多普勒氣象雷達發射系統的故障及處理技術

高麗

（迪慶香格里拉機場 云南迪慶 674400）

多普勒氣象雷達發射系統的故障及處理技術

高麗

（迪慶香格里拉機場 云南迪慶 674400）

作為監測和預防天氣現象的主要手段之一，多普勒氣象雷達獲得的廣泛的運用。由于氣象發射系統長期處于高電壓、高電流、大功率的運行環境下，其出現故障的概率相對較高。雷達發射系統故障的發生，就會影響整個雷達系統的正常運作。據此，本文對多普勒氣象雷達發射系統的常見故障進行分析，并提出相應的解決處理方法。

多普勒氣象雷達；發射系統故障；處理技術

氣候現象與人們的生產生活密切相關，提高對暴雨、臺風、霧霾等惡劣天氣現象的有效監控和預警具有很強的實際應用價值。天氣雷達作為氣象監測最重要的手段之一，不管是在對日常生活生產的氣候預報上，還是對于突發性、災害性氣候現象的監控預警上都發揮了卓有成效的作用。我國幅員遼闊，地域寬廣，具有復雜多變的氣候條件，大量降水引發的洪水災害、干旱、環境污染產生的霧霾等天氣現象，對人們的生存生活都帶來了極大的困擾，有效的監控預警可以為人們的身體健康和生活生產帶來很大的便利，氣象雷達在我國工農業、軍事、科技等各個領域等得到了廣泛的應用。

多普勒氣象雷達不僅能探測出氣象目標的位置分布，還可以探測出其強度大小情況，對氣象目標內部質點的運動情況也能得到一個清晰的探測結果。它通過向氣象目標發射電磁波，接受被氣象目標反射回來的電磁波信號（回波信號），演算出氣象回撥中包含的各種數據，如目標距離，運動方向，湍流速度等，依據這些數據對氣象目標的各種切變可能進行估算，或者推測湍流的各種變化情況，為準備預報天氣提供準確、可靠、有效的數據支撐。

1 多普勒氣象雷達發射系統

1.1 組成構件

多普勒雷達發射系統的組成配件有：發射配電電路，發射監控分機，固態調制器（包含脈沖變壓器），固態放大器，速調管功率放大器（包含脈沖旁路器），高壓電源分機，鈦泵電源分機，燈絲電源分機，磁場電源分機Ⅰ，磁場電源分機Ⅱ組成。結構簡化示意圖如圖1。

1.2 多普勒氣象雷達的基本工作原理

（1）多普勒氣象雷達運行過程中，發射配電電路首先會進行電路配置，將50Hz、三相380v電源在系統的各個分機，各部分組件和冷卻設備中進行分配，并且為其提供50Hz單相220V或者380V三相電源[1]；

（2）發射監控分機負責控制雷達發射分系統與全機其它分系統在信號定時、信號同步和工作狀態控制方面的聯系。同時收集各個分機系統的故障信號，完成對整個系統的狀態檢測，以便進行后續操作；

（3）固態放大器會對來自于激勵源分機的0.5W射頻激勵信號進行放大，使之滿足速調管要求的功率電平，將信號傳輸到速調管輸入腔；

（4）放電觸發脈沖控制固態調制器，通過脈沖變壓器向速調管的陰極提供調制脈沖；

（5）速調管是功率放大器，調制器提供的調制脈沖在速調管陰極持續的時間限度內，將固態放大器放大后的輸入射頻激勵信號進行有效的功率放大，向外輸出大功率電磁波，要求發射的射頻脈沖功率必須達到要在250kW以上；

（6）高壓電源分機提供固態調制器的儲能組件（PFN）充電電源；

（7）鈦泵電源分機和燈絲電源分機分別為速調管提供鈦泵電源和燈絲電源。此外，鈦泵電源還用以維持速調管的真空度；

（8）磁場分機電源Ⅰ和磁場分機電源Ⅱ分別為速調管的兩組聚焦線圈提供電流，形成強力徑向聚焦磁場，保證電子注在速調管工作時不會散焦。

圖1 氣象雷達發射系統示意圖

2 氣象雷達發射系統常見故障及故障處理方法

2.1 發射脈沖包檢波明顯變窄故障分析檢測

出現發射脈沖包檢波明顯變窄，那么問題可能出現在三個方面：①通過示波器檢查固態放大器的輸出脈沖寬度；②使用示波器接收激勵輸出脈沖，對其寬度進行檢查；③檢測電流測試環和脈沖測試速調管調制脈沖之間的激勵信號的時序關系[2]。

