海洋气候环境对雷达波导的影响分析

2020-08-14王萌鑫

无线互联科技 2020年10期

王萌鑫，王同

（西安导航技术研究所，陕西西安 710068）

我国幅员辽阔，海岸线长达3.2万公里，其中大陆海岸线1.8万公里，岛屿海岸线1.4万公里。有近300万平方公里的管辖海域，横跨热带、亚热带和温带。共有大、小岛屿5 000多座，安装在海岸线及部分岛屿上的各种雷达不计其数。在雷达初始定型设计时，应充分考虑海洋气候的特征，避免雷达在海洋大气环境中工作时出现各种问题。

1 我国海洋气候特点

我国领土南北跨越纬度近50度，海洋由北向南依次是渤海、黄海、东海、南海。笔者选取具有代表性的3个地点：青岛、舟山、西沙，举例说明北部、东部及南部海域的温度、湿度条件。3个地点的主要单项气象指标如表1所示，3个地点2019年夏季温度指标如表2所示。

表1 青岛、舟山、西沙的年平均温湿度指标

表2 青岛、舟山、西沙2019年夏季温度指标

可以看到，沿海地区及海上岛屿常年空气相对湿度在80%左右，夏季时最高气温均在30 ℃以上[1]。

2 雷达信号发射通道构成

以单脉冲雷达为例，雷达信号发射通道由电源系统、定时器、频率合成器、发射机、发射波导、收发开关、天线等组成，如图1所示。

图1 单脉冲雷达信号发射流程

定时器提供发射机工作所需的触发脉冲信号，频率合成器为发射机提供射频激励信号，发射机将射频激励信号放大后产生大功率的发射信号，由发射波导、收发开关及天线辐射到外部空间。雷达发射通道如果出现故障，将会使雷达出现作用距离降低、抗干扰性能下降等问题[2]。

3 露点温度

露点温度，指在一定的空气压力下，逐渐降低空气的温度，当空气中所含水蒸气达到饱和状态，开始凝结形成水滴时的温度就是该空气在空气压力下的露点温度[3]。当环境温度降至露点温度以下，湿空气中便开始有水滴析出，称为结露。露点温度与环境温度、相对湿度对照关系表如表3所示。

表3 露点温度与环境温度、相对湿度对照

4 岸基雷达的安装方式及结露危害

4.1 安装方式

安装于海岸线或岛屿的雷达一般有两种安装方式，即全室内一体式和分体式。当雷达采取全室内一体式安装方式时，雷达发射波导与发射机、收发开关及天线位于同一温湿度环境下，发射波导内部空气不会处于温度冷热交替状态。当雷达采用分体式安装方式时，雷达发射机和天线分别处于室内和室外，连接发射机和天线的雷达发射波导穿墙而出，整个波导将处于两种温度环境下。雷达分体式安装示意如图2所示。

图2 雷达分体式安装波导示意

分体式安装的雷达，机房内一般会装有空调用于雷达机柜的降温除湿。当室内空调设置为制冷、温度26 ℃时，由于波导一般为金属材料，导热系数较大，波导温度会降到21 ℃左右（实测值）。在夏季室外温度在30 ℃，阳光直射波导时，室外波导温度会达到45 ℃（实测值）左右。室内与室外波导分别处于两个温度条件，发射波导内部空气会产生冷热交替的现象。

沿海城市及岛屿常年空气相对湿度在80%左右，夏季气温在30 ℃以上。通过查询露点温度与环境温度、相对湿度对照表，当室外波导内部温度为30 ℃（非阳光直射），相对湿度为80%时，露点温度为26.17℃，高于室内波导温度21 ℃。当室外波导内部温度为45 ℃（阳光直射），相对湿度为80%时，露点温度为40.73 ℃，远高于室内波导温度21 ℃。以上两种状态下波导内部空气中的水蒸气均处于结露状态，长时间将积累较多的冷凝水在波导内部。

在室外相对湿度为80%时，若要波导内部空气中的水蒸气不结露，露点温度须降到21 ℃（室内波导温度）以下，通过查询露点温度与环境温度、相对湿度对照表可知，此时需要外部波导温度为25 ℃以下。北部及东部海域的冬春两季气象条件可以满足此条件，但在南部海域全年很难满足25 ℃以下的温度条件。在南部海域采用分体式安装方式的雷达，发射波导将常年处于内部结露的状态。

4.2 波导内部结露的危害

在波导内部空气冷热交替的过程中，空气中的水蒸气不断析出在波导内部，波导经过长时间的放置后，内部冷凝水将积累较多，严重影响电磁波在波导内部的传导。雷达发射机大功率发射信号无法由天线辐射到外部空间，使得雷达作用距离降低，无法正常搜索或跟踪目标。同时，由于沿海地区空气中盐雾较大，波导内部冷凝水与盐雾混合后将在波导内部金属上形成电解质溶液，导致波导内部金属腐蚀，可能引发打火等问题。冷凝水积累到一定程度后，可能倒灌进入雷达发射机，引起发射机内部精密电子器件的故障。