波導(dǎo)是雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展，特別是從微波到毫米波再到6G太赫茲頻段，E側(cè)和H側(cè)多角度圓弧彎波導(dǎo)將面臨越來(lái)越高的精度要求。本文簡(jiǎn)要介紹了E面和H面多角度圓弧彎波導(dǎo)的形成過(guò)程，對(duì)精密彎管機(jī)和彎管機(jī)提出了新的要求，并以此作為出發(fā)點(diǎn)。

雷達(dá)饋電網(wǎng)絡(luò)中存在大量的彎曲波導(dǎo)，彎曲波導(dǎo)的加工質(zhì)量直接影響雷達(dá)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。彎曲波導(dǎo)、扭曲波導(dǎo)、過(guò)渡波導(dǎo)的傳統(tǒng)加工方法主要有雕刻法、剛性芯軸法、柔性芯軸法、內(nèi)部填充法等。上述加工方法普遍存在加工效率低、成品率低、波導(dǎo)彎曲部分截面控制精度低、芯軸裝卸困難、彎曲設(shè)備及機(jī)構(gòu)通用性差等缺點(diǎn)。因此，迫切需要研究一系列彎曲波導(dǎo)的彎曲工藝和制造的技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造滿足彎曲波導(dǎo)批量生產(chǎn)需要的專用波導(dǎo)彎曲設(shè)備。

采用直接彎曲的彎曲波導(dǎo)代替彎頭焊接，大大簡(jiǎn)化了加工工藝，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了系統(tǒng)可靠性。因此，研究串聯(lián)波導(dǎo)的成型和加工技術(shù)，開(kāi)發(fā)專用波導(dǎo)自動(dòng)彎曲設(shè)備，對(duì)于彎曲波導(dǎo)的生產(chǎn)具有重要的意義和價(jià)值。

E面和H面多角度圓弧曲線波導(dǎo)波導(dǎo)彎曲要求波導(dǎo)是雷達(dá)系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星及地面接收站、5G基站、6G基站、鐵路交通信號(hào)傳輸系統(tǒng)的核心組成部分。為了使產(chǎn)品能夠正常工作，波導(dǎo)產(chǎn)品內(nèi)腔的精度非常高，因此彎曲波導(dǎo)的加工質(zhì)量將直接影響信號(hào)傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)。彎曲波導(dǎo)不僅會(huì)改變橫截面形狀，還會(huì)改變壁厚。當(dāng)彎曲管道時(shí)，內(nèi)部的壓力會(huì)增加壁厚并增加寬度，而外部的張力會(huì)減少壁厚并減少側(cè)寬。因此，在波導(dǎo)彎曲成型加工設(shè)備中，需要嚴(yán)格控制加工過(guò)程中的截面畸變，減少內(nèi)腔尺寸的變形。

矩形E 平面彎曲波導(dǎo)矩形E 平面（仰角）彎曲波導(dǎo)由管壁尺寸方向定義。換句話說(shuō)，垂直于窄壁的彎曲平面是E面彎曲。 E平面（通常是E（窄壁）平面）由電氣性能角定義。指與電場(chǎng)方向平行的圖案橫截面（窄平面），如圖1所示。

圖1 E面弧形彎曲波導(dǎo)

矩形H面（水平）彎曲波導(dǎo)矩形H面（水平）彎曲波導(dǎo)是從管壁尺寸方向定義的，即垂直于寬壁的彎曲面為H面，定義為根據(jù)電氣性能角度。馬蘇。通常指H面（寬邊）。平行于磁場(chǎng)方向的圖案橫截面（寬平面）如圖2 所示。

圖2 H面圓弧彎波導(dǎo)產(chǎn)品圖

圖3所示為E側(cè)和H側(cè)多角度圓弧彎曲波導(dǎo)。 E側(cè)彎曲波導(dǎo)和H側(cè)彎曲波導(dǎo)的制造成本和加工難度相對(duì)較低，通�？梢越M合使用。進(jìn)給系統(tǒng)。然而，增加法蘭連接數(shù)量會(huì)影響波導(dǎo)的電氣性能，同時(shí)也會(huì)增加法蘭精密加工和焊接的制造成本。這就產(chǎn)生了對(duì)E平面和H平面的多角度弧形彎曲波導(dǎo)的需求，其中電氣性能要求和成本控制變得越來(lái)越重要，特別是對(duì)于大規(guī)模5G和6G應(yīng)用。波導(dǎo)已經(jīng)出現(xiàn)，并且越來(lái)越受到業(yè)界的青睞。

