CINRAD/CC雷达固态调制器常见故障及检修分析

钱宝敏（云南省丽江市气象局，云南丽江674100）

CINRAD/CC雷达固态调制器常见故障及检修分析

钱宝敏（云南省丽江市气象局，云南丽江674100）

CINRAD/CC指的是一种全相参脉冲多普勒天气雷达，主要作用是对突发性天气以及灾害性天气进行监测、预警。本文首先对气象雷达系统的组成以及常见分类进行了介绍，然后结合丽江天气雷达固态调制器故障实例进行分析，总结常用故障排查办法，并对CINRAD/CC雷达固态调制器的常见故障进行了详细探究。

CINRAD/CC雷达；雷达固态调制器；检修

1 引言

随着科学技术的发展，气象雷达接收机故障问题明显减少，现如今，雷达故障问题主要集中在发射机部分，而固态调制器是发射机中十分重要的组成部分，因此，对固态调制器故障问题及检修技术进行详细探究至关重要。

2 CINRAD/CC雷达发射系统

CINRAD/CC雷达发射系统结构示意图如图1所示，其是由十个构件所组成的，主要包括固态调制器、磁场电源分机Ⅰ、磁场电源分机Ⅱ、速调管功率放大器、高压电源分机、固态放大器等等。

图1 CINRAD/CC雷达发射系统简化示意图

在系统实际运行过程中，发射配电电路能够将电源合理分配给各个构件。有些分机和设备需要输入大功率，对此，可以在供电线路上设置相应的保护设备。发射监控分机的主要作用是使得本系统能够与全机的其他系统实现信号定时，加强工作状态控制，并收集故障信号。固态调制器能够在放大触发脉冲的控制下，由脉冲变压器向速调管阴极提供调制脉冲。冲旁路器能够与脉冲变压器以及速调管建立联系，从而构成管体电流通路。在充电触发脉冲的控制下，高压电源分机能够为固态调制器提供稳定电源。

3 CINRAD/CC雷达调制器

固态调制器由线性稳压电源、触发驱动电路、变压器、均压电路、可控硅、充电元件、人工线（CPFN；PulseFormNetwork）及反峰保护电路等组成如图2所示。

图2 固态调制器工作原理框图

调制器的充电形式为回扫充电，其工作模式为调制脉冲略宽于射频脉冲的嵌套形式。充电变压器一旦受到充电触发脉冲触发，就会有电流通过，并开始储能，此时V1截止，PFN没有被充电。随着充电电流的不断上升，充电变压器储能越来越多，当达到规定值时，电路断开，V1正偏导通，PFN被充电。当来自发射监控分机的放电触发脉冲到来时，可控硅开关管V2～V7同时导通，PFN放电，在速调管阴极调制脉冲顶部位置，射频输入信号不断放大。调制器放电开关组件是由6个可控硅串联而成的，当高压电源出现2次充电时，PFN的充电电压将达到7000V以上，就电流而言，这时放电开关组件的正常峰值工作电流约为400A。

4 雷达发射机调制器故障诊断方法

4.1 调制器故障测量

在对雷达发射机调制器进行检修过程中，故障诊断至关重要，为了提高故障诊断效率，首先需要提供故障诊断测量的准确性。通过对调制器进行故障诊断测量，能够获得多项测量数据，包括调制器设计参数、监测测量值、调制器维修参数、自动测试系统所得测量数据、调整值、故障性能退化测量数据等等。在实际测量过程中，容易受到多种因素干扰，导致测量数据与实际值出现偏差，包括测量设备灵敏度、频带宽度调整不当、测量设备灵敏度较低等等。通过对故障设备进行连续测量，就能够确定某项故障或者性能问题。

4.2 调制器故障诊断

4.2.1 故障分析

如果发现调制器出现故障问题，则应该送至修理方进行检修，由送修方重现故障问题，避免由于故障问题描述不准确而对故障诊断和分析产生不良影响。在对故障现象进行观测时，如果故障问题具有重现性特征，则说明这一故障问题比较稳定，则比较容易排除和分析。

4.2.2 故障隔离

故障隔离指的是对设备的故障问题进行检查、定位和分析判断，故障隔离是一个过程，在此过程中，需要对故障问题产生原因以及故障范围进行反复分析和定位。在对调制器故障进行检修过程中，需要逐步深入分析故障问题，并进一步缩小故障范围，这样才能准确定位故障发生部位。

