多普勒气象雷达发射系统的故障及处理技术

高丽

（迪庆香格里拉机场 云南迪庆 674400）

多普勒气象雷达发射系统的故障及处理技术

高丽

（迪庆香格里拉机场 云南迪庆 674400）

作为监测和预防天气现象的主要手段之一，多普勒气象雷达获得的广泛的运用。由于气象发射系统长期处于高电压、高电流、大功率的运行环境下，其出现故障的概率相对较高。雷达发射系统故障的发生，就会影响整个雷达系统的正常运作。据此，本文对多普勒气象雷达发射系统的常见故障进行分析，并提出相应的解决处理方法。

多普勒气象雷达；发射系统故障；处理技术

气候现象与人们的生产生活密切相关，提高对暴雨、台风、雾霾等恶劣天气现象的有效监控和预警具有很强的实际应用价值。天气雷达作为气象监测最重要的手段之一，不管是在对日常生活生产的气候预报上，还是对于突发性、灾害性气候现象的监控预警上都发挥了卓有成效的作用。我国幅员辽阔，地域宽广，具有复杂多变的气候条件，大量降水引发的洪水灾害、干旱、环境污染产生的雾霾等天气现象，对人们的生存生活都带来了极大的困扰，有效的监控预警可以为人们的身体健康和生活生产带来很大的便利，气象雷达在我国工农业、军事、科技等各个领域等得到了广泛的应用。

多普勒气象雷达不仅能探测出气象目标的位置分布，还可以探测出其强度大小情况，对气象目标内部质点的运动情况也能得到一个清晰的探测结果。它通过向气象目标发射电磁波，接受被气象目标反射回来的电磁波信号（回波信号），演算出气象回拨中包含的各种数据，如目标距离，运动方向，湍流速度等，依据这些数据对气象目标的各种切变可能进行估算，或者推测湍流的各种变化情况，为准备预报天气提供准确、可靠、有效的数据支撑。

1 多普勒气象雷达发射系统

1.1 组成构件

多普勒雷达发射系统的组成配件有：发射配电电路，发射监控分机，固态调制器（包含脉冲变压器），固态放大器，速调管功率放大器（包含脉冲旁路器），高压电源分机，钛泵电源分机，灯丝电源分机，磁场电源分机Ⅰ，磁场电源分机Ⅱ组成。结构简化示意图如图1。

1.2 多普勒气象雷达的基本工作原理

（1）多普勒气象雷达运行过程中，发射配电电路首先会进行电路配置，将50Hz、三相380v电源在系统的各个分机，各部分组件和冷却设备中进行分配，并且为其提供50Hz单相220V或者380V三相电源[1]；

（2）发射监控分机负责控制雷达发射分系统与全机其它分系统在信号定时、信号同步和工作状态控制方面的联系。同时收集各个分机系统的故障信号，完成对整个系统的状态检测，以便进行后续操作；

（3）固态放大器会对来自于激励源分机的0.5W射频激励信号进行放大，使之满足速调管要求的功率电平，将信号传输到速调管输入腔；

（4）放电触发脉冲控制固态调制器，通过脉冲变压器向速调管的阴极提供调制脉冲；

（5）速调管是功率放大器，调制器提供的调制脉冲在速调管阴极持续的时间限度内，将固态放大器放大后的输入射频激励信号进行有效的功率放大，向外输出大功率电磁波，要求发射的射频脉冲功率必须达到要在250kW以上；

（6）高压电源分机提供固态调制器的储能组件（PFN）充电电源；

（7）钛泵电源分机和灯丝电源分机分别为速调管提供钛泵电源和灯丝电源。此外，钛泵电源还用以维持速调管的真空度；

（8）磁场分机电源Ⅰ和磁场分机电源Ⅱ分别为速调管的两组聚焦线圈提供电流，形成强力径向聚焦磁场，保证电子注在速调管工作时不会散焦。

图1 气象雷达发射系统示意图

2 气象雷达发射系统常见故障及故障处理方法

2.1 发射脉冲包检波明显变窄故障分析检测

出现发射脉冲包检波明显变窄，那么问题可能出现在三个方面：①通过示波器检查固态放大器的输出脉冲宽度；②使用示波器接收激励输出脉冲，对其宽度进行检查；③检测电流测试环和脉冲测试速调管调制脉冲之间的激励信号的时序关系[2]。

