大阵面雷达天线高精度装配技术研究

大阵面雷达天线高精度装配技术研究

虞斌 刘铁生

中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230000 摘要：传统天线装配模式下，主要依靠技术人员的经验进行装配，存在着生产周期长、制造成本高等缺点。随着国内新型号天线的逐渐增多，柔性化工装也随之增多，传统的工装布局已经不能满足多品种、小批量生产的需要。

关键词：大阵面雷达天线；高精度装配；应用

前言：

相控阵雷达的天线阵面是利用大量小型天线单元排列而成的。随着相控阵雷达的发展，天线阵面尺寸越来越大，天线单元数量越来越多，阵面结构安装精度要求越来越高，而天线阵面的装配精度又直接影响着相控阵雷达阵列激励的精度。目前关于大阵面雷达天线高精度装配技术方面的研究，多在产品生产首次装配中进行。

1装配技术研究

某雷达天线阵面由12块天线单元装配而成。装配天线单元时，需要通过上固定面上的4个固定孔和下固定面上的4个固定孔将天线单元固定在天线骨架上，从而形成天线阵面。天线阵面满足指标要求的前提不仅是每块天线单元符合指标要求，更需要严格把控装配过程以保证垂直度（即天线阵面与安装平面的夹角）、各天线单元的同面度（各天线单元平行于安装平面的距离偏差）、天线阵面的平面度（天线单元组装成天线阵面后的整体平面度）等各项指标要求。该天线阵面在首次装配时，以天线骨架的上固定面和下固定面作为水平和垂直基准，且天线骨架是新生产出来的，其各项指标满足天线阵面装配需求，但在长时间使用后，天线骨架整体发生了扭曲变形。研究人员通过特殊手段对拆分下来的天线骨架进行了校准，复测发现校准后的天线骨架上固定面的水平度和下固定面的垂直度均无法达到原来的设计要求，即其指标不再满足天线阵面装配需求。本文通过重新选择基准，确定装配方案，增加工艺装配件，以定制工装为辅助，装配时实时监测各项指标，实现了天线阵面高精度再装配，解决了装配时不能满足指标要求的问题。

1.1确定基准平面

在雷达设备的具体使用中，以雷达设备平台为基准进行各方位的指标测试，在最初的方案中考虑以雷达设备平台作为基准进行装配。但该雷达为机载雷达，其设备平台为某大型飞机，雷达设备所处位置较高，且天线单元的装配属于较大型设备安装，固定孔位多，安装过程复杂，需要多人同时操作，现有的安装设备无法满足使用要求。此外，雷达整体设计要求雷达设备需要在地面上装配好天线阵面之后才可进行与设备平台的装配，故无法直接使用设备平台作为基准。雷达设备平台与天线骨架的安装对接是由天线骨架下方4个带有安装孔的安装支耳通过螺栓连接实现的，故以此为切入点进行基准构建。对天线骨架进行的整体分析发现，虽然天线骨架的上固定面和下固定面由于扭曲变形不能继续作为基准，但天线骨架下方的4个安装支耳并未发生变形，因此可以此来构建基准。基准包括水平基准和垂直基准。水平基准为平行于雷达设备平台的平面，垂直基准为垂直于雷达设备平台的平面，因而可以安装孔的端面圆心来构建水平面，以此为水平基准，同时分别对前后各两组孔端面圆心构建线段，确定中点，连接两个中点作垂直于水平基准的平面，作为垂直。

1.2装配方案阐述

天线单元共有12块，在整个天线阵面装配中，第1块天线单元的安装至关重要。它是其他天线单元安装的基准，确定天线阵面的垂直度是否满足要求，并决定装配成功与否。经头脑风暴确定了2种装配方案。第1种方案是从天线骨架一侧开始安装，之后依次进行，每安装完一块天线单元，就需要对已安装的天线单元整体进行参数测量，不断调整正在安装的天线单元，达到指标要求后继续进行安装；第2种方案是从天线骨架中间开始安装，之后两边同时安装，两边各安装一块后对已安装的天线单元整体进行参数测量，同时调整两边正在安装的两块天线单元，达到指标要求后继续进行安装。通过对比分析得知，第1种方式所用人力较少，测量次数多，而第2种方式耗时较短，测量次数相对较少。经综合评判，确定使用第2种安装方式。

