波導管加工困難的解析

波導管產(chǎn)品歷來以精度要求高在通信領域著稱，而隨著通信領域的蓬勃發(fā)展，波導管的使用范圍越來越廣泛。早期我國的波導管產(chǎn)品大多采用手工方式進行加工，容易出現(xiàn)廢品率高、效率低下、性能穩(wěn)定性低等問題。本文主要通過對一種E向H向組合波導管的研究，闡述波導管加工的難點、在通信領域大規(guī)模發(fā)展的重要作用、生產(chǎn)工藝對產(chǎn)品性能的影響以及生產(chǎn)設備的技術更新。

波導管是通信產(chǎn)品中最常用的零件之一，其加工質(zhì)量對整個系統(tǒng)的性能至關重要，加工方法也是多種多樣。早期我國軍方的波導管產(chǎn)品加工方法大多采用熱成形工藝，通過人工進行打磨處理，且研制任務多與生產(chǎn)數(shù)量少，造成無法進行大批量高質(zhì)量的批產(chǎn)任務。這些工藝方法只能用于一些比較規(guī)則的、形狀簡單的波導，對于E向折波導管、H向折波導管、E向H向組合波導、脊波導等結(jié)構(gòu)復雜，造型多變的波導管就顯得無能為力了。這些復雜加工件均為通信設備中關鍵和重要部件，都有較高的精度要求，加工難度大。波導管加工的成敗，精度的高低對通信設備整體性能是至關重要的，只有通過當代先進的數(shù)控加工技術和設備才能解決和滿足如此復雜構(gòu)件的通信設備的加工。

在大批量生產(chǎn)中，為了保證波導管產(chǎn)品的高合格率、高穩(wěn)定性、抗干擾能力，需要對波導管產(chǎn)品在設計階段、仿真分析階段、試制階段、電磁性能測試階段進行詳細的研究與分析。要保證產(chǎn)品的性能，就需要提高加工設備與加工工藝，使之符合波導管產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的需求。通過現(xiàn)代鈑金加工技術與數(shù)控系統(tǒng)的技術更新迭代發(fā)展，實現(xiàn)傳統(tǒng)鈑金加工技術往現(xiàn)代鈑金加工技術的轉(zhuǎn)變，形成堅實的生產(chǎn)通信設備的現(xiàn)代高新技術基礎。

波導管彎曲加工難點

在波導管使用過程中，內(nèi)腔表面中的精度、光潔度，直接影響著通信設備的整體性能。而且，在波導管彎曲成形的過程中，容易出現(xiàn)橫截面的形狀與壁厚變化，容易變扁和起皺，從而出現(xiàn)內(nèi)壓變寬，外拉變薄的情況。通過加工設備制造的波導管產(chǎn)品除了內(nèi)腔的要求，還有各種尺寸精度的要求：其中有橫截面的矩形度、側(cè)邊的垂直度偏差需控制在3×10-4弧度內(nèi)、橫截面尺寸偏差需保持在波導口徑的-0.1倍之間、彎曲的弧度、扭轉(zhuǎn)的角度與波導衰減值，這些要求都是波導管產(chǎn)品要實現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性必須保證的指標。所以在波導管彎曲加工中，需要保證這些性能達到指標要求，從而為波導產(chǎn)品批量化生產(chǎn)提供基礎。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與尺寸

圖1所示為一款E向、H向波導管結(jié)構(gòu)圖紙，圖1中的波導管有兩個折彎區(qū)域，90°的彎曲角度，圓弧半徑是R15。其中，內(nèi)腔尺寸的精度、圓弧半徑、橫截面與側(cè)邊的垂直度是該產(chǎn)品的加工難點與重點。在此波導管的工作頻率達到13.75～14.5GHz、駐波比VSWR要小于1.2、插入損耗為0.15dB、功率容量達到1000W、工作溫度是-60℃～+85℃，除了這些性能要求還需要將產(chǎn)品進行本色導電氧化處理。

根據(jù)E向、H向波導管的結(jié)構(gòu)工程圖，進行電磁性能仿真分析，以期通過仿真示例確定波導管的結(jié)構(gòu)在理想狀態(tài)下達到所需電磁性能的要求。進行仿真分析可以在產(chǎn)品設計初期進行評價、預防和改正設計錯誤，提高效率的同時，也提升了經(jīng)濟效益。E向、H向波導管電磁性能仿真分析如圖2所示。

由圖2曲線可以看出，該產(chǎn)品的頻率范圍是13.75～14.5GHz，且該產(chǎn)品的駐波比VSWR隨著頻率的增長呈現(xiàn)出先增長后下降的趨勢，大概在14.16GHz這個頻段出現(xiàn)峰值，且駐波比VSWR的峰值是1.085。將這一數(shù)值與該產(chǎn)品的性能指標進行對比，可以看出該數(shù)值符合性能指標的要求，說明該產(chǎn)品的設計是合理且規(guī)范的。

波導管加工設備及模具分析

波導管加工設備

波導管彎曲成形所使用的設備是波導管數(shù)控拉彎機，數(shù)控拉彎機主要由夾緊機構(gòu)、裝料卸料機構(gòu)、軸向頂推機構(gòu)、主回轉(zhuǎn)機構(gòu)、控制系統(tǒng)及動力系統(tǒng)組成。由裝料卸料機構(gòu)及夾緊機構(gòu)完成波導芯子的安裝及波導管的夾緊；由控制系統(tǒng)控制彎曲角度及輔推力；由液壓缸驅(qū)動齒條從而帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)波導管的彎曲加工。波導管數(shù)控拉彎機如圖3所示。

