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雙極化平板縫隙天線的真空釬焊

2014-09-21

                                                        雙極化平板縫隙天線的真空釬焊

  摘  要:主要介紹了鋁雙極化平板縫隙天線等工件的真空鋁釬焊技術,對真空釬焊工件的接頭與夾具、釬焊工藝參數和釬焊加工過程進行了較詳細的論述。

    關鍵詞:雙極化平板縫隙天線;真空釬焊;柔性夾具

1 引言

    由于鋁合金密度小、耐腐蝕、導熱和導電性好,且具有一定的比強度,鋁合金材料應用范圍不斷擴大,電子設備中散熱器、汽車上的冷卻器和平板縫隙天線(典型結構如圖所示)基本上采用鋁合金釬焊結構。

    平板縫隙天線的表面積大,對釬縫成形和變形有一定要求,根據不同要求可選用網帶氮氣保護連續爐釬焊、真空爐釬焊工藝,其中真空釬焊適合質量要求高的平板天線零件。

    平板縫隙天線由1mm (±0.01)厚的輻射板、隔板、底板組成的共壁波導陣和饋電波導焊接成形,該天線結構復雜,目前國內外對此零件通常以數控加工成形,裝配后采用鹽浴焊、網帶氮氣保護連續爐、真空釬焊爐等幾種焊接方式進行整體焊接,在制造工藝上存在一系列問題,尤其是天線的組合釬焊,波導作為微波傳輸通道,它要求有嚴格的截面尺寸、形位公差要求,釬焊后不僅要有合適的內腔圓角,同時不能在內腔形成金屬堆積、熔蝕等缺陷,更不能有未焊上的釬縫和截面的翹曲變形,任何加工不合適都會影響天線的電氣性能,如:相位和駐波,所以平板縫隙天線的結構特點給天線加工帶來了很大的難度。

 

2 鋁真空釬焊原理

    在真空氣氛的保護下加熱,可以減少母材和釬料的氧化,使母材和釬料表面的氧化膜分解、去除或破壞,釬料熔化后對母材形成潤濕,在毛細作用下填縫,冷卻后形成接頭。真空釬焊一般不需要釬劑,釬焊后不需清洗釬劑,工件免受氧化,釬縫成形美觀,是高質量的釬焊工藝方法。真空氣氛下氧化膜的去除機理是高的真空度減少了金屬加熱過程中的氧化,并發生了以下反應:真空下氧化膜的分解;氧化物的揮發;H或CO對氧化膜的還原作用;C對氧化膜的還原作用;表面的氧向材料內部的擴散或溶解;致密氧化膜的破裂等。以上反應的綜合作用使氧化膜去除或破壞,促進釬料對母材的潤濕。從真空下去膜機理的熱力學條件看,氧化膜去除不僅與真空度有關,還需要一定的釬焊溫度。用比母材熔點低的金屬材料作為釬料,用液態釬料潤濕母材和填充工件接口間隙并使其與母材相互擴散的焊接方法。釬焊變形小,接頭光滑美觀,適合于焊接精密、復雜和由不同材料組成的構件,如平板縫隙天線等。

2.1網帶氮氣保護連續爐中釬焊

    網帶連續爐中釬焊是最簡單的爐中釬焊方法。釬焊時把裝配好并加上釬料及釬劑的工件放入電爐中,工件被加熱到釬焊溫度后,依靠釬劑去除母材表面的氧化膜,使釬料流入接頭間隙。取出冷卻后便形成釬焊接頭。

