在無人機和其他軍事應(yīng)用中廣泛使用的連接器

隨著無人機在軍事行動中發(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(UAV)正變得越來越小和功能越來越強大。總體的來說小型化趨勢擴展到大量的軍事裝備上。被稱為無人駕駛飛機系統(tǒng)(UAS)或無人機的小型飛機可以幫助地面部隊的掌控更多安全的區(qū)域，因為它們比大型常規(guī)無人機小得多，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)雜的嵌入式計算和存儲設(shè)備。由于飛行時間取決于飛機攜帶多少重量，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，小型無人機可以按其大小分為納米無人機、微型無人機和小型戰(zhàn)術(shù)無人機。由于這些小型無人機并不是在適合軍用標準的大型無人機的中等區(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，甚至在戰(zhàn)術(shù)領(lǐng)域，都被認為是可以消耗的，這意味著如果一架飛機墜毀，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。

對于微型無人機和納米無人機來說，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)的最小無人機之一。它的飛行時間可達每次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)的最小無人機之一是FLIR系統(tǒng)的“黑黃蜂”，圖為準備在2016年海軍陸空特遣部隊綜合試驗期間進行測試。

通過SWaP優(yōu)化設(shè)計，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)計了幾個產(chǎn)品應(yīng)用在較小的無人機上。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數(shù)據(jù)和電源分配、無人機指揮和控制總線系統(tǒng)以及無人機上使用的各種信號問題。

UAV中使用的連接器必須能夠為高速數(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擾解耦的功能。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，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。

在高振動、沖擊和溫度循環(huán)的情況下，無人機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：“無人機在飛行中會產(chǎn)生強烈的正弦振動，實際上可以使一些連接器松開。”因此，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，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結(jié)合起來，有時還可以同聲廣播，這是另一項創(chuàng)新有助于SWaP優(yōu)化設(shè)計。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?；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。

“雖然他們是金屬化和更堅固，但事實上他們的混合意味著你只能使用一根線纜，而不是兩根單獨的線纜，”他說?！叭绻阈枰嗟母邚姸刃盘杺鬏?，你可以在堆疊模塊的一個位置到無人機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應(yīng)用的新標準，但TE Connectivity已經(jīng)將無人機上的電池連接器領(lǐng)域確定為制造商的一個痛點。“目前，市場上有許多不同類型的解決方案，最初是為了便于樣機制造或成本原因而選擇的?！彼f：“當無人機制造商全面生產(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的目標是通過開發(fā)和改進目前正在發(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、單板計算機、機器人、機器視覺、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。