X波段双偏振气象天气雷达故障分析

X波段双偏振多普勒天气雷达故障分析XX摘要：通过X波段双偏振多普勒天气雷达接收机故障的分析，提出相应的故障排除方法。关键词：多普勒双偏振天气雷达、接收机故障、故障排除方法1引言多普勒双偏振天气雷达用来测量一定范围内的气象目标，并根据回波信号来分析目标的强度以及平均径向速度，警戒强对流恶劣天气，从而预测天气。多普勒双偏振天气雷达由天馈分系统、发射分系统、接收分系统、终端处理等分系统组成。系统本身非常复杂，因此可能出现的故障点比较多，维修的难度也比较大。本文给出了接收机故障排除的详细过程，进而为雷达技术人员保障雷达提供一个参考。2工作原理2.1接收机组成及其功能如图1，接收机由接收通道、频率源、激励源、监控单元等组成。接收机的主要功能是为发射分系统提供射频激励信号，同时对回波信号进行两次下变频，得到60MHz中频信号，数字中频接收机先对中频60MHz进行高速采样，采样后的数字信号经数字正交相干检波后得到I/Q信号，送到信号处理分系统。接收分系统中的监控单元对接收分系统进行功率检测、故障采集。频率源模块接收前端一本振二本振接收前端一本振二本振60MHz60MHz低损耗开关限幅回波单刀二掷开关固态噪声源加电控制低损耗开关限幅回波单刀三掷开关固态噪声源加电控制光纤延迟线主波样本上变频一本振二本振限幅放大射频调制开关数控衰减器调制功放DDS时序控制监控单元八选一开关检波器时序控制信号激励功率一本振功率反射功率发射功率300MHzH功率V功率激励功率数字接收机图1接收机原理框图2.2频率源原理频率源综合运用了PLL锁相倍频、直接合成、PDRO等多种成熟技术。同时各路信号耦合一部分，送给监控单元用来检测故障。高稳定度的100MHz晶振信号作为基准源。如图2，晶体振荡器产生高稳定、高纯频谱的100MHz信号送往基准单元，经过倍频、分频和滤波选频等综合处理，产生多种频率的信号源，包括DDS时钟信号（300MHz）、中频数字接收机时钟信号、基准时钟信号以及监控时钟信号（96MHz）和二本振信号。一本振信号的产生过程：晶振100MHz进入PDRO倍频得到8100MHz。二本振信号的产生过程：100MHz经过12次倍频、滤波放大、滤波，最后得到1200MHz。时钟信号的产生过程：100MHz经过分频、滤波得到80MHz信号，再经过6倍频，得到480MHz，最后5分频、滤波得到96MHz数字时钟信号。图2频率源原理框图3、故障分析3.1故障现象雷达接收分系统中的二本振故障灯报警，雷达无回波显示，并且激励信号比较小。3.2故障分析首先根据雷达接收分系统中的二本振故障灯报警，可以初步判断二本振信号可能出现问题，再根据雷达无回波且终端软件显示的激励功率异常，进一步分析频率源中的二本振信号出现故障，导致激励信号较小，发射功率不够，而且接收也无法进行下变频，所以终端看不到地物回波图，我们通过频谱分析仪来检测二本振信号的输出，从而排除接收机的故障。3.2故障处理3.2.1测试仪表功能设置频谱分析仪AgilentE4440A是一种高性能频谱分析仪，其测试频段10KHz～20GHz。频谱分析仪在使用之前，需要对其进行简答的设置，其具体步骤如下：(1)中心频点（frequency）的设置；晶振100MHz五功分器PDLO分频12倍频3倍频功分放大8100MHz一本振8100MHz80MHz4倍频分频96MHz功分放大1200MHz放大300MHz480MHz(2)频宽（Span）的设置；(3)幅度（Amplitude）的设置。设置完成，就可以使用频谱分析仪对频率源的输出信号进行测量。3.2.1接收机功能组件的测量使用频谱分析仪测试二本振信号的输出功率为3.5dBm，其功率低于二本振信号的正常指标（≥10dBm）。为了分析二本振电路何处出现问题，我们首先测试基准信号（100MHz）的输出功率，得到其功率为8.9dBm，判断晶振输出信号正常。然后我们再使用频谱仪开口电缆点电路上的信号，得到过滤波器后第一级-3放大管无输出信号，三用表来检查电路的供电情况是否正常，检查发现-3的放大管，其供电电压为0V，而-3的放大管正常供电电压为3.2V。检查发现是放大管的匹配电路中的电感损坏（如图2所示用红线标示），导致电路断开，使得放大管没有供电，进而导致二本振信号没有输出。更换电感，重新供电，二本振信号功率正常（≥10dBm）。为了进一步排除故障，我们对频率源的其他输出信号进行测试，结果都正常。重新开启雷达整机，雷达正常工作，激励信号正常，有雷达回波显示，雷达故障排除。图3二本振电路实物图4总结X波段双偏振多普勒天气雷达的故障是由于接收机的频率源中电感损坏导致的，使得-3的放大管不能正常工作，从而不能得到混频得到激励信号，最终雷达接收机无法收到回波信号。从这次故障排除过程中。我们了解到，接收机作为整机的一部分，其必然引起整机的不能正常工作。这要求我们在以后的检修中，不要因为某个分机件不能正常工作，就立即对其更换，而是通过对系统的信号流程和相关原理对故障进行排除，从而最终找出故障。只要维护人员不断增强对雷达系统的认识，深入的了解雷达的工作流程，同时要不断的进行总结和交流，那么维护和保养雷达的工作也将不再困难。参考文献[1]李强,刘永亮等.CINRAN/SB雷达接收机个例故障分析[J].广西气象技术装备中心，广西南宁530022[2]…………