    由于網帶連續爐中釬焊的加熱周期較長,為了減少工件氧化,防止釬劑蒸發和喪失活性,應盡量縮短工件在高溫下停留時間,釬焊工件的加熱時間根據工件和夾具的大小而不同,一般通過試驗確定。網帶氮氣保護連續爐中釬焊設備簡單,成本較低,加熱均勻,變形小。但最大的缺點是釬焊過程中母材暴露在空氣(3ppm)中,釬劑會發生一定的氧化,如果采用氮氣(氮氣純度:含氧量小于3ppm 露點-56℃ 氮氣流量:0-300(500)ml/min )保護效果會更好。另外由于氯化物釬劑釬渣的強烈吸潮性,釬焊接頭易發生腐蝕,所以鋁釬焊使用的釬劑最好是無腐蝕釬劑,其中QF型[1,2]釬劑是氟化物釬劑,它由KF及ALF3組成,當KF為45.8%、ALF3為54.2%時,釬劑中將不存在KF及ALF3,而全部形成 K3AlF6-KAlF4,由相圖可知其共晶溫度為562℃。該種釬劑不吸潮,在室溫下不與水和鋁發生反應,僅在釬焊溫度附近有活性,焊后殘渣不會引起腐蝕,在釬焊過程中去膜能力強,釬焊后接頭耐蝕性好,釬縫致密性好,能用于鋁合金空氣爐中釬焊,但如果在潮濕的空氣中加熱這種釬劑時,釬劑成分要發生變化而影響去膜能力。另外,各個廠家生產的釬劑質量相差較大,在加熱時間較長時尤其明顯,有的釬劑根本不能完成釬焊,多年的工作經驗告訴我,在原材料、加熱溫度、裝配間隙、焊前清洗等正常情況下,釬劑質量波動是造成釬焊質量大幅度波動的主要原因,

2.2真空釬焊

   真空釬焊是在真空環境下對已經裝配好釬料的焊件進行加熱,利用真空條件下一系列對釬焊有利的物理化學反應,實現去膜和潤濕,形成釬焊的工藝方法。主要用于要求質量高的產品和易氧化材料的焊接。真空釬焊是相對較新的釬焊方法,它不需要釬劑,釬焊接頭光亮致密,具有良好的力學性能和抗腐蝕性能,焊件美觀,因此真空釬焊在航空航天等領域獲得了廣 泛的應用,真空釬焊對材料和結構的適應性強,廣泛用于鋁合金、鈦合金、不銹鋼、高溫合金、難熔金屬及結構鋼、銅合金等結構的釬焊。真空焊接過程不需要釬劑即能焊接鋁、鈦等高活性金屬,同時能保證獲得精密光亮的接頭,此接頭具備優良的機械性能和抗腐蝕性能。  隨著真空爐性能價格比的不斷提高,鋁真空釬焊爐已在民品、軍品工業中得到大量應用,鋁真空釬焊相比鹽浴釬焊和釬劑釬焊具有明顯的優點:

(1)無毒和無污染;真空釬焊,因不用釬劑,顯著提高了產品的抗腐蝕性,免除了各種污染,工件不氧化,釬縫成形美觀;有好的安全生產條件;

(2)真空釬焊不使用釬劑不僅節省大量價格昂貴的金屬釬劑,不存在焊渣,而且又不需要復雜的焊劑清洗工序,無需焊后清洗,節約大量的人力物力;降低了生產成本;

(3)在真空中加熱,不存在產品氧化的問題,真空釬焊釬料的濕潤性和流動性良好,可以焊更復雜和狹小通道的器件,由于采用整體加熱,熱應力小,工件變形小,真空釬焊提高了產品的成品率,獲得堅固的清潔的工作面;可以加工很大的工件;

(4)與其它方法相比,爐子的內部結構及夾具等壽命長,可降低爐子的維修費用。工件加熱均勻(±3℃)控溫精度(±1℃),變形量小,釬焊精度高,可實現無余量加工和精密釬焊,可以做到焊后不修整,可以實現釬焊和熱處理的一體化工藝。這對于焊后難于清洗和修整的高精度鋁波導是非常必要的,同時對于風、油、水冷散熱器的真空釬焊也比較適合。真空工藝參數控制準確,產品質量穩定。真空爐由真空室、加熱器、控制系統和配套的真空系統組成?,F在主流的鋁真空釬焊為冷壁爐,采用水冷爐壁,生產條件好,釬焊的工件質量高,適用于小批量、多品種零件的加工。

(5). 適于真空釬焊的材料很多,如:鋁、鋁合金、銅、銅合金,不銹鋼、合金鋼、低碳鋼、鈦、鎳、因康鎳(Inconei)等都可以在真空電爐中釬焊,設計者根據釬焊器件的用途確定所需的材料,其中鋁和鋁合金應用得最廣泛。

