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的故障現象和原因進行了分析，并提出了相應的解決措施，為雷達的安全使用提供了依據。
關鍵詞 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。輔助設備有數據分析，抗干擾設備，數據輸入設備等。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，預調制器產生一個寬度和幅度一定的預調制脈沖去控制調制器，根據調制器類型的不同，對預調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調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換，因此對預調制器的要求較為嚴格，這就是預調制器的功能。而調制器則是在預調制脈沖的作用下產生一個具有相同寬度和幅度的調制脈沖加給磁控管的陰極。磁控管振蕩器在調制脈沖的作用下產生一個寬度和幅度與調制脈沖相同的射頻脈沖經波導送天線向外輻射，磁控管振蕩器實際是一種被調制大功率超高頻振蕩器。發(fā)射機電源為調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，當中頻電源要經過收發(fā)機總保險絲、雷達高壓開關控制的觸點、高壓自動延時電路控制的觸點及門開關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熱時間，為3～5 min。

2 發(fā)射機主要質量指標及功能
2．1 發(fā)射機主要質量指標
    (1)工作頻率、波段雷達首要的工作是頻率的確定，要根據用途和實際需要確定頻率且一經確定就不可輕易更改，也會成為整個系統(tǒng)的硬件基礎。雷達頻率可以是一個或多個，頻率的選擇需要權衡多種因素，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，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)現目標并確定目標的距離、方位、高度和速度等參數的。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制的大功率射頻信號，經饋線和收發(fā)開關由天線輻射出去。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電源故障等。
3．1 欠壓故障
    陰極調制器故障、陰極調制器工作無電壓和定時觸發(fā)無信號會導致偏壓顯示器正常工作，但輸出功率較小。速調管陰極短路或管子失效；高壓電源端有短路現象；偏壓電源內部的整流管損壞；調制器的調制管電流過大導致其擊穿或漏電等故障。因此，要根據欠壓的故障現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，能夠保證當故障消除后，電壓恢復正常元件快速啟動、縮短故障時間、減少經濟損失。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象。由于電壓越高，高壓打火的故障就越容易發(fā)生。當出現問題時應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。所以在用整機調試時用靜電電表進行校準后，對高壓指示用的電位器不可隨意調動。其中高壓欠壓在不取板極電流時其高壓指示正常。高壓過流引起調速管的高壓起火，尤其在新管剛使用時，速調管內部的毛刺較多，在高壓電場下會產生火花，但該現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管安裝不到位或開路引起，如果安裝不符合要求，導致燈絲中電流的分布不均，長時間使用會損壞管座。
3．4 速調管故障
    由于速調管內部通道多，結構復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，當遇到高峰值功率時，就會發(fā)生打火現象。而速調管是發(fā)射機的中心部件之一，也會受其他相關部件的影響，從而導致發(fā)射機高壓表和磁控電流表無法顯示。當出現該現象時應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制器徹底斷開。然后再檢查調壓器是否有高壓電輸出，若輸出電壓值不正常，則依照調制器與高壓電源電路，檢查其前幾級電路；觀察調制器內高壓整流硅堆及阻流圈是否被擊穿或開路，若有擊穿或開路現象，則應更換已經損壞的元件。
3．5 閘流管和磁控管故障
    首先檢查當高壓關閉后，高壓表指針的變化情況，若是緩慢的變?yōu)?，則說明發(fā)射機內電容放電慢，那么放電電路則不正常，應按以下步驟進行修理：先測量預調器上觸發(fā)脈沖與導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電容是否開路。其次，如果測得的磁控管燈絲兩端預熱電壓偏高，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部擊穿而造成的高頻打火。高頻打火常見的表現是輸出腔體打火。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，其中原因較為復雜，可能是由于管體老化或是各級工作電路狀態(tài)失調等因素造成。當出現該狀況時應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，此時就應該檢查管體是否到期并及時更換發(fā)射管。

4 結束語
    詳細描述了脈沖雷達發(fā)射機的工作原理和內部電子元器件容易出現的故障現象和原因，以及出現故障后相應的解決措施，為發(fā)射機的安全運行提供了依據和保障。