脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)常見故障分析與排除

摘要 隨著雷達(dá)的廣泛應(yīng)用，其性能也在快速提高，而對(duì)脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)中電子元器件常見故障分析與排除研究較少。作為雷達(dá)的核心部件之一，脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)是雷達(dá)性能以及安全使用的關(guān)鍵。文中針對(duì)脈沖雷達(dá)發(fā)射器的工作原理以及電子元件易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施，為雷達(dá)的安全使用提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞 脈沖雷達(dá)；發(fā)射機(jī)；故障分析；故障排除

    雷達(dá)基本由發(fā)射機(jī)，發(fā)射天線，接收機(jī)，顯示器及接收天線等5個(gè)部分組成。輔助設(shè)備有數(shù)據(jù)分析，抗干擾設(shè)備，數(shù)據(jù)輸入設(shè)備等。雷達(dá)的分類也有多種，按安裝地點(diǎn)的不同可分為：地面雷達(dá)、航空雷達(dá)和衛(wèi)星雷達(dá)。根據(jù)輻射種類可分為：脈沖雷達(dá)和連續(xù)波雷達(dá)。脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成之一，文中就其中的電子元器件常出現(xiàn)的故障進(jìn)行了分析并提出了解決方案。

1 發(fā)射機(jī)的工作原理
    雷達(dá)發(fā)射機(jī)由脈沖調(diào)制器、磁控管振蕩器及發(fā)射機(jī)電源等部分組成。在監(jiān)控器送來的觸發(fā)脈沖控制下，預(yù)調(diào)制器產(chǎn)生一個(gè)寬度和幅度一定的預(yù)調(diào)制脈沖去控制調(diào)制器，根據(jù)調(diào)制器類型的不同，對(duì)預(yù)調(diào)制脈沖寬度和幅度的要求也不同。發(fā)射脈沖的寬度和波形由預(yù)調(diào)制脈沖的寬度和波形決定，同時(shí)雷達(dá)脈沖的寬度也在這里進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此對(duì)預(yù)調(diào)制器的要求較為嚴(yán)格，這就是預(yù)調(diào)制器的功能。而調(diào)制器則是在預(yù)調(diào)制脈沖的作用下產(chǎn)生一個(gè)具有相同寬度和幅度的調(diào)制脈沖加給磁控管的陰極。磁控管振蕩器在調(diào)制脈沖的作用下產(chǎn)生一個(gè)寬度和幅度與調(diào)制脈沖相同的射頻脈沖經(jīng)波導(dǎo)送天線向外輻射，磁控管振蕩器實(shí)際是一種被調(diào)制大功率超高頻振蕩器。發(fā)射機(jī)電源為調(diào)制器和磁控管等提供所需的各種交直流電源和特高壓電源。發(fā)射機(jī)電源上會(huì)安裝有指示燈和保險(xiǎn)絲，其都會(huì)安裝在便于拆卸和顯眼的位置，以便于檢查和提示安全。接收電源會(huì)和低壓電源安裝在一起，提高其他所需的交直流電源。而高壓電源部件由變壓器、調(diào)制器、磁控管振蕩器及整流濾波電路組成。高壓電源的輸入電路中包含多個(gè)繼電器控制觸點(diǎn)，當(dāng)中頻電源要經(jīng)過收發(fā)機(jī)總保險(xiǎn)絲、雷達(dá)高壓開關(guān)控制的觸點(diǎn)、高壓自動(dòng)延時(shí)電路控制的觸點(diǎn)及門開關(guān)控制觸點(diǎn)才可送到高壓變壓器的初級(jí)繞組。高壓電路自動(dòng)延時(shí)電路的作用就是為了使磁控管有足夠的預(yù)熱時(shí)間，為3～5 min。

