昭通双偏振雷达波导充气机故障分析

余加贵 袁兴洪 李宇航

摘 要：自2021年11月云南省昭通市C波段全相参雷达升级为C波段双偏振雷达运行至今，雷达波导管内偶尔会出现打火和湿度报警的现象。以2023年4月7日出现的故障为例，结合波导充气机的原理，通过检查波导充气机、波导天线部分、波导馈线部分、室内波导管走向等与波导有关的雷达器件，发现故障如下：充气机界面处湿度异常报警；谐波滤波器与波导管结合处漏气；雷达做PPI扫描时发现低仰角平扫充气时间间隔很长；高仰角平扫充气时间间隔很短；扫描0.5°仰角层时充气机充气时间间隔在30 min以上；扫描19.5°仰角层时充气机时间间隔2～3 min。处理故障的方法如下：更换新的充气机干燥剂；使用肥皂水检测漏气具体位置；更换旋转铰链；雷达波导管内部打火；充气机频繁充气故障的诊断及故障排除方法，如波导漏气、充气机软管漏气、天线罩内波导管检测方法等。

关键词：波导充气机；谐波滤波器；波导管；旋转铰链

中图分类号：TN959.4 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

天气雷达的发展经历了常规雷达、数字化天气雷达和多普勒天气雷达3个阶段。20世纪80年代，原中国科学院兰州高原大气物理研究所用C波段数字化713天气雷达上实现了交替发射和接收，即偏振改造。在短时临近预报、中小尺度灾害性天气的监测和预警等方面发挥着不可替代的重要作用，是气象防灾减灾的重要手段之一。因此，为缩短因故障停机的时间，保障雷达的正常运行，保证资料的有效性和连续性，对设备维护提出了非常严格的要求。

云南昭通新一代天气雷达（CINRAD/CC）是全国新一代天气雷达探测网组网雷达之一。CINRAD/CC于2002年9月安装运行，到2021年10月已运行了19个年头。2021年11月，双偏振雷达（CINRAD/CD）通过安装和调试正式运行。该雷达相对于前代雷达，提高了短时临近预报、中小尺度灾害性天气的监测和预警能力。昭通市境内有69个人工影响天气固定作业点、7个人工影响天气流动作业点，双偏振雷达冰雹天气的预报预警能力的提升，为全市人工影响天气工作的开展提供了坚实的基础，大大提高了人工影响天气的作业效果[1-3]。

1 雷达故障现象

CINRAD/CC升级为CINRAD/CD后，在进行业务试运行的过程中，大概间隔2个月会出现1次波导管内部有打火的声音，由于没有影响雷达的正常运行，因此并未检查出产生故障原因。2023年4月7日昭通雷达在年巡检的时候，雷达充气机面板提示湿度异常，伴随着波导充气机的频繁充气，波导管内部偶尔有打火现象[4]。

2 雷达故障排查及维修

2023年4月7日，昭通雷达在年巡检期间对雷达参数测试和设备检查的过程中，发现波导充气机报警，观察充气机面板发现故障显示湿度异常，波导充气机充气频繁（3～4 min/次）（图1）。

2.1 波导打火故障分析

当波导内部电场强度超过了介质的击穿电场强度时就会被击穿。波导终端接上负载后不可能得到完全匹配，当驻波过大，将使波导耐功率容量降低，外界恶劣的环境如潮湿也会降低空气的抗电强度。由于充气机界面已出现湿度异常的报警，所以可以推测CINRAD/CD出现打火现象是由于波导管内部湿度过大。

2.2 充气机工作原理

波导充气机是通信系统的一种重要辅助设备，主要用于微波站、雷达站、卫星地面站、广播电视发射台的波导或由波导器件组成的馈线系统的自动干燥、充气。波导充气机能使这些传输线内自动保持具有一定压力的干燥空气，使波导管内相对外界保持正压，以确保外部潮湿空气及水分不能进入其中，波导馈线内部不形成潮湿空气，避免潮湿的水汽对信号产生吸收、衰减等负面影响，从而保证信号的传输质量[5]。

2.3 干燥剂处理过程

波导充气机面板出现故障提示湿度异常时，断电重启充气机后故障仍然存在，说明控制充气机的电脑程序没有问题。可能出现的原因可能是干燥剂已达到使用时限，达不到干燥空气的效果，此时可在充气机干燥剂检查口发现干燥剂的颜色变成淡粉红色（图2），说明干燥剂到达了更换时间，需更换新的干燥剂。拔掉充气机电源取出充气机的旧的干燥剂，更换新的干燥剂后，充气机没有提示湿度异常报警，湿度异常的故障已排除（新干燥剂的颜色变为蓝色）（图3）。观察CINRAD/CD运行1 h后，雷达波导管内部没有出现打火的声音。在CINRAD/CD以后的运行过程中，对雷达观察2个月，并未出现打火的声音。由此可见，雷达打火现象是由于湿度过大造成的。

2.4 波导管故障排查

更换新的干燥剂后，智能馈管波导充气机湿度异常故障消除，CINRAD/CD波导管内部打火故障消除。然而，智能馈管波导充气机频繁充气故障并没有消除，智能馈管波导充气机显示屏在工作时气压总是会快速下降，仔细观察发现间隔3～4 min充1次气，而且充气时间长5～6 min。出现这种故障的原因可能是智能馈管波导充气机软管和波导管连接处漏气、波导管与雷达设备连接处漏气、波导管与波导管连接处的密封圈老化等[6]。

