在無人機(jī)和其他軍事應(yīng)用中廣泛使用的連接器

隨著無人機(jī)在軍事行動中發(fā)揮更大的作用，減少體積和重量的壓力也在增加。新一代經(jīng)過SWAP優(yōu)化的連接器將滿足市場要求。

無人機(jī)(UAV)正變得越來越小和功能越來越強(qiáng)大?？傮w的來說小型化趨勢擴(kuò)展到大量的軍事裝備上。被稱為無人駕駛飛機(jī)系統(tǒng)(UAS)或無人機(jī)的小型飛機(jī)可以幫助地面部隊(duì)的掌控更多安全的區(qū)域，因?yàn)樗鼈儽却笮统Ｒ?guī)無人機(jī)小得多，不容易被發(fā)現(xiàn)。

這些小型飛行器監(jiān)視和偵察能力的提高取決于有效載荷，該載荷可以包括多個相機(jī)和多種頻率如紅外、熱、可見光的傳感器，以及復(fù)雜的嵌入式計(jì)算和存儲設(shè)備。由于飛行時間取決于飛機(jī)攜帶多少重量，增加的有效載荷將面臨一個重量的挑戰(zhàn)。

AeroVironment的Raven RQ-11B在德克薩斯州胡德堡發(fā)射，是世界上部署最廣泛的無人駕駛飛機(jī)系統(tǒng)之一。他們被用于地面單位通過低空監(jiān)視來了解周圍地區(qū)的情況.

TE Connectivity的業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Russ Graves說，一般來說，小型無人機(jī)可以按其大小分為納米無人機(jī)、微型無人機(jī)和小型戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)。由于這些小型無人機(jī)并不是在適合軍用標(biāo)準(zhǔn)的大型無人機(jī)的中等區(qū)域和高空飛行，因此通常用于航空航天和國防領(lǐng)域的技術(shù)并不適用?！霸谠S多應(yīng)用中，許多小型無人機(jī)，甚至在戰(zhàn)術(shù)領(lǐng)域，都被認(rèn)為是可以消耗的，這意味著如果一架飛機(jī)墜毀，它們會發(fā)射另一架。在這些類型的應(yīng)用中，COTS(商用現(xiàn)成的)產(chǎn)品是可以接受的?！盙raves說。

對于微型無人機(jī)和納米無人機(jī)來說，最關(guān)鍵的是減小尺寸、重量和功率(SWAP)，比如FLIR系統(tǒng)公司的“黑黃蜂”(BlackHornet)，該系統(tǒng)是為軍事用途開發(fā)的最小無人機(jī)之一。它的飛行時間可達(dá)每次25分鐘，飛行距離為1.6公里(0.99英里)。這種幾乎無聲的手持式飛行器重1.3kg(2磅，13.86盎司)，可以在士兵的多用途皮帶上攜帶。

AeroVironment的RQ-11B Raven型多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是世界上應(yīng)用最廣泛的無人機(jī)系統(tǒng)之一。翼展1.37米(4.5英尺)，重1.9kg(4.2磅)，航程10公里(6.2英里)。

為軍事偵察和了解位置而開發(fā)的最小無人機(jī)之一是FLIR系統(tǒng)的“黑黃蜂”，圖為準(zhǔn)備在2016年海軍陸空特遣部隊(duì)綜合試驗(yàn)期間進(jìn)行測試。

通過SWaP優(yōu)化設(shè)計(jì)，連接器和電纜的發(fā)展趨勢有：重量輕的材料、快速斷開、多端口和多功能以及緊湊的布線。TE設(shè)計(jì)了幾個產(chǎn)品應(yīng)用在較小的無人機(jī)上。從復(fù)合Deutsch 369系列連接器到Wildcat圓形連接器。復(fù)合Deutsch 369系列連接器是完全密封的而且可以在任何惡劣環(huán)境下的盲插。Graves說，該公司的解決方案可以解決無人機(jī)數(shù)據(jù)和電源分配、無人機(jī)指揮和控制總線系統(tǒng)以及無人機(jī)上使用的各種信號問題。

UAV中使用的連接器必須能夠?yàn)楦咚贁?shù)字協(xié)議處理提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，并且通常在信號范圍內(nèi)具有較低的電壓和較低的電流，更小的封裝和更高的引腳數(shù)，以及電磁干擾屏蔽等性能。例如，TE的Cee-Lok FAS-T是一種小型的、具有10 Gb/s網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的I/O連接器，具有消除噪聲和以最小化串?dāng)_解耦的功能。他們也很容易現(xiàn)場修復(fù)，這在軍事戰(zhàn)區(qū)很有優(yōu)勢。

OomneticsCorporation的技術(shù)總監(jiān)BobStanton說，手持無人機(jī)是可以由GPS制導(dǎo)的，也可以是無線電控制，這樣會有非常不同的連接器需求。高速數(shù)據(jù)傳輸和GPS制導(dǎo)上應(yīng)用同軸信號連接器是最佳選擇，而更簡單的無線電控制無人機(jī)可以使用多引腳信號接器或D形連接器。Omnetics提供了所有三種類型。

Stanton說，連接器對于圖像捕獲和發(fā)送單元來說也是不同的，它們可能需要微波通信，而捕獲和存儲單元可能也需要額外的存儲空間。相機(jī)連接器的驅(qū)動部分是拍攝圖片的數(shù)據(jù)采集電子設(shè)備，以及使用的頻率或圖片類型。他說：“如果它是靜態(tài)的，而且用戶正在將它們存儲在一個數(shù)據(jù)包中，待會兒再發(fā)回，那么你需要一個體積小、堅(jiān)固耐用、重量輕的高質(zhì)量連接器，而且插頭插入和拔出的速度都很快?！監(jiān)mnetics為這些用途提供了納米鎖存連接器和棘輪鎖定圓形連接器.

