环行器在民用通信领域用量巨大，主要起双工、环行作用，是不可缺少的微波器件，但目前市场上环行器的价格较高，供货周期长。因此，有必要从技术和管理上对环行器批生产技术进行研究并提出解决方案。
环行器是非互易的多端口器件，其工作原理如图1所示，当电磁波从端口1输入时，通过调节适当的参数，其能量就能几乎无损耗从2端口输出，端口3则无能量输出。
环行器在移动通信系统中用量巨大，但由于目前市场上环行器供应商在产品批量生产管理能力、生产过程控制能力、产品容差设计能力等方面的不足，产品合格率低，生产效率低，导致产品价格昂贵并且周期较长。因此，本文在环行器生产的制约因素方面提出解决方案。
1 研究目标和主要考核指标
1.1 研究目标
本文通过对通讯用L波段环行器批生产技术研究，突破批量生产管理技术、生产过程控制技术、容差设计技术，完善环行器批生产管理质量控制体系，使产品一次装配合格率达到99.73%，产品生产能力达到每天300只/人。
1.2 研究内容
“L波段环行器”批生产技术研究内容如下：
(1)容差设计技术;
(2)一致性装配工艺技术;
(3)批生产管理技术;
(4)统计过程控制技术。
1.3 主要考核指标
批生产能力主要考核指标：
(1)产品一次装配合格率达到99.73%;
(2)产品生产能力达到每天300只/人。
2 技术可行性分析
2.1 研究方案
项目分为三个阶段：样品阶段、小批量试制阶段和批生产阶段。
样品阶段包括电路设计、结构设计和工艺设计，解决容差设计问题，进行三批次生产，每批不小于10只，一次装配合格率大于95%。
小批量试制阶段包括PID(过程识别文件)编制，工艺文件细化为操作文件，过程检测规范制订，工装夹具设计及制作;解决产品一致性问题，进行三个批次生产，每批不小于100只，一次装配合格率不低于99.73%。效率达到每天150只/人。
批生产验证阶段包括质量保证大纲、生产过程控制文件编制，工艺优化，SPC，缺陷分析及其纠正及预防措施方法研究，建立批生产体系;解决批生产工艺及管理问题，进行三个批次生产，每批不小于1000只，一次装配合格率不低于99.73%。效率达到每天300只/人。
2.2 技术途径
2.2.1 容差设计技术
容差设计包含结构及电路的尺寸容差设计和材料性能的容差设计，尺寸容差主要有永磁体、中心导体、铁氧体基片的尺寸误差。材料性能主要指铁氧体基片的电磁性能和永磁体的磁性能。
采用以下方法开展容差设计技术研究：
(1)确定永磁体、中心导体、铁氧体基片的尺寸误差和铁氧体基片的电磁性能及永磁体的磁性能偏差的一般水平;
(2)采用仿真分析方法，找出关键尺寸偏差和材料关键参数偏差;
(3)建立环行器的参数化仿真模型，通过仿真分析找出关键尺寸偏差和材料关键参数偏差。
2.2.2 一致性装配工艺技术
一致性装配工艺技术包含装配工艺技术和装配一致性控制技术。“L波段环行器”结构相对简单，中心导体通过器件端口引脚固定。本项目的装配工艺技术主要是引脚的装配和盖板的装配。
引脚装配包括介质套与腔体装配，引脚与介质套的装配，引脚、介质套、腔体均为紧配合。通过研究装配的方法，设计适宜的工装夹具，保证引脚、介质套、腔体过孔同心，引脚底面与腔体底面之间平整，保证引脚装配一致性。
盖板装配主要存在两个问题：其一是旋拧盖板时，中心导体受力，产生转动;其二是永磁体已经充磁，盖板是良好导磁体，装配时盖板与永磁体相吸，导致盖板螺纹与腔体螺纹难以正确卡合而失效。轻微时，盖板不正，严重时损坏螺纹。
为了解决盖板装配问题，采取以下措施：
(1)在结构设计中，增加防转片，防止中心导体随盖板装配转动;
(2)设计工装夹具，确保盖板螺纹与腔体螺纹正确卡合。
2.2.3 批生产管理技术
批生产管理技术包含物料管理、工装夹具管理、仪器设备管理、产品批次管理、各工位工时分配、生产进度管理、不合格品管理、外包管理等内容。
本文结合“L波段环行器”开展批生产管理技术研究，建立批生产管理体系，实现生产高效有序、过程可控、产品可追溯。为此采取以下措施：
(1)编制PID文件、工艺操作文件、过程检测规范、过程控制文件等，细化生产操作流程和管理流程;
(2)提取过程数据对生产过程进行分析和控制。
2.2.4 统计过程控制技术
结合“L波段环行器”开展统计过程控制研究，采用以下途径：
(1)确定关键工序节点和关键工艺参数;
(2)确定关键工艺参数的控制量;
(3)确定已确定的工艺参数的采集、检测、统计方法(计数、计量);
(4)确定采用的控制技术;
(5)根据统计数据，利用控制图进行受控状态分析;
(6)对失控状态运用直方图、因果图等方式分析失控原因;
(7)根据分析结果，采取纠正或预防措施，优化工艺参数;
(8)再确认工艺参数的控制量，达到过程统计受控，维持过程的稳定和减少过程的波动，不断提高产品质量和可靠性;
(9)计算Cpk，并进行分析;
(10)修订工艺和操作文件。
3 应用方向及成果形式
3.1 应用方向
随着通信行业的快速发展，通信产业有望突破万亿，而环行器直接用于基台(站)和移动台系统中，需求量巨大，预计未来10年环行器年需求量至少在上亿万只。
L波段环行器批生产技术攻关后，所得到的过程管理方法可应用于其它民用铁氧体器件的生产，军用铁氧体器件的批生产也可借鉴该技术。
3.2 最终成果形式
(1)PID文件
(2)工艺操作文件
(3)过程检测规范
(4)质量保证大纲
(5)生产过程控制文件
4 结束语
环行器具有体积小、重量轻、功率容量大、可靠性高等系列优点，是通讯微波电路中必不可少的重要元器件之一，市场需求量巨大，如何控制产品成本、提高生产效率是环行器生产厂商面临的一个重大挑战，通过对环行器批生产技术研究，使得我们在容差设计技术、装配工艺技术、过程控制技术以及管理等方面可得到较大提升。
作者：徐榆鸿 来源：电子技术与软件工程 2016年5期
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