机载共形天线制造关键工艺控制技术

机载共形天线制造关键工艺控制技术

摘要：机载共形天线以其独特的优势成为天线领域的一个研究热点，在现代无

线通信系统中，其能够与飞机蒙皮共形，不破坏载体的外形结构及空气动力学等。共形的结构设计能够较好满足飞机对设备的气动性要求，并可以有效解决飞机重

量增加，飞行阻力增大，油耗增加，天线遮挡和电磁兼容等一系列问题。共形天

线由高强度、低密度的铝合金材料腔体和透波率好、强度高、重量轻的环氧玻璃

钢天线罩组成，需要灌封和吸波材料喷涂等多道先进的工艺技术将天线进行组装

和调试，才能提高整个天线的强度，满足频率、增益和覆空率等指标要求，并达

到密封和高可靠性需求。基于此，本文首先分析了共形天线概念，接下来详细阐

述了天线内腔定量化精确灌封工艺技术以及装配过程数字化管控技术，最后对共

形天线设计做具体分析，希望给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：机载共形天线；制造；工艺；控制技术

引言

随着共形天线的飞速发展，其制造过程中出现新的工艺技术，工艺要求越来

越高，对批量生产过程中各个关键工艺参数的定量控制也越来越有必要。共形天

线的生产过程涉及到灌封、喷漆等多项关键工艺技术及其智能管控技术。同时，

为了改善天线性能，将天线与机体共形是个较好的办法。这样既可以增大天线的

有效辐射面积，又减轻了对载机气动性能的影响。共形天线在机载、弹载系统中

均有应用，主要好处是与机体、弹体共形，对载机、导弹的气动性能影响较小，

可以利用的尺寸和体积只受共形机体、弹体自身体积和尺寸的限制。难点是：1）机体、弹体上可以进行共形设计的部位也相对有限；2）共形天线的辐射特性，

比如方向图要满足系统的要求；3）不能影响载机、导弹的飞行安全。接下来本

文将对机载共形天线制造关键工艺控制技术具体探究。

1共形天线

共形天线的概念起源比较早，最先开始对共形天线进行研究的是美国航空司

令部，主要应用场景是导弹和飞机的蒙皮上，用于减小飞机的动力学阻力。共形

天线阵列的的发展得力于一些研讨会的促进作用。20世纪末，美国空军部率先提出"传感器飞机"项目，对共形天线的研究因此进入高速发展时期，为下一代无人

机的发展做出了巨大的贡献。于是，美国空军实验室（AFRL）于1996年开始研

究共形天线。并主持了CAS的发展规划-（STD）。目前国内对共形天线的研究也

比较多，比如电子科技大学的欧阳骏对复杂载体共形微带天线进行了综合的分析

和研究，对共形天线研究的难点和重点进行了比较深入的探讨。钟华、张志军等

设计了三极化的天线，这种共形天线具有三个独立的端口，可以同时接收三个不

同的电场极化分量。目前对共形天线的研究还不是很成熟，针对共形天线还没有

形成一套系统的分析理论。由于曲面的形状的多样性，对共形天线的研究还是在

基于微带天线的基础上进行的。按照应用场合的不同，共形天线可分为共形头盔

天线、机载薄型共形天线、米波引信天线、共形雷达天线、共形弹载天线。按照

共形天线的形状可分为锥面共形天线、柱面共形天线、平面薄基质共形天线和球

面共形天线。

2天线内腔定量化精确灌封工艺技术

天线灌封技术是将液态复合物灌入装有电子元件、线路的天线腔体内，在室

温条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。其目的主要是提高器件和

零件对外来冲击、振动的抵抗力，提高器件和零件内部线路件的绝缘，有利于产

品的小型化和轻量化，改善产品的防水、防潮性能，且利于产品性能参数的稳定。目前，机载共形天线的内腔灌封和固化的传统工艺多数采用手工操作，存在操作

过程难控制，灌封密度与重量无法精确定量控制，批次性差异较大，灌封局部区

域不均匀，返工次数多等技术难题，导致共形天线的生产工时高，效率低且成本

难以控制。据统计表明，当天线灌封密度批次性误差大于5%时，天线阵的性能

将会受到较大影响。通过数字化控制技术及过程集中管理手段，研发双液自动灌

封机，对灌封过程和固化过程进行精确控制，主要从注射压力、吐出量、吐出速度、调配比例、机械手臂尺寸等技术指标的定量控制，将天线灌封密度的批量误

差控制在小于±5%以内，对灌封过程实现精确定量、可溯源。能够有效保证批量

产品的灌封质量一致性，提高灌封的生产效率，降低生产成本。

3装配过程数字化管控技术

目前天线制造过程仍主要依赖于二维工艺图纸进行手工装配，整个装配过程

主要依靠班组长人工管控。在装配过程中图纸直观性差、装配工人理解耗时长、

效率低；共形天线装调过程中的人工管控效率低、纸质记录装调记录、关键指标

一次性合格率低、质量追溯困难。因此，开展三维装配工艺设计及可视化装调技

术研究，并以数据采集为基础，通过对制造过程数据、装配工艺参数、调试数据、质量数据等数据的采集，实现数字化装配工艺管理、质量分析与追溯、物料管理、装配过程执行管理、装配过程的可视化等以实现共形天线的精益制造。天线装调

过程数字化管控技术架构分为四个层次：工艺与装备层、数据采集层、数据中心

层和数字化管控层。在工艺与装配层建立工业以太网平台，实现制造资源的互联；数据采集层完成装调过程中的调试数据、质量数据、进度数据等实时采集，进而

构建数据中心。数据中心是衔接装备、工艺、装配仿真、管控平台的桥梁，数字

化管控以数据中心为基础构建装配计划管理、工艺BOM管理、过程质量管理、

装配过程管理、物料管理、装配作业管理、基础数据管理等业务功能。研究三维

装配工艺设计技术，基于三维模型与装配工艺开展虚拟装配技术研究，并录制三

维装配动画，建立现场可视化装配系统，形成装配作业电子指导书辅助装配过程。现场三维可视化装配系统与装调线数字化管控平台通过数据中心层进行交互。

4共形天线设计

4.1电性能设计

共形天线设计时可以选择两种天线形式：平板偶极子天线和平板单极子天线。由于背鳍内部可以利用的空间高度约为1.85m，如果采用平板偶极子天线，在频

率的低端即30MHz处，振子的一臂的长度仅为0.1λ，即使是考虑到振子加宽后的缩短因子，匹配起来也非常困难。如果采用平板单极子天线形式，则振子一臂的

长度约为0.2λ，已经接近于0.25λ，再加上振子加宽后缩短效应，辐射体本身就

可以充分谐振了，此外，实际装机时，单极子天线比偶极子天线更容易安装，因

此采用单极子天线形式。

4.2结构安装设计

天线安装在背鳍中心位置，背鳍材料为非金属透波材料，天线板与背鳍隔板

相连，通过增强天线板的刚性以满足抗振动要求。天线板与机身绝缘。天线板与

背鳍固定连接后整体安装于机背上。

结语

通过解决共形天线在存在的关键工艺问题，并通过装配过程数字化集中管控，对装配过程的工艺参数和质量数据等进行集中管理和控制，可缩短共形天线的研

制周期，提高天线的性能指标一致性。