一种低损耗大型功分合成网络以及制造方法与流程

1.本发明涉及雷达电子天馈分系统技术领域，具体涉及一种低损耗大型功分合成网络以及制造方法。


背景技术：

2.功分合成网络是将输入功率按一定的比例分为几路功率输出或者将几路输入功率进行合成的一种多端口微波网络，是在雷达天线系统中的重要固态组件。随着信息对抗等领域的发展，为了满足对抗电子设备超宽带、大功率、高集成、小型化的需求，功分合成网络逐渐向多路合成技术方向发展。目前常用的功分合成网络多为1分16路和1分32路，每个功分合成网络均需要单独的金属密封壳体，串联耦合时损耗大、工作时发热大，不能满足新型技术需求。
3.如图1所示，通过平面整板悬浮微带板的制作工艺可实现1分256路等多路合成电路，通过带空气腔的壳体和带空气腔的盖板压合微带板，形成连续金属隔墙的方式可以制作低剖面悬浮带线合成网络，解决了使用绝缘介质支撑的谐振现象。但为了保证功分合成网络的电性能和一致性，必须制备成大而薄的微带板，夹持微带板的金属隔墙自上至下构成依次为金属盖板、微带板上与壳体和盖板接触的金属化通孔和焊盘以及金属壳体。由于微带板质软、尺寸稳定性差，该种装配方式无法通过螺钉固定实现金属隔墙100％连续(即壳体、盖板分别与微带板之间均具有一定的间隙)，当金属隔墙未能连续，空气腔与设计尺寸发生变化，微波信号在不同腔间串扰，增大损耗，接受增益降低，影响天线整体指标。
4.因此，亟需建立一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，解决现有微带板与金属件通过螺钉固定压实形成悬浮带线结构带来的微带板与金工件难以紧密贴合、装配存在间隙难以形成完整金属隔墙和损耗增大增益下降的系列问题，提高加工装配的精度、一致性和可靠性，工艺流程简单快捷、电讯指标优良、可靠性高。
5.鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种低损耗大型功分合成网络以及制造方法，有效解决现有微带板与金属件通过螺钉固定压实形成悬浮带线结构带来的系列问题，为大型功率合成网络的高效、高精度、高可靠集成化提供进一步的解决方案。
7.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：
8.步骤一：制造带金属化通孔、金属化塞孔与金属化通槽的功分合成网络微带板，金属化通槽位于微带板的四侧边缘处；
9.步骤二：在微带板上焊接电阻与总口连接器；
10.步骤三：制造带有空气腔的壳体与盖板；
11.步骤四：在壳体上安装256个分口连接器，在盖板上安装kk转接连接器；
12.步骤五：将微带板安装至壳体，并完成微带板与256个分口连接器的互联；
13.步骤六：将盖板与微带板贴合，金属化通槽内设置有连接件，利用第一螺钉锁紧固定盖板、微带板与壳体。
14.优选的，在步骤一中，步骤一中微带板具体的加工步骤为：在原材料覆铜板上依次进行钻孔、孔金属化、树脂塞孔、电镀镀平、图形制作、表面涂镀、外形加工处理工艺；其中，孔金属化完成金属化通孔的制作，孔金属化、树脂塞孔与电镀镀平完成金属化塞孔的制作。
15.优选的，所述覆铜板材料选择介电常数3.0以下，介电损耗0.0015以下。
16.优选的，所述微带板的表面涂镀为电镀金、化学镀金、电镀银、化学镀银中的任一种。
17.优选的，步骤二的具体步骤为：将微带板放置在平整的焊接工装上，并将其压平处理，将电阻与电阻焊盘、总口连接器焊盘与总口连接器分别经过锡焊工艺互联。
18.优选的，在步骤四中分口连接器与kk转接连接器均通过螺装、导电胶粘和焊接方法之一安装固定。
19.优选的，所述连接件为加工在盖板上的金属凸台，且所述金属凸台与金属化通槽适配。
20.优选的，所述金属凸台与金属化通槽插接互联，且两者的公差为0.05～0.1mm，金属凸台厚度为微带板成品厚度+0.03～0.05mm。
21.优选的，所述连接件为填充至金属化通槽内的导电胶；且导电胶灌入且填满金属化通槽，填满状态为导电胶中心高度高于微带板。
22.本发明还提供一种采用以上所述的低损耗大型功分合成网络的制造方法制得的低损耗大型功分合成网络。
23.与现有技术比较本发明的有益效果在于：
