714CDN雷达发射机输出功率过低的故障分析

姚维华+刘志鹏+于跃+毕明林

摘要：发射机是天气雷达的重要组成部分，其结构复杂，元器件较多，工作电压高，电流大，是故障的易发部位。输出功率过低是发射机的常见故障，其原因很多，诊断和维修过程比较复杂。本文阐述辽宁省朝阳市气象局新一代天气雷达发射机输出功率过低故障的一个检修实例。

关键词：发射机;输出功率;可控硅

中图分类号： TN959.4                            文献标识码：  A                       DOI编号：   10.14025/j.cnki.jlny.2016.20.043

714CDN雷达的发射系统为主振放大式发射机，其功能是将来自频综的射频脉冲进行放大，输出大功率射频脉冲信号。系统主要由监控分机、整流分机、充电控制分机、灯丝偏磁分机、功放分机、脉冲变压器、速调管等组成，这些分机和分机中的各种元器件的工作状态、性能等都对发射机输出功率产生影响。系统设有报警功能，对大部分故障能准确定位，但对一些由于器件性能变差而导致的故障，系统则不能给出报警信息。以下就是一例由于可控硅性能变差而导致速调管输出功率过低的故障。

1 故障现象

2012年6月28日，辽宁省朝阳市雷达站714CDN雷达发射机出现发射功率过低故障，速调管输出功率为100KW左右（正常值为≥250KW），雷达回波强度减弱，系统无故障报警信息。

2发射机工作过程简述

发射机开低压后，灯丝电源通过脉冲变压器次级双绕组降压变压器变压整流，为速调管灯丝（阴极）提供6.2V的直流电压，对灯丝进行加热;15分钟后，准加灯亮;开高压工作时，大功率调制器工作，为速调管提供所需要的高压调制脉冲;接收机中的频率综合器通过功放向速调管输出射频激励脉冲，速调管对输入的射频脉冲进行放大，输出大功率射频脉冲信号。

3故障原因分析及检修过程

3.1发射机输出功率低常见的原因

引起发射机输出功率降低常见的原因有以下几种：一是灯丝电源为速调管提供的灯丝电压过低，速调管灯丝不能充分加热，发射电子能力下降，导致速调管放大能力下降;二是频综通过功放输出的射频激励脉冲功率低于正常值，虽经速调管正常放大，但输出仍低于正常值;三是充电调制电路故障，不能为速调管提供正常的高压调制脉冲;四是速调管本身问题导致的放大能力下降等。

3.2检修过程

故障发生后，厂家技术人员立即前来维修。根据故障现象重点检查以下部位：首先在开高压的状态下查看调制柜的电流表指示，注电流示值为34mA，反峰电流为15mA，均正常，这说明充电控制及调制电路工作正常;关高压，用万用表检查灯丝电源为速调管提供的灯丝电压（脉冲变压器7，8脚）示值为6.2V，正常，说明灯丝电源及脉冲变压器次级双绕组降压变压器变压和整流工作正常;然后用机外小功率计检查功放输入输出功率，分别是40mW和0.86W，均为正常值且稳定，说明频综及功放工作正常;再用万用表逐个测量可控硅、IGBT等器件，均无明显异常。以上的检查结果都正常，说明进入速调管的能量正常，据分析可能是速调管本身的放大性能变差，或是进入速调管的能量没有得到有效利用。考虑速调管为近期新更换，工作时间约3000小时，损坏的可能性不大，那么，很可能是进入速调管的能量没有得到有效利用。为了弄清这个问题，就需要检查进入速调管的高压调制脉冲与射频脉冲在时序上是否同步。如果两个脉冲在时间上同步，即射频脉冲的整个波段全部包含在高压调制脉冲的峰值区域，则该射频脉冲得到充分放大;如果两个脉冲在时间上不同步，射频脉冲只有部分波段包含在高压调制脉冲的峰值区域，则不包含在高压调制脉冲峰值区域内的射频脉冲得不到放大，导致速调管输出功率下降。

用示波器查看发射机输出的检波包络，发现高压调制脉冲与射频脉冲在时序上错位，使射频脉冲只有部分波段处于高压调制脉冲的峰值区域。为什么会出现高压调制脉冲与射频脉冲在时序上错位这种现象？当时怀疑是可控硅出了问题，因为它是调制开关，但是用万用表测量，并没发现异常。那怎样解决这个问题呢？厂家技术人员解答：714CDN天气雷达在电路设计上考虑到充电调制电路相关器件性能参数的差异对高压调制脉冲时序的影响，在信号处理器中设置一个射频脉冲的时间参数mt0（1us状态射频脉冲时序参数），以便使射频脉冲较好地与高压调制脉冲在时序上同步。调整这个参数，会使射频脉冲在水平方向发生位移。于是我们将mt0由4调到3，调整后射频脉冲波形全部进入高压调制脉冲峰值区域，两者在时序上同步，速调管的发射功率也恢复正常。

3.3故障原因验证

2012年7月7日，发射机掉高压，系统报赋能故障。现场检查发现6个可控硅中有3个击穿。更换一组新的可控硅后，用示波器查看检波包络，发现高压调制脉冲与射频脉冲时序上错位，这时我们又将信号处理器中设置射频脉冲的时间参数mt0由3调回到4，射频脉冲又与高压调制脉冲在时序上同步。重启高压，发射机输出功率正常，故障排除。至此，6月28日高压调制脉冲与射频脉冲在时序上错位的原因找到了，是由可控硅造成的。因为只是更换了一组新的可控硅，高压调制脉冲波形又回到了原来的位置，这说明当时该组可控硅虽未完全损坏但性能已经变差，导致其开关时间发生偏差，造成高压调制脉冲时序的变化。目前，台站对可控硅的检查只是用万用表测量其是否损坏，对性能变差这种故障尚无简便有效的检测手段。

4结论

发射机系统是故障的多发部位，其中由于元器件损坏引起的故障较易诊断和维修，但如本例这样的由于元器件性能变差而引起的故障，原因比较隐蔽，诊断和维修的过程更需要细致和周密，这就要求维修人员对发射机的原理和构成有深入的了解，对各种元器件的性能参数有全面的掌握，对诊断维修的顺序和流程有合理的安排。另外，应及时对检修过程进行整理和总结，为雷达维修工作不断积累经验。

参考文献

[1] 柴秀梅，潘新民，等.新一代天气雷达故障诊断与处理[M].北京：气象出版社，2011，（01）.

[2] 柴秀梅，吴蕾，潘新民，等.气象雷达技术论文集[C].北京：气象出版社，2011.

作者简介：姚维华，朝阳市气象局，工程师，研究方向：新一代天气雷达技术保障工作。