3 真空釬焊工藝過程

  真空釬焊工藝一般需經過以下過程:表面準備—零件的裝配與定位—釬料的添加—真空釬焊熱循環—焊后檢驗—釬焊后處理等。真空釬焊時需控制的工藝要點包括零件和釬料的表面質量、焊件配合形式和間隙、釬料的添加放置、升溫速度、釬焊溫度、保溫時間、真空度等。
  待焊零件首先需要進行表面準備,所有表面應為經過機加、吹砂或化學清洗過的無氧化皮、無油污的潔凈表面,較低溫度下的釬焊對表面的潔凈度要求更高。在潤濕有困難時可以考慮表面鍍膜,一般為鍍鎳、鍍銀、鍍銅等。
  零件需裝配與定位,零件間應能保持正確的位置關系和釬焊間隙,或釬焊間隙在釬料熔化后可以閉合。裝配一般可以利用零件的自定位關系、點焊定位、工裝定位、重物及其他輔助方式。真空釬焊時需將釬料預先添加放置,根據不同情況可以采用粉狀、片狀、絲狀等不同的釬料形式。粉狀釬料的添加可采用下列方法:與粉末釬料與黏結劑調制成膏狀,再用注射器添加或手工添加;手工直接添加后采用黏結劑固定;制成黏帶釬料(粉末釬料與黏結劑混合軋制成帶狀)等。片狀釬料添加時一般加在釬焊間隙中間,對于大面積釬縫,使用片狀釬料時應對工件施加一定的壓力,以便釬料熔化后被釬料占據的釬焊間隙可以閉合。片狀釬料可以采用貯能點焊進行定位。絲、環及預成形釬料添加時,可以放在緊鄰釬縫處或預先加工的料槽內,盡可能考慮重力的作用,使釬料流動方向向下。
    在焊件完成整體裝配和固定、釬料添加和裝爐后開始釬焊熱循環過程。首先需要按照真空爐的操作順序抽真空,真空度達到預定的數值后開始加熱,在加熱的全過程中真空機組應保持工作,以將釋放的氣體抽出,維持爐內必要的真空度。加熱保溫結束后,焊件應繼續在真空或保護氣氛中冷卻至150—200℃,以防止工件氧化,因此降溫時仍需抽真空或向爐中通入惰性氣體。一般無特殊要求的釬焊可以隨爐冷卻,有冷卻速度要求的按相應的冷卻曲線進行,需快冷的工件可以進行真空氣淬冷卻。對熱膨脹系數相差較大、易產生熱應力的結構(如陶瓷的釬焊等),應采用緩冷的方法。根據需要,釬焊加熱完成后,可以緊接著進行焊件的熱處理,即釬焊和熱處理在同一爐次內完成,也稱釬焊—熱處理一體化工藝。釬焊—熱處理一體化工藝一般需要快冷,通常采用通人惰性氣體的氣淬快冷工藝。釬焊—熱處理一體化工藝需考慮釬焊保溫溫度與零件的熱處理溫度相一致,使用的設備應具有特殊的快冷功能。

3.1平板縫隙天線基體材料、釬料及使用

    表1是幾種常用釬焊基體材料、釬料的物理和機械性能。由于LF21、LD31鋁合金材料的固相線溫度比其他鋁合金高,比較適合鋁合金高溫釬焊,LF21鋁合金適用于各種結構件,而LD31鋁合金可熱處理強化,其加工性能、抗腐蝕性能、力學性能良好,適用于真空釬焊后需熱處理強化的結構件,如平板縫隙天線等。在散熱器、冷板加工過程中發現10mm左右的鋁合金原材料有一定的變形,會影響裝配過程和釬焊質量,也增大后續銑加工量,冷校平很難解決這一問題,通過試驗采用熱校平工藝很好地解決了此問題。

    

    釬料是釬焊工藝中的關鍵連接材料,Al-Si、Al-Si-Sr-La共晶釬料適合于網帶氮氣保護連續爐有釬劑釬焊,目前使用的為0.05-0.09mm的釬料,為了使釬料貼近釬縫形成滿意的焊縫,要求釬料必須直,在校直過程中我們采用退火工藝后拉直,現在釬料可以做的很直,有利于釬焊質量的提高。Al-Si-Mg釬料及復合釬料板適用于真空釬焊,在釬料中加入一定量的Mg,可以提高局部去膜效果。

