新一代天气雷达发射机设计参数理论值分析

刘永亮，胡学英，刘桂林

（1.广西区气象技术装备中心，广西 南宁530022；2.中国气象局气象探测中心，北京100081；3.南京恩瑞特实业有限公司，江苏 南京211106）



新一代天气雷达发射机设计参数理论值分析

刘永亮1，胡学英2，刘桂林3

（1.广西区气象技术装备中心，广西 南宁530022；2.中国气象局气象探测中心，北京100081；3.南京恩瑞特实业有限公司，江苏 南京211106）

摘要：CINRAD/SA新一代天气雷达发射机系统具有高电压、大电流等特点，对电子元器件的冲击最大，也是整个雷达系统故障率最高的，其发射机高压部分故障的诊断和定位是比较复杂的，是新一代天气雷达技术保障的难点。对CINRAD/SA型新一代多普勒天气雷达发射机高压部分的关键参数进行理论值分析，从而使雷达技术保障人员对发射机电流、电压、变压器参数等有一个全面的了解，进而为排除新一代天气雷达发射机故障提供理论依据。

关键词：发射机；充电变压器；人工线；脉冲变压器

CINRAD/SA新一代天气雷达的发射机是一部主振式速调管发射机。其主要由高频放大链、高压调制器、高低压电源、控制保护信号四大部分组成，主要功能是为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线由天线辐射出去。发射机系统具有高电压、大电流等特点，对电子元器件的冲击最大，也是整个雷达系统故障率最高的部分，是新一代天气雷达技术保障的难点。

在新一代天气雷达技术保障中，发射机故障的维修是一项比较复杂的工作，不但有集成电路、半导体分立器件检测维修，还有大功率器件检测维修，故障处理涉及低压电路、高压电路，还有高频电路、控制保护电路，故障处理起来比较复杂，发射机故障的诊断分析和处理一直是新一代天气雷达技术保障中的难点。

王志武、潘新民、周红根、吴少峰等［1-9］从不同方面介绍了新一代天气雷达发射机典型故障处理方法以及发射机调试技巧，值得雷达技术保障人员借鉴，为发射机故障处理积累了许多宝贵的经验。但却鲜有对发射机高压部分的关键性能参数进行理论值分析的资料，影响了其故障的维修和处理。为此，本文根据查阅资料、咨询厂家技术人员和向高校雷达专家请教取得的资料总结出发射机高压部分的关键性能参数的计算公式和理论值，旨在为排除发射机故障提供借鉴作用。

1　发射机高压基本电路模型图

CINRAD/SA型新一代天气雷达发射机采用回扫充电技术，三相380 V交流输入电压经整流组件3A2整流及电容组件3A9滤波后，转换为约510 V直流电压，送入充电开关组件，充电开关组件3A10接收到充电定时信号后，进入回扫充电周期，通过充电变压器（异名端接法）隔离升压后经充电二极管组件VD3，给人工线（PFN）充至4600 V左右［10，11］。充电结束后，人工线电压达到某一精确的设定值。

触发器3A11收到放电定时信号后，立即送出放电触发信号，SCR放电信号在定时器精确作用下通过脉冲变压器（T2）产生高达750 A左右的SCR放电电流，使得调制组件3A12中的人工线放电，输出调制脉冲。T1为充电变压器，变比为1：12；T2为脉冲变压器，变比为1：28；T3为提供可控硅放电触发信号的耦合变压器。发射机涉及十组可控硅放电信号，图1为一组发射机高压基本电路模型。

图1　发射机高压基本电路模型图

2　人工线特性阻抗、容量、可控硅放电电流的计算

根据速调管参数：电子注电压为61.4 kV，电子注电流30 A，则速调管静态阻为

脉冲变压器升压比为1:28，由于实际工作时电子注电压为60 kV左右，输出功率可达700 kW，工作在61.4 kV以上时，速调管功率可达至800 kW左右。根据升压比计算得出脉冲变压器初级脉冲电压为，求得负载与人工线匹配时人工线特性阻抗为考虑到调制

器负失配工作，人工线阻抗取ρ=2.61×1.1≈3 Ω，窄脉冲时脉冲宽度为1.5 us，调制器脉宽取2.5 us （50%处计），则人工线电容CPFN可通过公示（2）计算求得

考虑到负失配，人工线上的电压大致为4 600V左右。可控硅放电电流大致为

实际由于人工线负失配，可控硅电流会超过此电流，达到800 A以上，通过速调管电子注电压和脉冲变压器变压比，实际上也可以推算出可控硅放电电流。（3）式中认为人工线完全阻抗匹配，由人工线特性阻抗，也可求得人工线电感大小，此处略。

