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【摘 要】多普勒天气雷达发射机是雷达系统的重要组成部分,其性能和品质直接影响或决定着雷达整机的性能和品质。发射机担负着大功率射频信号的放大任务,主要包括了速调管、灯丝电源、调制器等主要部件,其中包含大量的高功率、高电压、大电流的器件,是多普勒天气雷达故障高发部位。因此,必须经常检测这些参数的最新数值,监控其变化趋势,根据变化趋势及时做有针对性的预防维护,消除发射机潜在的安全隐患,把安全关口前移。本文根据多年来的多普勒天气雷达发射机参数测量实践,归纳了其中主要参数的测量操作方法,力求提炼出适用于不同型号天气雷达的操作方法,作为天气雷达设备维护现场发射机参数测量的一个参考。
【关键词】雷达;发射机;参数;测量
1.引言
多普勒天气雷达发射机是雷达系统的重要组成部分,其性能和品质直接影响或决定着雷达整机的性能和品质。发射机担负着大功率射频信号的放大任务,主要包括了速调管、灯丝电源、调制器等主要部件,其中包含大量的高功率、高电压、大电流的器件,是多普勒天气雷达故障高发部位。通过对发射机参数的分析、对比,即能够从中判断出设备性能参数的变化趋势,也能在设备出现故障时通过具体的参数值的大小、波形的形状从中判断出可能的故障点,为快速排出故障提供参考。相同的参数有不同的测量方法,相同的测量方法更是有多种多样的测量步骤,根据多年的天气雷达参数测量实践,提取发射机的峰值功率及波形、发射高压及电流、灯丝电压及电流等各型多普勒天气雷达共有的性能参数,归纳其测量过程中共性的操作方法,力求为各型多普勒天气雷达的现场参数测量操作提供有益的帮助。
2.测量方法
2.1发射机输出正向峰值功率测量
仪表及测量配件:
峰值功率计及探头、衰减器若干个、测量电缆若干条。
仪表配置:
峰值功率计频率设在被测量雷达的工作频率(如5.625GHz),偏置设置(设备方波导耦合器正向功率输出耦合度+接入的衰减器衰减值+测量电缆在此频率上的衰减值),工作模式为峰值功率测量;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度;
准备工作:
1)开启雷达,使发射机辐射工作30分钟以上;
2)开启仪表,使其预热15分钟以上(或以仪表使用手册为准);
3)对峰值功率计进行归零;
测量步骤:
1)用适当的衰减器连接方波导耦合器正向输出口,衰减器按衰减值大小依次连接,然后连接测量电缆(如有需要),再连接功率计探头,待功率计读数稳定后,记录功率计读数即为此脉冲宽度时的发射正向峰值功率测量值;
2)改变发射脉冲宽度,待功率计读数稳定后,记录功率计读数即为此脉冲宽度时的发射正向峰值功率测量值;
注意事项:
测量前计算好雷达发射正向功率的大小,接入使其与所用峰值功率计探头测量范围相适应的衰减器,防止测量功率超量程烧坏测量仪表及探头。
2.2 发射机输出反向峰值功率测量
仪表及测量配件:
峰值功率计及探头、通过式衰减器若干个、测量电缆若干条。
仪表配置:
峰值功率计频率设在被测量雷达的工作频率(如5.625GHz),偏置设置(设备方波导耦合器反向功率输出耦合度+接入的衰减器衰减值+测量电缆在此频率上的衰减值),工作模式为峰值功率测量;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度;
准备工作:
1)开启雷达,使发射机辐射工作30分钟以上;
2)开启仪表,使其预热15分钟以上(或以仪表使用手册为准);
3)对峰值功率计进行归零;
测量步骤:
1)用适当的衰减器连接方波导耦合器反向输出口,衰减器按衰减值大小依次连接,然后连接测量电缆(如有需要),再连接功率计探头,待功率计读数稳定后,记录功率计读数即为即为此脉冲宽度时的发射反向峰值功率测量值;
2)改变发射脉冲宽度,待功率计读数稳定后,记录功率计读数即为此脉冲宽度时的发射反向峰值功率测量值;
注意事项:
测量前计算好雷达发射可能的最大正向功率大小,接入使其与所用峰值功率计探头测量范围相适应的通过式衰减器,防止测量功率超量程烧坏测量仪表及探头。
2.3 发射机发射波形测量
仪表及测量配件:
示波器、测量电缆若干条、50欧匹配电阻、T型头(BNC)、晶体检波器、接头转换器、通过式衰减器若干个;
仪表配置:
