Wie lassen sich Größe und Material von Avionik-RF-Kabeln und -Steckern in Einklang bringen?

Bei HF-Technologien für militärische und kommerzielle Avionikanwendungen steht die Gewichtsreduzierung im Vordergrund, um Treibstoff einzusparen und gleichzeitig strenge elektrische und mechanische Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Geringe Verluste, Phasenstabilität und hohe Leistung in Stoß- und Vibrationsumgebungen erfordern eine ausgewogene Reduzierung der Größe durch Materialien, Konstruktion und Wartung. Die aktuellen komplexen Anforderungen an Frequenzbänder, einschließlich 5G, neue und verbesserte Satellitenkommunikationssysteme (SATCOM) und Instrumentenflugverfahren (IFP) unter Verwendung von Bluetooth, führen zu einem Bedarf an leichteren, kleineren und präziseren Hochfrequenzlösungen (RF). In einigen Fällen können diese Systeme bis zu 90 GHz und darüber hinaus arbeiten. Die Avionikindustrie benötigt verlustarme, hochtemperaturbeständige und hochflexible Kabel für Anwendungen wie Navigation, Kollisionsvermeidung und Kommunikationssysteme in GPS, Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B), Satellitenkommunikation, Luft-Boden und anderen Anwendungen. Auch bei Avionik-Anwendungen ist der Platz begrenzt, da sie die Anforderungen der Gesamtanwendung erfüllen müssen. Bei diesen Anwendungen werden häufig halbstarre Lösungen verwendet, wenn die Frequenzen steigen und die Verbindungsgrößen kleiner werden, um kleinere Wellenlängen zu ermöglichen. Diese sehr kleinen Komponenten können jedoch zerbrechlich werden, was ihre Installation und Fehlerbehebung erschwert. Die Verwendung von hochflexiblen Hochleistungskabeln kann in dicht gepackten Out-of-the-Box-Anwendungen eingesetzt werden. Diese flexible Komponente kann um enge Ecken und eng beieinander liegende Bereiche gebogen werden, um die Stellfläche zu minimieren, Platz zu sparen und die Kabelführung in engen Räumen zu vereinfachen. Das Flexkabel muss die Rückseite des Steckers nicht schützen und ist einfach zu warten. Die hohen Vibrationen während des Fluges können die Hardware der Platine stark belasten. Verbindungssysteme müssen den Abstand zwischen Kabeln und Steckern minimieren, um starken Vibrationen standzuhalten.

