新一代天氣雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)

新一代天氣雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)

0發(fā)射分系統(tǒng)c喀什新一代氣候雷達(dá)是c段的全相干擾多普勒雷達(dá)。它主要用于對(duì)臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴、冰沙和龍卷等受影響天氣的有效監(jiān)測(cè)和報(bào)警。它是由天線饋線系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、終端系統(tǒng)及電源系統(tǒng)7個(gè)部分組成。新一代天氣雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)是新一代天氣雷達(dá)的核心系統(tǒng),它使用的速調(diào)管又是發(fā)射系統(tǒng)的核心器件,正確認(rèn)識(shí)速調(diào)管的結(jié)構(gòu)、原理尤為重要。發(fā)射分系統(tǒng)的功能是:在速調(diào)管陰極調(diào)制脈沖持續(xù)期間,將接收分系統(tǒng)激勵(lì)源分機(jī)提供的寬度1μs(或2μs)、峰值功率0.5W左右的發(fā)射脈沖激勵(lì)信號(hào)放大成為寬度1μs(或2μs)、峰值功率250kW以上的大功率、全相參、高品質(zhì)的射頻發(fā)射脈沖。發(fā)射分系統(tǒng)充分利用了速調(diào)管大功率、高增益性能。因此速調(diào)管的好壞,直接影響著雷達(dá)發(fā)射功率、雷達(dá)回波的準(zhǔn)確性。速調(diào)管是一種微波電子管,它的功能是將注入其腔體的微波信號(hào)不失真地放大,獲得大功率信號(hào)輸出,在雷達(dá)設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。所以速調(diào)管是新一代天氣雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)中十分重要的部件之一,當(dāng)速調(diào)管的使用壽命到期后,應(yīng)及時(shí)更換新管,否則會(huì)因速調(diào)管工作狀態(tài)的不穩(wěn)定,引起系統(tǒng)內(nèi)其它設(shè)備的損壞。目前我們使用的新一代天氣雷達(dá)(CINRAD/CC型)使用的是KC4085型速調(diào)管。1快速管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和流程1.1電子槍、輸入腔和收集電極的組成新一代天氣雷達(dá)使用的是KC4085型速調(diào)管,其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,主要由電子槍、輸入諧振腔(簡稱輸入腔)、4個(gè)中間諧振腔、輸出諧振腔、5個(gè)漂移管、收集極以及輸入、輸出耦合裝置組成。1.2電子注的形成速調(diào)管是一種電真空器件,電子注應(yīng)在無任何其它物質(zhì)存在的真空中渡越,并發(fā)生預(yù)計(jì)的速度調(diào)制、能量交換等物理效應(yīng)。速調(diào)管的電子槍由陰極、燈絲、聚束極和陽極組成,其中陽極通常為諧振腔的一部分。燈絲通電后發(fā)出熱量,使陰極溫度升高而產(chǎn)生大量電子。陰極周邊聚焦電場(chǎng),從其表面向四周發(fā)出電子,形成電子注,射向收集極。激勵(lì)脈沖經(jīng)過衰減器進(jìn)入速調(diào)管。諧振腔內(nèi)因運(yùn)動(dòng)電子導(dǎo)致振蕩,速調(diào)管內(nèi)腔體中部的隙縫處射頻電壓,形成電場(chǎng)。通過電場(chǎng)對(duì)電子注作速度調(diào)制;電子將能量交給射頻電場(chǎng)。發(fā)射脈沖經(jīng)速調(diào)管放大后,通過輸出腔與軟波導(dǎo)相接,通過天線饋線部分發(fā)射到天空。