示波器时间刻度设置为500ns/div;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度(如1μs);
准备工作:
1)开启雷达,使发射机开启辐射高压工作30分钟以上;
2)开启仪表,使其预热15分钟以上(或以仪表使用手册为准);
测量步骤:
1)用适当的衰减器连接方波导耦合器正向输出口,衰减器按衰减值大小依次连接,然后连接测量电缆,再连接T型头,接到示波器输入通道上,调整示波器相应通道的幅度设置,使发射波形以适当的幅度显示在示波器屏幕中间,读取并记录发射波形的脉宽、幅度、上升沿、下降沿等参数;
2)改变发射脉冲宽度,适当调整示波器相关设置,使发射波形以适当的幅度显示在示波器屏幕中间,读取并记录发射波形的脉宽、幅度、上升沿、下降沿等参数;
注意事项:
测量前计算好雷达发射可能的最大正向功率大小,接入使其与所用峰值功率计探头测量范围相适应的通过式衰减器,防止测量功率超量程烧坏晶体检波器及示波器。
2.4 速调管灯丝电压测量
仪表及测量配件:
万用表、灯丝探测棒;
仪表配置:
万用表设置在直流电压档;
雷达设置:
雷达完成预热,关闭发射,处于待机状态; 准备工作:
1)开启雷达,使预热15分钟以上;
测量步骤:
1)把灯丝探测棒放置在速调管灯丝对应的测量位置,万用表笔分别接触灯丝测量棒的灯丝测试点,读取相应的速调管灯丝电压测量值;
注意事项:
切忌开启发射机辐射高压,防止由于高压引起电弧放电导致设备及仪表损坏。
2.5 速调管灯丝电流测量
仪表及测量配件:
示波器、带信号输出式钳表;
仪表配置:
示波器时间刻度设置为10μs/div、幅度设置为50mV/div,钳表设置在1:10档;
雷达设置:
雷达完成预热,关闭发射,处于待机状态;
准备工作:
1)开启雷达,使发射机辐射工作30分钟以上;
2)开启示波器,使其预热15分钟以上;
3)开启钳表;
测量步骤:
1)把钳表钳在速调管灯丝电源输出线上,钳表信号输出端连接在示波器输入通道,调整示波器触发及量程设置,使灯丝电流波形与示波器屏幕大小相适应;
2)读取示波器灯丝电流波形的峰峰值,根据钳表对应的比例档,换算出相应的速调管灯丝电流值;
注意事项:
预先选择合适的钳表测量档,防止超量程损坏钳表。
2.6 速调管发射高压测量
仪表及测量配件:
示波器、50欧测量电缆;
仪表配置:
示波器时间刻度设置为1μs/div、幅度设置为1V/div;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度(如1μs);
准备工作:
1)开启雷达,使发射机开启辐射高压工作30分钟以上;
2)开启示波器,使其预热15分钟以上;
测量步骤:
1)关闭雷达发射机辐射高压,把测量电缆连接到对应的速调管发射高压测量口,测量电缆另外一端连接示波器输入通道;
2)开启雷达发射机辐射高压,调整示波器触发及量程设置,使速调管发射高压波形与示波器屏幕大小相适应;
3)读取示波器发射高压脉冲的幅度值,根据高压测量口对应的比例档,换算出相应的速调管发射高压值;
注意事项:
1)预先做好防辐射、防高压安全措施,再开启雷达发射机辐射高压;
2)速调管发射高压脉冲幅度值读数时,注意选取脉冲底部相对较为平缓处的幅度值作为测量值。
2.7 速调管发射电流测量
仪表及测量配件:
示波器、测量电缆、50欧匹配电阻、T型头(BNC);
仪表配置:
示波器时间刻度设置为1μs/div、幅度设置为100mV/div ;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度(如1μs);
准备工作:
1)开启雷达,使发射机开启辐射高压工作30分钟以上;
2)开启示波器,使其预热15分钟以上;
测量步骤:
1)关闭雷达发射机辐射高压,把测量电缆连接到对应的速调管发射电流测量口,测量电缆另外一端连接T型头及50欧匹配电阻,再把T型头连接示波器输入通道;
2)开启雷达发射机辐射高压,调整示波器触发及量程设置,使速调管发射电流波形与示波器屏幕大小相适应;
3)读取示波器灯丝电流波形的脉冲幅度值,根据电流测量口对应的比例档,换算出相应的速调管发射电流值;
注意事项:
1)预先做好防辐射、防高压安全措施,再开启雷达发射机辐射高压;
2)速调管发射电流脉冲幅度值读数时,注意选取脉冲顶部相对较为平缓处的幅度值作为测量值。
