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如何平衡航空电子设备的射频电缆和连接器的尺寸、材料?
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如何平衡航空电子设备的射频电缆和连接器的尺寸、材料?

2021-11-05 09:32:38 来源:连接器世界网 作者:Times Microwave Systems公司David Kiesling

【哔哥哔特导读】用于军事和商业航空电子应用的射频 (RF) 技术要优先考虑减轻重量以提高燃油效率,同时满足严格的电气和机械安全要求。冲击和振动环境中的低损耗、相位稳定性和高性能,需要通过仔细评估材料、结构和维护来平衡减小尺寸。

用于军事和商业航空电子应用的射频 (RF) 技术要优先考虑减轻重量以提高燃油效率,同时满足严格的电气和机械安全要求。冲击和振动环境中的低损耗、相位稳定性和高性能,需要通过仔细评估材料、结构和维护来平衡减小尺寸。

连接器

当今复杂的频段要求——包括 5G、新的和升级的卫星通信 (SATCOM) 系统、使用蓝牙的仪表飞行程序 (IFP) 系统等等——正在创造对额外的轻便、小型、高精度射频 (RF) 解决方案的需求。

在某些情况下,这些系统的工作频率高达 90 GHz。航空电子行业需要低损耗、耐高温、高柔性电缆,以应用于 GPS、自动相关监视广播 (ADS-B)、卫星通信和空对地等应用中的导航、防撞和通信系统通讯。

航空电子应用的空间也有限,因为它们在整个设备中要适应更多的应用需求。随着频率增加和互连尺寸减小以适应更小的波长,半刚性解决方案传统上已用于这些应用。然而,这些尺寸非常小的组件变得易碎,从而导致安装困难,且无法进行故障排除。

使用高柔韧、高性能的线缆,可用于密集包装的开箱式应用;这种灵活的组件可以在狭窄的角落周围弯曲,并且非常靠近连接器,以最大限度地减少占用空间,节省空间并简化狭窄空间中的电缆布线。柔性电缆无需保护连接器背面并简化维护。

在飞行中,极高的振动会给电路板硬件带来压力。互连系统需要最大限度地减少电缆和连接器之间的空间,以承受高振动。

从商业空中创新汲取灵感

城市空中交通(UAM)是一个安全高效的航空运输系统的概念,它将使用高度自动化的飞机在城市和郊区的低海拔地区运营和运输乘客或货物。大多数 UAM 车辆将在10000 英尺以下运行,电池电量限制了它们的高度和续航力。随着技术的发展,运动中的 UAM 的密度将会增加,并且在称为“蜂拥”的情况下,它们的 ADS 系统将需要持续通信以避免碰撞。这些系统在很大程度上依赖于天线和高频收发器来使传感器相互通信,因此低损耗、可靠、重量轻的电缆对于可靠的通信至关重要。

进一步的发展包括先进的空中交通 (AAM) 解决方案,该解决方案建立在 UAM 概念的基础上,其应用将在城市环境之外运行,从送货无人机到电动垂直起降 (eVTOL) 应用。与电动汽车一样,eVTOL 控制装置依靠车载电力运行,而且电池很重,因此重量是一个重要的考虑因素。因此,这些技术需要先进的解决方案来满足新的要求,同时坚持几十年来一直支配着其前辈的尺寸和重量原则。

无人机航空电子设备

另一个快速增长的航空电子领域是无人机(UAV)领域。一些无人机相当简单,使用单一数据链路,这需要相对简单的射频互连解决方案。然而,随着高超音速技术的引入,其中一些无人机的速度高达5马赫,这增加了对高温的要求。海拔越高,速度越高,频率越高,从材料的角度来看问题越复杂。这些问题可以通过电介质解决;此外,还有可能使用石英材料作为高超音速应用的电介质。

最终,设计结构的人需要了解环境、无人机的高度要求、需要什么样的寿命、允许多久维护一次以及什么样的测试环境可用。例如,无人机将携带电子战(EW)系统或电子情报系统,还是载荷纯粹是数据链和视频?

正确的互连

航空电子设备 RF 互连的一个关键考虑因素是电介质以及它在该环境中与周围环境达到平衡状态时的行为方式。例如,飞机在一定的飞行高度,会产生更多的真空环境,为电介质和其他电子材料提供除气条件。当飞机返回地面时,电缆基本上是真空的。它周围的任何流体或气体都将被电介质吸收,并且它们将在其中重新凝结。那时,电介质就像海绵一样:去除污染物的唯一方法是烘烤。这在飞机内部显然是不可行的,因此蒸汽密封对于高端、高性能、高空应用也至关重要。

在设计正确的 RF 互连解决方案时,必须考虑许多因素。例如,聚乙烯提高了阻燃性和阻燃性;对于室外环境或室内环境,它是一个非常好的布线选择,带有阻燃的 UL 认证护套。注意:聚氨酯可以更加灵活,但它们不能用于载人环境。

在机身方面,通常使用耐高温的 PTFE(合成含氟聚合物)电介质电缆,并且可以与损耗非常低的高于标准的 PTMP(聚酯塑料)胶带缠绕结合使用。这种类型的解决方案可以一直使用到 50 GHz 或更高。在温度范围的高端,一些二氧化硅电缆的额定温度高达 800 °C 或更高。

连接器优化

最终目标是优化连接器的机械、环境和电气性能,并使其非常易于安装。有多种铝和塑料连接器可供选择,以保持重量轻。

业界正在使用Delrin 等材料对塑料进行开发工作,包括螺纹连接器、卡扣式连接器、卡口式连接器等。超轻型解决方案的其他研究和开发正在进行中,包括具有塑料耦合和工具解决方案的模块化连接器解决方案。这种方法将有助于维护,使用户能够直接在现场解决问题。

工具可以简化组装

当需要在售后市场安装 RF 互连解决方案或在现场执行维护工作时,可以使用工具,无需在现场使用刀片,使现场组装更安全、更容易在可能存在争议的区域。

Times Microwave Systems 等公司的这种方法使每个人都可以在电缆上为相同的应用使用相同的工具,而不是多个技术人员使用不同类型的工具和技术。

Times Microwave Systems提供 InstaBend (IB) 047,这是一种紧凑、相位稳定、高度灵活的微型同轴电缆。这种高性能电缆最初专为太空飞行应用而设计,可轻松适应密集包装的盒装应用。

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