昭通雙偏振雷達波導充氣機故障分析

余加貴 袁興洪 李宇航

摘 要：自2021年11月云南省昭通市C波段全相參雷達升級為C波段雙偏振雷達運行至今，雷達波導管內偶爾會出現打火和濕度報警的現象。以2023年4月7日出現的故障為例，結合波導充氣機的原理，通過檢查波導充氣機、波導天線部分、波導饋線部分、室內波導管走向等與波導有關的雷達器件，發現故障如下：充氣機界面處濕度異常報警；諧波濾波器與波導管結合處漏氣；雷達做PPI掃描時發現低仰角平掃充氣時間間隔很長；高仰角平掃充氣時間間隔很短；掃描0.5°仰角層時充氣機充氣時間間隔在30 min以上；掃描19.5°仰角層時充氣機時間間隔2～3 min。處理故障的方法如下：更換新的充氣機干燥劑；使用肥皂水檢測漏氣具體位置；更換旋轉鉸鏈；雷達波導管內部打火；充氣機頻繁充氣故障的診斷及故障排除方法，如波導漏氣、充氣機軟管漏氣、天線罩內波導管檢測方法等。

關鍵詞：波導充氣機；諧波濾波器；波導管；旋轉鉸鏈

中圖分類號：TN959.4 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

天氣雷達的發展經歷了常規雷達、數字化天氣雷達和多普勒天氣雷達3個階段。20世紀80年代，原中國科學院蘭州高原大氣物理研究所用C波段數字化713天氣雷達上實現了交替發射和接收，即偏振改造。在短時臨近預報、中小尺度災害性天氣的監測和預警等方面發揮著不可替代的重要作用，是氣象防災減災的重要手段之一。因此，為縮短因故障停機的時間，保障雷達的正常運行，保證資料的有效性和連續性，對設備維護提出了非常嚴格的要求。

云南昭通新一代天氣雷達（CINRAD/CC）是全國新一代天氣雷達探測網組網雷達之一。CINRAD/CC于2002年9月安裝運行，到2021年10月已運行了19個年頭。2021年11月，雙偏振雷達（CINRAD/CD）通過安裝和調試正式運行。該雷達相對于前代雷達，提高了短時臨近預報、中小尺度災害性天氣的監測和預警能力。昭通市境內有69個人工影響天氣固定作業點、7個人工影響天氣流動作業點，雙偏振雷達冰雹天氣的預報預警能力的提升，為全市人工影響天氣工作的開展提供了堅實的基礎，大大提高了人工影響天氣的作業效果[1-3]。

1 雷達故障現象

CINRAD/CC升級為CINRAD/CD后，在進行業務試運行的過程中，大概間隔2個月會出現1次波導管內部有打火的聲音，由于沒有影響雷達的正常運行，因此并未檢查出產生故障原因。2023年4月7日昭通雷達在年巡檢的時候，雷達充氣機面板提示濕度異常，伴隨著波導充氣機的頻繁充氣，波導管內部偶爾有打火現象[4]。

2 雷達故障排查及維修

2023年4月7日，昭通雷達在年巡檢期間對雷達參數測試和設備檢查的過程中，發現波導充氣機報警，觀察充氣機面板發現故障顯示濕度異常，波導充氣機充氣頻繁（3～4 min/次）（圖1）。

2.1 波導打火故障分析

當波導內部電場強度超過了介質的擊穿電場強度時就會被擊穿。波導終端接上負載后不可能得到完全匹配，當駐波過大，將使波導耐功率容量降低，外界惡劣的環境如潮濕也會降低空氣的抗電強度。由于充氣機界面已出現濕度異常的報警，所以可以推測CINRAD/CD出現打火現象是由于波導管內部濕度過大。

2.2 充氣機工作原理

波導充氣機是通信系統的一種重要輔助設備，主要用于微波站、雷達站、衛星地面站、廣播電視發射臺的波導或由波導器件組成的饋線系統的自動干燥、充氣。波導充氣機能使這些傳輸線內自動保持具有一定壓力的干燥空氣，使波導管內相對外界保持正壓，以確保外部潮濕空氣及水分不能進入其中，波導饋線內部不形成潮濕空氣，避免潮濕的水汽對信號產生吸收、衰減等負面影響，從而保證信號的傳輸質量[5]。

2.3 干燥劑處理過程

波導充氣機面板出現故障提示濕度異常時，斷電重啟充氣機后故障仍然存在，說明控制充氣機的電腦程序沒有問題?？赡艹霈F的原因可能是干燥劑已達到使用時限，達不到干燥空氣的效果，此時可在充氣機干燥劑檢查口發現干燥劑的顏色變成淡粉紅色（圖2），說明干燥劑到達了更換時間，需更換新的干燥劑。拔掉充氣機電源取出充氣機的舊的干燥劑，更換新的干燥劑后，充氣機沒有提示濕度異常報警，濕度異常的故障已排除（新干燥劑的顏色變為藍色）（圖3）。觀察CINRAD/CD運行1 h后，雷達波導管內部沒有出現打火的聲音。在CINRAD/CD以后的運行過程中，對雷達觀察2個月，并未出現打火的聲音。由此可見，雷達打火現象是由于濕度過大造成的。