圖3 簡(jiǎn)單（左）和復(fù)雜（右）E面和H面多角度弧形彎曲波導(dǎo)產(chǎn)品制作完成，彎曲波導(dǎo)產(chǎn)品外觀雖然符合設(shè)計(jì)要求，但并不一定符合設(shè)計(jì)有要求，并不代表有。這是合格產(chǎn)品。這是因?yàn)楫a(chǎn)品不僅需要進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試，還需要使用網(wǎng)絡(luò)分析儀等相關(guān)設(shè)備來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品的電磁性能。因此，在產(chǎn)品中安裝網(wǎng)絡(luò)分析儀等相關(guān)設(shè)備來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品的電磁特性。圖4顯示了使用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行的性能測(cè)試及結(jié)果。

圖4 E側(cè)、H側(cè)多角度圓弧彎波導(dǎo)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)分析儀檢驗(yàn)圖從圖中可知，該波導(dǎo)產(chǎn)品的頻率范圍為8.2GHz至12.4GHz，駐波比VSWR小于1.1525，其中低于設(shè)計(jì)值VSWR 1.2 的要求。這表明該產(chǎn)品的電磁性能比較接近理想條件下的值，也滿足電氣品質(zhì)因數(shù)要求。

E面和H面多角度圓弧彎曲波導(dǎo)設(shè)計(jì)彎曲波導(dǎo)仿真設(shè)計(jì)由于雷達(dá)饋電系統(tǒng)的硬波導(dǎo)線路是固定的，要設(shè)計(jì)多個(gè)彎曲空間波導(dǎo)，彎曲波導(dǎo)需要電磁仿真來(lái)保證為了提高電性能參數(shù)，需要盡可能優(yōu)化彎曲波導(dǎo)的機(jī)械加工性能，使其更容易加工，加工后的產(chǎn)品將接近設(shè)計(jì)理論值，更容易加工制造彎曲波導(dǎo)，降低成本。下面是使用具有BJ400 波導(dǎo)四個(gè)彎曲的空間尺寸波導(dǎo)的仿真設(shè)計(jì)。從圖5中E、H平面的多角度圓弧彎波導(dǎo)產(chǎn)品圖和圖6中的產(chǎn)品圖仿真結(jié)果可以看出，BJ400(5.69mm x 2.845mm)波導(dǎo)邊緣圓角r=0.3mm 。E面、H面彎曲圓角均為R=19mm。若波導(dǎo)延伸長(zhǎng)度為500mm，則在上述E面、H面上將波導(dǎo)彎曲四次。頻率范圍為32.9GHz50.1GHz GHz，駐波比VSWR1.03。滿足設(shè)計(jì)、加工要求。

圖5 E側(cè)、H側(cè)多角度圓弧彎波導(dǎo)產(chǎn)品圖

圖6 E面、H面多角度圓弧彎波導(dǎo)產(chǎn)品仿真圖

E面或H面的多邊形圓弧彎曲波導(dǎo)加工如果需要進(jìn)行波導(dǎo)彎曲加工，可以進(jìn)行E面或H面的彎曲波導(dǎo)加工。彎曲半徑R和彎曲角度可以設(shè)定為任意值。一般來(lái)說(shuō)，90彎曲應(yīng)用廣泛，主要是基于其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。高精度彎頭的技術(shù)要求如下： (1)折彎后截面尺寸公差一般在0.05以內(nèi)。 (2)波導(dǎo)內(nèi)表面應(yīng)光滑、無(wú)劃痕、皺紋等。 (3)半徑R準(zhǔn)確，提供最小彎曲半徑。 (4)提高生產(chǎn)率，降低成本。

彎曲波導(dǎo)加工的填充材料為了保證彎曲波導(dǎo)的內(nèi)部尺寸，在彎曲之前需要在波導(dǎo)內(nèi)填充填充材料。目前，填充材料主要有三種類型： (1)低熔點(diǎn)合金。鉍、錫和鉛的合金，熔化溫度為92C。 (2)彈簧鋼板。通常選用彈性好的65Mn冷軋鋼帶，厚度一般為0.2~0.3mm。 (3)柔性心軸。也稱為鏈軸。