24.1、有效解决了现有通过微带板与金属件通过螺钉固定压实形成悬浮带线结构带来的微带板与金工件难以紧密贴合、装配存在间隙难以形成完整金属隔墙和损耗增大增益下降的系列问题。
25.2、本发明中制备得到的低损耗大型功分合成网络可在x波段以下使用，与天线装配后实现，法向增益≥30db(8ghz)、轴比≤5db、增益差值≤8.5db，与传统悬浮带线方法相比，合成网络的损耗降低0.3、天线法向增益提升5db，电性能指标更优异。
26.3、本发明中可实现平面尺寸600mm*600mm以下的256路不等功分网络合成，与传统多组合成网络相比，具有更好的一致性，平剖面厚度降低70％以上，满足了型号产品对小型化、高一致性的更高技术要求。
27.4、本发明工艺方法的生产效率更高，悬浮微带线无需进行大面积焊接接地，消除了真空气相焊带来的热历史对微带板尺寸稳定性的影响，保证装配精度、可靠性，也极大提高了生产效率，与传统多组合成网络的生产时间相比缩短60％以上。
28.5、本发明中制备得到的1分256通道不等功分合成网络，由于有极低损耗，在大功率使用时降低了网络的工作温度，同时具有螺钉固定的高可靠机械结构，可满足500次温度循环(-40℃～+75℃)和13.88g随机振动的环境试验要求，具有良好的可靠性和环境适应性。
附图说明
29.图1为对比例悬浮带线网络的结构示意图；
30.图2为实施例一的结构示意图；
31.图3为实施例一的工艺流程示意图；
32.图4为实施例三的结构示意图；
33.图5为实施例三的工艺流程示意图。
具体实施方式
34.以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
35.对比例
36.图1为传统悬浮带线网络的结构示意图，包含盖板2、1分256网络微带板3与壳体4，盖板2具有第一空气腔5，且安装有kk转接连接器20；壳体4具有第二空气腔26，且安装有分口连接器7；1分256网络微带板3具有分口网络图形12、匹配网络图形9、金属化插装口6、金属化塞孔8、电阻焊盘23和总口连接器焊盘15，总口连接器焊盘15通过锡焊固定有总口连接器17(为图示效果清晰，连接器数量减少)。
37.其装配过程为：首先，采用0.254mm的gnc3004制备了尺寸为580mm*580mm的1分256微带板3，其表面涂镀材质为化学镀金，将压平通过电阻焊锡丝22完成电阻21与电阻焊盘23的互联，通过连接器焊锡丝16完成网络背面的总口连接器焊盘15与总口连接器17的互联。其中，为了实现电阻21和合成网络的互联，通过金属化通孔13配合树脂塞孔和电镀镀平完成，即电阻21通过金属化通孔13与合成网络连接；
38.分口网络图形12通过金属化通孔13与网络分口焊盘14互联；匹配网络图形9通过金属化塞孔8与电阻焊盘23互联；带有空气腔的壳体4通过sn63pb37连接器焊料环11，采用感应焊工艺完成与连接器外导体10的互联。将焊好的微带板3通过金属化插装口6与连接器内导体24适配，然后固定微带板3，通过内导体焊锡丝25完成内导体与网络分口焊盘14的互联。将总口双阴kk转换连接器通过螺钉，将法兰与盖板2固定，之后将kk转换连接器与总口连接器17互联，最后通过螺钉，穿过微带板3将壳体4和盖板2固定。网络连接器的另一端外导体通过焊料完成与天线的互联。
39.实施例一
40.本实施例提供一种技术方案：一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，如图3所示，包括以下步骤：
41.步骤一：制造带金属化通孔13、金属化塞孔8与金属化通槽28的功分合成网络微带板3，金属化通槽28位于微带板3的四侧边缘处；
42.选取微带板3的覆铜板，覆铜板的材料选择介电常数2.94以下，介电损耗0.0015以下；，在覆铜板上依次进行钻孔、孔金属化、树脂塞孔、电镀镀平、图形制作、表面涂镀、外形加工工艺处理；
43.微带板3钻孔工艺选择激光钻孔，外形加工工艺选择激光加工，且微带板3的外形加工精度为-0.05～0mm；在覆铜板上钻孔通过孔金属化制成金属化通孔13，通过孔金属化、树脂塞孔、电镀镀平制成金属化塞孔8，金属化塞孔8的直径为0.25～0.6mm，与大面积图形的边缘间距为0.2～0.4mm，金属化塞孔8位于为微带板3大面积图形上，与壳体4、盖板2接触
