714CDN雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出功率過低的故障分析

姚維華+劉志鵬+于躍+畢明林

摘要：發(fā)射機(jī)是天氣雷達(dá)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件較多，工作電壓高，電流大，是故障的易發(fā)部位。輸出功率過低是發(fā)射機(jī)的常見故障，其原因很多，診斷和維修過程比較復(fù)雜。本文闡述遼寧省朝陽市氣象局新一代天氣雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出功率過低故障的一個檢修實例。

關(guān)鍵詞：發(fā)射機(jī);輸出功率;可控硅

中圖分類號： TN959.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2016.20.043

714CDN雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)為主振放大式發(fā)射機(jī)，其功能是將來自頻綜的射頻脈沖進(jìn)行放大，輸出大功率射頻脈沖信號。系統(tǒng)主要由監(jiān)控分機(jī)、整流分機(jī)、充電控制分機(jī)、燈絲偏磁分機(jī)、功放分機(jī)、脈沖變壓器、速調(diào)管等組成，這些分機(jī)和分機(jī)中的各種元器件的工作狀態(tài)、性能等都對發(fā)射機(jī)輸出功率產(chǎn)生影響。系統(tǒng)設(shè)有報警功能，對大部分故障能準(zhǔn)確定位，但對一些由于器件性能變差而導(dǎo)致的故障，系統(tǒng)則不能給出報警信息。以下就是一例由于可控硅性能變差而導(dǎo)致速調(diào)管輸出功率過低的故障。

1 故障現(xiàn)象

2012年6月28日，遼寧省朝陽市雷達(dá)站714CDN雷達(dá)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)發(fā)射功率過低故障，速調(diào)管輸出功率為100KW左右（正常值為≥250KW），雷達(dá)回波強(qiáng)度減弱，系統(tǒng)無故障報警信息。

2發(fā)射機(jī)工作過程簡述

發(fā)射機(jī)開低壓后，燈絲電源通過脈沖變壓器次級雙繞組降壓變壓器變壓整流，為速調(diào)管燈絲（陰極）提供6.2V的直流電壓，對燈絲進(jìn)行加熱;15分鐘后，準(zhǔn)加燈亮;開高壓工作時，大功率調(diào)制器工作，為速調(diào)管提供所需要的高壓調(diào)制脈沖;接收機(jī)中的頻率綜合器通過功放向速調(diào)管輸出射頻激勵脈沖，速調(diào)管對輸入的射頻脈沖進(jìn)行放大，輸出大功率射頻脈沖信號。

3故障原因分析及檢修過程

3.1發(fā)射機(jī)輸出功率低常見的原因

引起發(fā)射機(jī)輸出功率降低常見的原因有以下幾種：一是燈絲電源為速調(diào)管提供的燈絲電壓過低，速調(diào)管燈絲不能充分加熱，發(fā)射電子能力下降，導(dǎo)致速調(diào)管放大能力下降;二是頻綜通過功放輸出的射頻激勵脈沖功率低于正常值，雖經(jīng)速調(diào)管正常放大，但輸出仍低于正常值;三是充電調(diào)制電路故障，不能為速調(diào)管提供正常的高壓調(diào)制脈沖;四是速調(diào)管本身問題導(dǎo)致的放大能力下降等。

3.2檢修過程

故障發(fā)生后，廠家技術(shù)人員立即前來維修。根據(jù)故障現(xiàn)象重點檢查以下部位：首先在開高壓的狀態(tài)下查看調(diào)制柜的電流表指示，注電流示值為34mA，反峰電流為15mA，均正常，這說明充電控制及調(diào)制電路工作正常;關(guān)高壓，用萬用表檢查燈絲電源為速調(diào)管提供的燈絲電壓（脈沖變壓器7，8腳）示值為6.2V，正常，說明燈絲電源及脈沖變壓器次級雙繞組降壓變壓器變壓和整流工作正常;然后用機(jī)外小功率計檢查功放輸入輸出功率，分別是40mW和0.86W，均為正常值且穩(wěn)定，說明頻綜及功放工作正常;再用萬用表逐個測量可控硅、IGBT等器件，均無明顯異常。以上的檢查結(jié)果都正常，說明進(jìn)入速調(diào)管的能量正常，據(jù)分析可能是速調(diào)管本身的放大性能變差，或是進(jìn)入速調(diào)管的能量沒有得到有效利用。考慮速調(diào)管為近期新更換，工作時間約3000小時，損壞的可能性不大，那么，很可能是進(jìn)入速調(diào)管的能量沒有得到有效利用。為了弄清這個問題，就需要檢查進(jìn)入速調(diào)管的高壓調(diào)制脈沖與射頻脈沖在時序上是否同步。如果兩個脈沖在時間上同步，即射頻脈沖的整個波段全部包含在高壓調(diào)制脈沖的峰值區(qū)域，則該射頻脈沖得到充分放大;如果兩個脈沖在時間上不同步，射頻脈沖只有部分波段包含在高壓調(diào)制脈沖的峰值區(qū)域，則不包含在高壓調(diào)制脈沖峰值區(qū)域內(nèi)的射頻脈沖得不到放大，導(dǎo)致速調(diào)管輸出功率下降。

