多普勒天气雷达发射系统测试平台设计

多普勒天气雷达发射系统测试平台设计

宫大龙1 王鹤2

中国民用航空东北地区空中交通管理局黑龙江分局 黑龙江省机场管理集团有限公司 黑龙江哈尔滨150000

摘要：多普勒天气雷达是专门用于大气探测的雷达，属于主动式微波大气遥感设备。多普勒天气雷达是气象监测的重要手段，在突发性和灾害性的监测、预报和预警中发挥着极其重要的作用。多普勒天气雷达的主体由定向天线、发射系统、接收系统、数字信号处理系统和电子计算机组成。其中，发射系统长期处于发射大功率射频信号的工作条件下，发热量较高，故障概率高于其他部件。因此，需要定期对气象雷达发射系统的性能指标进行测试，以便及时发现异常指标并进行维护。

关键词：天气雷达;发射系统;测试工装;高压组件;仪器仪表；

多普勒天气雷达发射系统测试时,一般需要天气雷达停止工作,断开部分待测试组件之间的电连接,因此测试时可能出现异常指标,导致测试时长不可控。

一、设计原理

多勒普天气雷达发射系统测试平台(以下简称测试平台)包含采样工装、低压测试工装、高压测试工装、仪器、仪表和高压探头等部分。采样工装设有输入接口、主路输出接口和多个测试支路输出接口。天气雷达发射系统测试平台结构设计以及与待测试组件之间的连接关系。测试平台多个主路输出接口之间按照天气雷达正常工作状态下与发射系统各个待测试组件之间的关系连接。低压测试工装设计有低压测试接口面板,低压测试接口面板上有多个接收采样信号的输入口,各输入口后端分别设计有测试点;高压测试工装上设计有高压测试接口面板,高压测试接口面板上有接收高压信号的输入口,输入口后端设计有测试点。通过测量各低压待测试组件的输出信号或者转接高压测试工装,再测量高压待测试组件输出的高压信号,实现在天气雷达正常运行情况下对发射系统进行测试。

二、组成结构

1.采样工装。采样工装采用功分器原理，将待测试组件的输出电压、电流、脉冲信号分为测试主路和支路，工装设计有输入接口、主路输出接口和多个测试支路输出接口。测试时，将采样工装输入接口连接待测试组件的原有接口端，将待测试组件的输出电压、电流、脉冲信号分为２路，主路信号保持天气雷达工作时的连接关系，支路信号接入测试平台，分别与其他测试仪器相连接。实际操作时，主路和测试支路的信号强度比例根据测试需要进行设置；测试支路和测试支路输出接口可以设置为多个，分别对应电压测试支路、电流测试支路和脉冲测试支路；测试支路传输的信号为采样信号，包括电压采样信号、电流采样信号和脉冲采样信号。在实际使用中，采样工装的数量根据待测试组件的个数确定。

２．低压测试工装。低压测试工装通过测试电缆与多个采样工装连接。低压测试工装设计了低压测试接口面板，面板上设计了多个接收采样信号的输入口，各输入口后端分别设计有测试点。根据测试需要，采样工装可以有１个或多个测试支路输出接口与低压测试接口面板的输入口相连接。例如：低压待测试组件只需要测试电压，则采样工装只有１个测试支路输出接口与低压测试接口面板的输入口相连接；低压待测试组件需要同时测试电压和电流，则采样工装有２个测试支路输出接口与低压测试接口面板的输入口相连接。

3.高压测试工装。高压测试工装通过测试电缆与高压待测试组件的输出端口相连接。高压测试工装设计有高压测试接口面板，面板上有接收高压信号的输入口，输入口后端设计有测试点。实际操作中，高压测试工装可提供安全的高压测试环境。高压待测试组件的输出高压在通过面板输入口转接后，可传输给发射系统。

4.数字万用表。数字万用表用于测试采样信号的电压、电流，测量精度较高。为满足测试需求，可根据待测试组件的数量，配备多块万用表。高压探头与万用表配合使用可测试１000Ｖ以上的电压，实际设计中可选用１；1000的高压探头，以适应更多的测量场景。

