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连接器和航空电子设备RF线的尺寸及材质怎样平衡?

 

  军用和商用航空电子应用的RF技术,在满足严格的电气和机械安全要求的同时,优先考虑减轻重量,以提高燃料效率。在冲击、振动环境下,低损耗,相位稳定性,高性能,需要通过对材料、结构和维护等手段平衡减小尺寸。

 

 

目前对频段的复杂要求,包括5G、新型和升级卫星通讯(SATCOM)系统、使用蓝牙的仪器飞行程序(IFP)系统等,都在创造更轻、更小、更精确射频(RF)解决方案的需要。

有些情况下,这些系统可以运行到90GHz以上。航电工业要求在GPS、自动相关监视广播(ADS-B)、卫星通信、空对地等应用中的导航、防撞和通信系统通讯等应用中使用低损耗、耐高温、高柔性电缆。

航电应用的空间也受到限制,这是由于其满足了设备整体应用要求的需要。当频率增加,互连尺寸变小以适应较小的波长时,半刚性方案通常被用于这些应用。但是,这些非常小的部件会变得脆弱,因此很难安装,也不能排除故障。

采用高弹性、高性能的线缆,可用于密集包装的开箱应用;该柔性部件可绕在狭小的角落处弯曲,且靠得很近,以尽量减少占用空间,节省空间和简化狭小空间内的电缆线路。柔性电缆不需保护连接器背面,易于维护。

飞行时的高度振动会对电路板硬件造成很大压力。互联系统需要将电缆与连接器间的空间减至最小,以承受高震动。

1、来自于空中商业创新的灵感

城市空中交通(UAM)是一种安全、高效的空运系统的概念,该系统将使用高自动化的飞机来操作和运送城市和郊区低海拔区域的乘客和货物。大部分UAM车辆运行在10000英尺以下,电池电量限制了其飞行高度和飞行时间。随著科技的进步,运动中UAM的密度也会增加,当所谓「蜂拥」时,它们的ADS系统就需要不断地通讯来避免碰撞。这类系统严重依赖天线和高频收发器,以使传感器彼此通讯,所以低损耗、可靠、轻便的电缆是可靠通信的关键。

此外,还有先进的空中运输(AAM)解决方案,它是建立在UAM概念之上的,它的应用将在城市环境外运行,从无人驾驶飞机到电动垂直起降(eVTOL)应用。和电动汽车一样,eVTOL控制器也是靠车内的电力驱动,而且电池比较重,所以重量也是一个重要考虑因素。所以这些技术在坚持数十年来主宰其前人的尺寸和重量原则的同时,也需要先进的解决方案来满足新的需求。

2、无人驾驶航空器

另外一个迅速发展的航空电子领域是无人机(UAV)。有些UAV相当简单,使用单个数据链,要求相对简单的RF连接解决方案。但是,当采用高超音速技术时,有些无人机可以以5马赫的速度飞行,从而提高了对高温的需求。海拔越高,速度越快,频率越高,从物质的角度看问题就越复杂。这可以用电介质来解决;此外,有可能将石英材料用作高超音速应用的电介质。

归根结底,结构设计者需要理解环境、无人机的高度要求、需要的寿命、多长时间的维护以及什么类型的测试环境。举例来说,无人驾驶飞机是否会携带电子战(EW)系统或电子情报系统,还是一个纯粹的数据链和录像?

3、正确的互连

航电设备RF互连的一个重要考虑因素,就是电介质及其与周围环境达到平衡状态时的行为方式。举例来说,飞机在某一飞行高度时,产生较多的真空环境,为电介质和其它电子材料提供除气条件。飞机回到地面后,电缆基本上是真空的。环绕其附近的任何流体或气体都会被电介质吸收,并会在那里再凝结。那时候,电介质就像海绵:只有烘烤才能除去污染物。很明显,这在飞机内部是不可行的,所以对于高端、高性能、高空应用来说,蒸汽密封也很重要。

当设计一个合适的RF互联方案时,有很多因素是必须考虑的。举例来说,聚乙烯可增强阻燃性,对户外或室内环境来说,它是具有阻燃UL认证护套的极佳布线选择。注:PU可以更灵活,但是他们不适用于载人的环境。

就机体而言,通常采用耐高温PTFE(合成含氟聚合物)电介质电缆,并可与比标准PTMP(聚酯塑料)更高的损耗来缠绕使用。这类解决方案可以在50GHz或以上使用。在高温范围内,某些二氧化硅电缆的额定温度可达到800℃以上。

4、连接器优化

最后的目的是要优化连接器的机械、环境和电气特性,并且非常容易安装。铝制和塑料接头有多种选择,以保持重量轻。

业界正用Delrin等材料开发塑料,包括螺纹式、卡扣式、卡口式等连接器。其他超轻量解决方案的研发工作也在进行之中,包括带有塑料耦合和工具解决方案的模块化连接器解决方案。此方法有助于维护,让使用者可以直接在现场解决问题。

5、工具可简化装配

在售后市场上,当RF互连解决方案或者现场进行维修工作时,可以现场使用一些不属于刀片的工具,使得现场装配更加安全,也便于在有争议的地区进行装配。

Times Microwave Systems等公司采用的这种方法使得每个人都可以在电缆中使用同一工具,而不必有多个技术人员使用不同类型的工具和技术。

Times Microwave Systems提供了InstaBend(IB)047,这是一种紧凑、稳定的微型同轴电缆。该高性能电缆最初设计用于空间飞行应用,可以很容易地适应高密度包装盒应用。

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