新一代天氣雷達發(fā)射機設(shè)計參數(shù)理論值分析

劉永亮，胡學英，劉桂林

（1.廣西區(qū)氣象技術(shù)裝備中心，廣西 南寧530022；2.中國氣象局氣象探測中心，北京100081；3.南京恩瑞特實業(yè)有限公司，江蘇 南京211106）

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新一代天氣雷達發(fā)射機設(shè)計參數(shù)理論值分析

劉永亮1，胡學英2，劉桂林3

（1.廣西區(qū)氣象技術(shù)裝備中心，廣西 南寧530022；2.中國氣象局氣象探測中心，北京100081；3.南京恩瑞特實業(yè)有限公司，江蘇 南京211106）

摘要：CINRAD/SA新一代天氣雷達發(fā)射機系統(tǒng)具有高電壓、大電流等特點，對電子元器件的沖擊最大，也是整個雷達系統(tǒng)故障率最高的，其發(fā)射機高壓部分故障的診斷和定位是比較復(fù)雜的，是新一代天氣雷達技術(shù)保障的難點。對CINRAD/SA型新一代多普勒天氣雷達發(fā)射機高壓部分的關(guān)鍵參數(shù)進行理論值分析，從而使雷達技術(shù)保障人員對發(fā)射機電流、電壓、變壓器參數(shù)等有一個全面的了解，進而為排除新一代天氣雷達發(fā)射機故障提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：發(fā)射機；充電變壓器；人工線；脈沖變壓器

CINRAD/SA新一代天氣雷達的發(fā)射機是一部主振式速調(diào)管發(fā)射機。其主要由高頻放大鏈、高壓調(diào)制器、高低壓電源、控制保護信號四大部分組成，主要功能是為雷達提供一個載波受到調(diào)制的大功率射頻信號，經(jīng)饋線由天線輻射出去。發(fā)射機系統(tǒng)具有高電壓、大電流等特點，對電子元器件的沖擊最大，也是整個雷達系統(tǒng)故障率最高的部分，是新一代天氣雷達技術(shù)保障的難點。

在新一代天氣雷達技術(shù)保障中，發(fā)射機故障的維修是一項比較復(fù)雜的工作，不但有集成電路、半導體分立器件檢測維修，還有大功率器件檢測維修，故障處理涉及低壓電路、高壓電路，還有高頻電路、控制保護電路，故障處理起來比較復(fù)雜，發(fā)射機故障的診斷分析和處理一直是新一代天氣雷達技術(shù)保障中的難點。

王志武、潘新民、周紅根、吳少峰等［1-9］從不同方面介紹了新一代天氣雷達發(fā)射機典型故障處理方法以及發(fā)射機調(diào)試技巧，值得雷達技術(shù)保障人員借鑒，為發(fā)射機故障處理積累了許多寶貴的經(jīng)驗。但卻鮮有對發(fā)射機高壓部分的關(guān)鍵性能參數(shù)進行理論值分析的資料，影響了其故障的維修和處理。為此，本文根據(jù)查閱資料、咨詢廠家技術(shù)人員和向高校雷達專家請教取得的資料總結(jié)出發(fā)射機高壓部分的關(guān)鍵性能參數(shù)的計算公式和理論值，旨在為排除發(fā)射機故障提供借鑒作用。

1　發(fā)射機高壓基本電路模型圖

CINRAD/SA型新一代天氣雷達發(fā)射機采用回掃充電技術(shù)，三相380 V交流輸入電壓經(jīng)整流組件3A2整流及電容組件3A9濾波后，轉(zhuǎn)換為約510 V直流電壓，送入充電開關(guān)組件，充電開關(guān)組件3A10接收到充電定時信號后，進入回掃充電周期，通過充電變壓器（異名端接法）隔離升壓后經(jīng)充電二極管組件VD3，給人工線（PFN）充至4600 V左右［10，11］。充電結(jié)束后，人工線電壓達到某一精確的設(shè)定值。

觸發(fā)器3A11收到放電定時信號后，立即送出放電觸發(fā)信號，SCR放電信號在定時器精確作用下通過脈沖變壓器（T2）產(chǎn)生高達750 A左右的SCR放電電流，使得調(diào)制組件3A12中的人工線放電，輸出調(diào)制脈沖。T1為充電變壓器，變比為1：12；T2為脈沖變壓器，變比為1：28；T3為提供可控硅放電觸發(fā)信號的耦合變壓器。發(fā)射機涉及十組可控硅放電信號，圖1為一組發(fā)射機高壓基本電路模型。

圖1　發(fā)射機高壓基本電路模型圖

2　人工線特性阻抗、容量、可控硅放電電流的計算

根據(jù)速調(diào)管參數(shù)：電子注電壓為61.4 kV，電子注電流30 A，則速調(diào)管靜態(tài)阻為

脈沖變壓器升壓比為1:28，由于實際工作時電子注電壓為60 kV左右，輸出功率可達700 kW，工作在61.4 kV以上時，速調(diào)管功率可達至800 kW左右。根據(jù)升壓比計算得出脈沖變壓器初級脈沖電壓為，求得負載與人工線匹配時人工線特性阻抗為考慮到調(diào)制