常用的彎曲方法有四種。 (1)彎曲成形法。這是目前最常用的加工方法，利用凸凹模對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行彎曲成型。由于彎曲半徑和彎曲角度的不同，需要制造不同的沖頭和凹模，這些通常稱為專用成形彎曲模具。此外，我們還有通用彎曲模具。 (2)滾壓彎曲法。波導(dǎo)填充填料后，一端壓在模具（相當(dāng)于沖頭）上，另一端沿模具的彎曲部分彎曲，用壓板或滾輪使這一端沿模具旋轉(zhuǎn)。該方法適用于新產(chǎn)品的測(cè)試階段，模具簡(jiǎn)單，周期短，但彎曲波導(dǎo)精度低，易產(chǎn)生皺紋。 (3)延伸彎曲法。這種方法與滾彎法非常相似，模具也幾乎相同，但主要區(qū)別在于波導(dǎo)裝有柔性心軸而不是彈簧鋼板。 (4)雕刻、彎曲方法。這種方法一般稱為彎曲，需要專用的彎曲機(jī)。波導(dǎo)中沒(méi)有填充物，波導(dǎo)的長(zhǎng)度沒(méi)有限制。非常適合雷達(dá)饋線中的彎曲波導(dǎo)，但彎曲半徑較大。彎曲半徑的尺寸精度高度依賴于操作者的沖床進(jìn)給控制，難以確保穩(wěn)定的質(zhì)量。

加工設(shè)備展望：彎曲波導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)狀隨著通信領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)復(fù)雜E面、H面多角度圓弧彎曲波導(dǎo)的需求量越來(lái)越大，生產(chǎn)周期也越來(lái)越長(zhǎng)。這是可能的。而且，它還在不斷變長(zhǎng)。目前，一系列衛(wèi)星用彎曲波導(dǎo)的生產(chǎn)周期至少需要三個(gè)月，大大超過(guò)了行業(yè)的研發(fā)速度。同時(shí)，依靠手工整體制造，如精密機(jī)械加工、先進(jìn)焊接機(jī)、先進(jìn)鉗工等，不僅效率低下，而且報(bào)廢率非常高，導(dǎo)致整體式撓性導(dǎo)軌、波道器件成本較高。這不僅影響了波導(dǎo)器件在先進(jìn)領(lǐng)域的應(yīng)用，也阻礙了波導(dǎo)器件在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的大規(guī)模應(yīng)用。因此，需要開(kāi)發(fā)新的生產(chǎn)工藝和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，以滿足復(fù)雜的生產(chǎn)需求。

曲面波導(dǎo)的多規(guī)格性在高度發(fā)達(dá)和商業(yè)化的今天，形狀規(guī)則、小型的波導(dǎo)產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需求，市場(chǎng)產(chǎn)品越來(lái)越個(gè)性化、定制化，傾向于加大開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)能力對(duì)企業(yè)提出了更高的要求，這對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生了負(fù)面影響。彎曲波導(dǎo)根據(jù)彎曲方向分為E面和H面，標(biāo)準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)角度為30、45、60、90，也有將這些角度組合起來(lái)的彎曲波導(dǎo)。整個(gè)H側(cè)多角度圓弧彎波導(dǎo)多樣且復(fù)雜。

彎曲波導(dǎo)的前景由于它是廣泛應(yīng)用于毫米波通信、太赫茲通信、衛(wèi)星、雷達(dá)等領(lǐng)域的電子元件，因此必須考慮通信和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域所需的大規(guī)模生產(chǎn)和低成本生產(chǎn)方法。需要這樣做。同時(shí)，為保證多樣化產(chǎn)品加工的質(zhì)量和生產(chǎn)周期，應(yīng)考慮具有高適用性、高柔性、高精度、高穩(wěn)定性的折彎?rùn)C(jī)床。

結(jié)論綜上所述，復(fù)雜E面和H面多角度彎弧波導(dǎo)具有加工精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。目前主流是由熟練人員進(jìn)行小批量手工生產(chǎn)，但存在以下局限性。 (1)生產(chǎn)周期長(zhǎng)。 (2)產(chǎn)品均勻度低。 (3)生產(chǎn)過(guò)程廢品率高。 (4)制造成本高。 (5)生產(chǎn)效率阻礙工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)程。 （六）產(chǎn)品市場(chǎng)適應(yīng)性差的； (7)制造成本高影響波導(dǎo)產(chǎn)品在更多領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。因此，結(jié)合市場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際，需要開(kāi)發(fā)一種高精度、高穩(wěn)定性、能適應(yīng)不同角度調(diào)節(jié)的復(fù)雜E面、H面多角度圓弧彎曲波導(dǎo)自動(dòng)彎管機(jī)。是一件緊急的事情。微波器件制造中的“瓶頸”問(wèn)題，為彎曲波導(dǎo)的量產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

—— 《鈑金與制作》 摘自2020年第9期