論文：GFEL型二次測風雷達接收系統原理及常見故障處理
論文：GFEL型二次測風雷達接收系統原理及常見故障處理
【摘 要】本文針對GFE（L）型二次測風雷達的特點，按照接收系統前、後端的功能劃分，介紹各模組的主要工作原理、特點和主要技術指標，依據各模組引數、技術指標和典型故障事例，分析其產生故障的特點和原因，以便在維修中快速定位和排除故障，且已在實際應用中得到了驗證。
【關鍵詞】GFE（L）型；二次測風雷達；接收機系統；故障處理
接收機是雷達系統的重要組成部分，其功能是透過預選濾波、放大、變頻、濾波、解調等方法最大限度獲得有用回波訊號，同時濾除無用訊號，將目標反射或散射回的微弱射頻訊號變成有足夠幅度的影片或數字訊號，用以滿足訊號處理的要求。GFE（L）型二次測風雷達是中國氣象局新一代高空氣象探測雷達，其接收系統採用了單通道、單脈衝二次雷達工作體制，它與數字探空儀相配合，將回答器回答的微弱射頻訊號放大成有足夠幅度的影片訊號，送至測角、測距、天控、數字終端等系統，用以解調有用訊號和實現測距、測角的自動跟蹤以及對雷達的控制。所以，接收系統性能的穩定，直接影響雷達其它系統的正常工作以及探測的精度[1]。
新疆區2006年完成安裝並投入業務執行的有十四部。多年的業務執行表明，該雷達工作狀態良好，探測精度較原來710型雷達相比有較大提高。但是，接收和天控系統的故障率較高，影響了探測的精度及資料的完整，本文重點從雷達接收系統的結構及工作原理入手，分析可能產生故障的原因以及對其它系統的影響，找出解決問題的辦法。
1 GFE（L）型二次測風雷達接收機的各部分功能及基本原理
1.1 GFE（L）型二次測風雷達接收機的各部分功能及技術指標
GFE（L）型二次測風雷達的工作頻率為1675±6MHz，是目前氣象部門二次測風雷達的主要工作頻段，工作在這個頻段具有作用距離遠、外部噪聲低、天線尺寸小、角解析度高等特點。其主要技術指標：
工作頻率：1675±6MHz
本振頻率：1645±6MHz
靈敏度：≤-107dBm
頻寬：2.7MHz
總增益：≥110dB
AGC控制能力：≥70dB
AFC跟蹤範圍：±4MHz
GFE（L）型二次測風雷達接收系統由前端和後端兩部分組成，功能是將天線所接收到的探空儀射頻訊號加以放大、變頻、解調送到測距、天控分系統以完成測距和跟蹤應答器的功能。此外還將探空儀發回的探空碼解調出來，送到資料處理終端得到溫、壓、溼資料。同時還在測距分系統送來的主抑觸發脈衝的控制下，完成主波抑制功能以消除發射主波和近地物回波對AGC、AFC功能的影響。實現了角度自動跟蹤、自動測距、自動資料處理、近距離抓球與近距離測距。主要分電路原理分述如下：
高頻元件由高頻帶通濾波器、射頻放大器、本振、混頻器、前中放大器以及射頻、前中增益和頻率控制器組成。高頻帶通濾波器採用腔體機械濾波器，腔體濾波器為頻率可調的帶通濾波器。腔體機械濾波器由諧振腔、調諧螺釘等組成，透過調諧螺釘改變諧振頻率實現可調的濾波特性。其作用是濾除工作頻率以外的其他干擾，包括對映象訊號的抑制。濾波器的電氣效能通常用回波損耗、插入損耗、帶外抑制等特性來描述，濾波器的插入損耗越小，回波損耗越大，系統的匹配特性越好；帶外抑制越高，系統對帶外干擾的抑制越大。在機械特性上，要求濾波器的體積小、重量輕並具有穩定的溫度、時間、電平特性。
本振為三點式振盪器，頻率的調整由變容二極體來實現，振盪輸出的訊號經一定的功率推動後送到混頻器。本振訊號還耦合出一部分訊號送到分頻器，分頻後的25kHz左右的方波訊號送入主控箱中的終端板，終端板對其計數再乘以分頻數後在雷達控制介面上顯示出來。一般來說中頻放大器和濾波器的頻率是相對穩定的，但在實際工作中，由於發射機磁控管振盪器和接收機的本機振盪器的頻率穩定度不高，當外界條件變化時，只要其中一個頻率發生了變化，混頻後得到的實際中頻就會與額定中頻有偏差，造成接收機靈敏度及增益都會下降，嚴重時甚至看不到回波訊號。為了防止這種情況在該電路中採用了自動頻率控制（AFC）電路，AFC控制範圍±4MHz。