模具分析

在模具設計與制造中，必須使模具保證兩個技術條件：（1）兩側(cè)刀吃刀深度要保持一致；（2）在彎曲管時，三把刀刃必須在同一個平面上。這樣既能保證兩側(cè)刀、波導支座與波導管相接觸并受力均勻，又可以防止在加工時，出現(xiàn)扭曲等情況。當使用折彎機進行彎管時，需持續(xù)將波導送進。當產(chǎn)生較大熱量的時候，為了有較佳的延伸效果與提高刀具的壽命，需選用適當?shù)臐櫥瑒?/p>

在波導管彎曲加工中，波導管彎曲部分的管坯橫斷面容易變扁和起皺。為了保證彎管質(zhì)量，彎曲前需要在管坯內(nèi)裝入填充料或芯棒。E向、H向波導管加入芯棒難度較大，所以采用的填充物是石蠟等低熔點填充物。因為填充物具有膨脹系數(shù)小、有較好的強度和剛性、低熔點、良好的切削性、與金屬結(jié)合力不足等特點，可以在波導管的加工過程中，達到保證其尺寸精度、提高工藝性、用低成本的辦法提高合格率和生產(chǎn)效率等目的。

波導管產(chǎn)品與性能檢測

波導管產(chǎn)品

根據(jù)工程圖的精度要求、表面處理要求、電磁性能要求與相應配備的加工設備，制造出具備使用性能的相關波導管產(chǎn)品，圖4中所示產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過噴粉處理，涂層厚度要求為0.12～0.18mm，也通過交變鹽霧試驗240h。

波導管產(chǎn)品性能檢測

對已經(jīng)制造成形的波導管產(chǎn)品，雖然在外觀上符合設計的要求，但并不代表其就屬于合格產(chǎn)品。因為E向、H向波導管產(chǎn)品是通信系統(tǒng)相關設備的關鍵零部件，主要用于傳送超高頻電磁波，從而以極小的損耗將脈沖信號傳送至目的地。所以，該產(chǎn)品不僅需要機械性能的檢測，還需要使用網(wǎng)絡分析儀等相關儀器檢測產(chǎn)品的電磁性能。通過儀器所顯示的檢測數(shù)據(jù)，確定由波導管數(shù)控拉彎機制造出的波導管產(chǎn)品是否能達到高精度、高穩(wěn)定性的要求，以此驗證波導管大批量生產(chǎn)的可行性。使用網(wǎng)絡分析儀進行性能檢測情況與結(jié)果如圖5所示。

網(wǎng)絡分析儀電磁性能檢測情況，該波導管產(chǎn)品的頻率范圍是13.75～14.5GHz，且駐波比VSWR波動幅度為0.0972。當頻率為11.81 GHz時，波導管的駐波比達到了峰值，約為1.097。將此數(shù)據(jù)與電磁性能仿真分析進行對比，可以看出，該產(chǎn)品的電磁性能是比較接近理想狀態(tài)下的數(shù)值，也說明了通過該拉彎機生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是比較優(yōu)異的。通過對E向、H向波導管的研究，可以發(fā)現(xiàn)，如果沒有先進的數(shù)控加工設備與加工技術，也就不會存在像波導管這類精度高、穩(wěn)定性要求高的零部件，自然5G通信設備就不會有蓬勃發(fā)展的可能。反之，正是5G通信設備對波導管這類關鍵零部件提出了更高的要求，從而間接推動了數(shù)控加工的技術更新，豐富了數(shù)控加工在通信領域制造的應用。

結(jié)束語

通過對一種E向H向組合波導管的研究，可以發(fā)現(xiàn)在5G通信技術蓬勃發(fā)展的今天，已經(jīng)對波導管形狀造型提出了更高的要求。在通信設備網(wǎng)絡中，已經(jīng)有大量的波導管進入該系統(tǒng)中，正在發(fā)揮著不可忽視的作用。但是，波導管的精度要求高、波導管加工設備研發(fā)遲緩、波導管造型多變，使得波導管的彎曲加工一直以來都是波導設備器件加工的難題。所以，在鈑金加工領域中，對數(shù)控拉彎機就提出來更高的要求，從而加速實現(xiàn)拉彎機技術更新迭代發(fā)展，也使鈑金加工計算、鈑金加工設備正朝著聯(lián)動與復合加工的方向高速發(fā)展，而數(shù)控系統(tǒng)也呈現(xiàn)出往智能化、科學化發(fā)展的趨勢，為我國的加工制造業(yè)的發(fā)展充分發(fā)揮作用。

隨著移動通信需求的不斷增長，新一代移動通信系統(tǒng)——5G將在未來幾年逐漸商用。拉彎機壓彎成形工藝在波導管彎曲成形的應用市場將大大提升，使得波導管彎曲成形的市場需求大幅提高。數(shù)控拉彎機的技術更新也解決了以往微波器件生產(chǎn)中的一個“瓶頸”問題，為波導管的批量生產(chǎn)打下了良好基礎。