脉宽可编程气象雷达发射机

唐春雷 郎 杰

（桂林长海发展有限责任公司，广西 桂林 541001）

脉宽可编程气象雷达发射机

唐春雷 郎 杰

（桂林长海发展有限责任公司，广西 桂林 541001）

介绍国内一种脉宽可编程的中频相参多普勒天气雷达磁控管发射机。发射机采用IGBT固态刚性调制技术，采用起始脉冲和截尾脉冲控制IGBT开关组件产生磁控管阴极负高压。与人工线产生阴极高压和脉冲宽度的软性调制相比，发射机省去了人工线，脉宽转换高压继电器及浸泡人工线的油箱。发射机具有体积小、重量轻、可靠性高、维护成本低、发射脉冲宽度可灵活调整等优点。

固态刚性调制；IGBT；磁控管

1 引言

随着气象雷达精细化探测业务的发展，需要多普勒天气雷达采用DPRF、APRF，3/2、4/3、5/4多种重频、脉宽模式对气象目标进行探测。

在现有的磁控管气象雷达发射机中设计方案中，典型的方法是采用人工线、脉宽转换高压继电器及浸泡人工线的油箱进行设计。这种方法是发射机体积比较大，重量比较重。这样磁控管发射机将大大增加设备的功耗、体积和重量，另外磁控管转换脉宽、重频时需先关断高压，再通过控制高压继电器转换人工线来转换脉宽。这样气象雷达采用不同的工作模式（需要不同的重频和脉宽）完成一个体扫扫描需要较长的时间，不利于一个快速变化的气象过程的观测。特别对于体积、重量受限的移动式气象雷达而言，设备的小型化是设计师比较关心的问题。

2 系统组成及工作原理

磁控管发射机主要由磁控管、高压电源、调制器、灯丝电源、故障监测及控制保护电路等组成。

对于磁控管发射机而言，主要是调制器、高压电源，特别是调制器的设计。

考虑到雷达发射机的多重频和脉宽及实时在线切换工作模式。也考虑到作为经典设计中用作开关管的闸流管工作时间寿命较短，雷达大都24小时连续工作，需要经常更换寿命到期的闸流管。为考虑到给用户减轻使用成本。因此调制器采用IGBT固态刚性调制技术，该技术主要是采用起始脉冲和截尾脉冲控制IGBT开关组件产生磁控管阴极负高压。由于采用阴极调制，要求IGBT的开关电流大、速度快。

其组成框图如图1所示：

图1　发射机系统组成框图

2.1高压电源

图 2是高压电源原理框图。逆变器主回路是高压电源的核心。220V/50Hz交流电压经整流滤波后变为约300V的直流电压，逆变器主回路是半桥串联谐振逆变器，在控制电路的控制下，变成约20kHz的高频交流信号，该交流信号经高频高压变压器的升压为20kHz的高压高频交流信号，整流滤波后输出约1kV的直流高压。

图2　高压电源原理框图

整流滤波采样电路采样高压电源的输出直流高压，当输入电网电压或负载变化时，高压电源输出就会发生变化，相应地，送入控制电路的采样电压也会变化，控制电路中比较器比较取样电压与基准电压，所得误差电压经放大后去调节频率控制器的触发频率，该信号经驱动器控制逆变器主回路，主回路开关频率决定了输出电压幅度，达到稳压的目的。控制电路原理框图见图3。

图3　控制电路原理框图

控制电路同时检测高压电源的输出电流，一旦发生故障，出现过流现象，保护电路立即实行故障保护。

2.2脉冲调制器

脉冲调制器的主要功能是产生一个符合磁控管工作的10kV/20A的高压脉冲，对磁控管进行脉冲调制，使磁控管产生高频振荡。

图 4是脉冲调制组合工作原理框图。在控制电路的控制下，1kV高压电源通过大功率IGBT开关管产生一个约1kV的高压脉冲，该高压脉冲经高压脉冲变压器的提升，输出一个约 10kV的高压脉冲。考虑到开关管必须有较高的速度特性、耐压特性，我们选用电流型IGBT组件作为开关管。脉冲变压器则必须有较低的分布电容和漏感。

图4　调制器原理框图

2.3故障监测、控制保护电路

由于发射机磁控管工作在大电流、负高压状态，因此需要对操作者人身安全保护及设备保护。

因此对磁控管的灯丝电流、磁控管电流、磁控管高压、磁控管工作比、高压电流、门开关进行监测，保证磁控管正常工作所需条件不能满足时，切断调制脉冲驱动电路，切断高压。保护设备及设备安全。

3 结论

该发射机主要用于713系列X波段中频参多普勒天气雷达，具有较高的动目标改善因子、较好的波形适应性，具有体积少、重量轻，不用更换工作时间为几百小时寿命的闸流管。雷达具有很高的可靠性、稳定性，大大减轻了用户的维护费用及时间，获得用户的肯定。

Pulse programming weather radar transmitter

Coherent Doppler weather radar medium frequency magnetron transmitter introduces a programmable pulse width. Using IGBT solid state transmitter of rigid modulation technology, adopting the initial pulse and the truncated IGBT pulse control switch components to produce the magnetron cathode negative high voltage. Compared with the soft modulation of cathode of high voltage and pulse width and artificial lines, eliminating the need for manual line transmitter, pulse width conversion high voltage relay and immersion of the artificial line tank. The transmitter has the advantages of small volume, light weight, high reliability, low maintenance cost, emission pulse width can be adjusted flexibly, etc..

Solid rigid modulation; IGBT; magnetron

TN83

A

1008-1151(2015)04-0077-02

2015-03-11

唐春雷（1969-），男，桂林长海发展有限责任公司工程师，从事气象雷达研发。