探讨雷达旋转关节原理及故障案例处理分析

探讨雷达旋转关节原理及故障案例处理分析

王刚

（民航江苏空管分局    江苏连云港    222000）

引言

二次雷达可作为空中交通管制系统的基本组成设备之一，可提供威力覆盖范围内装有机载民用应答机的军/民航飞机的距离、方位、气压高度、识别代码和危急信息代码（飞机紧急情况、飞机通信故障、飞机受非法干扰等）。二次雷达还可进行S模式询问并正确解析S模式应答，输出连续、完整的S模式航迹信号，实现空中交通管制。

一、旋转关节实际应用及技术原理分析

1、旋转关节在二次雷达中的实际应用

天馈线分系统的功能是将发射分系统送来的射频询问信号有效地传输到各组列馈，以电磁波的形式辐射到空间去；又以电磁波的形式接收从机载应答机发射的射频应答信号，并将其有效地送接收分系统。

二次雷达的发射机和接收机通过同轴射频电缆与天线塔上的天线连接时，在固定的天线座与旋转天线相连接处需要使用旋转关节，以确保在天线旋转时天线座射频电缆与天线上射频电缆的电气连接。在单脉冲体制的二次雷达中，旋转关节有三个射频通道：Σ、Ω、Δ通道。

从发射机输出的Σ、Ω支路信号由馈线组合的面板进入环行器，在主通路中信号经过切换开关后，由电缆送天线座，再经过旋转关节送到天馈线网络。

接收应答信号时，在天馈线网络的输出形成Σ、、Ω三个独立的支路同时传输，三路信号都经过旋转关节送切换开关，经过主通路到馈线组合，沿着环行器到接收机的Σ、、Ω三个通道。

2、旋转关节的技术原理分析

旋转关节的电气连接是利用λ/4开路线作耦合，来达到无直接接触的射频信号功率传输。旋转关节原理就是上部的电缆与下部的电缆耦合只有λ/4开路线段，它们没有接触，因此，上部电缆作为天线的旋转部分，下部电缆作为天线座的固定部分。电缆中心表示另一通道的电缆先穿过其中到下方再作相同方式的耦合。天线旋转部分的射频电缆固定在对应旋转的机械构件上，天线座部分射频电缆固定在另一固定的机械构件上，两机械构件采用滚动轴承连接。

旋转关节性能参数如下：

(1)通道数：三路，分别为：Σ、Ω、；

(2)连接器：N型阴座，匹配阻抗为50Ω；

(3)旋转360°范围内驻波比：≤1.25；

(4)旋转360°范围内驻波比变化：≤0.15；

(5)旋转360°范围内任意两通道隔离度：≥55dB；

(6)耐受功率：三通道耐受峰值功率：≥2500W，耐受平均功率：≥5W；

(7)MTBF：≥50000h；

(8)使用寿命：15年

二、旋转关节实际故障案例分析

1、旋转关节故障现象

某雷达值班员发现雷达状态监控显示Interrogation（发射）前面对号方框红色告警，雷达状态监控主界面MSSR MODE S模块红色告警，但是雷达状态监控无告警信息且无告警音。此时雷达设备1通道已无目标信号，且无法自动切换至2通道，导致雷达目标信号丢失。手动切换至2通道后信号恢复正常，但是偶尔会出现同样故障现象。此时已无法手动切换至1通道。

2、旋转关节排除流程

通过查看2通道在雷达状态监控显示的发射和通道的驻波比，显示在1.5至2.0之间来回跳动。由于双通道出现同样故障现象，初步判断应为和通道公共部分有问题。

我们先申请停机后，关闭雷达发射。首先要熟悉雷达信号发射和接收的流程，在前面我们已经梳理过雷达的发射和接收过程。在此不再重复，下面我们直接进行排查处理流程。

在TRA（发射接收馈线组合）后端拆下和通道线缆加上网分测试天线方向的驻波比显示1030MHz频点为2.18,1090MHz为3.68；在RRF（射频切换开关）上端加上假负载测试驻波比显示1030MHz频点为1.13,1090MHz为1.22属于正常数值，排除RRF部分故障。

在和通道线缆接入天线底座前端口加上假负载，测试驻波比显示1030MHz频点为1.21,1090MHz为1.31处于正常数值，排除和通道线缆接故障；在和通道接入天线底前端口加上网分测试天线方向的驻波比显示1030MHz频点为2.0,1090MHz为3.31，说明天线方向驻波异常；在天馈线接入口测试天线驻波比显示1030MHz频点为1.14,1090MHz为1.15属于正常数值，排查天线故障。

经检查天线底座内部线缆接头正常，测试判断定位于旋转关节故障。更换旋转关节备件后在TRA后端拆下和通道线缆加上网分测试天线方向的驻波比显示1030MHz频点为1.33,1090MHz为1.13恢复正常；更换旋转关节备件后2通道恢复正常，但是无法切换至1通道，初步分析由于TRA故障导致无法切换，再更换1通道的TRA备件后恢复正常。

3、旋转关节故障分析及维护建议

拆下故障旋转关节，发现旋转关节上方旋转轴承周围布满黄油，导致和通道驻波比偏大，雷达无法发射丢失目标信号。TRA故障无法在线测试驻波比导致无法手动切换1通道，更换备件后恢复正常。

在遇到同类故障的情况下，按照正常流程逐步排除故障点，从TRA后端开始测试RRF、和通道线缆、旋转关节、天线各个方面逐级测试排查，同时还需要考虑线缆接头接口是否存在虚接或者松动等问题进行排查。

建议同批次雷达天线底座内旋转关节旁边的轴承和齿的手动注油点不再加注黄油，以免更多的黄油脂进入旋转关节。

三、总结

旋转关节作为雷达中重要组成部分，是发射和接收环节中必不可少的部分，所以在日常维护中着实重要。

如果遇到设备故障点非常隐蔽或者是从未碰到过的故障，则需要通过大量检测和排查寻找故障。所以这就要求雷达设备维护人员不但要熟悉各个功能模块间的信号流程网络，还要熟悉单个模块的内部构造及其雷达维护界面的具体操作，也就是点与面有机地结合起来。最终故障的排除还是建立在对设备的深入研究和缜密分析的基础上。

文章从故障排除的角度，主要通过故障分析和故障排除过程。希望文章能在以后雷达设备维修工作中，碰到类似故障时能有所启发，有所帮助。

参考文献

[1] 丁鹭飞.雷达原理[V].西北电讯工程学院出版社.1984;

[2] 徐智刚.雷神二次雷达信号抖动故障处理实例（J）.科技创新与应用：2014(23)

[3] 李彦超.浅谈空管二次雷达旋转关节的故障分析（J）.中国科技博览:2017.04