2.2 常見燈絲電源故障分析檢測

燈絲電源出現故障的原因通常有兩個方面：①電源損壞無法輸出電流；②燈絲電源負載開路或者處于斷路狀態。

故障處理方法：①將雷達發射機電源關閉，用萬用表測量萬用變壓器三號端子和四號端子的阻值。測量出的阻值超過4Ω，說明脈沖速調管和脈沖變壓器之間接觸不良。去除速調管，對接觸點的高度進行調整，直到測量出的阻值在2～4Ω之間，那么可以判斷脈沖變壓器和速調管之間的連接沒有問題。②將燈絲電源斷開，連接XSO3電纜，使用萬用表對電纜插頭3腳和4四腳進行測量，如果阻值大于4Ω，說明有虛焊的情形存在導致電阻過高，如果阻值顯示為2～4Ω之間，就說明電纜之間的連接完好。

2.3 雷達可控硅風機故障

可控硅風機故障一般有兩種可能：①為可控硅供電的+24V電壓電源損壞；②可控硅風機自身運轉故障。

故障處理的方法：在停機以后，使用萬能表對可控硅供電電源進行檢測，查看供電電源是否輸出+24V電壓，如果萬用表顯示沒有電壓輸出，說明線性電源損壞，需要更換新的供電電源；如果供電電源檢測顯示有電壓輸出，但是風機仍然不能正常運轉，說明很大的可能性是風機損壞，需要更換風機。

3 發射系統故障分析診斷實例

全相參脈沖多普勒天氣雷達，發射系統固態調制電路分析檢修，故障現象為：正常開機15min，發射監控分機提示調制器出現PFN過壓故障。

3.1 故障原因分析

此故障為發射機脈沖形成網絡（PFN）過壓故障。

ADWR雷達發射系統固態調制器的組成部件：充電元件、觸發驅動電路、線性穩壓電源、可控硅開關管、均壓電路、變壓器、、反峰電路等。它采用軟性開關可控硅開關作為放電開關控制電路，電感、電容合成人工線形成脈沖網絡（PFN），使速調管陰極發射大功率脈沖。

高壓電源分機充電變壓器的次級線圈繞組為PFN提供充電電源。

PFN的充放電過程為：充電觸發脈沖觸發后，功率開關軟件導通，充電變壓器初級線圈繞組有電流通過，對該繞組的勵磁電感充能，初、次級繞組的同名端決定了次級繞組的感應電壓。這個時候，脈沖形成網絡沒有被充電。當充電變壓器初級線圈繞組電流達到設計預定值，電路斷開，次級線圈感應電壓反向形成新電路，充電元件被導通，開始對PFN充電。來自發射監控分機的放電觸發脈沖，經過整形放大后加到變壓器的初級、次級感應產的的放電觸發脈沖，電壓脈沖加到可控硅開關管的控制極，此時放電電路各元件導通，PFN開始放電，調制脈沖在脈沖變壓器次級線圈形成，并加到速調管的陰極。

3.2 故障處理

依據脈沖形成網絡過壓故障提示和PFN的充放電全過程，可以對故障原因進行初步判斷：SCR放電開關組件可能沒有關斷或者發生短路。對可控硅放電觸發脈沖信號是否正常進行重點檢查，同時檢查串聯可控硅是否損壞。

（1）使用示波器對來自發射監控分機的放電觸發脈沖進行測量，測量后如果發現放電脈沖的幅度和寬度正常，則可以排除可控硅放電觸發脈沖信號故障的可能性；

（2）串聯可控硅開關管的損壞，也會造成PFN過壓故障的產生，SCR放電開關組件，是串聯由六個高頻可控硅組成，其中任何一個的損壞都會導致電路故障。判斷方法是：關閉發射機電源，使用萬用表對每個可控硅的正方向電阻進行測量，或者使用數字三用表直接測量相鄰兩只散熱器之間的電阻，正常值在200～300kΩ之間。

經測量發現，串聯可控硅開關中的一個損壞，用同型號可控硅替換之后重新開機，雷達可以正常工作，故障成功排除。

多普勒氣象雷達發射系統的故障率由于其各部分元件運行的工作環境條件，故障率較高，而調制器故障又是其中最重要的一類。對故障的排除維修，要求對雷達發射系統的相關構造、工作原理等成竹在胸，才能游刃有余的應對多種突發故障。此外，對于維修的各種安全注意事項也應該做到了如指掌，以保障安全維修。

[1]李勇.多普勒氣象雷達發射系統的故障及處理措施[J].科技創新與應用，2014，31：287.

[2]盧小佳.多普勒天氣雷達信號處理的研究[D].安徽大學，2014.

TN959.4

A

1004-7344（2016）04-0284-02

2016-1-20

高 麗（1985-），女，云南人，助理工程師，本科，研究方向為多普勒氣象雷達。