3.2釬劑和活化劑

    鋁合金表面氧化膜致密穩定、熔點高,在普通釬焊溫度下不易分解,在空氣爐、氣體保護爐釬焊必須使用釬劑,QF型氟化物釬劑有較強的去氧化膜能力,但其機理目前尚不清楚,有人認為主要是氟鋁酸鉀能溶解氧化鋁膜,且常溫下不與水反應,我們用的就是帶水的漿狀釬劑。鋁的真空釬焊由于鋁的氧化膜在真空中也很難分解,所以在很長的一段時間內沒有取得進展,直到提出采用所謂金屬活化劑后,鋁的真空釬焊才被實現。試驗表明,Mg是鋁真空釬焊最好的活化劑,通過加入鎂可以獲得良好的釬焊性能和優良的釬焊接頭。

3.3工件結構特點的分析和加工過程

3.3.1工件結構特點的分析

    由于各工件技術要求不同,加工工藝也不一樣,合理的釬焊接頭設計十分必要,通過對散熱器、冷板和平板縫隙天線各自特點的分析,提出如圖的結構形式。

    網帶氮氣保護釬焊方式一般平板縫隙天線采用銑定位槽結構,該結構定位可靠,釬劑和釬料添加位置合理,大面為整體材料,變形易控制,已在生產中大量采用。

    真空釬焊平板縫隙天線采用復合釬料板夾在基材中的夾層結構,該結構由于利用了復合釬料板良好的釬焊性能,只要控制好工藝,釬焊質量易保證,但對上面結構的平板縫隙天線要兼顧釬料流淌和強度,溫度過高,釬料流淌嚴重,溫度過低,強度不易保護。真空釬焊平板縫隙天線采用扭式榫頭,中間夾釬料箔的結構,該接頭相比目前常用的脹鉚榫頭結構,減少鉚接應力,加工也比較方便。

3.3.2典型工件的加工過程

    網帶氮氣保護連續爐釬焊平板縫隙天線的工序為:1)熱校平;2)焊前清洗、零件銑成形;3)裝配、加釬劑釬料(不需要烘干);4)釬焊;5)清洗;6)機加工成形。

    真空釬焊平板縫隙天線的工序:1)零件成形; 2)焊前清洗、釬焊; 3)機加工成形。平板縫隙天線的工序為:1)數沖陣面板成形、波導等零件銑或線切割成形;2)焊前工件、釬料表面處理,尤其線切割面的處理;3)裝配釬焊成形,包括夾具設計;4)校形;5)電性能測試。

3.4夾具設計

    鋁合金釬焊一般要加熱到600℃左右,在這個過程中,工件易變形,尺寸精度不易保證,同時為了保證釬焊間隙通常要采用夾具,鋁合金釬焊夾具材料一般采用不銹鋼,有特殊要求時也可以選用其他材料作為夾具材料。采用不銹鋼夾具材料時,由于不銹鋼和鋁合金的熱膨脹系數不同,LF21的熱膨脹系數為25×10-6/℃,1Cr18Ni9Ti的熱膨脹系數為18×10-6/℃,工件從25℃加熱到600℃時,當所限制尺寸為100mm(散熱器)時,鋁合金與不銹鋼的線膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍,膨脹量差為0.4mm,當所限制尺寸為600mm(如平板縫隙天線)時,膨脹量差為2.4mm,在釬焊溫度時由于不銹鋼的剛性遠大于鋁合金,所以鋁合金會產生嚴重變形。另外,工件在加熱和冷卻過程中由于速度不均勻也會產生變形。夾具設計時根據工件不同要求,在考慮定位需要的同時還必須考慮以上因素。

    平板縫隙天線主要對加工大面的平面度、側板與底板垂直度、焊縫間隙有要求,其他要求不十分嚴格,采用強制變形夾具可以滿足使用要求,下圖為強制變形夾具的使用狀態,待焊件依配合尺寸而緊固于夾具體內,在釬焊過程中,被焊件的變形行為始終受夾具的限制,即隨夾具的變形而變形,這樣在焊后其配合尺寸即為夾具尺寸。由于夾具的剛性遠大于鋁合金,因而配合尺寸基本可以保證。另外為了降低工件的冷卻速度,設計一個冷卻罩,在工件出爐后立即罩上,使工件與冷空氣熱交換減少,達到使工件均勻冷卻,減少變形的目的。產品出爐溫度控制在120度以下。

 

 