2.4 波導管故障排查

更換新的干燥劑后，智能饋管波導充氣機濕度異常故障消除，CINRAD/CD波導管內部打火故障消除。然而，智能饋管波導充氣機頻繁充氣故障并沒有消除，智能饋管波導充氣機顯示屏在工作時氣壓總是會快速下降，仔細觀察發現間隔3～4 min充1次氣，而且充氣時間長5～6 min。出現這種故障的原因可能是智能饋管波導充氣機軟管和波導管連接處漏氣、波導管與雷達設備連接處漏氣、波導管與波導管連接處的密封圈老化等[6]。

檢查充氣機軟管與波導管連接處是否漏氣：拆下充氣機軟管與波導管連接處，用大拇指堵住充氣機軟管的充氣口。觀察智能饋管充氣機界面10 min左右，沒有發現智能饋管充氣機界面氣壓下降的情況，沒有聽見波導充氣機充氣的聲音，說明波導充氣機軟管和波導管連接處，波導充氣機軟管沒有漏氣的現象[7]。

雷達波導管是一種特殊的傳輸線，能夠引導電磁波前進、擴散和反射。與普通的傳輸線不同，它能夠在空氣、真空或者其他介質中傳輸微波信號，且具有低損耗、節約空間、穩定性好等優點。雷達波導管是連接天線和機柜橋梁，雷達信息傳輸的通道，對于饋線部分的波導管，當智能饋管充氣機的面板讀數達不到規定的氣壓指標時，即應檢查。常用的方法是用肥皂水涂在波導管與雷達設備接口和波導管與波導管連接處，通過此方法發現諧波濾波器和波導管之間的密封橡皮圈處有輕微的氣泡，說明有漏氣現象。用工具擰緊諧波濾波器與波導管連接處的螺釘，再次用肥皂水檢查，仍有氣泡產生。更換諧波濾波器與波導管連接處的密封橡皮圈，更換新密封橡皮圈后，沒有產生氣泡，說明此處漏氣故障已排除。觀察智能饋管波導充氣機運行情況20 min左右，波導充氣機頻繁充氣的故障并未消失，但充氣機充氣間隔時間比之前更長，每隔7～8 min充氣1次。

C波段全相參雷達升級為CINRAD/CD后，由于雷達接收機放在天線罩內，因此天線罩內也有很多波導管。順著波導管的走向，打開天線罩，檢查波導管有無漏氣的情況。此時可以發現，天線罩內有接收機運行工作會產生較大的噪聲。此時，先關閉接收機，進一步降噪聲，然后站在梯子上，用耳朵聽波導管連接處是否有漏氣聲音，順著波導管仔細聽，發現確實有漏氣的聲音，即可基本確定天線罩內的波導管有漏氣現象。反復檢查波導管與雷達設備的連接點，確定漏氣的故障點在雷達旋轉鉸鏈。此時用肥皂水涂抹在旋轉鉸鏈上，出現了較大的汽包[8]。

為了進一步檢查旋轉鉸鏈漏氣的情況，設置天線在不同的仰角度數（0.5°、1.5°、2.4°、10°、19.5°、50°、90°）運行，發現旋轉鉸鏈在天線仰角較低的時候運行時漏氣較慢，肥皂水氣泡較小，漏氣不明顯；在天線仰角度大于20°運行時，漏氣特別明顯，肥皂水氣泡很多而且氣泡很大，漏氣很明顯，說明旋轉鉸鏈可能是松動或者已被損壞。根據此現象，可以用工具擰緊旋轉鉸鏈的螺絲后還是有漏氣現象，最終判斷為旋轉鉸鏈已壞。由于旋轉鉸鏈不是常用備件，站內沒有備份，與廠家聯系購買新的旋轉鉸鏈，更換新的旋轉鉸鏈后，用肥皂水涂在波導管和雷達設備的各個接頭處。經過耐心、細致的檢查，沒有發現新漏氣位置，漏氣故障消失。隨后觀察雷達運行1 h，智能饋管充氣機并未出現充氣現象，波導管內部也沒有出現打火聲音，雷達運行恢復正常[9]。

3 結論

（1）昭通C波段CINRAD/CD是舊的全相參雷達升級，升級用的諧波濾波器是從舊雷達上拆下來的。諧波濾波器在安裝的時候與波導管之間的密封橡皮圈貼合得不是很好，用的是舊的密封圈，有老化現象，出現了輕微漏氣故障。

（2）智能饋管波導充氣機在雷達的運行中，要經常檢查干燥劑是否達到使用時限（觀察干燥劑顏色），若顏色變紅，達到干燥劑使用時限應及時更換新的干燥劑，干燥劑不達標會造成波導管內濕度超標，波導管內部出現打火現象的風險[10]。

（3）雷達天線旋轉鉸鏈運行的頻率較高。此次雷達故障提醒我們，在以后的維護工作中（日常維護、周維護、月維護）應該時常關注運行頻率較高的器件，發現問題及時處理、及時處理雷達故障，保障雷達高效率的運行，為防災減災、人工影響天氣、短臨預報等氣象業務保駕護航。

參考文獻

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[10] 魏慶，胡志群，劉黎平，等.C波段偏振雷達數據預處理及在降水估計中的應用[J].高原氣象，2016，35（1）：231-243.