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(1) Inspiration von Airborne Business Innovation Urban Air Mobility (UAM) ist ein Konzept für ein sicheres und effizientes Lufttransportsystem, bei dem hochautomatisierte Flugzeuge eingesetzt werden, um Passagiere und Fracht in niedrigen Höhen in städtischen und vorstädtischen Gebieten zu befördern. Die meisten UAM-Fahrzeuge operieren unterhalb von 10.000 Fuß, wobei die Batterieleistung ihre Höhe und Flugzeit begrenzt. Mit dem technologischen Fortschritt nimmt die Dichte der sich bewegenden UAMs zu, und wenn es zum so genannten "Schwarmflug" kommt, müssen ihre ADS-Systeme ständig kommunizieren, um Kollisionen zu vermeiden. Solche Systeme sind in hohem Maße auf Antennen und Hochfrequenz-Transceiver angewiesen, damit die Sensoren miteinander kommunizieren können, weshalb verlustarme, zuverlässige und leichte Kabel der Schlüssel zu einer zuverlässigen Kommunikation sind. Es gibt auch fortschrittliche luftgestützte Transportlösungen (AAM), die auf dem UAM-Konzept für Anwendungen außerhalb städtischer Umgebungen aufbauen, von unbemannten Luftfahrzeugen bis hin zu elektrischen Senkrechtstart- und -landeanwendungen (eVTOL). Wie bei Elektroautos werden eVTOL-Steuerungen mit Strom aus dem Fahrzeug angetrieben, und die Batterien sind schwerer, so dass das Gewicht ein wichtiger Faktor ist. Diese Technologien halten sich zwar an die Größen- und Gewichtsprinzipien, die bei ihren Vorgängern jahrzehntelang vorherrschten, erfordern aber auch fortschrittliche Lösungen, um den neuen Anforderungen gerecht zu werden.2. Unbemannte LuftfahrzeugeEin weiterer schnell wachsender Bereich der Avionik sind unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs). Einige UAVs sind recht einfach, verwenden eine einzige Datenkette und erfordern relativ einfache RF-Konnektivitätslösungen. Wenn jedoch Hyperschalltechnologie zum Einsatz kommt, können einige UAVs mit Mach 5 fliegen, was den Bedarf an hohen Temperaturen erhöht. Je größer die Höhe, je höher die Geschwindigkeit und je höher die Frequenz, desto komplexer wird das Problem aus der Sicht des Materials. Dies kann mit Dielektrika gelöst werden; außerdem ist es möglich, Quarzmaterialien als Dielektrika für Hyperschallanwendungen zu verwenden. Letztendlich muss der Konstrukteur die Umgebung, die Höhenanforderungen der Drohne, die Lebensdauer, die Wartungsintervalle und die Art der Testumgebung, der sie ausgesetzt sein wird, kennen. Wird das UAV beispielsweise ein elektronisches Kriegsführungssystem oder ein elektronisches Nachrichtensystem tragen, oder handelt es sich um ein reines Datenübertragungs- und Videosystem?3. Korrekte VerbindungenEine wichtige Überlegung bei HF-Verbindungen von Avionikgeräten ist das Dielektrikum und wie es sich verhält, wenn es einen Gleichgewichtszustand mit seiner Umgebung erreicht. Wenn ein Flugzeug zum Beispiel in einer bestimmten Höhe fliegt, erzeugt es ein größeres Vakuum, um die Entgasung von Dielektrika und anderen elektronischen Materialien zu ermöglichen. Wenn das Flugzeug zum Boden zurückkehrt, ist das Kabel im Wesentlichen vakuumiert. Jede Flüssigkeit oder jedes Gas in seiner Umgebung wird vom Dielektrikum absorbiert und rekondensiert dort. Zu diesem Zeitpunkt ist das Dielektrikum wie ein Schwamm: Die einzige Möglichkeit, Verunreinigungen zu entfernen, besteht darin, es zu backen. Das ist in einem Flugzeug natürlich nicht möglich, daher ist die Dampfversiegelung auch für Hochleistungsanwendungen in großer Höhe wichtig. Es gibt viele Faktoren, die bei der Entwicklung einer geeigneten HF-Verbindungslösung berücksichtigt werden müssen. Polyethylen bietet beispielsweise einen verbesserten Flammschutz und ist eine ausgezeichnete Wahl für die Verkabelung im Freien oder in Innenräumen mit flammhemmenden UL-gelisteten Ummantelungen. Hinweis: PU kann flexibler sein, ist aber nicht für bemannte Umgebungen geeignet. Bei den Gehäusen werden häufig hochtemperaturbeständige dielektrische Kabel aus PTFE (synthetisches Fluorpolymer) verwendet, die mit höheren Verlusten gewickelt werden können als Standard-PTMP (Polyesterkunststoff). Solche Lösungen können bei 50 GHz oder darüber verwendet werden. Im Hochtemperaturbereich können einige Siliziumdioxidkabel für Temperaturen bis zu 800°C oder mehr ausgelegt werden.4. Optimierung des SteckersDas letzte Ziel besteht darin, die mechanischen, umwelttechnischen und elektrischen Eigenschaften des Steckers zu optimieren und ihn sehr einfach zu installieren. Steckverbinder aus Aluminium und Kunststoff sind in einer Vielzahl von Varianten erhältlich, um das Gewicht gering zu halten. Die Industrie verwendet Delrin und andere Materialien für die Entwicklung von Kunststoffen, darunter Gewinde-, Schnapp- und Bajonettstecker. Es werden weitere ultraleichte Lösungen entwickelt, darunter modulare Steckverbinder mit Kunststoffkupplung und Werkzeuglösungen. Dieser Ansatz hilft bei der Wartung, so dass Benutzer können Probleme direkt im Feld zu lösen. 5, Werkzeuge können die Montage in den Aftermarket zu vereinfachen, wenn die HF-Verbindungslösung oder Vor-Ort-Reparaturarbeiten, können Sie einige der Feld nicht auf die Klinge des Werkzeugs gehören, so dass Vor-Ort-Montage sicherer, sondern auch, um die Montage von strittigen Bereichen zu erleichtern. Times Microwave Systems und andere Unternehmen Dieser Ansatz ermöglicht es allen, dasselbe Werkzeug im Kabel zu verwenden, ohne dass mehrere Techniker verschiedene Arten von Werkzeugen und Techniken einsetzen müssen.Times Microwave Systems bietet das InstaBend(IB)047 an, ein kompaktes, stabiles Miniatur-Koaxialkabel. Ursprünglich für Anwendungen in der Raumfahrt entwickelt, lässt sich dieses Hochleistungskabel leicht an Anwendungen in High-Density-Boxen anpassen.

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