Technologia częstotliwości radiowej (RF) stosowana w wojskowych i komercyjnych zastosowaniach awionicznych stawia na pierwszym miejscu redukcję masy w celu poprawy efektywności paliwowej przy jednoczesnym spełnieniu surowych wymogów bezpieczeństwa elektrycznego i mechanicznego. Niskie straty, stabilność faz i wysoka wydajność w środowiskach wstrząsów i wibracji wymagają starannej oceny materiałów, konstrukcji i konserwacji w celu zrównoważenia redukcji.
Dzisiejsze złożone wymagania dotyczące pasma częstotliwości — w tym 5G, nowe i zmodernizowane systemy łączności satelitarnej (SATCOM), systemy procedur lotu według wskazań przyrządów (IFP) wykorzystujące Bluetooth itp. — tworzą dodatkowe lekkie, małe i bardzo precyzyjne częstotliwości radiowe (RF)). Zapotrzebowanie na rozwiązanie.
W niektórych przypadkach systemy te działają na częstotliwościach do 90 GHz. Branża awioniki potrzebuje niskostratnych, odpornych na wysokie temperatury i bardzo elastycznych kabli do nawigacji, unikania kolizji i komunikacji systemów komunikacyjnych w GPS, automatycznego zależnego nadawania dozorowego (ADS-B), komunikacji satelitarnej i powietrze-ziemia Aplikacje.
Przestrzeń dla aplikacji awioniki jest również ograniczona, ponieważ muszą one dostosować się do większej liczby wymagań aplikacji w całym urządzeniu. Wraz ze wzrostem częstotliwości i zmniejszeniem rozmiarów połączeń, aby dostosować się do mniejszych długości fal, do tych zastosowań tradycyjnie stosowano rozwiązania półsztywne. Jednak te bardzo małe elementy stają się kruche, co utrudnia instalację i uniemożliwia rozwiązywanie problemów.
Zastosowanie wysoce elastycznych kabli o wysokiej wydajności może być wykorzystywane do gęsto upakowanych aplikacji typu open-box; ten elastyczny element można wyginać wokół wąskich narożników i znajduje się bardzo blisko złącza, aby zminimalizować zajmowanie miejsca, zaoszczędzić miejsce i uprościć prowadzenie kabli w wąskich przestrzeniach. Elastyczny kabel nie musi chronić tylnej części złącza i upraszcza konserwację.
Podczas lotu bardzo wysokie wibracje mogą wywierać nacisk na osprzęt płytki drukowanej. Systemy połączeń muszą minimalizować przestrzeń między kablami i złączami, aby wytrzymać wysokie wibracje.
Czerp inspirację z komercyjnych innowacji lotniczych
Miejski transport lotniczy (UAM) to koncepcja bezpiecznego i wydajnego systemu transportu lotniczego, który będzie wykorzystywał wysoce zautomatyzowane samoloty do obsługi i transportu pasażerów lub ładunków na obszarach o niskich wysokościach w miastach i na przedmieściach. Większość pojazdów UAM będzie działać poniżej 10 000 stóp, a moc baterii ogranicza ich wysokość i wytrzymałość. Wraz z rozwojem technologii gęstość UAM w ruchu wzrośnie, a w sytuacji zwanej „rojem” ich systemy ADS będą musiały komunikować się w sposób ciągły, aby uniknąć kolizji. Systemy te w dużej mierze opierają się na antenach i nadajnikach-odbiornikach wysokiej częstotliwości, aby umożliwić czujnikom komunikowanie się ze sobą, dlatego niezawodne i lekkie kable o niskiej stratności są niezbędne do niezawodnej komunikacji.
Dalszy rozwój obejmuje zaawansowane rozwiązania dla ruchu lotniczego (AAM), oparte na koncepcji UAM i których zastosowania będą działać poza środowiskiem miejskim, od dronów dostawczych po zastosowania do elektrycznego pionowego startu i lądowania (eVTOL). Podobnie jak pojazdy elektryczne, urządzenia sterujące eVTOL działają na zasilaniu pokładowym, a bateria jest ciężka, więc waga jest ważnym czynnikiem. Dlatego technologie te wymagają zaawansowanych rozwiązań, aby sprostać nowym wymaganiom, przy jednoczesnym zachowaniu zasad dotyczących rozmiaru i wagi, które od dziesięcioleci dominowały u ich poprzedników.
awionika BSP
Inną szybko rozwijającą się dziedziną awioniki jest dziedzina bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Niektóre drony są dość proste i wykorzystują pojedyncze łącze danych, co wymaga stosunkowo prostego rozwiązania w zakresie połączeń RF. Jednak wraz z wprowadzeniem technologii hipersonicznej niektóre z tych dronów mają prędkość do 5 Machów, co zwiększa wymagania dotyczące wysokich temperatur. Im wyższa wysokość, tym wyższa prędkość, wyższa częstotliwość i tym bardziej skomplikowany problem z materialnego punktu widzenia. Problemy te można rozwiązać za pomocą dielektryków; ponadto możliwe jest również wykorzystanie materiałów kwarcowych jako dielektryków do zastosowań naddźwiękowych.
