脉冲雷达发射机常见故障分析与排除

摘要 随着雷达的广泛应用，其性能也在快速提高，而对脉冲雷达发射机中电子元器件常见故障分析与排除研究较少。作为雷达的核心部件之一，脉冲雷达发射机是雷达性能以及安全使用的关键。文中针对脉冲雷达发射器的工作原理以及电子元件易出现的故障现象和原因进行了分析，并提出了相应的解决措施，为雷达的安全使用提供了依据。
关键词 脉冲雷达；发射机；故障分析；故障排除

    雷达基本由发射机，发射天线，接收机，显示器及接收天线等5个部分组成。辅助设备有数据分析，抗干扰设备，数据输入设备等。雷达的分类也有多种，按安装地点的不同可分为：地面雷达、航空雷达和卫星雷达。根据辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。脉冲雷达发射机作为雷达系统的重要组成之一，文中就其中的电子元器件常出现的故障进行了分析并提出了解决方案。

1 发射机的工作原理
    雷达发射机由脉冲调制器、磁控管振荡器及发射机电源等部分组成。在监控器送来的触发脉冲控制下，预调制器产生一个宽度和幅度一定的预调制脉冲去控制调制器，根据调制器类型的不同，对预调制脉冲宽度和幅度的要求也不同。发射脉冲的宽度和波形由预调制脉冲的宽度和波形决定，同时雷达脉冲的宽度也在这里进行转换，因此对预调制器的要求较为严格，这就是预调制器的功能。而调制器则是在预调制脉冲的作用下产生一个具有相同宽度和幅度的调制脉冲加给磁控管的阴极。磁控管振荡器在调制脉冲的作用下产生一个宽度和幅度与调制脉冲相同的射频脉冲经波导送天线向外辐射，磁控管振荡器实际是一种被调制大功率超高频振荡器。发射机电源为调制器和磁控管等提供所需的各种交直流电源和特高压电源。发射机电源上会安装有指示灯和保险丝，其都会安装在便于拆卸和显眼的位置，以便于检查和提示安全。接收电源会和低压电源安装在一起，提高其他所需的交直流电源。而高压电源部件由变压器、调制器、磁控管振荡器及整流滤波电路组成。高压电源的输入电路中包含多个继电器控制触点，当中频电源要经过收发机总保险丝、雷达高压开关控制的触点、高压自动延时电路控制的触点及门开关控制触点才可送到高压变压器的初级绕组。高压电路自动延时电路的作用就是为了使磁控管有足够的预热时间，为3～5 min。

2 发射机主要质量指标及功能
2．1 发射机主要质量指标
    (1)工作频率、波段雷达首要的工作是频率的确定，要根据用途和实际需要确定频率且一经确定就不可轻易更改，也会成为整个系统的硬件基础。雷达频率可以是一个或多个，频率的选择需要权衡多种因素，例如：物理尺寸、发射功率、天线波瓣宽度和大气衰减等。(2)输出功率雷达发射机中最重要的指标，直接影响雷达威力和抗干扰能力。(3)总效率发射机输出功率与输入功率之比。(4)信号形式即调制方式。
2．2 发射机的功能
    雷达是利用物体反射电磁波的特性来发现目标并确定目标的距离、方位、高度和速度等参数的。因此，雷达工作时要求发射一种特定的大功率无线电信号，发射机在雷达中就起该作用，它为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去。一般分为连续波发射机和脉冲发射机，而脉冲雷达发射机是雷达系统中最重、最昂贵的一部分。

