汤锋1，姜毅2
（1．南京电子技术研究所，江苏南京210039）
（2．第二炮兵驻南京地区军事代表办事处，江苏南京210039）
摘要：随着机载雷达系统的多样化发展，汇流环在机载雷达中的应用越来越频繁。机载雷达汇流环由于其特殊性，相对地面雷达系统的汇流环有很多需要特殊考虑的设计要点。文中根据某直升机载雷达汇流环的技术要求及环境条件，针对中频环、信号环和功率环不同的技术特征，介绍了该类型汇流环的设计方法。
关键词：直升机载雷达；中频汇流环；信号汇流环；功率汇流环
中图分类号：TN959．73文献标识码：A文章编号：1008－5300（2010）06－0030－03
A Design of the Helicopter Borne Radar Slip-Ring
TANG Feng1，JIANG Yi2
（1．Nanjing Research Institute of Electronics Technology，Nanjing210039，China）（2．Military Delegation Office of Second Artillery Force at Nanjing Region，Nanjing210039，China）
Abstract：With the development of airborne radar becoming diverse，the slip-ring is used more and more fre-quently on it．For the special environment，airborne radar has many key designing points which need particularly considering compared with ground radar．According to the technical requirements and environmental conditions of the helicopter-borne radar slip-ring，a design method of this kind of slip-ring is introduced in this paper cal-culate with the different technical character of medium frequency slip-ring，signal slip-ring and power slip-ring．Key words：helicopter-borne radar；medium frequency slip-ring；signal slip-ring；power slip-ring
0引言
在雷达系统中，汇流环是转动部分和固定部分的电气连接装置。在地面雷达系统中，汇流环应用十分广泛，而随着机载雷达系统的多样化发展，汇流环在机载雷达的应用也越来越频繁。机载雷达汇流环由于其使用环境和技术指标的特殊性，相对地面雷达系统的汇流环除了部分通用的设计方法外还有很多需要特殊考虑的设计要点。文中针对某型直升机载汇流环的设计要求，介绍了该类型汇流环具体的设计思路与方法。
1主要技术要求
1．1功率环技术要求
（1）额定电流：10A；
（2）额定电压：交流115V/400Hz。
1．2信号环技术要求
（1）额定电流：≤0．2A；
（2）额定工作电压：≤15V。
1．3中频环技术要求
（1）最高使用频率：200MHz；
（2）带宽：50MHz；
（3）负载：50Ω。
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2组成及结构布局
为满足机载设备结构紧凑的设计要求，该汇流环采用整体柱式的结构形式，即中频环、信号环、功率环设计为一个整体，如图1所示。中频汇流环、信号汇流环、功率汇流环依次分布叠加组合为一个整体。
3详细设计
3．1隔离设计
为避免中频环与信号环以及功率环之间的干扰，设计时，中频环相对独立布置。并且在中频环与信号
03
电子机械工程
Electro－Mechanical Engineering
2010年第26卷第6期
2010．Vol．26No．6
*收稿日期：2010－08－03
图1汇流环的组成及结构布局
环及功率环之间用隔离地环进行信号隔离的设计，如
图2所示
。
图2中频环隔离通道示意图
隔离地环的内壁与汇流环中心轴的轴壁紧密连接，从减少电磁泄漏、增强隔离效果的要求着手，隔离地环与外壳之间的缝隙应在保证转动灵活，易于装配的前提下尽可能小。并且，外壳与隔离地环之间
用若干地刷连接。地刷的端面与地环外壁滑动接触，另一端连接在外壳上。
以上的设计使得汇流环的内轴、隔离地环、地刷、外壳构成一个隔离通道，达到了屏蔽电磁干扰的设计效果。
由于该汇流环为机载方式，环境要求较为苛刻，冲
击震动较大。因此，
导电环与电刷的接触是否可靠关系到设备在严酷的环境条件下是否能正常工作。 通常，柱式汇流环导电环端面设计有三种方式，即平面式、“V ”型槽式以及“U ”型槽式，如图3所示。平面式导电环容易加工，适合在连续平稳无冲击震动的环境下工作。“V ”型槽式及“U ”型槽式导电环由于表面有卡槽或一定的弧度，在震动冲击的工作环境下，电刷不易滑离导电环的工作面，能有效提高接触的可靠性。
对比三种导电环端面的形式及适用条件，该型汇流环选择“V ”型槽的设计方案，以适应强震动、高冲击的环境条件。
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同时，导电环外径在该型的设计中采用了比绝缘环外径小1mm 的设计方案，该设计进一步提高了在强冲击震动条件下电刷与导电环接触的可靠性 。