边缘的屏蔽孔，用于空气腔与金属隔墙间的屏蔽；微带板3的金属化通孔13与金属化塞孔8的成品孔铜厚度≥0.025mm；
44.金属化通孔13的个数为256个，金属化通孔13的成品孔径为连接器内导体24直径的+0.15～0.25mm，位置精度为
±
0.05mm；
45.微带板3的四侧边缘处分别开设有金属化通槽28，其尺寸为：长3mm、宽2mm、高0.3mm；
46.微带板3的背面设有电阻焊盘23与总口连接器焊盘15，焊盘图形精度为
±
0.02mm，位置精度为
±
0.05mm；微带板3为双面微带板，介质厚度≤0.762mm，成品表层铜厚度≥0.035mm；
47.步骤二：在微带板3上焊接电阻21与总口连接器17；
48.将微带板3放置平整在焊接工装上，通过手工锡焊接完成电阻21与电阻焊盘23、总控连接器与总口连接器焊盘15的焊接作业；锡焊接所使用焊料的熔点应熔点≥179℃；为降低加热对微带板3尺寸稳定性的影响，采用局部加热方式；
49.步骤三：制造带有空气腔的壳体4与盖板2；
50.用于加工壳体4与盖板2的金工件选用5a06铝合金，铝合金原材料通过数控铣加工出空气腔，金工件加工完成后的平面度应≤0.1mm，结构尺寸精度为
±
0.03mm，非空气腔区域形成口字形密封面；
51.随后使用钳工钻孔、攻丝在盖板2上加工固定通孔、在壳体4上加工内螺纹孔，且固定通孔与内螺纹互相对应，最后将半成品进行整体导电氧化处理，增加壳体4与盖板2的防腐蚀性、导电性以及可以防止电磁信号的干扰；
52.步骤四：在壳体4上安装256个分口连接器7，在盖板2上安装kk转接连接器20；
53.分口连接器7为双阳型，即连接器两面均为插头型；分口连接器7与kk转接连接器20均通过螺装、导电胶粘和焊接方法之一安装固定在壳体4上；螺钉安装固定时，螺钉穿过连接器法兰安装孔与壳体4固定，螺钉与壳体4间应使用导电胶进行锁固以及加强接地，分口连接器7的个数为256个(为图示效果清晰，分口连接器7的数量减少)；
54.步骤五：将微带板3安装至壳体4，并完成微带板3与256个分口连接器7的互联；
55.将焊接好的微带板3转移至壳体4上，将连接器内导体24逐一安装入微带板3的金属化通孔13，通过手工锡焊接完成连接器内导体24与微带板3的互联，焊接使用焊料的熔点应熔点≥179℃；
56.步骤六：将盖板2与微带板3贴合，金属化通槽28内设置有连接件，利用第一螺钉1锁紧固定盖板2、微带板3与壳体4；
57.连接件与金属化通槽28配合，完成微带板3与盖板2以及壳体4紧密贴合，第一螺钉1依次穿过固定通孔、微带板3与内螺纹孔，拧紧第一螺钉1之后，即可利用盖板2与壳体4将微带板3夹持固定，安装时第一螺钉1与壳体4间应使用螺纹锁固胶，增加牢靠性。
58.实施例二
59.本实施例是在实施例一的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图2-3所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：在盖板2与壳体4配合的一面加工有长3mm、宽2mm、高0.3mm的金属凸台27；微带板3上带有与金属凸台27尺寸匹配的金属化通槽28，金属化通槽28大小与金属凸台27一致，公差为0.05～0.1mm，
金属凸台27厚度为微带板3成品厚度+0.03～0.05mm；分口连接器7的互联方式为利用第二法兰30与第三螺钉29的配合固定在壳体4上。
60.本实施例的装配过程如图3所示，装有微带板3的壳体4与盖板2配合，适配金属凸台27与金属化通槽28的位置，将金属凸台27与金属化通槽28对准后，完成总口连接器17与kk转接连接器20的盲配，保持金属凸台27穿过金属化通槽28之后与壳体4紧密接触。
61.本实施例1分256功分合成网络的损耗≤3.0db@8ghz，装配天线厚度指标满足法向增益≥30db(8ghz)、轴比≤5db、增益差值≤8.5db，剖面尺寸比传统功分合成网络减小70％。可满足500次温度循环(-40℃～+75℃)和13.88g随机振动的环境试验要求，具有良好的可靠性和环境适应性。
62.实施例三