2 發(fā)射機(jī)主要質(zhì)量指標(biāo)及功能
2．1 發(fā)射機(jī)主要質(zhì)量指標(biāo)
    (1)工作頻率、波段雷達(dá)首要的工作是頻率的確定，要根據(jù)用途和實(shí)際需要確定頻率且一經(jīng)確定就不可輕易更改，也會(huì)成為整個(gè)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。雷達(dá)頻率可以是一個(gè)或多個(gè)，頻率的選擇需要權(quán)衡多種因素，例如：物理尺寸、發(fā)射功率、天線波瓣寬度和大氣衰減等。(2)輸出功率雷達(dá)發(fā)射機(jī)中最重要的指標(biāo)，直接影響雷達(dá)威力和抗干擾能力。(3)總效率發(fā)射機(jī)輸出功率與輸入功率之比。(4)信號(hào)形式即調(diào)制方式。
2．2 發(fā)射機(jī)的功能
    雷達(dá)是利用物體反射電磁波的特性來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定目標(biāo)的距離、方位、高度和速度等參數(shù)的。因此，雷達(dá)工作時(shí)要求發(fā)射一種特定的大功率無線電信號(hào)，發(fā)射機(jī)在雷達(dá)中就起該作用，它為雷達(dá)提供一個(gè)載波受到調(diào)制的大功率射頻信號(hào)，經(jīng)饋線和收發(fā)開關(guān)由天線輻射出去。一般分為連續(xù)波發(fā)射機(jī)和脈沖發(fā)射機(jī)，而脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)是雷達(dá)系統(tǒng)中最重、最昂貴的一部分。