用示波器查看發(fā)射機(jī)輸出的檢波包絡(luò)，發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)制脈沖與射頻脈沖在時序上錯位，使射頻脈沖只有部分波段處于高壓調(diào)制脈沖的峰值區(qū)域。為什么會出現(xiàn)高壓調(diào)制脈沖與射頻脈沖在時序上錯位這種現(xiàn)象？當(dāng)時懷疑是可控硅出了問題，因為它是調(diào)制開關(guān)，但是用萬用表測量，并沒發(fā)現(xiàn)異常。那怎樣解決這個問題呢？廠家技術(shù)人員解答：714CDN天氣雷達(dá)在電路設(shè)計上考慮到充電調(diào)制電路相關(guān)器件性能參數(shù)的差異對高壓調(diào)制脈沖時序的影響，在信號處理器中設(shè)置一個射頻脈沖的時間參數(shù)mt0（1us狀態(tài)射頻脈沖時序參數(shù)），以便使射頻脈沖較好地與高壓調(diào)制脈沖在時序上同步。調(diào)整這個參數(shù)，會使射頻脈沖在水平方向發(fā)生位移。于是我們將mt0由4調(diào)到3，調(diào)整后射頻脈沖波形全部進(jìn)入高壓調(diào)制脈沖峰值區(qū)域，兩者在時序上同步，速調(diào)管的發(fā)射功率也恢復(fù)正常。

3.3故障原因驗證

2012年7月7日，發(fā)射機(jī)掉高壓，系統(tǒng)報賦能故障。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)6個可控硅中有3個擊穿。更換一組新的可控硅后，用示波器查看檢波包絡(luò)，發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)制脈沖與射頻脈沖時序上錯位，這時我們又將信號處理器中設(shè)置射頻脈沖的時間參數(shù)mt0由3調(diào)回到4，射頻脈沖又與高壓調(diào)制脈沖在時序上同步。重啟高壓，發(fā)射機(jī)輸出功率正常，故障排除。至此，6月28日高壓調(diào)制脈沖與射頻脈沖在時序上錯位的原因找到了，是由可控硅造成的。因為只是更換了一組新的可控硅，高壓調(diào)制脈沖波形又回到了原來的位置，這說明當(dāng)時該組可控硅雖未完全損壞但性能已經(jīng)變差，導(dǎo)致其開關(guān)時間發(fā)生偏差，造成高壓調(diào)制脈沖時序的變化。目前，臺站對可控硅的檢查只是用萬用表測量其是否損壞，對性能變差這種故障尚無簡便有效的檢測手段。

4結(jié)論

發(fā)射機(jī)系統(tǒng)是故障的多發(fā)部位，其中由于元器件損壞引起的故障較易診斷和維修，但如本例這樣的由于元器件性能變差而引起的故障，原因比較隱蔽，診斷和維修的過程更需要細(xì)致和周密，這就要求維修人員對發(fā)射機(jī)的原理和構(gòu)成有深入的了解，對各種元器件的性能參數(shù)有全面的掌握，對診斷維修的順序和流程有合理的安排。另外，應(yīng)及時對檢修過程進(jìn)行整理和總結(jié)，為雷達(dá)維修工作不斷積累經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

[1] 柴秀梅，潘新民，等.新一代天氣雷達(dá)故障診斷與處理[M].北京：氣象出版社，2011，（01）.

[2] 柴秀梅，吳蕾，潘新民，等.氣象雷達(dá)技術(shù)論文集[C].北京：氣象出版社，2011.

作者簡介：姚維華，朝陽市氣象局，工程師，研究方向：新一代天氣雷達(dá)技術(shù)保障工作。