王萌鑫，王 同

（西安導航技術研究所，陜西 西安 710068）

我國幅員遼闊，海岸線長達3.2萬公里，其中大陸海岸線1.8萬公里，島嶼海岸線1.4萬公里。有近300萬平方公里的管轄海域，橫跨熱帶、亞熱帶和溫帶。共有大、小島嶼5 000多座，安裝在海岸線及部分島嶼上的各種雷達不計其數(shù)。在雷達初始定型設計時，應充分考慮海洋氣候的特征，避免雷達在海洋大氣環(huán)境中工作時出現(xiàn)各種問題。

1 我國海洋氣候特點

我國領土南北跨越緯度近50度，海洋由北向南依次是渤海、黃海、東海、南海。筆者選取具有代表性的3個地點：青島、舟山、西沙，舉例說明北部、東部及南部海域的溫度、濕度條件。3個地點的主要單項氣象指標如表1所示，3個地點2019年夏季溫度指標如表2所示。

表1 青島、舟山、西沙的年平均溫濕度指標

表2 青島、舟山、西沙2019年夏季溫度指標

可以看到，沿海地區(qū)及海上島嶼常年空氣相對濕度在80%左右，夏季時最高氣溫均在30 ℃以上[1]。

2 雷達信號發(fā)射通道構成

以單脈沖雷達為例，雷達信號發(fā)射通道由電源系統(tǒng)、定時器、頻率合成器、發(fā)射機、發(fā)射波導、收發(fā)開關、天線等組成，如圖1所示。

圖1 單脈沖雷達信號發(fā)射流程

定時器提供發(fā)射機工作所需的觸發(fā)脈沖信號，頻率合成器為發(fā)射機提供射頻激勵信號，發(fā)射機將射頻激勵信號放大后產(chǎn)生大功率的發(fā)射信號，由發(fā)射波導、收發(fā)開關及天線輻射到外部空間。雷達發(fā)射通道如果出現(xiàn)故障，將會使雷達出現(xiàn)作用距離降低、抗干擾性能下降等問題[2]。

3 露點溫度

露點溫度，指在一定的空氣壓力下，逐漸降低空氣的溫度，當空氣中所含水蒸氣達到飽和狀態(tài)，開始凝結形成水滴時的溫度就是該空氣在空氣壓力下的露點溫度[3]。當環(huán)境溫度降至露點溫度以下，濕空氣中便開始有水滴析出，稱為結露。露點溫度與環(huán)境溫度、相對濕度對照關系表如表3所示。

表3 露點溫度與環(huán)境溫度、相對濕度對照

4 岸基雷達的安裝方式及結露危害

4.1 安裝方式

安裝于海岸線或島嶼的雷達一般有兩種安裝方式，即全室內一體式和分體式。當雷達采取全室內一體式安裝方式時，雷達發(fā)射波導與發(fā)射機、收發(fā)開關及天線位于同一溫濕度環(huán)境下，發(fā)射波導內部空氣不會處于溫度冷熱交替狀態(tài)。當雷達采用分體式安裝方式時，雷達發(fā)射機和天線分別處于室內和室外，連接發(fā)射機和天線的雷達發(fā)射波導穿墻而出，整個波導將處于兩種溫度環(huán)境下。雷達分體式安裝示意如圖2所示。

圖2 雷達分體式安裝波導示意

分體式安裝的雷達，機房內一般會裝有空調用于雷達機柜的降溫除濕。當室內空調設置為制冷、溫度26 ℃時，由于波導一般為金屬材料，導熱系數(shù)較大，波導溫度會降到21 ℃左右（實測值）。在夏季室外溫度在30 ℃，陽光直射波導時，室外波導溫度會達到45 ℃（實測值）左右。室內與室外波導分別處于兩個溫度條件，發(fā)射波導內部空氣會產(chǎn)生冷熱交替的現(xiàn)象。

沿海城市及島嶼常年空氣相對濕度在80%左右，夏季氣溫在30 ℃以上。通過查詢露點溫度與環(huán)境溫度、相對濕度對照表，當室外波導內部溫度為30 ℃（非陽光直射），相對濕度為80%時，露點溫度為26.17℃，高于室內波導溫度21 ℃。當室外波導內部溫度為45 ℃（陽光直射），相對濕度為80%時，露點溫度為40.73 ℃，遠高于室內波導溫度21 ℃。以上兩種狀態(tài)下波導內部空氣中的水蒸氣均處于結露狀態(tài)，長時間將積累較多的冷凝水在波導內部。

在室外相對濕度為80%時，若要波導內部空氣中的水蒸氣不結露，露點溫度須降到21 ℃（室內波導溫度）以下，通過查詢露點溫度與環(huán)境溫度、相對濕度對照表可知，此時需要外部波導溫度為25 ℃以下。北部及東部海域的冬春兩季氣象條件可以滿足此條件，但在南部海域全年很難滿足25 ℃以下的溫度條件。在南部海域采用分體式安裝方式的雷達，發(fā)射波導將常年處于內部結露的狀態(tài)。

4.2 波導內部結露的危害

在波導內部空氣冷熱交替的過程中，空氣中的水蒸氣不斷析出在波導內部，波導經(jīng)過長時間的放置后，內部冷凝水將積累較多，嚴重影響電磁波在波導內部的傳導。雷達發(fā)射機大功率發(fā)射信號無法由天線輻射到外部空間，使得雷達作用距離降低，無法正常搜索或跟蹤目標。同時，由于沿海地區(qū)空氣中鹽霧較大，波導內部冷凝水與鹽霧混合后將在波導內部金屬上形成電解質溶液，導致波導內部金屬腐蝕，可能引發(fā)打火等問題。冷凝水積累到一定程度后，可能倒灌進入雷達發(fā)射機，引起發(fā)射機內部精密電子器件的故障。

5 預防波導內部結露的措施

（1）在初始安裝方案設計時，應充分考慮現(xiàn)場安裝環(huán)境，盡量選用全室內一體式安裝方式，使發(fā)射波導處于恒溫恒濕的環(huán)境條件，避免處于兩種溫度環(huán)境。

（2）若必須采用分體式安裝方式，應在室內波導穿墻處加裝隔熱材料，改變空調室內機出風方向，避免冷風直吹導致的波導溫度過低。室外波導加裝隔熱材料，避免陽光直射波導導致溫度過高。

（3）在穿墻波導處加裝波導干燥機，將干燥空氣吹入波導，降低波導內部空氣相對濕度，以降低露點溫度，避免冷凝水的出現(xiàn)。此方案已在部分雷達上進行工程實踐，效果良好，在長時間的工作中未出現(xiàn)波導內部結露現(xiàn)象。

6 結語

雷達發(fā)射波導對雷達整體性能的重要性不言而喻，本文針對海洋氣候環(huán)境，分析了安裝于海岸線及島嶼的雷達發(fā)射波導內部出現(xiàn)冷凝水的條件，提出在工程實踐中必須采取措施避免波導內部出現(xiàn)結露現(xiàn)象，對工程實踐具有一定的借鑒意義。