基于Creo2.0_Cabling的雷达天线阵面三维布线设计*

戴苏亚，赵希芳

(南京电子技术研究所, 江苏 南京 210039)

引 言

随着数字化样机工程的深入开展，雷达等电子设备产品的更新日益加快。天线阵面作为雷达的核心设备，具有高度集成、轻量化、多功能等特点。为实现产品高性能、低成本、短周期的研制目标，对电缆的设计生产过程提出了更高的要求。

传统的电缆设计模式是结构设计师根据电讯设计师提供的接线图和接线表，在二维CAD平面图中布置电缆，估算出电缆的长度，将电缆信息反馈给电讯设计师设计电缆。这种传统的设计模式存在以下问题：

1)在估算电缆长度时，为避免电缆因过短报废，设计师会预留较多余量，导致长度冗余、浪费。同时冗余的电缆也增加了布线难度。

2)布线设计人员难以考虑到走线空间的所有细节，线缆的通过性存在风险。

3)由于接线图和接线表无法明确走线路径，所以难以保证布线工艺的准确性、合理性以及产品布线的一致性。

总之，这种传统设计方法极大地制约了天线阵面的快速研制。要在电缆生产加工前精确地生成其走线路径、线长、连接关系等关键信息，采用基于数字化样机的三维布线技术是一个很好的选择。

三维布线是指依靠带有电气属性的元件，在三维模型上进行模拟布线。常见的三维布线软件有PROE、CATIA、UG、EPLAN等。目前，三维布线技术已经广泛应用于汽车[1]、通讯、电力电子[2-5]等行业。

本文基于Creo2.0_Cabling模块，以某雷达天线阵面为布线设计对象，研究分析了其布线特点和布线设计流程，通过布线设计模型可以更便捷、有效地指导生产。

1 某阵面的布线特点

天线阵面作为雷达的核心部分，它可以保证天线电性能的实现，它具有设备量大、线缆多、连接关系复杂等特点。阵面内部包含电源、信号等多种类型的电缆。阵面中电缆的布线空间紧凑，多为扁平狭长的形状，如箱梁、筋板侧壁的位置，如图1所示。因此，对布线的精心设计就显得尤为重要，需要高效利用阵面内的宝贵空间，合理分配线束分布，最终实现阵面内部各类电子设备的合理互联并满足其电性能指标。

图1 某阵面布线空间示意图

2 三维布线设计过程

2.1 设计流程简介

本文使用的三维布线工具是基于Creo2.0_Cabling的二次开发软件，其设计流程如图2所示。三维布线不是一个孤立的设计过程，而是一个与结构设计、电讯设计相互迭代、不断优化的过程。

图2 三维布线设计流程

在三维布线工作开展之前，结构设计师需要建立天线阵面的三维模型，确定阵面内部各个组成设备之间的位置关系，预留一定的走线空间。电讯设计师需要建立接线图和接线表，确定阵面内部设备的设备代号、各设备之间的电气连接关系、电缆种类等信息。

在三维布线设计过程中，可将走线空间不足、线缆干涉等情况反馈给结构设计师，进行三维模型调整，更新布线装配。布线完成后，生成电缆信息，并可将生成的电缆信息输出至接线表中，以完善接线表信息。

2.2 布线设计原则

布线设计需遵循以下基本原则[6]：

1)不同类型的电缆需要分类捆扎成束，防止串扰；

2)所有走线尽量沿距离最近的路径进行铺设；

3)所有导线必须避开热源和管路；

4)线束打弯需要设计合理的转弯半径，避免锐角转弯；

5)线缆的可操作性、可维修性要好。

2.3 布线准备

1)简化模型。从2.1节可知，布线模型是建立在结构设计师事先确定好的三维装配模型基础上的。对于天线阵面这种设备量大、模型复杂、层次多的整件，在三维布线开始之前，需要通过收缩包络、骨架模型等方式对其进行装配简化。这样不仅可以提高布线的速度，还可减少发布模型的信息量。

2)建立电气坐标系。设备模型应包含线缆接入点的接线坐标系和每个接线端的位置号，接线坐标系Z向指向出线方向，如图3所示。

图3 带电气坐标系的某器件模型

3)准备线轴库。需要建立包含电缆的型号、外径、颜色、最小折弯半径、密度等信息的线轴数据库，供后续布线调用。

2.4 三维布线

2.4.1 设备指定

在进行三维布线设计时，需要将三维模型中各个电气设备与接线表中的电气设备代号对应起来。通过Creo软件的位号标签来定义电气设备。

2.4.2 创建线束组件

在布线总装中，为不同类型的电缆各自创建一个线缆组件，以便分别对不同类型的电缆进行查看、标注等操作。

2.4.3 创建网络路径

好的布线设计离不开网络路径的规划。布线网络是由多个定位点组成的，是自动布线遵循的电缆铺设通路。自动布线铺设的电缆在离指定的连接点最近的位置进入和退出网络。图4为电源网络路径。

图4 电源网络路径(设备隐藏)

2.4.4 布线

通过自动布线，按逻辑关系对接线表中的所有电缆进行铺设。线缆沿2.4.3小节中创建的网络路径自动走线。图5为电源电缆图。

图5 电源电缆图(设备隐藏)

自动布线完成后，若出现以下几种情况，则需要对铺设好的线缆进行检查和调整：

1)网络路径位置不合理，导致线缆铺设失败；

2)线缆未按照预想的路径铺设；

3)电缆端头出线不合理。

调整的方法包括调整布线网络、手动设置走线路径、沿缆布线、手动布线等。

2.5 电缆信息输出

布线完成后，设计师将线缆信息(线缆长度、连接关系、电缆种类等)输出，用于电缆图纸的完善，见表1。同时，将三维布线模型发送给工艺部门和现场。工艺设计师基于布线模型编写电装工艺，使工艺文件更加直观清晰。工厂依据布线模型指导现场生产装配，以减少对设计师跟产的依赖。

表1 电缆信息输出表

3 三维布线的优势

1)设计更加精确，节约成本。三维布线模型可以将电缆的折弯半径、分叉电缆的节点、走线路径等信息精确地表达出来。基于这些信息可以得到准确的线缆长度值，避免了由过大设计余量造成的线缆浪费。

2)便于进行更改和优化。在设计阶段，不可避免地会出现设备排布、尺寸的调整。关联的三维布线模型可以同步进行更改，并及时给予结构、电讯反馈。

3)设计效率更高。对于天线阵面这种线缆数量大、品种多的系统，布线工具能够得到线缆的准确信息，统一导出，避免了人工对电缆长度逐根进行计算与复核。

4)缩短生产周期。电缆设计工作可以与阵面设计工作同步开展，避免了根据样机现场量取长度配做电缆。

5)便于指导现场生产。三维布线模型将线缆的连接、走向、排布信息直观地展现出来，工人可以参考发布的模型对产品进行电装，有利于保证产品批次之间的统一性。

4 结束语

本文通过研究某雷达天线阵面的布线设计，分析了布线设计与结构设计、电讯设计的协同设计过程和三维布线设计方法。通过布线模型生成的数据可以准确高效地指导电缆生产和阵面装联。实践表明，该三维布线设计方法比传统设计方法更能有效地释放布线风险，提高布线效率，缩短产品的研发时间。