图3导电环端面形式
3．3绝缘环设计
汇流环常见的绝缘材料有聚四氟乙烯、聚砜、聚碳
酸脂、环氧类玻璃布层压板及其灌注物等。在设计时，应根据不同的使用条件以及设计形式选择不同
uasa类型的绝缘材料。通常，叠片式汇流环可使用聚四氟乙烯、聚砜等作为绝缘环材料。聚四氟乙烯与聚砜相比膨胀系数大，但不易开裂。因此绝缘环厚度小于3mm 时可采用聚四氟乙烯，厚度大于3mm 时可采用机加工性能更好的聚砜。
要保证汇流环正常可靠的工作，功率环不发生打火等恶性故障是关键因素之一，因此功率环各环间的
绝缘强度至关重要。汇流环各相邻环间绝缘强度取决于绝缘环部分的设计。在绝缘材料一定的条件下，其设计需要考虑的主要指标为两环间的电气间隙。电气间隙是指相邻两环间绝缘介质的最短距离，通俗讲即绝缘环的厚度。
由于该型汇流环安装在直升机上，需满足5000m 的工作高度，随着海拔的升高，空气密度降低，介质绝缘强度降低，外绝缘表面及不同电位的带电间隙比较
容易击穿［1］
，
对电气间隙的影响较大。因此，对于机载电气设备的绝缘需要进行降额设计。
按IEC664的规定［2］
，以及海拔高度与标准大气压的关系，可以得出表1中的海拔高度与电气间隙倍增系数的关系。
表1
牧一征电气间隙倍增系数
海拔高度（m ）
正常气压（kPa ）
电气间隙倍增系数
20008013000701．144000621．295000541．486000471．77000411．95800035．52．25900030．52．621000026．53．0215000
12
6．67
在低海拔环境，115V 的电气强度下，结合该汇流环
使用环境的污染等级，若采用聚砜作为绝缘材料，绝缘厚度可选取3mm 。故对应表1的电气间隙倍增系数，此处汇流环功率环部分的绝缘层厚度应≥4．44mm 。
1
3第6期汤锋，等：某直升机载雷达汇流环的设计
3．4
大功率电源传输设计
常规柱式汇流环的信号传输形式根据电刷类型可分为两种：金丝式电刷和触点式电刷。
金丝式电刷是利用金基合金为基材，直径0．4mm 0．8mm 的圆柱状电刷，该电刷接触面小，磨屑少，适合小电流的传输。触点式电刷是以银碳粉末冶金复合材料作为基材的块状触点，该类型电刷接触面大，适合传输较大的电流，
但磨屑较多。该型号汇流环需要传输10A 的电流，在常规条件下适合触点式的电刷形式。但是由于在直升机急速升高或下降时，环道表面容易产生冷凝水，若有大量导电的磨屑附着在绝缘环表面，会造成绝缘强度降低，容易导致功率环打火。故在机载类汇流环的设计中，应本着尽可能避免绝缘环表面
附着过多异物的设计原则。因此，在该设计中采用了多根金丝式电刷并联接触使用的形式，如图4所示
。
图4
金丝电刷并联接触示意
在功率环部分，外壳两侧分别安装两个刷板，每个刷板同一导电环道并联焊接两组电刷，按此设计，同一导电环道共有4组（8个接触点）电刷。以每组电刷可承受3A 的经验值计算，该设计符合指标要求。3．5
中频信号传输设计
中频汇流环按导电环部分信号传输的耦合特性一
般可分为两类：单点耦合与两点耦合，
如图5所示
。图5中频环信号耦合方式
单点耦合是指把同轴电缆的芯线焊接于导电环上的某点，以同轴电缆为信号输入端为例，传输的中频信号通过同轴电缆芯线传输至导电环，再通过与导电环接触的电刷引出。
两点耦合是指用一个半圆环的两端点焊接在导电环上相对的两点处，而同轴电缆的芯线焊接在半圆环
的中点部位。以同轴电缆为信号输入端为例，传输信
号通过同轴电缆芯线传输至半圆环，再通过半圆环与导电环的两个连接点传输至导电环，之后再通过电刷
引出［3］
。
单点耦合的信号传输方式加工工艺简单，但从研制经验看，当导电环内径较小（一般≤70mm ），传输频率低于150MHz 时，驻波、插损、隔离度等典型指标的测试结果较为理想。但是当导电环内径较大或者需要传输的信号频率大于150MHz 时，这些典型指标值就急剧恶化，大多都不能满足使用要求。两点耦合的信号传输方式加工工艺较为复杂，但是当导电环内径较大或者频率高于150MHz 时，各项性能指标不会出现单点耦合形式的指标急剧恶化的现
象，
可满足较高频段的设计要求。表2为该中频汇流环试验件单点耦合与两点耦合形式分别在200MHz 的性能指标测试对比。
表2
单点耦合、两点耦合性能对比
耦合形式驻波插损隔离度
两点耦合1．30．85dB 58dB 单点耦合
1．81．2dB
55dB
由表2可知，在200MHz 的条件下，采用两点耦合的信号传输形式所测得的性能指标相比单点耦合形式的测试指标结果要理想得多。因此，在高频段（通常
为大于150MHz ）可考虑采用两点耦合的信号传输形式。
4结束语
在汇流环的设计中需要针对各种使用环境及电性
能的特殊指标要求作出针对性的设计，如机载汇流环，则必须针对高震动、强冲击、高温差、以及高空的低气压等特殊环境条件作出有区别与地面汇流环的设计。该型汇流环通过各项试验及实际使用验证，各项性能指标符合设计要求。参考文献：
［1］季慧玉，邹其文，黄兢业．低压电器在高原环境中使用的
适应性研究［
悬浮床J ］．低压电器，2005（3）：45－49［2］IEC-664．低压系统内设备的绝缘配合［S ］．
作者简介：汤
锋（1979－），男，工程师，主要从事汇流环设计工作。
姜
毅（1973－），男，工程师，主要从事机械电子
及通信研究工作。
军用伪装网23电子机械工程第26卷
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