1.3定制工装及工艺装配件

确定好基准及装配方案后，需要解决如何在变形的天线骨架上保证天线阵面的装配精度问题。本文对天线单元的安装方法进行了分析，从中找出关键点。天线单元是通过4个上固定孔和4个下固定孔安装固定到天线骨架上的，两侧各有3个定位孔，用于与其他天线单元的连接固定。在安装时，上固定孔与天线骨架上固定面上4个孔位对接，确定水平方向满足要求，下固定孔与天线骨架下固定面上4个孔位对接，确定垂直方向满足要求。因骨架变形，水平安装面与水平基准、垂直安装面与垂直基准不再平行，因此考虑在不影响其整体性能的前提下，分别在天线单元的上固定面与天线骨架的上固定面之间、天线单元的下固定面与天线骨架的下固定面之间增加一定厚度的定制垫片，以保证天线单元安装到此处后的水平度和垂直度。

2装配精度的工艺控制

2.1底座装配基准的选择及控制

底座是传动链安装的基础，因此其装配精度尤为重要。安装基准可选择柔性焊接平台。由于该平台为整体铸件，有一定的吸振能力，表面平整度也非常理想，此外与之配套的夹具品种齐全并数量充足，这使现场操作方便快捷，因此选择该平台作为装配基准非常合适。调平时可用水平尺测量平台上的各点，根据测量情况调节平台底部的螺栓，直至平台水平。该步骤精度检测的要点是底座上伞齿轮箱安装面以及四组传动装置安装面高度的一致性，可直接用高度尺以平台表面为基准进行准确测量。

2.2传动链装配精度控制

由于伞齿轮箱有一定的体积，与其相连的三根扭力连杆的相对位置较难测量。可以通过专用测量工装来检测各扭力连杆间的位置精度，如超差则需及时调整。测量伞齿轮箱各输入和输出轴的等高情况非常重要，因为这直接关系到扭力连杆的回转精度。可以用高度尺以平台面为基准测量各轴端部的高度值，确保高度一致。另外可将圆周跳动测量仪的测头压在各扭力连杆两端的外表面，再手动扭转电机的输出轴，观察测量仪的跳动情况。该测量结果直接反映扭力连杆的回转同心度，如超差则需要及时调整。此外开放式的安装环境有利于用噪声计判断噪声源的确切位置，便于及时调整。

2.3升降机构整体吊装

升降机构整体吊装前需确保上述所有装配精度均满足要求，并且所有螺钉紧固可靠；此外还需要用水平尺将舱体底板调平，吊装时采用软绳托底吊装，以保证离舱装配完毕的升降机构能够被整体移动。

2.4装配完毕噪声控制及检测

升降机构运行过程中噪声过大的现象往往反映了传动链中存在卡滞和憋劲的情况，因此可用扭力扳手在电机输入端进行转矩检测，如转矩超过正常值，则需要检查调整。在升降机构安装完毕，为了测量实际使用状态下（平台承载）平台的水平保持能力，可直接将卫星天线试安装于托盘上或在托盘上等额配重，然后在托盘上放置水平仪，电动运行升降机构，检验仪器水平泡的位置变化。

结束语

本文以变形后的天线骨架为安装架，确定安装顺序，重新选定基准，以特制工装及工艺安装件为辅助，通过激光跟踪仪构建基准，全程检测装配过程。现场装配及指标测试表明，该方案可操作性强，装配效率高，安装精度高。

参考文献：

[1]钱宣,孙为民,方红梅.机载有源相控阵雷达天线阵面结构设计[J].现代雷达,2012,34(9):66–68.

[2]徐正.大型固定式相控阵雷达阵面安装方式研究[J].电子机械工程,2019,35(2):54–57.