CINRAD/CC雷達固態調制器常見故障及檢修分析

錢寶敏（云南省麗江市氣象局，云南麗江674100）

CINRAD/CC雷達固態調制器常見故障及檢修分析

錢寶敏（云南省麗江市氣象局，云南麗江674100）

CINRAD/CC指的是一種全相參脈沖多普勒天氣雷達，主要作用是對突發性天氣以及災害性天氣進行監測、預警。本文首先對氣象雷達系統的組成以及常見分類進行了介紹，然后結合麗江天氣雷達固態調制器故障實例進行分析，總結常用故障排查辦法，并對CINRAD/CC雷達固態調制器的常見故障進行了詳細探究。

CINRAD/CC雷達；雷達固態調制器；檢修

1 引言

隨著科學技術的發展，氣象雷達接收機故障問題明顯減少，現如今，雷達故障問題主要集中在發射機部分，而固態調制器是發射機中十分重要的組成部分，因此，對固態調制器故障問題及檢修技術進行詳細探究至關重要。

2 CINRAD/CC雷達發射系統

CINRAD/CC雷達發射系統結構示意圖如圖1所示，其是由十個構件所組成的，主要包括固態調制器、磁場電源分機Ⅰ、磁場電源分機Ⅱ、速調管功率放大器、高壓電源分機、固態放大器等等。

圖1 CINRAD/CC雷達發射系統簡化示意圖

在系統實際運行過程中，發射配電電路能夠將電源合理分配給各個構件。有些分機和設備需要輸入大功率，對此，可以在供電線路上設置相應的保護設備。發射監控分機的主要作用是使得本系統能夠與全機的其他系統實現信號定時，加強工作狀態控制，并收集故障信號。固態調制器能夠在放大觸發脈沖的控制下，由脈沖變壓器向速調管陰極提供調制脈沖。沖旁路器能夠與脈沖變壓器以及速調管建立聯系，從而構成管體電流通路。在充電觸發脈沖的控制下，高壓電源分機能夠為固態調制器提供穩定電源。

3 CINRAD/CC雷達調制器

固態調制器由線性穩壓電源、觸發驅動電路、變壓器、均壓電路、可控硅、充電元件、人工線（CPFN；PulseFormNetwork）及反峰保護電路等組成如圖2所示。

圖2 固態調制器工作原理框圖

調制器的充電形式為回掃充電，其工作模式為調制脈沖略寬于射頻脈沖的嵌套形式。充電變壓器一旦受到充電觸發脈沖觸發，就會有電流通過，并開始儲能，此時V1截止，PFN沒有被充電。隨著充電電流的不斷上升，充電變壓器儲能越來越多，當達到規定值時，電路斷開，V1正偏導通，PFN被充電。當來自發射監控分機的放電觸發脈沖到來時，可控硅開關管V2～V7同時導通，PFN放電，在速調管陰極調制脈沖頂部位置，射頻輸入信號不斷放大。調制器放電開關組件是由6個可控硅串聯而成的，當高壓電源出現2次充電時，PFN的充電電壓將達到7000V以上，就電流而言，這時放電開關組件的正常峰值工作電流約為400A。

4 雷達發射機調制器故障診斷方法

4.1 調制器故障測量

在對雷達發射機調制器進行檢修過程中，故障診斷至關重要，為了提高故障診斷效率，首先需要提供故障診斷測量的準確性。通過對調制器進行故障診斷測量，能夠獲得多項測量數據，包括調制器設計參數、監測測量值、調制器維修參數、自動測試系統所得測量數據、調整值、故障性能退化測量數據等等。在實際測量過程中，容易受到多種因素干擾，導致測量數據與實際值出現偏差，包括測量設備靈敏度、頻帶寬度調整不當、測量設備靈敏度較低等等。通過對故障設備進行連續測量，就能夠確定某項故障或者性能問題。

4.2 調制器故障診斷

4.2.1 故障分析

如果發現調制器出現故障問題，則應該送至修理方進行檢修，由送修方重現故障問題，避免由于故障問題描述不準確而對故障診斷和分析產生不良影響。在對故障現象進行觀測時，如果故障問題具有重現性特征，則說明這一故障問題比較穩定，則比較容易排除和分析。

4.2.2 故障隔離

故障隔離指的是對設備的故障問題進行檢查、定位和分析判斷，故障隔離是一個過程，在此過程中，需要對故障問題產生原因以及故障范圍進行反復分析和定位。在對調制器故障進行檢修過程中，需要逐步深入分析故障問題，并進一步縮小故障范圍，這樣才能準確定位故障發生部位。

