調(diào)整高壓機柜中的可控硅電位調(diào)整器(高速盒上的Ｒ６６電位器)對充電電壓進行控制,再通過充電電壓調(diào)整速調(diào)管燈絲電壓改變陰極電子注的參數(shù),達到改變功率的目的。但Ｒ６６的可調(diào)范圍有限,不能通過Ｒ６６進行大幅度功率調(diào)整。

2.4 功率放大器件——速調(diào)管

Alenia雷達所用的速調(diào)管是直射式６腔速調(diào)管。速調(diào)管是利用電子的渡越效應(yīng)達到功率放大目的。諧振腔使信號在某一固定頻率諧振,具有濾波作用。電子注在多腔管中不斷加速達到諧振狀態(tài),最后輸出所需的射頻信號。電子注在穿越腔體管過程中,對電場進行感應(yīng),電場反過來作用于電子注,使電子注的功率不斷增大,最終達到1.2Ｍw的峰值功率送往天線。對速調(diào)管唯一的操作是調(diào)整其諧振腔的諧振頻率,而且6個腔的諧振頻率必須一致,才能使功率達到最大值。速調(diào)管器件使用一段時間后必須考慮重新調(diào)整諧振腔。鑒于一次雷達是靠反射波來檢測目標(biāo)的,波形的好壞會影響一次目標(biāo)的檢測,所以在考慮功率取得最大時,也必須注意輸出射頻信號的波形。

3結(jié)語

以上對Alenia一次雷達低功率告警做出分析,為排除故障提供參考。該故障的告警碼只提示發(fā)射功率偏低,并不像其它告警碼能對故障板件進行定位。因此要求維護人員具備豐富的維修經(jīng)驗,逐級判斷故障的關(guān)鍵所在,再進行解決。

參考文獻

[1] 蘇志剛.雷達信號處理[D].中國民航大學(xué)電子信息學(xué)院.

[2] ALENIA.SIR—M單脈沖二次雷達數(shù)據(jù)處理和—顯示終端改造[J].空中交通管理,2009(7).

[3] ATC—33K一次雷達技術(shù)手冊[S].民航總局雷達導(dǎo)航處(委托東北航管中心翻譯).

[4] 中國民航通信導(dǎo)航設(shè)備運行、維護規(guī)程(節(jié)選)[S].民航總局空管局[1998]20號.