星載天線組件盲插互聯(lián)裝配技術研究*

江秋斐，李子昂，黃劍波

（南京電子技術研究所，江蘇南京210039）

引 言

星載合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Rader,SAR）天線系統(tǒng)是決定SAR衛(wèi)星性能的最重要、最復雜、最昂貴的子系統(tǒng)。隨著相控陣天線技術的發(fā)展，天線的尺寸和功率越來越大，技術指標要求不斷提高，這對天線的組件數(shù)量及密度、單機設備小型化和集成化程度等方面提出了更高的要求[1–2]。某新型星載電子裝備的天線系統(tǒng)由于單機組件間電連接數(shù)量激增，傳統(tǒng)的半剛電纜連接已經(jīng)無法滿足設計要求。盲插連接器重量輕，體積小，性能可靠，在滿足組件電連接需求的同時還可以節(jié)約空間和減少重量[3–4]，因此在該天線系統(tǒng)中全面替代了半剛電纜連接。

為了更好地應用盲插連接器，保證盲插互聯(lián)裝配質(zhì)量和可靠性，本文對組件盲插互聯(lián)裝配技術進行了研究。分析了盲插互聯(lián)裝配精度的影響因素，提出基于在位尺寸檢測的工藝方案，研制了盲插互聯(lián)在位測量裝置和壓接裝配裝置，最后進行了裝配驗證試驗。

1 天線組件盲插互聯(lián)結構

星載SAR天線通常由若干個子陣面組成，包括框架與展開機構、儀器安裝板、有源綜合模塊、電源模塊、波控單元、高低頻電纜組件等單機[4]。其中有源綜合模塊是天線陣面的基本功能單元，由多個T/R組件與天線輻射單元、安裝板等組成。盲插互聯(lián)就是主要用于有源綜合模塊中T/R組件與天線輻射單元之間的電連接，如圖1所示。

圖1 有源綜合模塊盲插互聯(lián)結構圖

盲插連接器一端連接T/R組件上的插座，另一端連接安裝板或天線輻射單元上的插座。使用盲插連接器時，首先將盲插連接器一端壓入T/R組件插座，然后連同T/R組件一同裝入有源安裝板，將盲插連接器的另一端壓入天線輻射單元上的插座。

2 盲插互聯(lián)裝配的影響因素

2.1 盲插互聯(lián)裝配質(zhì)量問題

通過實際生產(chǎn)過程的現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盲插互聯(lián)裝配的質(zhì)量問題主要有兩個方面：1）電連接器出現(xiàn)彎曲、縮針、斷裂等自身損壞，造成連接器完全失效；2）電連接器斜插、軸向間隙誤差大等連接不到位現(xiàn)象影響連接性能。

2.2 盲插互聯(lián)裝配的影響因素分析

從“電連接器質(zhì)量”和“盲插裝配操作方法”兩方面進行影響因素分析，盲插互聯(lián)裝配的質(zhì)量問題故障樹如圖2所示。

圖2 盲插互聯(lián)裝配的質(zhì)量問題故障樹

針對故障樹末端的7個影響因素，逐一進行分析和現(xiàn)場驗證。主要影響因素為盲插互聯(lián)徑向位置偏差、盲插互聯(lián)軸向間距誤差和壓裝作用力方向偏差。

3 主要因素影響機理分析

3.1 盲插互聯(lián)徑向位置誤差

如果天線組件裝配后的徑向相對位置存在偏差，則盲插互聯(lián)的插座中心間存在徑向誤差δ，盲插連接器中心軸線與插座中心軸線之間產(chǎn)生夾角θ，如圖3所示。夾角θ會導致盲插連接器出現(xiàn)徑向浮動，當徑向浮動超過連接器的最大允許值時，盲插互聯(lián)的電訊指標會受影響。當夾角θ過大時，連接器受力會導致插針彎曲甚至斷裂，造成盲插連接器完全失效，如圖3所示。

因此，盲插互聯(lián)裝配時，應盡量減少插座中心間的位置偏差，以保證盲插連接器與插座中心軸線的夾角θ在允許范圍內(nèi)，避免影響連接性能。

3.2 盲插互聯(lián)軸向間距誤差

理想情況下，天線組件裝配后，盲插互聯(lián)插座間的軸向間距D與盲插連接器的長度L相等，即D=L。但由于天線組件的制造誤差、裝配定位誤差和受力變形等因素影響，裝配后的實際間距d與理想間距D之間會存在軸向誤差Δd，如圖4所示。

圖4 軸向誤差影響示意圖

當實際間距d大于盲插連接器長度L，且軸向誤差Δd大于盲插連接器的軸向浮動最大允許值時，盲插互聯(lián)的電訊指標會隨著Δd值的增大而快速下降，直至連接完全斷開。當d小于L，且Δd大于軸向浮動最大允許值時，盲插連接器會受到軸向壓力作用，出現(xiàn)彎曲或縮針現(xiàn)象，對連接性能造成不利影響，甚至導致盲插連接器或插座損壞。