    對于平板縫隙天線這類工件,不僅有配合尺寸要求而且對外形尺寸精度要求高的零件,采用強制變形夾具就不能滿足要求,當所限制長度方向尺寸為600mm(天線)時,膨脹量差為2.4mm,可能引起的變形量就達2.4mm,而厚度方向尺寸為10mm時,可能的變形量為0.04mm,這對于壁厚為1mm,尺寸公差為0.01mm的波導來說,這種變形是不允許的,必須考慮別的結構形式的夾具,如文獻提出的柔性夾具(會設計柔性夾具的這種人才是鳳毛麟角、通常是懷才不遇。例如您)。

3.5釬焊設備

    真空釬焊爐從基本結構上分為冷壁真空爐和熱壁真空爐。熱壁真空爐結構簡單,多用于試驗,工業上采用的大部分均為冷壁真空爐。
    冷壁真空爐按照結構、功能等又可以分為許多種類。按結構布置形式分為立式、臥式;按真空室數量分為單室、雙室和三室;按加熱元件材料類型分為金屬加熱體爐、石墨加熱體爐等;按冷卻方式分為無快冷功能爐、氣淬真空爐、油淬真空爐等。此外,真空爐還可以按使用功能、冷卻結構方式、真空度高低、溫度高低等分類,如鋁用釬焊爐、外循環真空氣淬爐、超高真空釬焊爐等。圖給出了幾種典型結構的真空釬焊爐的示
意圖。
    冷壁真空釬焊爐由真空爐體、真空系統、控制系統、加熱電源、水冷系統及快冷系統等組成。圖為典型鋁用真空釬焊爐的基本結構。

 

   

 

   

   

    該爐溫測控系統主要由EP23人工智能工業調節器、小型溫度記錄儀、可控硅模塊、各功能按鈕及儀表等組成。將設定值輸入Al人工智能工業調節器(溫度和時間),由調節器控制可控硅模塊,通過調整一個固定的時間內可控硅通斷比例來實現輸出功率大小變化,從而達到連續調節加熱爐功率的目的。小型圓圖溫度記錄儀通過熱電偶的轉換,可分別記錄爐膛溫度和釬焊工件溫度(模擬)與時間的曲線,有利于釬焊工藝的分析和參數的調整。該控制系統具有測溫精度高,控溫性能好,操作方便等優點?,F在采用10溫區控溫的氮氣爐性能更好,釬焊的平板縫隙天線質量更高。

    (2)鋁真空釬焊爐,這類釬焊爐采用多溫區控溫,爐溫均勻性為±3℃,工作真空度≤1.3×10-3Pa,最適用于復合板(帶釬料)結構工件的釬焊。在民品、軍品生產中得到廣泛應用,如空分設備中的換熱器、汽車和電子設備的散熱器等,但對于特殊結構工件(如平板縫隙天線)的釬焊需要采用特殊工藝。

3.6釬焊規范

3.6.1真空爐加熱規范和清洗工藝的確定

    由于該工件厚度較薄、體積較大,采用硬加熱容易變形,需要提前把把爐膛溫度預置到650℃,然后把安置好釬料和釬劑(蘇威牌按照額定比例)把工件放入爐膛進行加熱,待工件溫度上升到600℃即可出爐冷卻。釬焊后的工件在2%左右的氫氟酸溶液清洗,可以得到滿意的清洗效果。

3.6.2真空釬焊規范

    嚴格按照真空釬焊作業指導書進行操作。

    為保證平板縫隙天線的釬焊質量,要嚴格控制零部件、釬料焊前表面處理(包括必要的機械、化學清理),縮短焊前裝配時間(平板縫隙天線清洗、烘干以后控制在4小時以內,產品烘干溫度控制在120℃以下),在真空釬焊過程中,真空度控制在1.3×10-3Pa左右,釬焊溫度為605℃,加適量鎂,釬焊時釬料的潤濕和接頭形成是一快速過程,保溫時間約需要60-600秒鐘,因此保溫時間主要由整個零件加熱到釬焊溫度所需的時間及氧化膜層消散所需時間決定,如果保溫時間過長,工件易形成熔蝕,材料晶粒度粗大,晶界減少,抗拉強度會下降、天線的平整度會受影響。保溫時間太短容易造成釬料熔化未完全,經過正確的焊接以后平板縫隙天線焊接變形較小,焊接后經過適當的磨削、熱處理、研鏟,實現1000mm≌850mm表面精度σrms≤0.05mm。實現了陣面口徑為800mm≌800mm的多層平板隙縫陣列天線的精密真空釬焊,陣面精度達σrms≤0.05mm,并滿足進行多次焊接要求。