3 脉冲雷达发射机故障及排除方法
    脉冲雷达发射机常见的故障有：欠压、高压流速管无高压输出、灯丝电流过小、输出功率低以及开关电源故障等。
3．1 欠压故障
    阴极调制器故障、阴极调制器工作无电压和定时触发无信号会导致偏压显示器正常工作，但输出功率较小。速调管阴极短路或管子失效；高压电源端有短路现象；偏压电源内部的整流管损坏；调制器的调制管电流过大导致其击穿或漏电等故障。因此，要根据欠压的故障现象对其进行分析和排除。具体保护措施是：可在控制回路中加装低电压保护，即在回路中并联一个低电压继电器的常闭触点，能够保证当故障消除后，电压恢复正常元件快速启动、缩短故障时间、减少经济损失。通常发射机对欠压会进行自动保护，偏压欠压会使速调管过流而损坏，所以必须采取保护措施。
3．2 高压故障
    高压欠压、高压过流和高压打火，是高压故障中的常见现象。由于电压越高，高压打火的故障就越容易发生。当出现问题时应首先检查是否是高压连接线问题；其次是检查闸流管，如闸流管点火不良会造成磁控管振荡不正常；检查人工线电容是否打火，若有则更换电容器。发射机的高压电源从几kV到几十kV。在进行发射机维修和高压测量较为困难。所以在用整机调试时用静电电表进行校准后，对高压指示用的电位器不可随意调动。其中高压欠压在不取板极电流时其高压指示正常。高压过流引起调速管的高压起火，尤其在新管刚使用时，速调管内部的毛刺较多，在高压电场下会产生火花，但该现象用加空高压的办法即可消除。
3．3 灯丝电流小或无电流故障
    灯丝电流小或无可能有两种原因造成：一是灯丝电源整流桥有一路失效；二是灯丝直流馈电线接触不良，接触电阻较大造成压降发热，长时间会烧坏压接端子，从而使灯丝处无电流。第一种问题可用欧姆表检查整流二极管。因为灯丝无电流故障大多是由于速调管安装不到位或开路引起，如果安装不符合要求，导致灯丝中电流的分布不均，长时间使用会损坏管座。
3．4 速调管故障
    由于速调管内部通道多，结构复杂同时各个电子注通道较小，要使单个电子注与阴极栅对准较困难，同时加上阴极电流密度高场强集中，控制极与阴极间的距离小，当遇到高峰值功率时，就会发生打火现象。而速调管是发射机的中心部件之一，也会受其他相关部件的影响，从而导致发射机高压表和磁控电流表无法显示。当出现该现象时应首先检查高压保险丝是否完好。保险丝烧断或接触不良均会导致无高压及磁流指示；如果保险丝正常，再检查自动放电装置是否与调制器彻底断开。然后再检查调压器是否有高压电输出，若输出电压值不正常，则依照调制器与高压电源电路，检查其前几级电路；观察调制器内高压整流硅堆及阻流圈是否被击穿或开路，若有击穿或开路现象，则应更换已经损坏的元件。
3．5 闸流管和磁控管故障
    首先检查当高压关闭后，高压表指针的变化情况，若是缓慢的变为0，则说明发射机内电容放电慢，那么放电电路则不正常，应按以下步骤进行修理：先测量预调器上触发脉冲与导通后的脉冲是否相同，若一样则说明闸流管已坏，需要更换闸流管。如果未触发脉冲，则测量是否有其他来源的触发脉冲。第二步是如果高压关闭后，高压表指针迅速变为0，则说明触发脉冲和回路均正常，可按照下面的步骤进行检查：一要预热，之后测量磁控管两端的灯丝是否有交流电压，如果有电压则检查内电容是否开路。其次，如果测得的磁控管灯丝两端预热电压偏高，则说明磁控管振荡器已坏，进行更换。
3．6 高频打火和输出功率低
    由于天馈线驻波过大，反射功率大引起腔体内部击穿而造成的高频打火。高频打火常见的表现是输出腔体打火。如果高频打火无法得到及时排除将使腔体损坏，大功率环形器烧毁，严重造成雷达发射机停机。输出功率低故障，其中原因较为复杂，可能是由于管体老化或是各级工作电路状态失调等因素造成。当出现该状况时应首先检查各级工作状态是否正常。例如：前级和末级静态工作电压和电流是否符合正常该数值，如果不符合，要立即查明原因并对其进行纠正；其次要检查各级放大器的输出功率和反射功率等是否符合正常数值，若不符合则要查明原因并予以排除；如果各级部件均能正常工作，但输出功率低，此时就应该检查管体是否到期并及时更换发射管。

4 结束语
    详细描述了脉冲雷达发射机的工作原理和内部电子元器件容易出现的故障现象和原因，以及出现故障后相应的解决措施，为发射机的安全运行提供了依据和保障。