63.本实施例是在实施例一的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图4-5所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：微带板3安装在壳体4后，在金属化通槽28内灌入导电胶，导电胶可用epo-tek公司的h20e、汉高公司的84-1a、黑龙江石油化工研究院的j-423、j-425、j-427、j-428、郑州思蓝德公司的mf1343之一；本实施例中采用j-423型号的导电胶，形成胶粘区31，因导电胶固化之后会收缩，确保导电胶可连续性粘接壳体4与盖板2，粘胶区31填满状态为导电胶中心高度高于微带板3；
64.随后将盖板2向微带板3贴合，壳体4与盖板2通过填充在金属化通孔13内的导电胶粘接固定，同时总口连接器17与kk转接连接器20完成盲配，将未安装螺钉的合成网络放入真空烘箱内，固化条件为30min@120℃；
65.固化完成之后，将第一螺钉1依次穿过固定通孔、微带板3与内螺纹孔，拧紧第一螺钉1之后，即可利用盖板2与壳体4将微带板3夹持固定，安装时第一螺钉1与壳体4间应使用螺纹锁固胶，增加牢靠性；
66.本实施例的1分256功分合成网络的损耗≤2.9db@8ghz，装配天线厚度指标满足法向增益≥30.5db(8ghz)、轴比≤5db、增益差值≤8.0db，剖面尺寸比传统功分合成网络减小70％。可满足500次温度循环(-40℃～+75℃)和13.88g随机振动的环境试验要求，具有良好的可靠性和环境适应性。
67.实施例四
68.本实施例提供一种技术方案：一种采用实施例二的低损耗大型功分合成网络的制造方法制得的低损耗大型功分合成网络，如图1-2所示，包括外壳与微带板3，外壳包括壳体4与盖板2，壳体4与盖板2内部分别开设有第一空气腔5与第二空气腔26，壳体4与盖板2互相配合一侧的非空气腔区域形成口字形密封面，壳体4与盖板2将微带板3的四侧边缘夹住，壳体4、微带板3与盖板2通过多个第一螺钉1锁紧固定，壳体4与盖板2将微带板3的四侧夹持住，确保了为微带板3的稳定性；微带板3的中心部位位于空气腔内，第一空气腔5与第二空气腔26使得微带板3的两侧均为隔空设置，微带板3为双面微带板3，介质厚度≤0.762mm，成品表层铜厚度≥0.035mm；
69.微带板3的覆铜板材料选择rogers公司的rt6002、clte-xt，taconic公司的tsm-ds3，中电46所的cf294、cfg294，国能公司的gnc3004，生益科技的sg9294中材料之一；也可选择含有玻纤布的覆铜板材料，增强微带板3尺寸稳定性和可装配型；
70.微带板3的背面设有总口连接器焊盘15，总口连接器焊盘15利用连接器焊锡丝16
焊接互联有总口连接器17，在盖板2上安装有kk转接连接器20，kk转接连接器20通过螺装、导电胶粘与焊接方法之一安装固定在盖板2上，且总口连接器17与kk转接连接器20互联；本实施例以螺装的方式将kk转接连接器20固定在盖板2举例说明，即总口连接器17采用第一法兰19通过第二螺钉18与盖板2固定。
71.微带板3的背面焊接设置有电阻21，在微带板3的背面设有与金属化塞孔8互联的电阻焊盘23，电阻21通过电阻焊锡丝22焊接在电阻焊盘23上。
72.壳体4上固定有256个分口连接器7，分口连接器7通过螺装、导电胶粘和焊接方法之一安装固定在壳体4，本实施例以螺装的方式将分口连接器7固定在壳体4举例说明，即分口连接器7采用第二法兰30通过第三螺钉29与壳体4固定，分口连接器7为双阳型，即安装两面均为插头型；
73.在网络微带板3上开设有金属化通槽28，盖板2上加工有与金属化通槽28适配的金属凸台27，组装完成之后，金属凸台27插接在金属化通槽28内部，完成壳体4、微带板3与盖板2安装定位；
74.微带板3上大面积开设有密集屏蔽金属化通孔13，金属化通孔13孔径为连接器内导体24直径+0.15～0.25mm，位置精度为
±
0.05mm，金属化通孔13的数量为256个，256个分口连接器7与256个金属化通孔13一一对应，网络分口焊盘14采用金属化通孔13与分口网络图形12实现互联，金属化通孔13的内部形成金属化插装口6，分口连接器7内端口互联有连接器内导体24，连接器内导体24与金属化插装口6的位置适配，连接器内导体24与网络分口焊盘14通过内导体焊锡丝25完成互联，分口连接器7外端口互联有连接器外导体10，连接器外导体10通过外导体焊锡丝完成与天线的互联。
