脈沖雷達發(fā)射機常見故障分析與排除

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

    雷達基本由發(fā)射機，發(fā)射天線，接收機，顯示器及接收天線等5個部分組成。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。雷達的分類也有多種，按安裝地點的不同可分為：地面雷達、航空雷達和衛(wèi)星雷達。根據(jù)輻射種類可分為：脈沖雷達和連續(xù)波雷達。脈沖雷達發(fā)射機作為雷達系統(tǒng)的重要組成之一，文中就其中的電子元器件常出現(xiàn)的故障進行了分析并提出了解決方案。

1 發(fā)射機的工作原理
    雷達發(fā)射機由脈沖調(diào)制器、磁控管振蕩器及發(fā)射機電源等部分組成。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，同時雷達脈沖的寬度也在這里進行轉(zhuǎn)換，因此對預(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，磁控管振蕩器實際是一種被調(diào)制大功率超高頻振蕩器。發(fā)射機電源為調(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)射機電源上會安裝有指示燈和保險絲，其都會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繼電器控制觸點，當(dāng)中頻電源要經(jīng)過收發(fā)機總保險絲、雷達高壓開關(guān)控制的觸點、高壓自動延時電路控制的觸點及門開關(guān)控制觸點才可送到高壓變壓器的初級繞組。高壓電路自動延時電路的作用就是為了使磁控管有足夠的預(yù)熱時間，為3～5 min。

2 發(fā)射機主要質(zhì)量指標(biāo)及功能
2．1 發(fā)射機主要質(zhì)量指標(biāo)
    (1)工作頻率、波段雷達首要的工作是頻率的確定，要根據(jù)用途和實際需要確定頻率且一經(jīng)確定就不可輕易更改，也會成為整個系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。雷達頻率可以是一個或多個，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)輸出功率雷達發(fā)射機中最重要的指標(biāo)，直接影響雷達威力和抗干擾能力。(3)總效率發(fā)射機輸出功率與輸入功率之比。(4)信號形式即調(diào)制方式。
2．2 發(fā)射機的功能
    雷達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，雷達工作時要求發(fā)射一種特定的大功率無線電信號，發(fā)射機在雷達中就起該作用，它為雷達提供一個載波受到調(diào)制的大功率射頻信號，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)射機和脈沖發(fā)射機，而脈沖雷達發(fā)射機是雷達系統(tǒng)中最重、最昂貴的一部分。

3 脈沖雷達發(fā)射機故障及排除方法
    脈沖雷達發(fā)射機常見的故障有：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觸發(fā)無信號會導(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)象對其進行分析和排除。具體保護措施是：可在控制回路中加裝低電壓保護，即在回路中并聯(lián)一個低電壓繼電器的常閉觸點，能夠保證當(dāng)故障消除后，電壓恢復(fù)正常元件快速啟動、縮短故障時間、減少經(jīng)濟損失。通常發(fā)射機對欠壓會進行自動保護，偏壓欠壓會使速調(diào)管過流而損壞，所以必須采取保護措施。
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，如閘流管點火不良會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)射機的高壓電源從幾kV到幾十kV。在進行發(fā)射機維修和高壓測量較為困難。所以在用整機調(diào)試時用靜電電表進行校準(zhǔn)后，對高壓指示用的電位器不可隨意調(diào)動。其中高壓欠壓在不取板極電流時其高壓指示正常。高壓過流引起調(diào)速管的高壓起火，尤其在新管剛使用時，速調(diào)管內(nèi)部的毛刺較多，在高壓電場下會產(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，長時間會燒壞壓接端子，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。因為燈絲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，長時間使用會損壞管座。
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)雜同時各個電子注通道較小，要使單個電子注與陰極柵對準(zhǔn)較困難，同時加上陰極電流密度高場強集中，控制極與陰極間的距離小，當(dāng)遇到高峰值功率時，就會發(fā)生打火現(xiàn)象。而速調(diào)管是發(fā)射機的中心部件之一，也會受其他相關(guān)部件的影響，從而導(dǎo)致發(fā)射機高壓表和磁控電流表無法顯示。當(dāng)出現(xiàn)該現(xiàn)象時應(yīng)首先檢查高壓保險絲是否完好。保險絲燒斷或接觸不良均會導(dǎo)致無高壓及磁流指示；如果保險絲正常，再檢查自動放電裝置是否與調(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排除將使腔體損壞，大功率環(huán)形器燒毀，嚴(yán)重造成雷達發(fā)射機停機。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工作電路狀態(tài)失調(diào)等因素造成。當(dāng)出現(xiàn)該狀況時應(yīng)首先檢查各級工作狀態(tài)是否正常。例如：前級和末級靜態(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其進行糾正；其次要檢查各級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；如果各級部件均能正常工作，但輸出功率低，此時就應(yīng)該檢查管體是否到期并及時更換發(fā)射管。

4 結(jié)束語
    詳細(xì)描述了脈沖雷達發(fā)射機的工作原理和內(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)射機的安全運行提供了依據(jù)和保障。