4.2.3 检测与调试

在对调制器故障问题进行排查和分析后，即可对故障问题进行检修，检修完成后，还需要通电检查，确保调制器各项应用功能能够恢复正常，并且还需要对其进行性能检测。

5 CINRAD/CC雷达固态调制器常见故障及检修

5.1 可控硅故障

2011年6月17日9：50丽江雷达报真空度、反峰、可控硅、pin开关短路故障，复位不能排除故障，经过排查发现第三枚可控硅击穿损坏，另对其散热的风扇也损坏，更换可控硅和风扇，故障排除。

可控硅是一种软开关构件，是固态调制器中十分重要的组成部分，具有单向导通性能，其通断电压和导通电流受控制极控制。可控硅故障问题主要是当调制器电源不稳定时，会出现掉高压现象，故障发生起初，软件能够复位，但是，如果故障问题发生比较频繁，则软件无法复位。对于可控硅故障，可以采用以下处理办法：①当发射机调制器没有通电时，可以采用万用表，对各个可控硅的正向电阻和反向电阻进行检测，在正常情况下，阻抗值应该在200～300kΩ之间；②对雷达全机通电，并逐渐加高电压，采用示波器对可控硅的驱动波进行检测，在正常情况下，波形幅度应该在15～20V之间；③对可控硅触发信号进行检测，同时对低压电源进行检测，如果电源开始发热，则还需要对驱动电路进行检测。

通常情况下，如果调制器电压稳定性较差，或者脉冲形成网络的充电电压过高，则容易引发可控硅故障问题。CINRAD/ CC雷达固态调制器放电开关组件为固态器件可控硅（SCR），并且由6个型号相同的可控硅串联而成，当电流流过充电变压器时，脉冲形成网络能够对负载进行放电，从而形成调制脉冲，并且加至速调管，速调管阴极调制脉冲顶部平坦位置的射频输入信号不断放大。如果高压电源二次充电，则可控硅电压为7kV，电流为400A，可控硅正反向阻断电压为1400V，6个相同型号的可控硅串联，能够承受8.4kV阻断电压，平均通态电流200A，在窄脉冲、低工作比的情况下应用固态器件可控硅，其能够承受较大电流。因此，在CINRAD/CC雷达固态调制器中应用6个相同型号的可控硅串联安全可靠。如果电源电压稳定性较差，则可控硅可能会瞬间加电，或者突然断电，在这种情况下容易形成尖峰电压，从而对可控硅造成破坏，如图3所示，在这种情况下，需要对可控硅运行参数进行测试，并排查故障范围和故障发生位置。由此可见，为了保障可控硅正常运行，必须保障电源运行稳定性，必须保证良好的散热措施。

5.2 人工线（PFN）过压故障及其它故障

通常情况下，对于人工线过压故障问题，无法通过软件复位，因此，一旦出现故障问题，就需要进行故障排查和检修。导致人工线出现故障问题的主要原因在于在对其进行二次充电时，人工线电压无法及时泄放，对此，可以采用以下检测方法：①对可控硅放电主开关进行检查，判断是否有触发信号；②对调制器负载进行检查，判断是否有开路；③对高压电源进行检查，判断是否有二次充电或者闭环失控问题。

图3 可控硅工作原理图

另外，在固态调制器中，风机故障、充电过荷故障以及反峰过荷故障也较为常见。其中，风机故障一般是由于固态器件可控硅放电开关组件底部2只轴流风机发生了故障问题；充电过荷故障主要是由固态器件可控硅放电开关组件断路或者没有关断所造成的。另外，充电硅堆短路还会造成反峰过荷故障，如果出现反峰过荷故障，则可以对调制器负载进行检查，判断是否出现断路或者打火问题。

6 结语

综上所述，雷达发射机是雷达中的核心构件，脉冲调制器构成十分复杂，在实际应用中，调制器元件容易发生故障问题，常见故障有可控硅故障、人工线过压故障、散热系统故障等等。对于脉冲固态调制器，应该加强日常检查和维护，并结合实际情况选用故障检测以及维修办法，这样才能提高发射机调制器故障排查诊断水平，保障雷达发射机正常运行。

[1]吴仁彪，胡鹏举，卢晓光.机载气象雷达回波信号仿真系统[J].中国民航大学学报，2012，30（2）：1～5.

[2]胡春良，包炳生.新一代多普勒气象雷达与雷电防护设置[J].科技通报，2010，26（6）：926～930.

[3]黄 军，戴广明，田 为，等.几种全固态刚管调制器的对比[J].现代雷达，2010，32（3）：80～83.

TN959.4

A

2095-2066（2016）36-0115-02

2016-12-12

钱宝敏（1975-），男，汉族，云南丽江人，工程师，本科，主要从事cinradicc天气雷达维修维护保障工作。