3.3 壓裝作用力方向偏差

天線組件盲插互聯(lián)裝配時，盲插連接器首先裝入T/R組件，然后另一端對準盲插插座，再通過壓緊T/R組件將盲插連接器壓入插座。如果壓裝作用力方向與盲插連接器中心軸線不平行，則盲插連接器會在插座中受力偏轉(zhuǎn)，最終斜插在插座中，影響連接性能，甚至造成連接器損傷，如圖5所示。

圖5 壓裝作用力影響示意圖

另外，通常T/R組件上同時安裝有多個盲插連接器。如果壓接過程中施加的作用力不均勻，將可能出現(xiàn)一側(cè)盲插連接器已裝入插座，而另一側(cè)連接器尚未到位，從而在插座中發(fā)生偏轉(zhuǎn)斜插的情況。特別是當盲插連接器型號和長度不一致時，這種情況尤其明顯。

綜上，為保證天線組件盲插互聯(lián)裝配質(zhì)量，裝配過程中應當：1）盡量減少天線組件盲插裝配后的位置偏差；2）保證盲插連接器與插座之間的軸向間隙在最大軸向浮動允許范圍內(nèi)；3）壓接盲插互聯(lián)時，壓裝作用力應平行于盲插連接器軸線，并在整個組件范圍內(nèi)均勻施力。

4 裝配改進裝置的研制與試驗驗證

4.1 軸向間距測量裝置

由于盲插互聯(lián)插座間的實際軸向間距d受多方面因素影響，實際裝配時軸向誤差Δd通常遠大于盲插連接器的軸向浮動最大允許值，因此必須在盲插互聯(lián)裝配前測量插座與組件安裝面間的實際距離，以選配不同長度的盲插連接器，確保裝配后的軸向間隙及電性能符合要求。為此，試驗設計了基于三維激光掃描測量、三坐標測量機接觸測量以及手動在位接觸測量的3種測量方案，3種方法對比見表1。

表1 軸向間距測量方法對比

激光掃描測量試驗結果表明，由于星載SAR天線的結構復雜，特征眾多，組件和連接器密度高，經(jīng)過激光掃描測量軟件點云處理后的三維圖形無法完全還原天線組件的外形特征，因此安裝板開孔和盲插插座等凹陷特征在點云圖形中普遍缺失，同時測量精度也無法滿足要求。

盲插插座的直徑較小，使用三坐標測量機進行接觸測量時，對測頭尺寸和重復定位精度的要求較高。測量試驗過程中，測頭在程序自動測量時多次與天線結構件或盲插插座發(fā)生碰撞干涉，采用手動測量方式雖然可以防止干涉，但是測量過程過于繁瑣，工作效率低下。最后，研制了基于裝配工位的手動接觸測量裝置（簡稱在位測量裝置），如圖6所示。測量時首先對在位測量裝置進行校準，然后將活動測頭插入盲插插座中并使測量基準面壓在安裝板表面上。活動測頭在彈簧力作用下會接觸插座底面，此時讀數(shù)顯示器中可以顯示盲插插座與安裝板表面的軸向間距，通過與T/R組件插座高度實測值進行計算，即可得到盲插互聯(lián)插座間的實際軸向間距d。

圖6 在位測量裝置示意圖

4.2 盲插互聯(lián)壓接裝配裝置

為保證壓裝作用力垂直均勻地施加在組件上并提高組件定位精度，研制了盲插互聯(lián)壓接裝配裝置，如圖7所示。

圖7 壓接裝配裝置示意圖

壓接頭以安裝板表面為基準進行定位安裝，以保證壓裝作用力方向與安裝板表面垂直，并平行于盲插插座軸線。盲插連接器裝入T/R組件后，首先校正盲插連接器的姿態(tài)，保證盲插連接器軸線垂直于組件受力表面。裝入T/R組件時，通過定位銷軸來提高定位精度，減少盲插互聯(lián)的徑向偏差，同時定位銷軸在壓接過程中還可以起到導向作用，避免壓裝作用力方向與連接器軸線不重合。最后使用壓接頭將組件壓入。

4.3 試驗驗證

使用研制的在位測量裝置和壓接裝配裝置，在某型星載電子裝備天線系統(tǒng)的有源模塊上進行盲插互聯(lián)裝配驗證試驗，試驗流程如圖8所示。

圖8 裝配試驗流程圖

裝配試驗完成后進行了電性能測試，以驗證盲插互聯(lián)的裝配質(zhì)量和可靠性，測試結果如表2所示。

表2 裝配試驗結果

由表2中數(shù)據(jù)可見，3種盲插連接器的電性能測試合格率均超過99.95%，證明了在位測量裝置和壓接裝配裝置的有效性，可滿足該電子裝備天線組件盲插互聯(lián)裝配的質(zhì)量及可靠性要求。

5 結束語

本文通過分析盲插互聯(lián)裝配精度的影響因素，研制了盲插互聯(lián)在位測量裝置和壓接裝配裝置。裝配試驗結果表明，采用上述裝置可以有效避免星載電子裝備天線高密度組件盲插裝配中電連接器斜插、軸向間隙誤差大等問題，從而保證盲插連接器的電性能。該裝置可推廣應用于其他電子裝備的盲插互聯(lián)裝配中。隨著盲插結構在各類電子裝備中的應用越來越廣泛，還需要在盲插互聯(lián)裝配過程的自動化、數(shù)字化以及維修更換方面進行進一步深入研究。