4試驗結果及討論

4.1外觀檢驗

   外觀檢驗方法手續簡便,應用廣泛,常用于平板縫隙天線的成品檢驗,有時亦使用在焊接過程中.外觀檢驗一般通過肉眼,借助標準樣板,量規和放大鏡等工具來進行檢驗,主要是發現焊縫表面的缺陷和尺寸上的偏差.在網帶氮氣保護連續爐中平板縫隙天線的的過程中也發現部分工件有少量熔蝕、釬縫成形欠好和變形等缺陷,經試驗分析認為產生熔蝕的主要原因為加熱時間過長,釬縫成形欠好的原因是釬劑質量不穩定,產生變形原因為夾具設計不完善,針對產生問題的原因采取相應措施后釬焊的平板縫隙天線,釬縫經目測檢驗,圓角形成良好,釬料熔化完全,無熔蝕現象,釬焊后工件大面的平面度≤0.05mm。平板縫隙天線20根波導陣中的波導內圓角≤0.3mm,波導內表面光滑,釬縫成形較好,輻射面平面度≤0.15mm,基本達到設計要求,其中饋電部分有所欠缺,主要問題是部分尺寸有偏差和部分釬縫結合不好,大小H-T組成的功分網絡釬焊質量有待提高。

4.2釬焊接頭機械性能和金相組織

    釬焊接頭按國標GB2651-89、GB2653-89進行拉伸和彎曲試驗,釬焊接頭的抗拉強度為100MPa,冷彎角為145°,拉伸試樣斷裂部位都在母材,表明釬縫的強度比母材高,彎曲試驗表明釬焊接頭塑性較好。分析釬縫的金相組織,該組織為典型的α~Al+Si共晶組織。

4.3交變濕熱試驗

    結合整機要求,將空氣爐中釬焊的散熱器清洗后按GJB367.2-87進行交變濕熱試驗,周期為48小時,釬縫表面保持金屬光澤,無腐蝕現象發生。

4.4冷板致密性檢查

(1)煤油試驗是致密性檢查最常用的方法,也可通過超聲波檢測儀器對產品進行致密性檢查。

(2)載水試驗
進行這種試驗時,將容器的全部或一部分充水,觀察焊縫表面是否有水滲出.
(3)水沖試驗
這種試驗進行時,在焊縫的一面用高壓水流噴射,而在焊縫的另一面觀察是否漏水.
(4)沉水試驗
試驗時,先將工件浸入水中,然后沖灌壓縮空氣,為了易于發現焊縫的缺陷,被檢的焊縫應在水面下約20~40mm的深處.當焊縫存在缺陷時,在缺陷的地方有氣泡出現.
(5)吹氣試驗
這種方法是用壓縮空氣對著焊縫的一面猛吹,焊縫另一面涂上肥皂水,有缺陷存在時,便產生肥皂泡.
(6)氨氣試驗
試驗時,將容器的焊縫表面用5%硝酸汞水溶液浸過的紙帶蓋上,在容器內加入含1%體積(常壓下的含量)氨氣的混合氣體,加壓至所需的壓力時,如果焊縫有不致密的地方,氨氣就透過焊縫,并作用到浸過硝酸汞的紙上,使該處形成黑色的圖像.根據這些圖像就可以確定焊縫的缺陷部位.
(7) 氦氣試驗
氦氣檢查是通過被檢容器充氦或用氦氣包圍著容器后檢查容器是否漏氦和漏氦的程度.