2.2 常见灯丝电源故障分析检测

灯丝电源出现故障的原因通常有两个方面：①电源损坏无法输出电流；②灯丝电源负载开路或者处于断路状态。

故障处理方法：①将雷达发射机电源关闭，用万用表测量万用变压器三号端子和四号端子的阻值。测量出的阻值超过4Ω，说明脉冲速调管和脉冲变压器之间接触不良。去除速调管，对接触点的高度进行调整，直到测量出的阻值在2～4Ω之间，那么可以判断脉冲变压器和速调管之间的连接没有问题。②将灯丝电源断开，连接XSO3电缆，使用万用表对电缆插头3脚和4四脚进行测量，如果阻值大于4Ω，说明有虚焊的情形存在导致电阻过高，如果阻值显示为2～4Ω之间，就说明电缆之间的连接完好。

2.3 雷达可控硅风机故障

可控硅风机故障一般有两种可能：①为可控硅供电的+24V电压电源损坏；②可控硅风机自身运转故障。

故障处理的方法：在停机以后，使用万能表对可控硅供电电源进行检测，查看供电电源是否输出+24V电压，如果万用表显示没有电压输出，说明线性电源损坏，需要更换新的供电电源；如果供电电源检测显示有电压输出，但是风机仍然不能正常运转，说明很大的可能性是风机损坏，需要更换风机。

3 发射系统故障分析诊断实例

全相参脉冲多普勒天气雷达，发射系统固态调制电路分析检修，故障现象为：正常开机15min，发射监控分机提示调制器出现PFN过压故障。

3.1 故障原因分析

此故障为发射机脉冲形成网络（PFN）过压故障。

ADWR雷达发射系统固态调制器的组成部件：充电元件、触发驱动电路、线性稳压电源、可控硅开关管、均压电路、变压器、、反峰电路等。它采用软性开关可控硅开关作为放电开关控制电路，电感、电容合成人工线形成脉冲网络（PFN），使速调管阴极发射大功率脉冲。

高压电源分机充电变压器的次级线圈绕组为PFN提供充电电源。

PFN的充放电过程为：充电触发脉冲触发后，功率开关软件导通，充电变压器初级线圈绕组有电流通过，对该绕组的励磁电感充能，初、次级绕组的同名端决定了次级绕组的感应电压。这个时候，脉冲形成网络没有被充电。当充电变压器初级线圈绕组电流达到设计预定值，电路断开，次级线圈感应电压反向形成新电路，充电元件被导通，开始对PFN充电。来自发射监控分机的放电触发脉冲，经过整形放大后加到变压器的初级、次级感应产的的放电触发脉冲，电压脉冲加到可控硅开关管的控制极，此时放电电路各元件导通，PFN开始放电，调制脉冲在脉冲变压器次级线圈形成，并加到速调管的阴极。

3.2 故障处理

依据脉冲形成网络过压故障提示和PFN的充放电全过程，可以对故障原因进行初步判断：SCR放电开关组件可能没有关断或者发生短路。对可控硅放电触发脉冲信号是否正常进行重点检查，同时检查串联可控硅是否损坏。

（1）使用示波器对来自发射监控分机的放电触发脉冲进行测量，测量后如果发现放电脉冲的幅度和宽度正常，则可以排除可控硅放电触发脉冲信号故障的可能性；

（2）串联可控硅开关管的损坏，也会造成PFN过压故障的产生，SCR放电开关组件，是串联由六个高频可控硅组成，其中任何一个的损坏都会导致电路故障。判断方法是：关闭发射机电源，使用万用表对每个可控硅的正方向电阻进行测量，或者使用数字三用表直接测量相邻两只散热器之间的电阻，正常值在200～300kΩ之间。

经测量发现，串联可控硅开关中的一个损坏，用同型号可控硅替换之后重新开机，雷达可以正常工作，故障成功排除。

多普勒气象雷达发射系统的故障率由于其各部分元件运行的工作环境条件，故障率较高，而调制器故障又是其中最重要的一类。对故障的排除维修，要求对雷达发射系统的相关构造、工作原理等成竹在胸，才能游刃有余的应对多种突发故障。此外，对于维修的各种安全注意事项也应该做到了如指掌，以保障安全维修。

[1]李勇.多普勒气象雷达发射系统的故障及处理措施[J].科技创新与应用，2014，31：287.

[2]卢小佳.多普勒天气雷达信号处理的研究[D].安徽大学，2014.

TN959.4

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1004-7344（2016）04-0284-02

2016-1-20

高 丽（1985-），女，云南人，助理工程师，本科，研究方向为多普勒气象雷达。