波導開關工藝誤差源分析

霍春亮，鄭慶利（91604部隊，山東龍口，265700）

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波導開關工藝誤差源分析

霍春亮，鄭慶利
（91604部隊，山東龍口，265700）

摘要：波導開關是用于微波饋線中相鄰通道之間進行相互轉換的微波元件，轉子在兩極限位置時，其上的波導口與外殼上的波導口應精確對準，才能保證波導開關的電訊性能要求。通過分析整個傳動鏈中影響外殼波導口與轉子波導口對準的各種因素及傳遞關系，從零件的工藝誤差出發，合理確定各誤差源的誤差，包括止擋塊、轉臂、旋轉中心距、偏心以及外殼和轉子波導口的分布等因素的影響，然后對上述誤差源進行合成，確定總誤差。最后以BJ-40波導開關為例，對其進行誤差合成，結果表明，誤差源的確定較準確，符合實際情況，為波導開關工藝誤差的確定提供了借鑒。

關鍵詞：波導開關；波導口；轉子；傳動鏈；工藝誤差

0 引言

波導開關是雷達系統中微波信號通道的轉換機構，是整個系統的一個重要環節，要求其具有很高的靈敏性、準確性和穩定性。波導開關的這一特性與機械加工密切相關，特別是轉子，它是波導開關的核心部件，轉子的圓弧形波導通道需與外殼的波導窗口旋轉對齊。如果轉子的圓弧形通道和外殼的波導窗口不能按設計的位置要求對準，就會影響整個開關的電性能，影響信號的傳輸。波導開關目前主要有四通波導開關（圖1）和三通波導開關（圖2）兩種，其結構主要由外殼、轉子和傳動鏈組成。波導開關波導口的精確對準是進行波導開關設計時所考慮的重要因素，因為插損和駐波比的增大，主要是由波導口對不準引起的，而插損和駐波比是波導開關電性能測試中最重要的兩個指標，它直接影響到波導開關的性能。波導口的對準取決于組成波導開關傳動鏈中各零件的加工誤差。當然，有些方向的誤差對波導口對準有影響，有些方向的誤差沒有影響。我們把有影響的誤差稱為原始誤差。除此而外，影響波導口對準的還有構件質量，速度，加速度及慣性力，溫度等，他們都是誤差源，但零件的工藝誤差是影響波導口對不準的主要因素。

目前是通過調整電機旋轉軸與開關轉子的中心距來實現波導口的對準，其調整量為控制部分和開關本體連接螺孔與螺釘的間隙，裝配時要精細調整。先找出原始誤差源，分析它對波導口對準的影響程度，從而對產生誤差源的零件的加工精度進行合理的分配，既滿足波導口的對準要求，又使零件的加工具有經濟性，降低成本，同時減少調整工作量。僅對長邊既周向進行分析，因為該方向的影響因素多，誤差傳遞關系復雜，周向而言，所謂波導口的對不準，就是轉子口在兩極限位置時相對外殼口的轉角差。

圖1 四通波導開關結構圖

1 誤差源分析

波導開關的傳動鏈主要由電機、止擋塊、轉臂、轉子、外殼組成。波導開關在工作時，波導口是否能精確對準取決于組成波導開關傳動鏈中各零件的誤差，這些誤差會導致轉子正、反轉到9O度兩極限位置時，轉子上的波導口相對外殼上的波導口存在轉角誤差。故波導開關的誤差主要從止擋塊、轉臂、旋轉中心距、偏心及外殼和轉子上波導口的分布等因素進行分析，然后對上述誤差源進行合成，確定總誤差。

1.1 止擋塊的影響

傳動鏈如圖3所示，止擋塊位于電機轉臂的左右側，限定電機轉角為。保證轉臂停止在位置。其影響因素有擋塊的直徑誤差、轉臂的直徑公差、兩擋塊中心距離誤差及對連線的對稱度誤差。它們使轉臂在位置處產生轉角誤差。從本傳動機構中可以得出：

展開為泰勒級數：

圖3 傳動鏈圖

即

帶入上式，可得

1.3 偏心的影響

圖2 三通波導開關結構圖

圖4 偏心圖

我們考察的是轉子在兩極限位置的情況，即轉子轉過90° 后的。將代入上式得：

1.4 外殼和轉子上波導口的分布誤差的影響

外殼和轉子上的波導口在圓周上相對回轉中心的均勻分布，每個相隔。很明顯，這個分布誤差直接影響到波導口的對準，是一比一的傳遞關系，直接對的角度誤差提出要求。

2 總誤差計算

前面用微分法和幾何法進行了誤差分析，然后進行誤差的合成。對于每一誤差源，根據以往的經驗，現有的工藝水平，生產成本，對總誤差的影響程度，先定出公差值，再進行總誤差的計算，即能否滿足兩波導口的對準的偏差要求。若超出偏差要求，再調整誤差源零件的公差值，或改進設計，或想辦法進行誤差補償。

一般情況下，各項誤差都是獨立作用的，在誤差合成時，取相關系數為0。零件的制作誤差及裝配誤差是未定及隨機的，大多服從正態分布，合成的總誤差接近正態分布，置信系數取值相同。各項誤差源均以極限誤差的方式即公差給出，根據極限誤差合成原理，總誤差為：

3 實例分析

以BJ-40波導開關為例，根據前面的分析，進行誤差合成。

查手冊，取最大徑向游隙的一半，為0.01。分別代入相應的式（2）、（3）得：

式（4）的合成是角度，要求是沿周向計算，外殼的標注是波導口對旋轉中心的對稱度，即，式（4）須作修正，則波導口對準總誤差為

，故滿足要求。

4 結束語

根據現有工藝水平，從波導開關波導口的制作流程出發，通過分析整個傳動鏈中影響外殼與轉子對準的各種因素及傳遞關系，合理確定誤差源，最后給出總誤差公式，然后以BJ-40波導開關為例，對其進行了誤差合成，結果表明，誤差源的確定較準確，符合實際情況，為波導開關工藝誤差的確定提供了借鑒。

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Analysis on Manufacturing Eror of Waveguide Switch

Huo Chunliang，Zheng Qingli
（No.91604 Troops of PLA，Longkou Shandong，265700，China）

Abstract：Waveguide switch is a conversion of microwave components used in microwave feeders between adjacent channels.Waveguide port on the rotor shall be precisely aligned with waveguide port on the shell when the rotor is in the two extreme positions，telecommunications of waveguide switch can meet the requirements.Through analysis of the various factors and transitive relation affecting alignment of waveguide ports on the shell and on the rotor in the entire transmission chain，the errors are reasonably determined based on the manufacturing error of the parts of waveguide switch，including factors of stops、booms、center distance of rotation、bias and distribution of waveguide port，then the total error is obtained.In the case of BJ-40 waveguide switch，its total erors are calculated，the result shows that analysis on manufacturing eror meets the reality and experience is provided for the dermination of manufacturing eror of waveguide switch.

Keywords：waveguide switch；waveguide port；rotor；manufactuing error；transmission chain

中圖分類號：TN63+1.2

作者簡介

霍春亮，男，1984.06，山西平遙，本科，四級軍士長，研究方向：雷達測控。

鄭慶利，男，1978.10，山東鄒城，碩士，工程師，研究方向：雷達測控。