軍用和商用航空電子應(yīng)用的RF技術(shù),在滿足嚴格的電氣和機械安全要求的同時,優(yōu)先考慮減輕重量,以提高燃料效率。在沖擊、振動環(huán)境下,低損耗,相位穩(wěn)定性,高性能,需要通過對材料、結(jié)構(gòu)和維護等手段平衡減小尺寸。
目前對頻段的復(fù)雜要求,包括5G、新型和升級衛(wèi)星通訊(SATCOM)系統(tǒng)、使用藍牙的儀器飛行程序(IFP)系統(tǒng)等,都在創(chuàng)造更輕、更小、更精確射頻(RF)解決方案的需要。
有些情況下,這些系統(tǒng)可以運行到90GHz以上。航電工業(yè)要求在GPS、自動相關(guān)監(jiān)視廣播(ADS-B)、衛(wèi)星通信、空對地等應(yīng)用中的導(dǎo)航、防撞和通信系統(tǒng)通訊等應(yīng)用中使用低損耗、耐高溫、高柔性電纜。
航電應(yīng)用的空間也受到限制,這是由于其滿足了設(shè)備整體應(yīng)用要求的需要。當(dāng)頻率增加,互連尺寸變小以適應(yīng)較小的波長時,半剛性方案通常被用于這些應(yīng)用。但是,這些非常小的部件會變得脆弱,因此很難安裝,也不能排除故障。
采用高彈性、高性能的線纜,可用于密集包裝的開箱應(yīng)用;該柔性部件可繞在狹小的角落處彎曲,且靠得很近,以盡量減少占用空間,節(jié)省空間和簡化狹小空間內(nèi)的電纜線路。柔性電纜不需保護連接器背面,易于維護。
飛行時的高度振動會對電路板硬件造成很大壓力?;ヂ?lián)系統(tǒng)需要將電纜與連接器間的空間減至最小,以承受高震動。
1、來自于空中商業(yè)創(chuàng)新的靈感
城市空中交通(UAM)是一種安全、高效的空運系統(tǒng)的概念,該系統(tǒng)將使用高自動化的飛機來操作和運送城市和郊區(qū)低海拔區(qū)域的乘客和貨物。大部分UAM車輛運行在10000英尺以下,電池電量限制了其飛行高度和飛行時間。隨著科技的進步,運動中UAM的密度也會增加,當(dāng)所謂「蜂擁」時,它們的ADS系統(tǒng)就需要不斷地通訊來避免碰撞。這類系統(tǒng)嚴重依賴天線和高頻收發(fā)器,以使傳感器彼此通訊,所以低損耗、可靠、輕便的電纜是可靠通信的關(guān)鍵。
此外,還有先進的空中運輸(AAM)解決方案,它是建立在UAM概念之上的,它的應(yīng)用將在城市環(huán)境外運行,從無人駕駛飛機到電動垂直起降(eVTOL)應(yīng)用。和電動汽車一樣,eVTOL控制器也是靠車內(nèi)的電力驅(qū)動,而且電池比較重,所以重量也是一個重要考慮因素。所以這些技術(shù)在堅持數(shù)十年來主宰其前人的尺寸和重量原則的同時,也需要先進的解決方案來滿足新的需求。
2、無人駕駛航空器
另外一個迅速發(fā)展的航空電子領(lǐng)域是無人機(UAV)。有些UAV相當(dāng)簡單,使用單個數(shù)據(jù)鏈,要求相對簡單的RF連接解決方案。但是,當(dāng)采用高超音速技術(shù)時,有些無人機可以以5馬赫的速度飛行,從而提高了對高溫的需求。海拔越高,速度越快,頻率越高,從物質(zhì)的角度看問題就越復(fù)雜。這可以用電介質(zhì)來解決;此外,有可能將石英材料用作高超音速應(yīng)用的電介質(zhì)。
歸根結(jié)底,結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要理解環(huán)境、無人機的高度要求、需要的壽命、多長時間的維護以及什么類型的測試環(huán)境。舉例來說,無人駕駛飛機是否會攜帶電子戰(zhàn)(EW)系統(tǒng)或電子情報系統(tǒng),還是一個純粹的數(shù)據(jù)鏈和錄像?
3、正確的互連
航電設(shè)備RF互連的一個重要考慮因素,就是電介質(zhì)及其與周圍環(huán)境達到平衡狀態(tài)時的行為方式。舉例來說,飛機在某一飛行高度時,產(chǎn)生較多的真空環(huán)境,為電介質(zhì)和其它電子材料提供除氣條件。飛機回到地面后,電纜基本上是真空的。環(huán)繞其附近的任何流體或氣體都會被電介質(zhì)吸收,并會在那里再凝結(jié)。那時候,電介質(zhì)就像海綿:只有烘烤才能除去污染物。很明顯,這在飛機內(nèi)部是不可行的,所以對于高端、高性能、高空應(yīng)用來說,蒸汽密封也很重要。
當(dāng)設(shè)計一個合適的RF互聯(lián)方案時,有很多因素是必須考慮的。舉例來說,聚乙烯可增強阻燃性,對戶外或室內(nèi)環(huán)境來說,它是具有阻燃UL認證護套的極佳布線選擇。注:PU可以更靈活,但是他們不適用于載人的環(huán)境。
就機體而言,通常采用耐高溫PTFE(合成含氟聚合物)電介質(zhì)電纜,并可與比標準PTMP(聚酯塑料)更高的損耗來纏繞使用。這類解決方案可以在50GHz或以上使用。在高溫范圍內(nèi),某些二氧化硅電纜的額定溫度可達到800℃以上。
4、連接器優(yōu)化
最后的目的是要優(yōu)化連接器的機械、環(huán)境和電氣特性,并且非常容易安裝。鋁制和塑料接頭有多種選擇,以保持重量輕。
業(yè)界正用Delrin等材料開發(fā)塑料,包括螺紋式、卡扣式、卡口式等連接器。其他超輕量解決方案的研發(fā)工作也在進行之中,包括帶有塑料耦合和工具解決方案的模塊化連接器解決方案。此方法有助于維護,讓使用者可以直接在現(xiàn)場解決問題。
5、工具可簡化裝配
在售后市場上,當(dāng)RF互連解決方案或者現(xiàn)場進行維修工作時,可以現(xiàn)場使用一些不屬于刀片的工具,使得現(xiàn)場裝配更加安全,也便于在有爭議的地區(qū)進行裝配。
Times Microwave Systems等公司采用的這種方法使得每個人都可以在電纜中使用同一工具,而不必有多個技術(shù)人員使用不同類型的工具和技術(shù)。
Times Microwave Systems提供了InstaBend(IB)047,這是一種緊湊、穩(wěn)定的微型同軸電纜。該高性能電纜最初設(shè)計用于空間飛行應(yīng)用,可以很容易地適應(yīng)高密度包裝盒應(yīng)用。