新一代天气雷达发射分系统

新一代天气雷达发射分系统

0发射分系统c喀什新一代气候雷达是c段的全相干扰多普勒雷达。它主要用于对台风、风暴、冰沙和龙卷等受影响天气的有效监测和报警。它是由天线馈线系统、发射系统、接收系统、信号处理系统、伺服系统、终端系统及电源系统7个部分组成。新一代天气雷达发射分系统是新一代天气雷达的核心系统,它使用的速调管又是发射系统的核心器件,正确认识速调管的结构、原理尤为重要。发射分系统的功能是:在速调管阴极调制脉冲持续期间,将接收分系统激励源分机提供的宽度1μs(或2μs)、峰值功率0.5W左右的发射脉冲激励信号放大成为宽度1μs(或2μs)、峰值功率250kW以上的大功率、全相参、高品质的射频发射脉冲。发射分系统充分利用了速调管大功率、高增益性能。因此速调管的好坏,直接影响着雷达发射功率、雷达回波的准确性。速调管是一种微波电子管,它的功能是将注入其腔体的微波信号不失真地放大,获得大功率信号输出,在雷达设备中被广泛应用。所以速调管是新一代天气雷达发射系统中十分重要的部件之一,当速调管的使用寿命到期后,应及时更换新管,否则会因速调管工作状态的不稳定,引起系统内其它设备的损坏。目前我们使用的新一代天气雷达(CINRAD/CC型)使用的是KC4085型速调管。1快速管理系统的结构、工作原理和流程1.1电子枪、输入腔和收集电极的组成新一代天气雷达使用的是KC4085型速调管,其结构图如图1所示,主要由电子枪、输入谐振腔(简称输入腔)、4个中间谐振腔、输出谐振腔、5个漂移管、收集极以及输入、输出耦合装置组成。1.2电子注的形成速调管是一种电真空器件,电子注应在无任何其它物质存在的真空中渡越,并发生预计的速度调制、能量交换等物理效应。速调管的电子枪由阴极、灯丝、聚束极和阳极组成,其中阳极通常为谐振腔的一部分。灯丝通电后发出热量,使阴极温度升高而产生大量电子。阴极周边聚焦电场,从其表面向四周发出电子,形成电子注,射向收集极。激励脉冲经过衰减器进入速调管。谐振腔内因运动电子导致振荡,速调管内腔体中部的隙缝处射频电压,形成电场。通过电场对电子注作速度调制;电子将能量交给射频电场。发射脉冲经速调管放大后,通过输出腔与软波导相接,通过天线馈线部分发射到天空。1.3速度调制和能量交换过程固态放大器输出的C波段射频激励脉冲,宽度为1μs(或2μs)、功率为1～5W(可调),通过同轴线传输,再经过速调管内腔阴极使电子枪发射出电子注。电子注在通过输入腔的隙缝处时,受到隙缝处射频电压建立的射频电场的电场力作用,如果射频电压正半周时隙缝处电场矢量方向与电子注运动方向相反使电子加速的话,那么射频电压负半周时隙缝处电场矢量方向将与电子注运动方向相同而使电子减速。因此电子注在输入腔受到了速度调制,在飞经第一漂移区时产生部分群聚作用。电子注飞经第一中间腔时,该腔被部分群聚的电子注激励,腔内感应射频电流,并在腔的隙缝处建立起高于输入腔隙缝处的射频电压。中间腔的感应电流和隙缝处所建立的射频电压,它们的频率与射频激励脉冲的频率相同。由于第一中间腔隙缝处电场的作用,已经产生部分群聚作用的电子注通过时,受到了更深程度的速度调制。电子注受到速度调制的过程,也是它与隙缝处射频电场进行能量交换的过程。在这个过程中,电子注中的群聚中心电子受到最大减速,与以它为中心群聚的电子,一起将能量交给射频电场,使隙缝处的射频电场增强、射频电压幅度增大。电子注通过第一中间腔后进入第二漂移区,又加强了群聚作用,并产生了新的群聚中心电子。于是在下一个中间腔的隙缝处将建立更高的射频电压。这样,经过5个腔的速度调制、能量交换,经过5个漂移区的群聚作用的电子注,最后进入输出谐振腔时,将使输出腔的隙缝处建立很高的射频电压,腔内激励起很强的电磁振荡。振荡频率与来自固态放大器的射频激励脉冲的C波段载波频率相同。在射频激励脉冲持续期间(脉宽为1μs或2μs),速调管的阴极持续发射电子,管内持续发生上述电子注的速度调制和能量交换过程。输出腔内具有足够的射频能量,通过输出耦合装置,输出载波频率、脉冲重复频率、脉冲宽度与射频激励脉冲完全相同,而功率≥250kW的发射脉冲。2快速调整和更换2.1功率和功率计算机功率喀什雷达站新一代天气雷达速调管运行时间至8000h(正常使用寿命为≥5000h)时,其功率为235kW(正常值为≤250kW);并且总流值为1.83,比初装时小了0.18(初装时值为2.01);收集极电流为12.8A(正常值应为≥14A);功率计所测功率明显下降;回波强度有所减弱,满足不了正常值要求,用示波器测试波形如图2-1所示,右边上沿非常明显有两个凹口,正常情况下应为一个凹口,如图2-2所示,所以本站的速调管达到了更换条件,进行了更换。2.2变压器油第一压解压首先将雷达关机,开启柜门,拆下速调管,取下线包;更换变压器油,油面高度要达标;安装新速调管,再装上线包,根据新管状态调整速调管相关参数;使速调管达到最佳状态。3雷达系统的运行过