1.3速度調(diào)制和能量交換過程固態(tài)放大器輸出的C波段射頻激勵(lì)脈沖,寬度為1μs(或2μs)、功率為1～5W(可調(diào)),通過同軸線傳輸,再經(jīng)過速調(diào)管內(nèi)腔陰極使電子槍發(fā)射出電子注。電子注在通過輸入腔的隙縫處時(shí),受到隙縫處射頻電壓建立的射頻電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用,如果射頻電壓正半周時(shí)隙縫處電場(chǎng)矢量方向與電子注運(yùn)動(dòng)方向相反使電子加速的話,那么射頻電壓負(fù)半周時(shí)隙縫處電場(chǎng)矢量方向?qū)⑴c電子注運(yùn)動(dòng)方向相同而使電子減速。因此電子注在輸入腔受到了速度調(diào)制,在飛經(jīng)第一漂移區(qū)時(shí)產(chǎn)生部分群聚作用。電子注飛經(jīng)第一中間腔時(shí),該腔被部分群聚的電子注激勵(lì),腔內(nèi)感應(yīng)射頻電流,并在腔的隙縫處建立起高于輸入腔隙縫處的射頻電壓。中間腔的感應(yīng)電流和隙縫處所建立的射頻電壓,它們的頻率與射頻激勵(lì)脈沖的頻率相同。由于第一中間腔隙縫處電場(chǎng)的作用,已經(jīng)產(chǎn)生部分群聚作用的電子注通過時(shí),受到了更深程度的速度調(diào)制。電子注受到速度調(diào)制的過程,也是它與隙縫處射頻電場(chǎng)進(jìn)行能量交換的過程。在這個(gè)過程中,電子注中的群聚中心電子受到最大減速,與以它為中心群聚的電子,一起將能量交給射頻電場(chǎng),使隙縫處的射頻電場(chǎng)增強(qiáng)、射頻電壓幅度增大。電子注通過第一中間腔后進(jìn)入第二漂移區(qū),又加強(qiáng)了群聚作用,并產(chǎn)生了新的群聚中心電子。于是在下一個(gè)中間腔的隙縫處將建立更高的射頻電壓。這樣,經(jīng)過5個(gè)腔的速度調(diào)制、能量交換,經(jīng)過5個(gè)漂移區(qū)的群聚作用的電子注,最后進(jìn)入輸出諧振腔時(shí),將使輸出腔的隙縫處建立很高的射頻電壓,腔內(nèi)激勵(lì)起很強(qiáng)的電磁振蕩。振蕩頻率與來自固態(tài)放大器的射頻激勵(lì)脈沖的C波段載波頻率相同。在射頻激勵(lì)脈沖持續(xù)期間(脈寬為1μs或2μs),速調(diào)管的陰極持續(xù)發(fā)射電子,管內(nèi)持續(xù)發(fā)生上述電子注的速度調(diào)制和能量交換過程。輸出腔內(nèi)具有足夠的射頻能量,通過輸出耦合裝置,輸出載波頻率、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度與射頻激勵(lì)脈沖完全相同,而功率≥250kW的發(fā)射脈沖。2快速調(diào)整和更換2.1功率和功率計(jì)算機(jī)功率喀什雷達(dá)站新一代天氣雷達(dá)速調(diào)管運(yùn)行時(shí)間至8000h(正常使用壽命為≥5000h)時(shí),其功率為235kW(正常值為≤250kW);并且總流值為1.83,比初裝時(shí)小了0.18(初裝時(shí)值為2.01);收集極電流為12.8A(正常值應(yīng)為≥14A);功率計(jì)所測(cè)功率明顯下降;回波強(qiáng)度有所減弱,滿足不了正常值要求,用示波器測(cè)試波形如圖2-1所示,右邊上沿非常明顯有兩個(gè)凹口,正常情況下應(yīng)為一個(gè)凹口,如圖2-2所示,所以本站的速調(diào)管達(dá)到了更換條件,進(jìn)行了更換。2.2變壓器油第一壓解壓首先將雷達(dá)關(guān)機(jī),開啟柜門,拆下速調(diào)管,取下線包;更換變壓器油,油面高度要達(dá)標(biāo);安裝新速調(diào)管,再裝上線包,根據(jù)新管狀態(tài)調(diào)整速調(diào)管相關(guān)參數(shù);使速調(diào)管達(dá)到最佳狀態(tài)。3雷達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)行過