3.小结
参数测量在多普勒天气雷达发射机定期维护的一项重要内容,通过参数的测量,来监测雷达发射机性能,通过每次测量参数的对比、分析来判断设备的老化趋势,有针对性对安全系数较低的部件提前做预防性维护,消除发射机潜在的安全隐患,把安全关口前移。
作者简介:
陈纲,1969年—,男,工程师,空管气象设备维护维修。
林光,1977年—,男,高级工程师,空管雷达设备维护维修。
【关键词】雷达;发射机;参数;测量
1.引言
多普勒天气雷达发射机是雷达系统的重要组成部分,其性能和品质直接影响或决定着雷达整机的性能和品质。发射机担负着大功率射频信号的放大任务,主要包括了速调管、灯丝电源、调制器等主要部件,其中包含大量的高功率、高电压、大电流的器件,是多普勒天气雷达故障高发部位。通过对发射机参数的分析、对比,即能够从中判断出设备性能参数的变化趋势,也能在设备出现故障时通过具体的参数值的大小、波形的形状从中判断出可能的故障点,为快速排出故障提供参考。相同的参数有不同的测量方法,相同的测量方法更是有多种多样的测量步骤,根据多年的天气雷达参数测量实践,提取发射机的峰值功率及波形、发射高压及电流、灯丝电压及电流等各型多普勒天气雷达共有的性能参数,归纳其测量过程中共性的操作方法,力求为各型多普勒天气雷达的现场参数测量操作提供有益的帮助。
2.测量方法
2.1发射机输出正向峰值功率测量
仪表及测量配件:
峰值功率计及探头、衰减器若干个、测量电缆若干条。
仪表配置:
峰值功率计频率设在被测量雷达的工作频率(如5.625GHz),偏置设置(设备方波导耦合器正向功率输出耦合度+接入的衰减器衰减值+测量电缆在此频率上的衰减值),工作模式为峰值功率测量;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度;
准备工作:
1)开启雷达,使发射机辐射工作30分钟以上;
2)开启仪表,使其预热15分钟以上(或以仪表使用手册为准);
3)对峰值功率计进行归零;
测量步骤:
1)用适当的衰减器连接方波导耦合器正向输出口,衰减器按衰减值大小依次连接,然后连接测量电缆(如有需要),再连接功率计探头,待功率计读数稳定后,记录功率计读数即为此脉冲宽度时的发射正向峰值功率测量值;
2)改变发射脉冲宽度,待功率计读数稳定后,记录功率计读数即为此脉冲宽度时的发射正向峰值功率测量值;
注意事项:
测量前计算好雷达发射正向功率的大小,接入使其与所用峰值功率计探头测量范围相适应的衰减器,防止测量功率超量程烧坏测量仪表及探头。
2.2 发射机输出反向峰值功率测量
仪表及测量配件:
峰值功率计及探头、通过式衰减器若干个、测量电缆若干条。
仪表配置:
峰值功率计频率设在被测量雷达的工作频率(如5.625GHz),偏置设置(设备方波导耦合器反向功率输出耦合度+接入的衰减器衰减值+测量电缆在此频率上的衰减值),工作模式为峰值功率测量;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度;
准备工作:
1)开启雷达,使发射机辐射工作30分钟以上;
2)开启仪表,使其预热15分钟以上(或以仪表使用手册为准);
3)对峰值功率计进行归零;
测量步骤:
1)用适当的衰减器连接方波导耦合器反向输出口,衰减器按衰减值大小依次连接,然后连接测量电缆(如有需要),再连接功率计探头,待功率计读数稳定后,记录功率计读数即为即为此脉冲宽度时的发射反向峰值功率测量值;
2)改变发射脉冲宽度,待功率计读数稳定后,记录功率计读数即为此脉冲宽度时的发射反向峰值功率测量值;
注意事项:
测量前计算好雷达发射可能的最大正向功率大小,接入使其与所用峰值功率计探头测量范围相适应的通过式衰减器,防止测量功率超量程烧坏测量仪表及探头。
2.3 发射机发射波形测量
仪表及测量配件:
示波器、测量电缆若干条、50欧匹配电阻、T型头(BNC)、晶体检波器、接头转换器、通过式衰减器若干个;
仪表配置:
示波器时间刻度设置为500ns/div;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度(如1μs);
准备工作:
1)开启雷达,使发射机开启辐射高压工作30分钟以上;
2)开启仪表,使其预热15分钟以上(或以仪表使用手册为准);
测量步骤:
