一種移相器快速化測試系統(tǒng)的設(shè)計

宋賽武，唐 楠

(南京電子技術(shù)研究所， 南京210039)

0 引言

鐵氧體移相器作為一種特殊的微波器件，在雷達(dá)、微波通信和微波測量系統(tǒng)等方面得到了廣泛應(yīng)用，特別是在無源相控陣?yán)走_(dá)中其優(yōu)越性得到了充分體現(xiàn)［1-2］。無源相控陣天線通過對天線內(nèi)移相器的控制，達(dá)到波束指向的瞬間轉(zhuǎn)換［3-5］。移相器在天線中有著非常重要的作用［6］，隨著對移相器性能指標(biāo)要求的逐漸提高與人力成本的不斷上升，使得對移相器產(chǎn)品質(zhì)量的一致性要求更高，相關(guān)的移相器生產(chǎn)企業(yè)也面臨著產(chǎn)能瓶頸，因此，國內(nèi)外生產(chǎn)廠商在采用自動化方式代替人工操作方面做著各自的努力與嘗試。而移相器的測試是耗時最多的環(huán)節(jié)，在測試環(huán)節(jié)進(jìn)行效率提升，效果最為顯著。本文針對一種定制性極強、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的移相器組件，介紹了一種移相器快速測試系統(tǒng)的設(shè)計。

1 快速化測試系統(tǒng)

1.1 快速化測試系統(tǒng)需求

鎖式鐵氧體移相器組件是應(yīng)用于雷達(dá)上的一種新型鐵氧體移相器，它具有電性能要求高、陣面裝配數(shù)量多、結(jié)構(gòu)形式獨特等特點，結(jié)構(gòu)如圖1所示。隨著該雷達(dá)進(jìn)入批產(chǎn)階段，該移相器組件的生產(chǎn)也面臨著巨大壓力。移相器在整個的生產(chǎn)過程中要進(jìn)行多次測試及數(shù)據(jù)采集工作，因此，如何提高移相器測試效率，成為提升移相器生產(chǎn)效率凾待解決的關(guān)鍵性問題。

圖1 鎖式鐵氧體移相器組件

以往我們對移相器進(jìn)行測試都是人工將移相器通過螺釘擰緊在測試系統(tǒng)上，為給測試人員提供足夠操作空間，每次都需要對測試系統(tǒng)的高度、角度進(jìn)行調(diào)整。同時，采集移相器數(shù)據(jù)時都是將三根顏色各異、長度等同的導(dǎo)線按特定的規(guī)則焊在移相器的焊盤上，焊線前導(dǎo)線還需經(jīng)過備線、剝線、浸錫等工序，采集數(shù)據(jù)時，測試人員先將移相器用螺釘固定在測試系統(tǒng)上，再通過與儀表相連的三個線夾夾緊焊在移相器的三根導(dǎo)線線頭，借助儀表讀取數(shù)據(jù)，完成一個單元移相器一次的數(shù)據(jù)測試及采集工作，之后松開三個線夾，將移相器從測試系統(tǒng)拆下，進(jìn)行下一單元移相器的數(shù)據(jù)采集。

通過對采集到的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，將合格的移相器進(jìn)行分類存放，等待下一環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集，而對于不合格品需將導(dǎo)線拆下，重新進(jìn)行裝配、調(diào)試、篩選、數(shù)據(jù)測試與采集等工作。

等所有移相器進(jìn)入臨交付狀態(tài)時，還需對移相器再進(jìn)行一次交付前狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集完成后，拆除焊接的導(dǎo)線，修整焊盤，移相器包裝交付。

由此可見，采用這種焊線方式進(jìn)行測試與數(shù)據(jù)采集，是一種十分繁瑣且費時費力費料的工作，且焊盤經(jīng)多次焊接后會影響焊盤可靠性，給后續(xù)電裝造成不利影響;另外，對成品器件進(jìn)行反復(fù)拆裝，有對成品器件造成損傷的風(fēng)險，也不利于移相器的后續(xù)測試維修［7-9］。因此，迫切的需要設(shè)計一種快速化測試系統(tǒng)來取代原有的移相器測試系統(tǒng)。

1.2 快速化測試系統(tǒng)基本組成及設(shè)計原理

基于該鎖式鐵氧體移相器的具體測試要求，在設(shè)計快速化測試系統(tǒng)時我們將其分為數(shù)據(jù)采集、快速安裝定位、系統(tǒng)控制三部分。其中，數(shù)據(jù)采集部分需改變以往焊線的采集方式，快速安裝定位需將測試系統(tǒng)變動態(tài)系統(tǒng)為固態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)控制則是將復(fù)雜的經(jīng)驗式手工操作變?yōu)楹唵蔚陌粹o式機械操作。

1.3 系統(tǒng)的實現(xiàn)與測試結(jié)果比對

我們將測試波導(dǎo)與移相器固定在單一方向確定行程的導(dǎo)軌上，通過內(nèi)部彈簧與定位銷釘?shù)淖饔?，使?fù)雜多變的動態(tài)測試系統(tǒng)成為只能做簡單往復(fù)運動的傳動機構(gòu)，實現(xiàn)了測試系統(tǒng)與移相器快速精準(zhǔn)安裝緊固，如圖2所示。同時，結(jié)合天線陣面中移相單元周期分布的特點，測試時移相單元間也實現(xiàn)了快速銜接替換。用簡單的按鈕式自動化控制系統(tǒng)替代復(fù)雜的手工操作。

然而，要想真正實現(xiàn)移相器快速測試，單純依靠移相器與測試系統(tǒng)快速安裝定位還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須將繁雜的焊線測試方式徹底改變。因此，我們又設(shè)計了一款可操作性強、與移相器三個焊點相對位置一致且具有伸縮功能的電測探頭，如圖3所示。通過合理的工裝設(shè)計，借助多個傳動關(guān)節(jié)點的控制，實現(xiàn)了探頭與焊盤之間的快速、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的柔性接觸。

圖2 測試系統(tǒng)

圖3 電測探頭

通過移相器與測試波導(dǎo)的快速定位安裝，結(jié)合快速電測探頭的使用，實現(xiàn)了移相器快速數(shù)據(jù)測試與采集。經(jīng)過實際測算，采用了這種移相器快速化測試系統(tǒng)后，該鎖式鐵氧體移相器組件的數(shù)據(jù)測試與采集效率得以大幅度提高，每移相單元測試時間從8 min縮短為2 min，通過圖4～圖6所示移相器組件仿真性能與測試系統(tǒng)使用前后測試數(shù)據(jù)對比，表明該快速化測試系統(tǒng)滿足該鎖式鐵氧體移相器測試要求。

圖4 駐波與損耗仿真結(jié)果

圖5 駐波與損耗未使用測試系統(tǒng)前實測結(jié)果

圖6 駐波與損耗使用測試系統(tǒng)后實測結(jié)果

2 結(jié)束語

本文介紹的一種移相器快速測試系統(tǒng)，它徹底改變了傳統(tǒng)鐵氧體移相器的測試方式，能夠大大提高了移相器測試效率，值得注意的是，這只是針對移相器測試環(huán)節(jié)進(jìn)行的快速化改造，對于其他同類微波器件，實現(xiàn)裝配、測試、調(diào)試、檢驗的全流程自動化，還需要各方能人志士的共同努力。

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