波导裂缝天线单元的制造技术研究

波导裂缝天线单元的制造技术研究

江海东1,2

(1.南京航空航天大学,江苏南京210016;

2.华东电子工程研究所,安徽合肥230031)

摘要:波导的精度和裂缝的加工对天线单元的制造非常关键。从波导整形、裂缝加工等方面重点考虑,阐述了波导裂缝天线单元的制造技术。

关键词:波导裂缝;整形;温度补偿;检测

中图分类号:TN82文献标识码:A文章编号:1001-3474(2008)06-0361-04

A Research on M anufact uring Technology of

t he Slotte d W aveguide Antenna Unit

JI ANG Ha i-dong1,2

(1.N anji n g Universit y of A eronautics and A stronautics,Nanji n g210016,China;

2.East Chi n a R esearch Instit ut e of E lectronic Engineering,Hefe i230031,China)

Abst ract:W avegu i d e prec ision and sl o t pr ocessi n g are very i m portant to the m anufact u ring of the an-tenna uni.t Th is paper describes so m e key m anufact u ring techno log ies of the sl o tted w avegu i d e antenna u-n i,t such as w avegu i d e shap i n g and slot processing.

K ey w ords:S l o tted w avegu i d e;Shap i n g;T e m perat u re co m pensation;Detecti o n

Docu m ent Code:A A rticle ID:1001-3474(2008)06-0361-04

雷达在第二次世界大战中得到迅速发展,为适应战争需要,交战各方研制出从米波到微波的各种雷达装备。天线是雷达不可或缺的重要组成部分,天线的出现要比雷达早约半世纪。根据目前雷达天线形状的不同,主要有反射面天线、平面阵列天线、喇叭天线三种形式。平面阵列天线能实现波束全空域快速扫描,具有多目标检测、跟踪、自适应、天线波束控制灵活等优点。1940年以来,矩形波导裂缝阵列天线已开始出现于地面和机载雷达系统中,由于波导裂缝阵列天线拥有结构紧凑、质量轻、成本低的优势,所以它获得了极为广泛的应用。

波导裂缝阵列天线是指在波导宽壁或窄壁上开有裂缝的天线。根据裂缝形式和位置的不同,常用的波导裂缝阵列天线单元有波导宽边偏置缝、波导宽边倾斜逢、波导窄边倾斜缝3种,如图1所示。

某雷达的平面阵列天线是由波导裂缝天线单元组成的天线阵面,采用窄边倾斜缝结构。该波导裂缝阵列由若干根矩形波导裂缝天线单元组成,如图2所示。整个波导阵列组成一个5m@2m的天线阵面,该天线阵面的均方根误差要求小于0.5mm,为保证天线阵面的平面度,必须控制天线单元安装背架和波导裂缝天线单元等相关制件的精度,波导裂缝天线单元的精度是天线加工中的关键技术

1结构特点分析

单个波导裂缝天线单元的波导选用B J32,其窄边上分布若干数量裂缝,其深度D?0.04mm,宽度B?0.03mm,波导管壁上的裂缝位置S?0.05mm,长度约5m,为保证天线阵面的平面度要求,波导直线度误差要求不大于0.3mm/5m,如图3所示。

其结构特点如下:(1)材料为铝合金;(2)空心

作者简介:江海东(1976-),男,主要从事雷达产品机械工艺设计及工艺总体研究工作。361

第29卷第6期2008年11月

电子工艺技术

E lectron ics P rocess T echno l ogy

薄壁,细长;(3)裂缝数量多,精度要求高。

波导裂缝天线单元的制造难点主要体现在如何控制好加工前的波导管精度和加工后的裂缝位置尺寸精度。因此在制造过程中如何通过相应的工艺措施来保证其制造质量非常关键。

2制造方案的选择

2.1波导管的选材和整形

2.1.1材料选择

波导裂缝天线单元的连接法兰盘需采用焊接成形,天线单元长度较长,波导管采用热挤压成型,所以选择材料时应从材料的焊接性能、材料的强度、塑性及防腐性能等方面进行综合设计。目前挤压波导管可考虑的常用的铝合金材料有如下几种,性能比较见表1。

选材时考虑到强度及防腐性因素,同时结合铝型材厂家的实际生产情况,选用可热处理强化铝合金材料6063,要求提供状态为T5态。

2.1.2整形

20世纪末期我国的铝合金波导管主要依赖进口,国内铝波导管生产厂家较少,开展铝合金波导成型研究晚,制造工艺相对落后,波导管精度达不到使用要求。由于波导管的成型是通过热挤压成型,购买的国产铝合金波导管精度要求往往达不到国内Ñ级波导的精度指标,需要通过特殊的工艺方法采取二次整形措施提高至Ñ级精度后使用。

表1各种铝合金材料性能比较

材料焊接性能材料强度

3003钎焊、熔焊性能均好不可热处理强化,110N/mm2 6061钎焊、熔焊性能较好

可热处理强化,强化前125

N/mm2强化后310N/mm2 6063钎焊、熔焊性能较好

可热处理强化,强化前90

N/mm2强化后240N/mm2材料延伸率D/%防腐性能

300330优

606125好

606322很好

波导管生产厂家在选用国内铝型材厂家挤压的波导管毛坯后仍需要利用拉管机进行二次整形,方能达到使用精度要求。其采取的波导管整形工艺路线为:波导管毛坯y退火处理y增径拉伸y拉拔波导管y二次拉伸y校直y检测y成型波导。

2.2波导的加工

如何保证波导管窄边上数量众多的宽度相同、倾角和深度不等的裂缝的加工精度,决定了波导裂缝天线单元的电性能指标能否达到。按照目前的加工现状,加工方法有线切割加工、普通机床加工、大型数控铣床加工,视结构特点而定。

2.2.1线切割加工

据文献介绍,该方法利用电火花线切割机床改装后辅以特殊夹具,用I SO代码编程,依次切割出裂缝。可以加工出波导裂缝,缺点是加工的波导长度受制于机床行程,长度较短(1500mm),本方案无法采用。

2.2.2普通机床加工

利用普通机床(铣床、镗床)加装转盘式工艺装置,采用转盘和分次移位来完成裂缝的加工。加工效率低而且精度的保证较困难,专用性强,不能适应大批量长波导的裂缝加工,极少采用。

2.2.3大型数控铣床加工

20世纪80年代美国休斯公司摸索出一套将高速铣床切削工艺与严格的质量控制技术相结合,在高速铣床上用小型立铣刀连续加工裂缝波导的方

362电子工艺技术第29卷第6期