1)用适当的衰减器连接方波导耦合器正向输出口,衰减器按衰减值大小依次连接,然后连接测量电缆,再连接T型头,接到示波器输入通道上,调整示波器相应通道的幅度设置,使发射波形以适当的幅度显示在示波器屏幕中间,读取并记录发射波形的脉宽、幅度、上升沿、下降沿等参数;
2)改变发射脉冲宽度,适当调整示波器相关设置,使发射波形以适当的幅度显示在示波器屏幕中间,读取并记录发射波形的脉宽、幅度、上升沿、下降沿等参数;
注意事项:
测量前计算好雷达发射可能的最大正向功率大小,接入使其与所用峰值功率计探头测量范围相适应的通过式衰减器,防止测量功率超量程烧坏晶体检波器及示波器。
2.4 速调管灯丝电压测量
仪表及测量配件:
万用表、灯丝探测棒;
仪表配置:
万用表设置在直流电压档;
雷达设置:
雷达完成预热,关闭发射,处于待机状态; 准备工作:
1)开启雷达,使预热15分钟以上;
测量步骤:
1)把灯丝探测棒放置在速调管灯丝对应的测量位置,万用表笔分别接触灯丝测量棒的灯丝测试点,读取相应的速调管灯丝电压测量值;
注意事项:
切忌开启发射机辐射高压,防止由于高压引起电弧放电导致设备及仪表损坏。
2.5 速调管灯丝电流测量
仪表及测量配件:
示波器、带信号输出式钳表;
仪表配置:
示波器时间刻度设置为10μs/div、幅度设置为50mV/div,钳表设置在1:10档;
雷达设置:
雷达完成预热,关闭发射,处于待机状态;
准备工作:
1)开启雷达,使发射机辐射工作30分钟以上;
2)开启示波器,使其预热15分钟以上;
3)开启钳表;
测量步骤:
1)把钳表钳在速调管灯丝电源输出线上,钳表信号输出端连接在示波器输入通道,调整示波器触发及量程设置,使灯丝电流波形与示波器屏幕大小相适应;
2)读取示波器灯丝电流波形的峰峰值,根据钳表对应的比例档,换算出相应的速调管灯丝电流值;
注意事项:
预先选择合适的钳表测量档,防止超量程损坏钳表。
2.6 速调管发射高压测量
仪表及测量配件:
示波器、50欧测量电缆;
仪表配置:
示波器时间刻度设置为1μs/div、幅度设置为1V/div;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度(如1μs);
准备工作:
1)开启雷达,使发射机开启辐射高压工作30分钟以上;
2)开启示波器,使其预热15分钟以上;
测量步骤:
1)关闭雷达发射机辐射高压,把测量电缆连接到对应的速调管发射高压测量口,测量电缆另外一端连接示波器输入通道;
2)开启雷达发射机辐射高压,调整示波器触发及量程设置,使速调管发射高压波形与示波器屏幕大小相适应;
3)读取示波器发射高压脉冲的幅度值,根据高压测量口对应的比例档,换算出相应的速调管发射高压值;
注意事项:
1)预先做好防辐射、防高压安全措施,再开启雷达发射机辐射高压;
2)速调管发射高压脉冲幅度值读数时,注意选取脉冲底部相对较为平缓处的幅度值作为测量值。
2.7 速调管发射电流测量
仪表及测量配件:
示波器、测量电缆、50欧匹配电阻、T型头(BNC);
仪表配置:
示波器时间刻度设置为1μs/div、幅度设置为100mV/div ;
雷达设置:
设置雷达为单PRF工作,设置某个发射脉冲宽度(如1μs);
准备工作:
1)开启雷达,使发射机开启辐射高压工作30分钟以上;
2)开启示波器,使其预热15分钟以上;
测量步骤:
1)关闭雷达发射机辐射高压,把测量电缆连接到对应的速调管发射电流测量口,测量电缆另外一端连接T型头及50欧匹配电阻,再把T型头连接示波器输入通道;
2)开启雷达发射机辐射高压,调整示波器触发及量程设置,使速调管发射电流波形与示波器屏幕大小相适应;
3)读取示波器灯丝电流波形的脉冲幅度值,根据电流测量口对应的比例档,换算出相应的速调管发射电流值;
注意事项:
1)预先做好防辐射、防高压安全措施,再开启雷达发射机辐射高压;
2)速调管发射电流脉冲幅度值读数时,注意选取脉冲顶部相对较为平缓处的幅度值作为测量值。
3.小结
参数测量在多普勒天气雷达发射机定期维护的一项重要内容,通过参数的测量,来监测雷达发射机性能,通过每次测量参数的对比、分析来判断设备的老化趋势,有针对性对安全系数较低的部件提前做预防性维护,消除发射机潜在的安全隐患,把安全关口前移。
作者简介:
陈纲,1969年—,男,工程师,空管气象设备维护维修。
林光,1977年—,男,高级工程师,空管雷达设备维护维修。