多普勒氣象雷達發射系統的故障及處理措施

李勇

摘 要：多譜勒氣象雷達發射系統主要是由雷達系統構成的，和其它的單元相比，由于雷達發射系統長期工作在高電壓、大功率、高電流的環境下，會有比較高的故障率。基于此，文章對多普勒氣象雷達發射系統的故障及處理措施進行探討。

關鍵詞：多普勒；氣象雷達；發射系統故障；處理措施

多普勒氣象雷達不僅可以探測對氣象降水回波進行探測，而且可以以多普勒效益為基礎，對回波信號和發生信號之間頻率的差異性進行測定，降低水離子群的運動速度和速度譜寬，得出雷達電磁波束可以照出的有效體積，反演出在特殊環境下風氣場的湍流狀態和垂直速度分布情況。可以對危險天氣進行警戒，制作短時間的天氣預報，有效保證了民航飛行的安全性，因此，對多普勒氣象雷達發生系統的故障進行分析，對具體的處理措施進行探討具有重要意義。

1 氣象雷達基本構造和工作原理

1.1 結構組成

氣象雷達又叫做ADWR雷達，主要由天線饋先分系統、數據處理系統、顯示分系統、監控分系統、伺服分系統、接收信號系統、電源分系統等組成。在工作的過程中，ADWR雷達除了進行電磁波的發射外，還會對氣象目標散發的電磁波進行接收，進而發現氣象目標，并且可以測出空中氣象目標的具體方位和仰角大小。在對兩個信號相位的關系進行確定時，會發射相應的相位信號[1]。多普勒氣象雷達使用主振放大式系統作為發射系統，使用脈沖調制器控制對射頻率，以連續波信號為基礎信號組成頻射脈沖。處于重復周期中的前后脈沖所發射的脈沖頻率的相位關系是確定的，此外，相參性本振電壓、定時器出發脈沖、雷達系統的發射信號、相參共振電壓都是由一個基準信號提供，這些信號都相互保持著已經確定的相位相參數性，所以，多普勒氣象雷達系統是真正的全相參雷達系統。

1.2 基本工作原理

在多普勒氣象雷達工作過程中，發射配電電路會在系統的各個分機、組件以及冷卻設備中對三相380V電源進行分配，并為其提供380V三相電源。全機其它分系統和本分系統的的信號由發射監控分機負責，并對各個分機系統的故障信號進行收集，完成系統的狀態監測。固態放大器在收到0.5w的射頻激勵信號后，會立即將信號放大到和調管激勵要求的電平功率，然后將信號發送到調管的輸入腔。通過放電觸發脈沖的控制，調制脈沖會使用脈沖變壓器將調制脈沖發送到調速管的陰極。調速管作為功率的放大器，在調制陰極脈沖的過程中，會對輸入射頻信號進行充分放大，然后輸出250kw的發射脈沖，在充電觸發脈沖的控制下，高壓電源會為固態調制器的儲能組件提供足夠的電量。

為了保證速調管工作時電子注散焦，速調管的兩組聚焦線圈的電流由磁場電源Ⅰ和Ⅱ為提供。速調管提供燈絲電源、鈦泵電源由燈絲電源分機、鈦泵電源分機分別提供，確保調速管中的真空度處于一個較高的水平。

2 常見的一些發射系故障以及處理故障的方法

2.1 可控硅風機故障

導致可控硅風機產生故障主要有兩方面的因素：一個是因為可控硅供電的+24V電壓損壞；二是可控硅風機運轉異常。

檢修故障方法：冷卻發動機后，使用萬能表對可控硅的供電電源進行檢測，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燒壞，需要使用一個新的電源進行更換。如果供電電源有電流輸出，但是風機的轉動不正常，那么可能是風機已損壞，需要換一個新的風機。

2.2 查看發射脈沖包絡是否存在變窄的情況

發射脈沖包檢波出現明顯變窄的故障的檢查步驟：（1）利用示波器對固態放大器的輸出脈沖寬度進行檢查；（2）利用示波器對激勵輸出脈沖寬度進行接收和檢查；（3）對測試速調管調制脈沖和電流測試環之間的激勵信號的時序關系進行檢測。

2.3 常見的燈絲電源故障

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

排除故障的步驟：（1）關閉雷達發射機的電源，再使用萬用表測量萬用變壓器四號端子和三號端子的阻值進行測量，如果測量出的阻值超過了4Ω，說明脈沖變壓器和調速管之間的接觸不好，需要把速調管取出，然后對接觸點的高度進行調整；如果測量出的阻值為2～4Ω之間，，那么就可以判斷速調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 發射系統故障維修實例

某民航分局氣象臺的多譜勒天氣雷達為C波段全相參脈沖多普天氣雷達，主要用來對210km范圍中的氣象目標強度進行測量，對降水回波的位置和強度進行探測。對出現的強對流天氣及時進行警戒，分析小尺度天禧系統的有利工具。在長期的使用下，雷達發射系統無法再繼續工作，開機15分鐘后，發射監控分機會提示調制器出現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脈沖的觸發后，會導通V2、V4，電流1從充電變壓器的初級繞組經過，然后繞組的勵磁電感會進行電能的儲存。由于充電變壓器次級繞組兩端的感應電壓由該變壓器初次級繞組的同名端來確定的，這時沒被充電。電路在初級繞組電流升到設定值時會斷開，充電變壓器次級感應電壓會反向，導通充電電元元件V5，脈沖變壓器次級腦卒會對PEN充電，當發射監控分機的放電觸發脈沖滿足要求后，對其進行調整和放大后，脈沖會升到變壓器T1初級，并產生放電脈沖，在電壓脈沖加載到V2-V7可控開關的控制級別時，所有的V2-V7管會導通，PEN也會放電，會在脈沖變壓器次級產生調整脈沖，并將脈沖加速到調管的陰極。

3.2 故障處理措施

從脈沖形成網絡的充放電過程以及PEN過壓故障的提示，初步礦壓斷定導致雷達產生故障主要是由于SCR放電開關組件沒有產生了短路，需要重新檢查可控硅的放電脈沖信號，查看信號是否處于正常狀態，因為發射監控分機是產生放電觸發脈沖的主要來源，因此，要先對放電觸發脈沖進行測量，在發射分機觸發脈沖輸出孔中插入示波器探頭，經測量，放電觸發脈寬和脈沖處于正常狀態，因此，故障的產生和可控硅放電觸發脈沖信號沒有關系。除了以上原因外，如果可控硅開關不能正常工作，也會導致該故障出現。因為放電開關是由六個頻率比較高的可控硅串聯構成，在判斷其是否正常時，可以在沒有給發射機通電的情況下，用數字三用表2MΩ擋來檢測鄰近的兩個散熱器之間的電阻，電阻值處于200KΩ～300KΩ之間時為正常。檢測后發現V3開路，使用相同型號的可控硅進行替換并重新啟動后，雷達恢復正常工作。

4 結束語

總而言之，多普勒氣象雷達發射系統是氣象雷達系統中一個故障率比較高的組成部分，如果出現故障會對雷達的正常運行造成比較大的影響，為了保證雷達持續正常的工作，需要相關人員將發射系統的工作原理、結構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，使用感應方法進行測量。

參考文獻

[1]安徽四創電子股份有限公司.民航機場多普勒天氣雷達[Z].2006（07）：23-24.

[2]賀偉，趙志強.深圳寶安機場天氣雷達故障檢測與分析[J].空中交通管理，2010（4）：33-35.