Amphenol的LuminusR44S圓形連接器系列廣泛用于無人機(jī)，包括功率、信號分配、功能信號和傳感器等。高度可靠的連接是通過扭動和鎖定或推拉動作來完成的.該公司的Pegasus系列增加了Luminus航空航天連接器電磁干擾屏蔽的優(yōu)點(diǎn)。

在高振動、沖擊和溫度循環(huán)的情況下，無人機(jī)及其電纜的板對板或箱對箱連接器也必須是高度可靠的。用于微型D 50-mil引腳到引腳的MIL-DTL-83513規(guī)范和用于Nano-D 25-mil銷到引腳的MIL-DTL-32139規(guī)范，都說明了這些高密度、小尺寸抗軍用沖擊和振動連接器的性能要求。其它密集板堆棧的板對板連接器通常是納米連接器，或片裝或極化納米(Pzn)連接器。Stanton說，這些連接器體積小，重量輕，而且堅(jiān)固耐用，比大連接器更能通過沖擊和振動測試。

Stanton說，雖然小型無人機(jī)現(xiàn)在使用自動著陸軟件和接近傳感器，以使它們更平穩(wěn)地降落，但著陸沖擊力仍然很高，特別對于多旋翼類型。他說：“無人機(jī)在飛行中會產(chǎn)生強(qiáng)烈的正弦振動，實(shí)際上可以使一些連接器松開?！币虼?，更高級的連接器連接技術(shù)已經(jīng)在發(fā)展中，如擠壓鎖緊，或推入和旋轉(zhuǎn)棘輪。

例如，Omnetics公司的閂鎖微型D和Nano-D連接器，用于咬合連接和面板設(shè)備的電纜連接。另一種推桿和閂鎖設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場操作的手指夾持，避免了傳統(tǒng)螺紋硬件的不均勻轉(zhuǎn)動可能造成的損害。這種設(shè)計(jì)能承受超過2000次裝配咬合周期。

TE連接器的微型D連接器有圓形和矩形兩種，較新的版本包括高速信號和電源，以幫助空間和重量最小化。它全密封的Wildcat圓形連接器是專為集成設(shè)備和電纜在后拆卸的小空間而設(shè)計(jì)的。Wildcat38999是基于MIL-DTL-38999系列III技術(shù)，包括電磁干擾屏蔽，并提供了所給38999尺寸幾乎兩倍的連接接觸密度，并附加有螺紋抗振動聯(lián)軸器。

一種替代微型D型號的是Harwin的Gecko連接器，這是一種微型1.25毫米間距的高可靠性連接器，在無人機(jī)和其他軍事應(yīng)用中廣泛使用。它也有板對板，板對線，線對線等版本。

Nicomatic說，OMM微型圓形連接器特別適用于空間受限、惡劣環(huán)境的應(yīng)用，包括無人機(jī)的板對電纜連接。它們體積小，重量輕，可提供2500次咬合裝配。

軍用品質(zhì)的小型混合連接器將電源和信號以及高速攝像機(jī)結(jié)合起來，有時還可以同聲廣播，這是另一項(xiàng)創(chuàng)新有助于SWaP優(yōu)化設(shè)計(jì)。Stanton說，通常情況下，混合連接器將電源+同軸或電源+信號組合在同一個連接器和電纜系統(tǒng)中，但該行業(yè)似乎正朝著將所有這些都合并成一個混合連接器的方向前進(jìn)?；旌辖饘偌{米連接器，處理兩個電源引腳和五或六個高速引腳，這可能有利于不同的電路設(shè)計(jì)。

“雖然他們是金屬化和更堅(jiān)固，但事實(shí)上他們的混合意味著你只能使用一根線纜，而不是兩根單獨(dú)的線纜，”他說?！叭绻阈枰嗟母邚?qiáng)度信號傳輸，你可以在堆疊模塊的一個位置到無人機(jī)中的另一個位置中使用一些圓形連接器?！?/p>

TE產(chǎn)品經(jīng)理WilliamNewton表示，盡管目前還沒有專門針對小型無人機(jī)應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)，但TE Connectivity已經(jīng)將無人機(jī)上的電池連接器領(lǐng)域確定為制造商的一個痛點(diǎn)?！澳壳?，市場上有許多不同類型的解決方案，最初是為了便于樣機(jī)制造或成本原因而選擇的?！彼f：“當(dāng)無人機(jī)制造商全面生產(chǎn)時，他們將會意識到了這些類型連接器的質(zhì)量、性能和可用性等問題。TE的目標(biāo)是通過開發(fā)和改進(jìn)目前正在發(fā)展中的電池連接器來解決這個問題?！?/p>

作者簡介：AnnR.Thryft 30年來一直在撰寫與制造和電子相關(guān)的技術(shù)，涉及互連、單板計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、機(jī)器視覺、嵌入式設(shè)備、制造材料和工藝以及數(shù)據(jù)通信和電信等主題。她也為EE Times, Design News, COTS Journal, RTC Magazine, EDN, Test & Measurement World, andNikkei Electronics Asia等撰稿。