3　充电变压器参数的计算

根据发射机时序关系的分配以最高脉冲重复频率PRF=1300 Hz计算时间

IGBT充电赋能时间设计为170 us，人工线充电时间为320 us，等待时间为240 us，开关管反相恢复时间为250 us.充电变压器初级能量为

公示（5）中的为充电初级电感量。充电变压器向人工线脉冲形成网络转换能量［12］为：

公示（6）中的为人工线电容量，U为人工线上的电压。充电变压器次级形成的揩振充电电流由最大值降为0（充电变压器是异名端接法）的时间是电容充电周期为LC谐振周期的，即

公示（7）中的为充电次级电感量，考虑到充电效率（η）后，由以上三式可得出充电变压器相关充电初级和次级电感量的参数为：

充电变压器变压比

4　结束语

发射机故障主要分为高频、高压、电源、控保四个方面，相对而言高压部分故障率较高，高压故障主要集中在调制器和开关组件上，报警表现为发射机过压、过流，调制器过流，充电回授过流，充电故障等。所以要想达到快速检修的目的，不但要熟记设备信号流程，而且要牢记一些关键信号的波形、电压、电流等参数的范围，掌握本文介绍的发射机高压部分关键性能参数的理论计算公式和方法，更容易理解和记住这些参数，从而能快速的排除故障，大大缩短故障维修时间，更好的发挥雷达在预警预报中的作用。

参考文献

［1］王志武，林忠南.早期CINRAD/SB型雷达故障综合分析［J］.气象科技，2012，40（2）：165-169.

［2］潘新民，汤志亚，柴秀梅，等.CINRAD-SA/SB发射机故障定位方法［J］.气象与环境科学，2010，33（3）：83-84.

［3］周红根，朱敏华，段素莲，等.CINRAD/SA雷达故障分析［J］.气象，2005，31（10）：39-42.

［4］陈忠勇.CINRAD/SA充电开关控制板工作原理及应用维护［J］.气象科技，2013，41（2）：250-253.

［5］胡东明，胡胜，刘强.CINRAD/SA雷达调制器真空开关漏气故障的分析处理［J］.气象，2006，32（8）：119-120.

［6］杨传凤，黄秀韶，刁秀广.济南CINRAD/SA雷达发射高压故障诊断［J］.气象，2005，31（1）：88-89.

［7］袁希强，杨传凤，吕庆利，等.CINRAD/SA雷达回扫充电控制电路调试技巧及故障处理［J］.气象科技，2009，37（3）：349-352.

［8］吴少峰，胡东明，黎德波，等.CINRAD/SA雷达开关组件故障分析处理［J］.气象科技，2009，37（3）：353-355.

［9］柴秀梅，李喆，潘新民，等.新一代天气雷达发射机寄生频谱分析与处理方法［J］.高原气象，2011，30（1）：262-266.

［10］柴秀梅.新一代天气雷达故障诊断与处理［M］.北京:气象出版社，2011：74-127.

［11］敖振浪.CINRAD/SA雷达使用维修手册［M］.北京:中国计量出版社，2008：37-88.

［12］潘新民.新一代天气雷达（CINRAD/SB）技术特点和维护、维修方法［M］.北京:气象出版社，2009：48-154.

The Transmitter Design Parameters Theoretical Analysis of a New Generation of Weather Radar

LIUYong-liang1，HU Xue-ying2，LIU Gui-lin3
（1.Guangxi Meterological Technology and Equipment Center，Nanning Guangxi 530022，China；2.CMA Meteorological Observation Center，Beijing 10081，China；3.Nyt Industrial Co.，Ltd.，Nanjing，Nanjing Jiangsu 211106，China）

Abstract：A new generation of weather radar transmitter system has the characteristics of high voltage and high current.These characteristics would lead to the biggest impact on of electronic components，and the whole radar system with the highest failure rate.In a new generation of weather radar technology security，the transmitter high voltage part of the fault diagnosis and orientation are complex，It is a difficulty to guarantee the new generation weather radar.Transmitter high voltage part of the parameters such as current，voltage，transformer ratio of the theoretical value in all kinds of information is more difficult to access，therefore，in this paper，the key parameter of the transmitter high voltage part based on the CINRAD/SA is analyzed，so that the radar operator could have a comprehensive understanding about transmitter parameters such as current，voltage，transformer.The ultimate aim is providing theory basis for disposing fault in a new generation of weather radar transmitter.

Key words：transmitter；charging transformer；artificial line；pulse transformer

中图分类号：TN957.3

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）03-0049-02

收稿日期：2015-12-07

作者简介：刘永亮（1982-），男，吉林榆树人，本科，工程师，从事雷达技术保障工作。