5.示波器与功率计。数字示波器用于测试脉冲采样信号的脉宽，可选ＤＳＯ6032等型号。功率计用于测试信号的功率，可选Ｎ1911Ａ等型号。

6.信号发生器。信号发生器用于输出预设频率和预设功率的信号，可选用Ｅ4433Ｂ型号、0.0～6.5ＧＨｚ频率的信号发生器，以适应更多的测量场景。三、组件测试

1.灯丝电源。灯丝电源是交流稳流电源，为速调管灯丝供电。在灯丝电源输出端通过采样工装分别与低压测试工装的灯丝电源电压信号输入口、电流信号输入口连接。测试时，可使用万用表对传输到测试点的灯丝电源电压信号、电流信号进行测量。

2.磁场电源。磁场电源是串联开关稳流电源，为聚焦线圈提供直流电。在磁场电源的输出端，通过采样工装分别与低压测试工装的磁场电源电压信号输入口、电流信号输入口连接。测试时，可使用万用表对传输到测试点的磁场电源电压信号和电流信号进行测量。

３．钛泵电源。钛泵电源为速调管提供３000Ｖ的直流钛泵电压，钛泵电流≤20μＡ。钛泵电源输出端通过测试电缆与高压测试工装的钛泵电源电压信号输入口、电流信号输入口连接。在测试时，可使用高压探头配合万用表，对传输到测试点的钛泵电源电压信号和电流信号进行测量。

4.触发器。触发器用于产生２00Ｖ，５μｓ的脉冲信号，并发送至调制器，同时产生２组２0Ｖ直流电压为开关组件控制板的驱动供电。触发器输出端通过采样工装与示波器连接；在测试时，可使用示波器测量脉冲采样信号的脉冲宽度。触发器输出端通过采样工装与低压测试工装的触发器电压信号输入口连接。测试时，使用万用表对传输到测试点的触发器电压信号进行测量。

5.整流器。整流器用于将三相380Ｖ的交流电转换为510Ｖ直流电。整流器输出端通过采样工装与低压测试工装的整流器电压信号输入口连接。在测试时，可使用万用表对传输到测试点的整流器电压信号进行测量。

6.调制器。调制器用于调制信号，在实际使用时，调制器人工线电压为4500～5000Ｖ。调制器的输出端通过测试电缆与高压测试工装上调制器人工线电压输入口连接。测试时，使用高压探头配合万用表，测量传输到测试点的调制器人工线电压信号。

7.固态激励器。固态激励器用于接收8μs，10ｄＢｍ的ＲＦ信号，同时输出大于３５Ｗ的脉冲信号。在测试时，固态激励器的输入端与信号发生器相连接；固态激励器的输出端通过采样工装分别与功率计、示波器相连接；使用示波器对脉冲采样信号进行脉冲宽度测量，使用功率计对脉冲采样信号进行功率测量。

8.脉冲形成器。脉冲形成器用于将固态激励器输出的大于35Ｗ的脉冲信号调制成1.5和4.5μｓ输出功率大于15Ｗ的脉冲信号。在测试时，脉冲形成器输入端与固态激励器连接；脉冲形成器的输出端通过采样工装分别与功率计、示波器相连接；可使用示波器对脉冲采样信号进行脉冲宽度测量，使用功率计对脉冲采样信号进行功率测量。

9.低压电源组件。低压电源组件分别输出5.15，－15.28和40Ｖ５组电压为发射机各组件进行低压供电。低压电源组件输出端通过５个采样工装分别与低压测试工装的低压电源组件电压信号输入口连接。在测试时，可使用万用表对传输到测试点的低压电源组件电压信号进行测量。

总之，通过对各低压待测试组件输出采样信号进行测量，或通过高压测试工装转接后，再对高压待测试组件的输出高压信号进行测量，实现了在多普勒天气雷达正常工作情况下对发射系统各性能指标的测试。列举了部分雷达发射系统组件的测试连接方式，在实际工作中可根据实际情况和需求对其进行修改或调整，使测试平台操作更加灵活、功能更加完善。

参考文献：

［１］潘新炳．浅谈多普勒天气雷达发射系统测试平台设计．2021.

［２］周飞勤，基于无线网络传输的太阳能传热系统设计研究.2020.