Ostatecznie osoba projektująca konstrukcję musi zrozumieć środowisko, wymagania dotyczące wysokości drona, jaka jest potrzebna oczekiwana długość życia, jak często zezwala się na konserwację i jakie środowisko testowe jest dostępne. Na przykład, czy drony będą nosić systemy walki elektronicznej (EW) lub systemy elektronicznego wywiadu, czy też ładunek będzie wyłącznie łączami danych i wideo?
Prawidłowe połączenie
Kluczową kwestią do rozważenia w przypadku wzajemnego połączenia RF awioniki jest dielektryk i sposób, w jaki zachowuje się w tym środowisku, gdy osiąga równowagę z otaczającym środowiskiem. Na przykład, na określonej wysokości lotu samolot wygeneruje większą próżnię, aby zapewnić warunki odgazowania dielektryków i innych materiałów elektronicznych. Kiedy samolot wraca na ziemię, kabel jest w zasadzie próżniowy. Każdy płyn lub gaz wokół niego zostanie wchłonięty przez dielektryk i ponownie się w nim skondensuje. W tamtych czasach dielektryki były jak gąbki: jedynym sposobem na usunięcie zanieczyszczeń było ich upieczenie. Jest to oczywiście niewykonalne wewnątrz samolotu, więc uszczelnienie parowe jest również niezbędne w przypadku zastosowań wymagających wysokiej klasy, wysokiej wydajności i na dużych wysokościach.
Istnieje wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę podczas projektowania prawidłowego rozwiązania połączenia RF. Na przykład polietylen poprawia ognioodporność i ognioodporność; do środowisk zewnętrznych lub wewnętrznych, jest to bardzo dobry wybór okablowania z ognioodporną osłoną z certyfikatem UL. Uwaga: poliuretany mogą być bardziej elastyczne, ale nie mogą być stosowane w środowiskach załogowych.
Jeśli chodzi o płatowiec, zwykle stosuje się odporne na wysokie temperatury kable dielektryczne z PTFE (syntetycznego fluoropolimeru), które można łączyć z uzwojeniem taśmy PTMP (tworzywo poliestrowe) z bardzo niskimi stratami wyższymi niż standardowe. Tego typu rozwiązanie może być używane do 50 GHz lub wyżej. W górnej części zakresu temperatur niektóre kable krzemionkowe osiągają temperaturę do 800 °C lub wyższą.
Optymalizacja złącza
Ostatecznym celem jest optymalizacja wydajności mechanicznej, środowiskowej i elektrycznej złącza oraz uczynienie go bardzo łatwym w instalacji. Do wyboru jest wiele złączy aluminiowych i plastikowych, aby utrzymać lekką wagę.
Przemysł wykorzystuje Delrin i inne materiały do opracowywania tworzyw sztucznych, w tym złączy gwintowanych, złączy zatrzaskowych i złączy bagnetowych. Trwają inne badania i rozwój rozwiązań ultralekkich, w tym rozwiązania złączy modułowych ze złączami z tworzywa sztucznego i rozwiązaniami narzędziowymi. Ta metoda ułatwi konserwację i umożliwi użytkownikom rozwiązywanie problemów bezpośrednio na miejscu.
Narzędzia mogą uprościć montaż
Gdy musisz zainstalować rozwiązania połączeń RF na rynku wtórnym lub wykonać prace konserwacyjne na miejscu, możesz użyć narzędzi zamiast ostrzy na miejscu, dzięki czemu montaż na miejscu jest bezpieczniejszy i łatwiejszy w obszarach, które mogą być sporne.
Takie podejście firm takich jak Times Microwave Systems pozwala każdemu używać tych samych narzędzi w kablu do tej samej aplikacji, zamiast wielu techników używających różnych rodzajów narzędzi i technik.
Times Microwave Systems oferuje InstaBend (IB) 047, który jest kompaktowym, stabilnym fazowo, bardzo elastycznym miniaturowym kablem koncentrycznym. Ten wysokowydajny kabel został pierwotnie zaprojektowany do zastosowań w lotach kosmicznych i można go łatwo dostosować do zastosowań w gęsto upakowanych pudełkach.