3 脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)故障及排除方法
    脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)常見的故障有：欠壓、高壓流速管無高壓輸出、燈絲電流過小、輸出功率低以及開關(guān)電源故障等。
3．1 欠壓故障
    陰極調(diào)制器故障、陰極調(diào)制器工作無電壓和定時(shí)觸發(fā)無信號(hào)會(huì)導(dǎo)致偏壓顯示器正常工作，但輸出功率較小。速調(diào)管陰極短路或管子失效；高壓電源端有短路現(xiàn)象；偏壓電源內(nèi)部的整流管損壞；調(diào)制器的調(diào)制管電流過大導(dǎo)致其擊穿或漏電等故障。因此，要根據(jù)欠壓的故障現(xiàn)象對(duì)其進(jìn)行分析和排除。具體保護(hù)措施是：可在控制回路中加裝低電壓保護(hù)，即在回路中并聯(lián)一個(gè)低電壓繼電器的常閉觸點(diǎn)，能夠保證當(dāng)故障消除后，電壓恢復(fù)正常元件快速啟動(dòng)、縮短故障時(shí)間、減少經(jīng)濟(jì)損失。通常發(fā)射機(jī)對(duì)欠壓會(huì)進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，偏壓欠壓會(huì)使速調(diào)管過流而損壞，所以必須采取保護(hù)措施。
3．2 高壓故障
    高壓欠壓、高壓過流和高壓打火，是高壓故障中的常見現(xiàn)象。由于電壓越高，高壓打火的故障就越容易發(fā)生。當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)應(yīng)首先檢查是否是高壓連接線問題；其次是檢查閘流管，如閘流管點(diǎn)火不良會(huì)造成磁控管振蕩不正常；檢查人工線電容是否打火，若有則更換電容器。發(fā)射機(jī)的高壓電源從幾kV到幾十kV。在進(jìn)行發(fā)射機(jī)維修和高壓測量較為困難。所以在用整機(jī)調(diào)試時(shí)用靜電電表進(jìn)行校準(zhǔn)后，對(duì)高壓指示用的電位器不可隨意調(diào)動(dòng)。其中高壓欠壓在不取板極電流時(shí)其高壓指示正常。高壓過流引起調(diào)速管的高壓起火，尤其在新管剛使用時(shí)，速調(diào)管內(nèi)部的毛刺較多，在高壓電場下會(huì)產(chǎn)生火花，但該現(xiàn)象用加空高壓的辦法即可消除。
3．3 燈絲電流小或無電流故障
    燈絲電流小或無可能有兩種原因造成：一是燈絲電源整流橋有一路失效；二是燈絲直流饋電線接觸不良，接觸電阻較大造成壓降發(fā)熱，長時(shí)間會(huì)燒壞壓接端子，從而使燈絲處無電流。第一種問題可用歐姆表檢查整流二極管。因?yàn)闊艚z無電流故障大多是由于速調(diào)管安裝不到位或開路引起，如果安裝不符合要求，導(dǎo)致燈絲中電流的分布不均，長時(shí)間使用會(huì)損壞管座。
3．4 速調(diào)管故障
    由于速調(diào)管內(nèi)部通道多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜同時(shí)各個(gè)電子注通道較小，要使單個(gè)電子注與陰極柵對(duì)準(zhǔn)較困難，同時(shí)加上陰極電流密度高場強(qiáng)集中，控制極與陰極間的距離小，當(dāng)遇到高峰值功率時(shí)，就會(huì)發(fā)生打火現(xiàn)象。而速調(diào)管是發(fā)射機(jī)的中心部件之一，也會(huì)受其他相關(guān)部件的影響，從而導(dǎo)致發(fā)射機(jī)高壓表和磁控電流表無法顯示。當(dāng)出現(xiàn)該現(xiàn)象時(shí)應(yīng)首先檢查高壓保險(xiǎn)絲是否完好。保險(xiǎn)絲燒斷或接觸不良均會(huì)導(dǎo)致無高壓及磁流指示；如果保險(xiǎn)絲正常，再檢查自動(dòng)放電裝置是否與調(diào)制器徹底斷開。然后再檢查調(diào)壓器是否有高壓電輸出，若輸出電壓值不正常，則依照調(diào)制器與高壓電源電路，檢查其前幾級(jí)電路；觀察調(diào)制器內(nèi)高壓整流硅堆及阻流圈是否被擊穿或開路，若有擊穿或開路現(xiàn)象，則應(yīng)更換已經(jīng)損壞的元件。
3．5 閘流管和磁控管故障
    首先檢查當(dāng)高壓關(guān)閉后，高壓表指針的變化情況，若是緩慢的變?yōu)?，則說明發(fā)射機(jī)內(nèi)電容放電慢，那么放電電路則不正常，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行修理：先測量預(yù)調(diào)器上觸發(fā)脈沖與導(dǎo)通后的脈沖是否相同，若一樣則說明閘流管已壞，需要更換閘流管。如果未觸發(fā)脈沖，則測量是否有其他來源的觸發(fā)脈沖。第二步是如果高壓關(guān)閉后，高壓表指針迅速變?yōu)?，則說明觸發(fā)脈沖和回路均正常，可按照下面的步驟進(jìn)行檢查：一要預(yù)熱，之后測量磁控管兩端的燈絲是否有交流電壓，如果有電壓則檢查內(nèi)電容是否開路。其次，如果測得的磁控管燈絲兩端預(yù)熱電壓偏高，則說明磁控管振蕩器已壞，進(jìn)行更換。
3．6 高頻打火和輸出功率低
    由于天饋線駐波過大，反射功率大引起腔體內(nèi)部擊穿而造成的高頻打火。高頻打火常見的表現(xiàn)是輸出腔體打火。如果高頻打火無法得到及時(shí)排除將使腔體損壞，大功率環(huán)形器燒毀，嚴(yán)重造成雷達(dá)發(fā)射機(jī)停機(jī)。輸出功率低故障，其中原因較為復(fù)雜，可能是由于管體老化或是各級(jí)工作電路狀態(tài)失調(diào)等因素造成。當(dāng)出現(xiàn)該狀況時(shí)應(yīng)首先檢查各級(jí)工作狀態(tài)是否正常。例如：前級(jí)和末級(jí)靜態(tài)工作電壓和電流是否符合正常該數(shù)值，如果不符合，要立即查明原因并對(duì)其進(jìn)行糾正；其次要檢查各級(jí)放大器的輸出功率和反射功率等是否符合正常數(shù)值，若不符合則要查明原因并予以排除；如果各級(jí)部件均能正常工作，但輸出功率低，此時(shí)就應(yīng)該檢查管體是否到期并及時(shí)更換發(fā)射管。

4 結(jié)束語
    詳細(xì)描述了脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)的工作原理和內(nèi)部電子元器件容易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和原因，以及出現(xiàn)故障后相應(yīng)的解決措施，為發(fā)射機(jī)的安全運(yùn)行提供了依據(jù)和保障。