器負失配工作，人工線阻抗取ρ=2.61×1.1≈3 Ω，窄脈沖時脈沖寬度為1.5 us，調(diào)制器脈寬取2.5 us （50%處計），則人工線電容CPFN可通過公示（2）計算求得

考慮到負失配，人工線上的電壓大致為4 600V左右。可控硅放電電流大致為

實際由于人工線負失配，可控硅電流會超過此電流，達到800 A以上，通過速調(diào)管電子注電壓和脈沖變壓器變壓比，實際上也可以推算出可控硅放電電流。（3）式中認為人工線完全阻抗匹配，由人工線特性阻抗，也可求得人工線電感大小，此處略。

3　充電變壓器參數(shù)的計算

根據(jù)發(fā)射機時序關(guān)系的分配以最高脈沖重復(fù)頻率PRF=1300 Hz計算時間

IGBT充電賦能時間設(shè)計為170 us，人工線充電時間為320 us，等待時間為240 us，開關(guān)管反相恢復(fù)時間為250 us.充電變壓器初級能量為

公示（5）中的為充電初級電感量。充電變壓器向人工線脈沖形成網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換能量［12］為：

公示（6）中的為人工線電容量，U為人工線上的電壓。充電變壓器次級形成的揩振充電電流由最大值降為0（充電變壓器是異名端接法）的時間是電容充電周期為LC諧振周期的，即

公示（7）中的為充電次級電感量，考慮到充電效率（η）后，由以上三式可得出充電變壓器相關(guān)充電初級和次級電感量的參數(shù)為：

充電變壓器變壓比

4　結(jié)束語

發(fā)射機故障主要分為高頻、高壓、電源、控保四個方面，相對而言高壓部分故障率較高，高壓故障主要集中在調(diào)制器和開關(guān)組件上，報警表現(xiàn)為發(fā)射機過壓、過流，調(diào)制器過流，充電回授過流，充電故障等。所以要想達到快速檢修的目的，不但要熟記設(shè)備信號流程，而且要牢記一些關(guān)鍵信號的波形、電壓、電流等參數(shù)的范圍，掌握本文介紹的發(fā)射機高壓部分關(guān)鍵性能參數(shù)的理論計算公式和方法，更容易理解和記住這些參數(shù)，從而能快速的排除故障，大大縮短故障維修時間，更好的發(fā)揮雷達在預(yù)警預(yù)報中的作用。

參考文獻

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［2］潘新民，湯志亞，柴秀梅，等.CINRAD-SA/SB發(fā)射機故障定位方法［J］.氣象與環(huán)境科學，2010，33（3）：83-84.

［3］周紅根，朱敏華，段素蓮，等.CINRAD/SA雷達故障分析［J］.氣象，2005，31（10）：39-42.

［4］陳忠勇.CINRAD/SA充電開關(guān)控制板工作原理及應(yīng)用維護［J］.氣象科技，2013，41（2）：250-253.

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［8］吳少峰，胡東明，黎德波，等.CINRAD/SA雷達開關(guān)組件故障分析處理［J］.氣象科技，2009，37（3）：353-355.

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［11］敖振浪.CINRAD/SA雷達使用維修手冊［M］.北京:中國計量出版社，2008：37-88.

［12］潘新民.新一代天氣雷達（CINRAD/SB）技術(shù)特點和維護、維修方法［M］.北京:氣象出版社，2009：48-154.

The Transmitter Design Parameters Theoretical Analysis of a New Generation of Weather Radar

LIUYong-liang1，HU Xue-ying2，LIU Gui-lin3
（1.Guangxi Meterological Technology and Equipment Center，Nanning Guangxi 530022，China；2.CMA Meteorological Observation Center，Beijing 10081，China；3.Nyt Industrial Co.，Ltd.，Nanjing，Nanjing Jiangsu 211106，China）

Abstract：A new generation of weather radar transmitter system has the characteristics of high voltage and high current.These characteristics would lead to the biggest impact on of electronic components，and the whole radar system with the highest failure rate.In a new generation of weather radar technology security，the transmitter high voltage part of the fault diagnosis and orientation are complex，It is a difficulty to guarantee the new generation weather radar.Transmitter high voltage part of the parameters such as current，voltage，transformer ratio of the theoretical value in all kinds of information is more difficult to access，therefore，in this paper，the key parameter of the transmitter high voltage part based on the CINRAD/SA is analyzed，so that the radar operator could have a comprehensive understanding about transmitter parameters such as current，voltage，transformer.The ultimate aim is providing theory basis for disposing fault in a new generation of weather radar transmitter.

Key words：transmitter；charging transformer；artificial line；pulse transformer

中圖分類號：TN957.3

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）03-0049-02

收稿日期：2015-12-07

作者簡介：劉永亮（1982-），男，吉林榆樹人，本科，工程師，從事雷達技術(shù)保障工作。