4.4.1水壓試驗

    將水通過手動試壓泵徐徐加壓充入冷板內(試驗壓力為0.8MPa),未見泄露。水壓試驗結果表明,采用上述工藝制造的冷板能滿足0.4MPa壓力的冷卻液在使用過程中不漏水的要求。

4.4.2斷面檢查

    為檢查釬縫內部的致密性,將平板縫隙天線用線切割的方法從中間剖開,腐蝕后觀測釬縫,平板縫隙天線釬焊部分上可以看到有不致密缺陷存在,但由于這些缺陷是相對孤立的,只要不形成從內到外灌通的通道,就是安全的,這一點也可以從水壓試驗冷板不漏水中得到證實。而真空釬焊平板縫隙天線內部十分致密,無任何缺陷存在,這是因為真空釬焊不需要釬劑,釬焊過程中又采用復合板,不會有釬劑殘渣留在釬焊面上。

4.5天線電性能測試

    真空釬焊的平板縫隙天線,1/16子陣天線經測試近、遠場方向圖良好和駐波比小于1.1。全陣天線駐波比小于1.2,增益為34dB,方向圖良好,達到了設計要求。

 

5縫隙式平板天線的技術指標 

與反射式拋物面天線一樣,縫隙式平板天線的技術指標。 

1、適用的頻率范圍。也就是這面天線可以接收的信號的頻率范圍,有兩種:一種是內置單本振高頻頭的本振頻率為10.75GHz的,適用接收的信號頻率范圍是11.7~12.75GHz,帶寬為1.05GHz。還有一種是內置為雙本振高頻頭的本振頻率為9.75GHz和10.6GHz的,適用接收的信號頻率范圍是10.75~12.75GHz,帶寬達到2.05GHz。 雖然看起來后者的帶寬比前者寬一倍,適合接收的頻帶寬得多,很多10和11GHz的信號能接收。但是,正是由于后者的頻帶做的很寬,因此它的幅頻特性就難以做好,它的帶內不平坦度有可能大于前者,結果是有些頻點不一定好用。 

2、天線的增益。經過實測,這款小縫隙平板天線的線陣的兩個極化端口實測阻抗帶寬達20.7%,隔離度優于-32dB,主瓣內交叉極化電平低于-28dB ,波導窄邊縫隙天線陣的交叉極化電平低至-36dB,平均增益是34dBi。

3、駐波比。大家對駐波比可能比較生疏,它表述的是電信號在傳輸中是否全部傳輸到達終點的一個指標。我們知道,電波在傳輸中,希望將入射電波全部傳輸到輸出口。但實際上,傳輸中處處都可能有阻擋,有阻擋就會有反射,因為傳輸中,任何地方阻抗不匹配或傳輸導體的粗糙和不光滑,都會造成電波的反射。因此駐波比是反映電波反射情況的一個物理量。駐波比用表征,P為反射系數=,其中E-為反射波電場值,E+為入射波電場值。 
當反射波E-越小,意味著反射系數P越小,駐波比便趨向于1。因為我們可以看出,駐波比越小越好,因此它表示沒有反射,表示接收的信號更多的傳輸到終端。雖然駐波比越小,越趨向于1越好,但不會等于1,這說明這個天線好,能將天線所接收到的信號全部或接近全部傳輸到下一級上去。這款縫隙式平板天線的駐波比為1.2。 

4、噪聲。天線的噪聲是一個很復雜的問題,通常在無源天線中我們只討論天線固有的熱噪聲和引入的天電噪聲(仰角噪聲),而這里這二種噪聲均因這款天線的面積很小可忽略不計。但是由于目前的平板天線又多為天線+高頻頭而構成一體化平板天線,所以高頻頭的噪聲在此時就成為一體化天線的噪聲了。目前這款平板天線的噪聲是0.7~0.8dB。 

5、方向性。為了提高天線使用的有效性,將有限的功率集中輻射到有用的地方,通常天線都設計有較強的方向性。一般用天線的方向性系數和方向性圖來表征天線的方向性。方向性系數D≈3.2n,n為縫隙數。天線的方向性圖有兩類:一是直角座標系的方向性圖,一是圓座標系方向性圖。見圖,這兩張圖基本上反映了這款小型縫隙式平板天線的輻射方向特性。從中我們看出,它有較強的輻射方向性。

結束語

    真空爐釬焊平板縫隙天線,天線釬焊質量良好,工藝過程穩定,設備投資少(國產的最少50萬人民幣,最多300萬人民幣),綜合成本小,采用該工藝已生產平板縫隙天線工件多套,總結下來氮氣保護爐釬焊質量沒有真空釬焊爐好。采用合理的真空釬焊工藝可以加工出滿足設計要求的平板縫隙天線,而真空釬焊的平板縫隙天線的質量相比于其他網帶爐釬焊質量有明顯提高,對于尺寸大、質量要求高的工件采用真空釬焊工藝是合適的。

 




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