4.2.3 檢測與調試

在對調制器故障問題進行排查和分析后，即可對故障問題進行檢修，檢修完成后，還需要通電檢查，確保調制器各項應用功能能夠恢復正常，并且還需要對其進行性能檢測。

5 CINRAD/CC雷達固態調制器常見故障及檢修

5.1 可控硅故障

2011年6月17日9：50麗江雷達報真空度、反峰、可控硅、pin開關短路故障，復位不能排除故障，經過排查發現第三枚可控硅擊穿損壞，另對其散熱的風扇也損壞，更換可控硅和風扇，故障排除。

可控硅是一種軟開關構件，是固態調制器中十分重要的組成部分，具有單向導通性能，其通斷電壓和導通電流受控制極控制。可控硅故障問題主要是當調制器電源不穩定時，會出現掉高壓現象，故障發生起初，軟件能夠復位，但是，如果故障問題發生比較頻繁，則軟件無法復位。對于可控硅故障，可以采用以下處理辦法：①當發射機調制器沒有通電時，可以采用萬用表，對各個可控硅的正向電阻和反向電阻進行檢測，在正常情況下，阻抗值應該在200～300kΩ之間；②對雷達全機通電，并逐漸加高電壓，采用示波器對可控硅的驅動波進行檢測，在正常情況下，波形幅度應該在15～20V之間；③對可控硅觸發信號進行檢測，同時對低壓電源進行檢測，如果電源開始發熱，則還需要對驅動電路進行檢測。

通常情況下，如果調制器電壓穩定性較差，或者脈沖形成網絡的充電電壓過高，則容易引發可控硅故障問題。CINRAD/ CC雷達固態調制器放電開關組件為固態器件可控硅（SCR），并且由6個型號相同的可控硅串聯而成，當電流流過充電變壓器時，脈沖形成網絡能夠對負載進行放電，從而形成調制脈沖，并且加至速調管，速調管陰極調制脈沖頂部平坦位置的射頻輸入信號不斷放大。如果高壓電源二次充電，則可控硅電壓為7kV，電流為400A，可控硅正反向阻斷電壓為1400V，6個相同型號的可控硅串聯，能夠承受8.4kV阻斷電壓，平均通態電流200A，在窄脈沖、低工作比的情況下應用固態器件可控硅，其能夠承受較大電流。因此，在CINRAD/CC雷達固態調制器中應用6個相同型號的可控硅串聯安全可靠。如果電源電壓穩定性較差，則可控硅可能會瞬間加電，或者突然斷電，在這種情況下容易形成尖峰電壓，從而對可控硅造成破壞，如圖3所示，在這種情況下，需要對可控硅運行參數進行測試，并排查故障范圍和故障發生位置。由此可見，為了保障可控硅正常運行，必須保障電源運行穩定性，必須保證良好的散熱措施。

5.2 人工線（PFN）過壓故障及其它故障

通常情況下，對于人工線過壓故障問題，無法通過軟件復位，因此，一旦出現故障問題，就需要進行故障排查和檢修。導致人工線出現故障問題的主要原因在于在對其進行二次充電時，人工線電壓無法及時泄放，對此，可以采用以下檢測方法：①對可控硅放電主開關進行檢查，判斷是否有觸發信號；②對調制器負載進行檢查，判斷是否有開路；③對高壓電源進行檢查，判斷是否有二次充電或者閉環失控問題。

圖3 可控硅工作原理圖

另外，在固態調制器中，風機故障、充電過荷故障以及反峰過荷故障也較為常見。其中，風機故障一般是由于固態器件可控硅放電開關組件底部2只軸流風機發生了故障問題；充電過荷故障主要是由固態器件可控硅放電開關組件斷路或者沒有關斷所造成的。另外，充電硅堆短路還會造成反峰過荷故障，如果出現反峰過荷故障，則可以對調制器負載進行檢查，判斷是否出現斷路或者打火問題。

6 結語

綜上所述，雷達發射機是雷達中的核心構件，脈沖調制器構成十分復雜，在實際應用中，調制器元件容易發生故障問題，常見故障有可控硅故障、人工線過壓故障、散熱系統故障等等。對于脈沖固態調制器，應該加強日常檢查和維護，并結合實際情況選用故障檢測以及維修辦法，這樣才能提高發射機調制器故障排查診斷水平，保障雷達發射機正常運行。

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TN959.4

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2095-2066（2016）36-0115-02

2016-12-12

錢寶敏（1975-），男，漢族，云南麗江人，工程師，本科，主要從事cinradicc天氣雷達維修維護保障工作。