GTC2型L波段探空数据接收机一次典型故障分析

陈银东，柯莉萍，张玉逵，张 艳，阎 廷

(威宁县气象局，威宁553100)

0 引言

贵州只有贵阳探空和威宁探空两个台站，使用的探空设备是GFE(L)1型测风雷达系统。虽然GFE(L)1型测风雷达在使用过程中稳定性好，各项数据指标均比较高，但遇到恶劣的天气情况时常会出现故障。威宁地属贵州西北部，平均海拔2200 m，夏季容易出现暴雨、大风、冰雹和雷击等各种恶劣天气[1]，使GFE(L)1型测风雷达系统出现故障。而GTC2型L波段探空数据接收机作为两个台站的应急备份设备，有两个作用：一是当GFE(L)1型测风雷达发生故障时作为备份设备继续探测，以保证高空气象探测的要素资料完整性；二是与GFE(L)1型测风雷达的数据进行对比观测实验，提高其探测数据的准确性和完整性[2]。

文章以威宁探空站2020-07-28 GTC2型L波段探空数据接收机的1次典型故障为例，根据接收机的工作原理，对故障原因进行分析，并总结了故障排除流程。

1 GTC2型L波段探空数据接收机的工作原理

GTC2型L波段探空数据接收机由天线、方位仰俯驱动控制端、高频组件、接收分机、电源系统和控制终端等组成。工作频段(1675±6)MHz；探测范围仰角2°～85°；方位角0°～360°；可探测有效距离80 km；垂直探测距离可达30 km[3]。探测原理是方位俯仰驱动控制端控制天线转动，通过调节驱动控制端内多圈电位器，使多圈电位器阻值发生变化，接收分机输入的电压随之变化，然后经过LM358运算放大器输出，最后通过计算机控制终端得出相应的方位及俯仰。

2 俯仰方位控制端的部分电路

GTC2型数据接收机方位控制电路主要以LM358运算放大器为核心控制器件，其内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适用于电源电压范围很宽的单电源工作模式[4，5]，也适用于双电源工作模式。在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关，主要通过调节RP16、RP17、RP18、RP19电位器控制GTC2接收机俯仰和方位端的左右限位[6-8]，如图1所示。

图1 仰俯方位控制端的部分电路

3 故障现象及故障原因

3.1 故障现象

开机启动放球软件，软件上的仰角显示89.0°，方位角显示359.9°。调节接收机仰角方位角控制按钮，能观察到接收机室外天线转动，但放球软件上的仰角和方位角数值保持不变。

3.2 维修方法

遵循由易到难、由简到繁的原则，首先对造成此故障的原因进行初步判断，得出此次故障原因通常有以下6种，对照可能故障逐一进行排查：

1)放球软件问题；

2)接收机与天线之间的电缆接触不良，电脑与接收机之间的线路故障；

3)LM358运算放大器故障；

4)控制抑俯角RP16、RP17电位器故障；

5)控制方位角RP18、RP19电位器故障；

6)天线端10 k的多圈电位器故障。

3.2.1 放球软件检查

将GTC2接收机通讯串口线连接到探空业务主机，打开放球软件，故障现象仍存在，排除软件问题。

3.2.2 接收机与天线之间的电缆W2，电脑与接收机之间的线路故障检查

利用万用表欧姆档以短接的方式对接收机X芯通信电缆进行测量，未发现电缆出现断路情况，排除电缆问题。

3.2.3 LM358运算放大器故障检查

将仰角摇到下限位，利用三用表直流档测量LM358的1脚，电压为-1.2 V，调节电位器RP16使电压为0 V，摇动天线，软件摇到上限位，测量1脚电压为2.1 V，调节RP17电位器，未能将电压调到5 V，需配合调节RP16电位器才能调节，此时出现信号饱和现象，将RP16电位器调到初始位置，信号正常。摇动接收机天线仰角，天线在上下限位时，软件角度未能显示为0°和90.0°。采用同样的方法将接收的天线分别摇到左右限位，用三用表分别测量LM358的5脚和7脚，其电压分别为-1.5 V、1.5 V，调节RP18、RP19未能将电压调至0 V、5 V，放球软件角度有变化，但不是对应的角度，且出现乱跳情况。更换LM358集成电路，故障现象依然存在，因此排除LM358运算放大器故障。

3.2.4 RP16、RP17、RP18、RP19电位器故障检查

电位器RP16、RP17、RP18、RP19的作用是通过调节LM358的1脚、3脚、5脚、7脚的电压大小以控制仰角和方位在0°～90°、0°～360°显示。在电压的调节过程中，出现电位器调节至极限，而电压未发生变化的情况。文章考虑4个电位器同时损坏的可能性很小，从线路板上拆下RP16电位器，利用万用表欧姆档测量其输出电阻，输出端电阻正常，排除了RP16、RP17、RP18、RP19故障。

3.2.5 通信电缆W2输入，输出电压的测量检查

利用三用表直流档测量接收机5 V供电电压正常，测量从接收机天线返回的电压5 V无输出，排除电缆W2的情况下，基本可以确定故障在天线部分。

3.2.6 天线10 k多圈电位器检查

仰角、方位的角度显示控制是通过RP16、RP17、RP18、RP19电位器调节LM358的电压，再通过电缆输送到天线10 k多圈电位器，然后通过多圈电位器返回至接收机主机进行控制。基于上述原理，打开接收机天线的底座，拆下10 k多圈电位器，利用万用表欧姆档对其输出脚进行测量，其中1个脚输出电阻为无穷，判断其内部开路。至此，判断此次故障的原因为10 k多圈电位器故障，更换10 k多圈电位器，测量接收机电缆输出电压为5 V，按照3.2.3节对LM358电压进行调节，上、下、左、右限位时电压均正常，打开放球软件，摇动接收天线，角度显示正常，故障排除。

4 结束语

贵州威宁探空站GTC2型L波段数据接收机自安装至今已运行9 a多，长时间运行导致部分零部件出现不同程度的老化，因此在平时的工作中应加强维护保养。通过此次故障维修，总结了以下经验：首先要熟悉接收机的基本工作原理；其次维修过程中要理清思路，对可能造成故障的原因考虑周全，遵循从简到繁，从易到难的维修原则，制定维修流程，避免故障扩大化，从而达到快速维修的目的。