大型RCS测量雷达天线座钳装与工艺技术探讨

2012-08-10邵忠伟

舰船电子对抗 2012年6期

邵忠伟

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引言

雷达截面积（RCS）测量雷达主要用于测量飞机、箔条弹等目标的电磁散射特性，为目标RCS分析提供实际数据。RCS测量雷达天线座包括三波段天线及馈线、发射机模块、高频接收模块、电视跟踪模块及方位／俯仰伺服传动装置、温度控制等组件，形状复杂，结构紧凑，连接关系多，并具备升／降2种工作状态。图1为RCS测量雷达天线座外形示意图。

RCS测量雷达天线座装配需根据设计要求由点到面、统筹安排。首先要确保各波段天线、电视跟踪等部件的安装精度，并调整好其轴向位置。方位／俯仰伺服传动装置装配要求安装精度和传动精度高，在方位、俯仰运动中保持运动平稳性；高频接收和发射机模块装配中要保证热源与散热面的良好接触，特别注意电磁兼容材料的安装情况以保证整机电磁兼容性能；温度控制模块装配中要保证风道的密封性能和通畅性，使整机工作环境适应能力和连续工作时间满足设计要求；天线座内部集成度高，内部空间窄小，须布放电缆品种多，数量大，连接关系复杂，且包括多个运动部件，电缆布放时不能有任何干涉、缠绕现象。

图1 天线座外形示意图

1 工艺设计

RCS测量雷达天线座装配图表达了其工作原理、组件及零部件间主要结构形式和装配关系，以及装配、检验和安装时所需的结构尺寸和技术要求。通过对天线座及内部组件主视图、俯视图、左视图、局部视图、剖视图等全套装配图的分析研究，明确了各视图之间关系及表达目的[1-2]。根据RCS测量雷达天线座的技术特点和风险控制能力，多次与相关设计人员进行讨论和分析后，确定了天线座总体装配工艺为：先总装方位和俯仰伺服传动装置，然后分别安装三波段天线及馈线、发射机模块、高频接收模块、电视跟踪模块、温度控制等组件，按装配要求调整好各部件安装位置并逐点测量确定，固定各部件安装位置和电缆布放长度后提交电装，在电装工作结束后再确定走线架的结构和路线。在此基础上进行了大量3D装配模型的仿真验证工作，确认了工艺设计的可行性和装配性能。

2 安装精度与传动性能

RCS测量雷达天线座总装配图如图2所示。在方位／俯仰伺服传动装置装配工作中，方位基座是整个天线座的承载基座，其安装尺寸与升降平台密切相关，同时方位基座还是总天线座电缆的连接口、调平基准的安装平台、方位机械限位挡块的基础。方位／俯仰动力传动均采用电机减速器带齿轮传动方式。采用定向装配方法将方位和俯仰伺服传动装置轴承装配到位，保证了主轴的旋转精度，然后装上齿轮调整偏心、测试咬合情况，考虑到热胀冷缩的外部环境，按设计要求留有0.01mm左右间隙，保证了传动平衡性，并降低了运动噪音。

图2 天线座总装配示意图

三波段天线装配完成后，采用调整馈源安装面方式使天线口面基本保持一致。馈源加工精度高，形状复杂，安装装配要求高，装配时既保证各单元满足内腔体曲线要求和公差，又设置了专门的定位基准来保证组装后的精度，馈源每一部分的连接都相互关联和限制。通过设计制作专用标校板，根据天线布置位置，确定安装测试喇叭的中心，在相应位置上刻上十字标线，可方便进行安装调整，保证了多个天线和馈源部件安装精度、装配一致性要求。

馈线的连接相对复杂，一次完全装配成功难度极大。其主要原因是：相关多路波导与馈源连接后的相位差需要测量后调整，波导件连接到发射机行波管的馈线由于导轨和导向销位置误差需要微调，一些微波器件尺寸误差，天线与馈源调试位置的微调等等不确定的因素，装配时采用边连接、边修正、边测量等方式，控制好修切波导的调整量，并进行多次测量验证工作，根据安装条件配置了多个异形固定支架，保证了馈线系统的电气性能和结构要求。