前中輸出的30MHz訊號送至室內主控箱中的中頻通道盒，經三級單片放大，再經功分器分成兩路，一路送至測距，同時對此訊號檢波、放大得到AGC電壓，分別送到射頻和前中放大，完成自動增益控制功能。另一路為角支路，經放大、鑑頻，得到鑑頻電壓送至高頻元件中的本振，完成自動頻率控制。
2 GFE（L）型二次測風雷達接收機典型故障分析與處理
雷達接收機的工作效能與其他系統密切相關，往往接收機的故障，會表現在其它系統，是維修人員難以判斷或者走彎路，下面根據接收機原理就一些典型故障進行分析[3-4]。
2.1 增益幅度不夠，接收機靈敏度下降，雷達工作到後期時，探空碼飛碼增多
該故障的特點是，初始放球探空碼飛碼少甚至無飛碼，工作到後期探空碼飛碼逐漸增多，如圖2-b所示，但是雷達自初始放球到工作結束，資料接收、測距、測角自動跟蹤正常。
結合接收機放大器和增益控制原理分析可知，引起該故障的因素很多。探空儀、前置高放、高頻元件、隔離器、限幅器、環流器工作狀態不好，接收通路中訊號線纜、高頻接外掛接觸不良引起訊號的衰減，外部及地物干擾等都可能引起探空飛碼多。
排除方法對無測試手段的臺站來說，一般只能採用替換法。用不同批次探空儀作放球實驗和用雷達炮瞄鏡觀察低仰角時是否由於地物干擾造成，首先排除探空儀、地物干擾因素。然後檢查、擦洗、緊固接收通道訊號線纜插頭，高頻接外掛等。再對前置高放、高頻元件、中放單元進行更換。在無果的情況下，可提高中頻放大器增益進行解決。這種方法費時、費力，且需有大量的`備件予以支援。
對於有經驗和具備測試手段的維修工作者，可用網路分析儀或射頻分析儀對接收通路的訊號線纜逐段進行測試，從測試駐波比分析其線纜、高頻接外掛接觸是否良好，一般駐波比應≤1.4左右。用訊號源、頻譜儀分別檢查前置高放，高頻元件、接收系統的增益及靈敏度等，測試結果應符合前置高放、高頻元件、接收系統規定的增益及靈敏度指標，透過測試可以直觀的找出故障部位。
2.2 前置高放增益下降，訊號線纜接觸不良等，不能工作到球炸
臺站依然透過更換前置高放和檢查清潔保養緊固訊號線纜插頭及高頻接外掛等解決。長期工作經驗表明，前置高放增益≤7dB時（正常時應≥13dB）、前置高放輸入線纜插頭（SMA）脫落、WT9線纜接觸不良或芯線短路時會產生該故障。
當然，高頻元件、中頻放大盒出現故障時，也會造成增益下降，但是這種情況發生時增益飽和，茅草幅度低，雷達無法正常工作。其原因是雷達在長期工作中，前置高放工作效能下降，天線運轉過程中會產生抖動，加之新疆冬、夏季溫差較大，處在室外的線纜和高頻接外掛由於熱脹冷縮而產生形變，造成室外的線纜插頭和高頻接外掛鬆動或氧化接觸不好，造成訊號的衰減。因此，要加強日常的維護保養。
3 結束語
本文結合GFE（L）型二次測風雷達接收機原理，討論了因接收機靈敏度和增益下降兩類故障現象以及解決方法，這兩類故障似乎有相同之處即增益幅度下降，但仔細分析是有區別的。第一類故障是由於器件變性而引起的軟性故障，檢查、發現解決問題的難度較大。當然造成探空飛碼多的因素很多，其表現形式又有區別，在解決問題時，對具體情況要作具體分析。第二類故障比較直觀，易於發現解決。從解決兩類故障現象中認知到，隨著氣象探測裝置的現代化、電子產品的高科技化和複雜化，計算機硬體、軟體及資訊綜合處理的快速化，這些特點在現代雷達技術中的應用非常突出，熟知雷達各系統原理是分析解決問題的基礎，少走彎路以達到快速、準確隔離故障，以便快速維修，達到降低雷達修復時間的目的。