检查充气机软管与波导管连接处是否漏气：拆下充气机软管与波导管连接处，用大拇指堵住充气机软管的充气口。观察智能馈管充气机界面10 min左右，没有发现智能馈管充气机界面气压下降的情况，没有听见波导充气机充气的声音，说明波导充气机软管和波导管连接处，波导充气机软管没有漏气的现象[7]。

雷达波导管是一种特殊的传输线，能够引导电磁波前进、擴散和反射。与普通的传输线不同，它能够在空气、真空或者其他介质中传输微波信号，且具有低损耗、节约空间、稳定性好等优点。雷达波导管是连接天线和机柜桥梁，雷达信息传输的通道，对于馈线部分的波导管，当智能馈管充气机的面板读数达不到规定的气压指标时，即应检查。常用的方法是用肥皂水涂在波导管与雷达设备接口和波导管与波导管连接处，通过此方法发现谐波滤波器和波导管之间的密封橡皮圈处有轻微的气泡，说明有漏气现象。用工具拧紧谐波滤波器与波导管连接处的螺钉，再次用肥皂水检查，仍有气泡产生。更换谐波滤波器与波导管连接处的密封橡皮圈，更换新密封橡皮圈后，没有产生气泡，说明此处漏气故障已排除。观察智能馈管波导充气机运行情况20 min左右，波导充气机频繁充气的故障并未消失，但充气机充气间隔时间比之前更长，每隔7～8 min充气1次。

C波段全相参雷达升级为CINRAD/CD后，由于雷达接收机放在天线罩内，因此天线罩内也有很多波导管。顺着波导管的走向，打开天线罩，检查波导管有无漏气的情况。此时可以发现，天线罩内有接收机运行工作会产生较大的噪声。此时，先关闭接收机，进一步降噪声，然后站在梯子上，用耳朵听波导管连接处是否有漏气声音，顺着波导管仔细听，发现确实有漏气的声音，即可基本确定天线罩内的波导管有漏气现象。反复检查波导管与雷达设备的连接点，确定漏气的故障点在雷达旋转铰链。此时用肥皂水涂抹在旋转铰链上，出现了较大的汽包[8]。

为了进一步检查旋转铰链漏气的情况，设置天线在不同的仰角度数（0.5°、1.5°、2.4°、10°、19.5°、50°、90°）运行，发现旋转铰链在天线仰角较低的时候运行时漏气较慢，肥皂水气泡较小，漏气不明显；在天线仰角度大于20°运行时，漏气特别明显，肥皂水气泡很多而且气泡很大，漏气很明显，说明旋转铰链可能是松动或者已被损坏。根据此现象，可以用工具拧紧旋转铰链的螺丝后还是有漏气现象，最终判断为旋转铰链已坏。由于旋转铰链不是常用备件，站内没有备份，与厂家联系购买新的旋转铰链，更换新的旋转铰链后，用肥皂水涂在波导管和雷达设备的各个接头处。经过耐心、细致的检查，没有发现新漏气位置，漏气故障消失。随后观察雷达运行1 h，智能馈管充气机并未出现充气现象，波导管内部也没有出现打火声音，雷达运行恢复正常[9]。

3 结论

（1）昭通C波段CINRAD/CD是旧的全相参雷达升级，升级用的谐波滤波器是从旧雷达上拆下来的。谐波滤波器在安装的时候与波导管之间的密封橡皮圈贴合得不是很好，用的是旧的密封圈，有老化现象，出现了轻微漏气故障。

（2）智能馈管波导充气机在雷达的运行中，要经常检查干燥剂是否达到使用时限（观察干燥剂颜色），若颜色变红，达到干燥剂使用时限应及时更换新的干燥剂，干燥剂不达标会造成波导管内湿度超标，波导管内部出现打火现象的风险[10]。

（3）雷达天線旋转铰链运行的频率较高。此次雷达故障提醒我们，在以后的维护工作中（日常维护、周维护、月维护）应该时常关注运行频率较高的器件，发现问题及时处理、及时处理雷达故障，保障雷达高效率的运行，为防灾减灾、人工影响天气、短临预报等气象业务保驾护航。

参考文献

[1] 郑洪，柴秀梅，余加贵，等.CINRAD/CC雷达伺服系统故障分析与处理方法[J].气象与环境科学，2011，34（1）：91-95.

[2] 王军.波导充气机的维护与典型故障处理[J].黑龙江科技信息，2015，（18）：114.

[3] 曲绍君.新一代C波段天气雷达系统信号处理参数菜单的使用[J].吉林气象，2004（4）：42-43.

[4] 吴迎旭，安应玉，周一.X波段移动全相参多普勒雷达应用及与C波段新一代天气雷达对比[J].黑龙江气象，2011，28 （1）：27-31.

[5] 甄广炬，田星，高峰，等.波导干燥机工作原理与结构[J].气象水文海洋仪器，2011，28（4）：47-48，56.

[6] 郑洪，余家贵，李培民，等.CINRAD/CC雷达固态调制器原理及故障分析[J].气象科技，2006，34（z1）：115-117.

[7] 李培民，吴星霖，林月.CINRAD/CC雷达冷却故障处理个例分析[J].气象科技，2008，36（1）：123-124.

[8] 郭桐，柳东慧.C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析[J].河南科技，2021，40（19）：140-142.

[9] 王致君，蔡启铭，徐宝祥.713雷达的双线偏振改装[J].高原气象，1988（2）.

[10] 魏庆，胡志群，刘黎平，等.C波段偏振雷达数据预处理及在降水估计中的应用[J].高原气象，2016，35（1）：231-243.