电视组合安装时要保证光电轴与天线轴线的一致性，电视组合内望远镜则作为整个天线座的基准，所以这2个部件均需要在两维方向上可调，通过自制专用标校板，采用绕基准轴心转动方法来保证调整位置和调整量的可控，使安装精度满足要求。

装配完成后经实际测量，各部件安装尺寸和误差均符合装配要求，通过计算得到天线座摩擦力矩Mf和俯仰不平衡力矩M俯不分别为[3]：Mf＝5.775kgfm；M俯不＝27.75kgfm。

3 散热

RCS测量雷达天线座高温区重点在行波管和高低压电源模块中间。其中行波管温度偏高主要是由于其功耗较大，散热面积小，行波管和散热器之间热流密度较大，故该区域热量较集中、温度偏高。高低压电源模块之间由于间隙较小，冷空气不容易进入，导致局部温度较高。由于高低压电源模块都自带风机和散热器，故基本能够保证其正常工作。装配工作的重点是保证行波管散热性能满足要求。图3为行波管散热模块示意图。

图3 行波管散热模块示意图

装配时采用精细工艺，保证了行波管和其散热器接触面的平整度和光洁度，利用导热硅脂紧密贴合提高了主要散热源的独立散热性能；天线座冷却系统风道设计复杂，涉及到天线基座、俯仰动力传动、发射机、高频接收等多个部件，通过精心装配和调整，提高了高频箱内与天线座外部的热交换和循环性能，控制行波管模块工作温度性能满足设计要求。图4、图5分别为行波管散热模块温度云图和行波管外壳最高温度规律曲线图[3]。

图4 行波管散热模块温度云图

4 电磁兼容

RCS测量雷达天线座中包含了高频接收和大功率发射电路，装配工作中对电磁兼容性能有较高的要求。装配时通过对电缆功能和连接关系的分析讨论，合理划分电线束，布置走线架，将高频与低频电缆、屏蔽与非屏蔽电缆、电源与信号电缆采取可靠措施物理隔离，保证接地可靠，在走线交叉处采用“十”字交叉法；射频电缆布放圆滑、均匀，以免受伤，影响阻抗特性，造成反射干扰；干扰电缆及敏感电缆与插头连接处采用电缆屏蔽缠带、导电热缩套管进行保护、屏蔽，改善电缆接头处的电磁兼容性能；通过精细工艺设计和装配，有效减低了电缆间耦合、串扰等相互影响，在发射机、高频箱箱体和内部组件安装中，控制了电磁兼容材料的装配、箱体和开孔处电磁屏蔽性能，使得天线座电磁兼容装配性能满足设计要求。

图5 不同进风口温度与行波管外壳最高温度规律曲线图

5 电缆布放

RCS测量雷达天线座连接电缆大多集中在天线方位基座底部，包含射频电缆、视频电缆和数据电缆等多种规格型号，强度、尺寸不一，走线空间有限，当天线座方位转动大于180°时，电缆线会出现卷绕现象。与方位旋转有关的电缆长度随方位转动角度不同而变化，其余电缆长度是固定的，对电缆走线的固定也提出了较高的要求。同时要考虑后续调试工作的方便，对电缆数量、长度预留一定的调节空间。

在原有走线架不足以安装全部电缆的情况下，自制了多组弯角件安装配件安装在原有走线架上，根据各类电缆的功能、去向整理结果，将不同的电缆束装入自制的“U”形双头螺杆内，螺杆分别安装于弯角件上，通过安装螺母的收放调节螺杆的长度，起到调节和收紧的作用。通过调节弯角件安装位置控制与方位旋转有关的电缆束，使其能有序跟随方位旋转方向角度自然收放，解决了电缆布放混乱、电缆卷绕问题。