75.以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：制造带金属化通孔、金属化塞孔与金属化通槽的功分合成网络微带板，金属化通槽位于微带板的四侧边缘处；步骤二：在微带板上焊接电阻与总口连接器；步骤三：制造带有空气腔的壳体与盖板；步骤四：在壳体上安装256个分口连接器，在盖板上安装kk转接连接器；步骤五：将微带板安装至壳体，并完成微带板与256个分口连接器的互联；步骤六：将盖板与微带板贴合，金属化通槽内设置有连接件，利用第一螺钉锁紧固定盖板、微带板与壳体。2.根据权利要求1所述的一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于，在步骤一中，步骤一中微带板具体的加工步骤为：在原材料覆铜板上依次进行钻孔、孔金属化、树脂塞孔、电镀镀平、图形制作、表面涂镀、外形加工处理工艺；其中，孔金属化完成金属化通孔的制作，孔金属化、树脂塞孔与电镀镀平完成金属化塞孔的制作。3.根据权利要求2所述的一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于，所述覆铜板材料选择介电常数3.0以下，介电损耗0.0015以下。4.根据权利要求2所述的一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于，所述微带板的表面涂镀为电镀金、化学镀金、电镀银、化学镀银中的任一种。5.根据权利要求1所述的一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于，步骤二的具体步骤为：将微带板放置在平整的焊接工装上，并将其压平处理，将电阻与电阻焊盘、总口连接器焊盘与总口连接器分别经过锡焊工艺互联。6.根据权利要求1所述的一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于，在步骤四中分口连接器与kk转接连接器均通过螺装、导电胶粘和焊接方法之一安装固定。7.根据权利要求1所述的一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于，所述连接件为加工在盖板上的金属凸台，且所述金属凸台与金属化通槽适配。8.根据权利要求7所述的一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于，所述金属凸台与金属化通槽插接互联，且两者的公差为0.05～0.1mm，金属凸台厚度为微带板成品厚度+0.03～0.05mm。9.根据权利要求1所述的一种低损耗大型功分合成网络的制造方法，其特征在于，所述连接件为填充至金属化通槽内的导电胶；且导电胶灌入且填满金属化通槽，填满状态为导电胶中心高度高于微带板。10.一种采用如权利要求1～9任一项所述的低损耗大型功分合成网络的制造方法制得的低损耗大型功分合成网络。

技术总结
本发明公开一种低损耗大型功分合成网络以及制造方法，涉及雷达电子天馈分系统技术领域，包括以下步骤：步骤一：制造带金属化通孔、金属化塞孔与金属化通槽的功分合成网络微带板，金属化通槽位于微带板的四侧边缘处；步骤二：在微带板上焊接电阻与总口连接器；步骤三：制造带有空气腔的壳体与盖板；步骤四：在壳体上安装256个分口连接器，在盖板上安装KK转接连接器；步骤五：将微带板安装至壳体，并完成微带板与256个分口连接器的互联；步骤六：将盖板与微带板贴合；本发明有效解决了现有通过微带板与金属件通过螺钉固定压实，形成悬浮带线结构带来的微带板与金工件难以紧密贴合、装配存在间隙难以形成完整金属隔墙和损耗增大增益下降的系列问题。下降的系列问题。下降的系列问题。


技术研发人员：邹嘉佳 朱丽娜 李森 苗菁 张笑晗 李沙沙 阚宏伟
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十八研究所
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/9/5