连接器在无人机中的应用探究

　　Glenair的89系列纳小型矩形连接器(图7)是板级I/O用矩形连接器的最新发展，它与上述该公司的微小型连接器一样，仍采用擅长的高可靠绞线插针接触件(TwistPin Contact)技术，外壳为轻质耐腐蚀的铝、钛或不锈钢。令人咋舌的是接触件材料，史无前例的采用了一种金合金材料(其中含金高达70%，铂8%，银5%，其余为铜和锌)制成，故不需镀金，凸现了其高贵不凡的品质。配接30号和32号细导线，额定电流1A，工作电压70VAC(有效值)。

　　这种连接器与同类微小型连接器相比，尺寸仅为后者的1/8，质量仅为后者的1/4多一点，耐冲击和振动性能明显优于后者。安装形式灵活：可以直角PCB安装、垂直安装、表面贴装等。这种纳小型连接器适用于各种无人机，特别是适用于工作环境极其严酷的无人机环境，未来将取代微小型连接器。

图8 Omnetics公司的柔性插针和Bi-Lobe系列纳小型连接器

　　Omnetics公司也是业界著名的高可靠连接器制造商，该公司的Bi-Lobe系列纳矩形连接器(图8)，也堪称纳小型连接器中的著名品牌，它的特点是采用柔性插针(Flex Pin)技术，接触件采用铍铜合金-17200制成，互配能力强，与所有标准的微/纳型插孔互配，采用一件式结构，这种弹性接触件厚而长，镀以50微英寸厚的镍和50微英寸厚的金，成本较低，但表面寿命耐久。耐冲击振动性能出色，25位微小型连接器耐冲击30G，间断<1ms，耐振动20G，间断<1ms;而25位纳小型连接器，则耐冲击100G，间断<10ms，耐振动20G，间断<10ms。其他关键指标包括：插合循环2000次;工作温度-55~+200°C;额定电流每个接触件1A。另外该品牌产品的品种多样，可提供EMI屏蔽型、快速锁闭型、快速手拧螺钉互锁型以及气密封型等。

　　该连接器在无人机应用中的使用优势在于：体积小、质量轻，增加了有效载荷;采用固定螺钉，极耐振动;坚固的结构便于无人机牢靠着陆;支持致密的电子封装。

小型光纤连接器

　　无人机采用光纤连接器的原因在于：首先是由于无人机的功能不断扩大，基于铜传输的EMI问题越来越突出，例如，舰载无人机经过战舰上庞大的相控阵天线时，无人机方向舵操纵装置因EMI而反复出现故障。其次是要传输的数据越来越庞大，带宽也越来越高，这促使电子系统架构由1553B向军用以太网((Ethernet)过渡。光纤连接器因质量轻、抗EMI且高带宽，而极适用于无人机。

　　目前在未爆弹处理用战术移动地面系统仍至目标捕捉和侦察用海军无人机中，光纤媒介的应用已经在不断上升，目前为满足带宽或高速数据的要求，通常在无人机设计初始阶段就确定采用光纤。在某些场合，设计师已经采用光纤媒介取代铜媒介来解决EMI问题。无人机用光纤互连产品的制造商包括Glenair、Souriau以及Amphenol、ITTCannon及Molex等。

图9 Glenair公司的无人机用光纤连接器(由左至右)：MIL-DTL-38999连接器、高密度光纤连接系统、前松式光纤连接系统

　　Glenair为无人机提供了三类优质光纤互连产品(图9)。MIL-DTL-38999连接器采用了独特的对准技术和精密的陶瓷套管，同心度和直径公差控制在1微米之内，满足了无人机高带宽和低损耗应用的要求;高密度光纤连接系统，配接M85045/16线缆。接触系统插损值低于0.5dB，适用于需要减少尺寸和质量以及突出光和耐环境性能的无人机应用领域;前松式光纤连接系统，采用独特的16号端体组件，允许快速将光媒介集成于许多圆形和矩形连接器外壳和系统内。通过将固定件和环境密封件直接置于端体组件上，可不需高成本的工装和设计，制造出独特的光纤地连接器外壳封装。这对于提供光电混装型连接器特别方便。

图10 Souriau公司 MIL-C-38999III中使用四同轴接触件

　　Souriau研制出一种新的接触件技术——四同轴接触件(图10)，四同轴接触件是在一个极小的零件中实现以太网信号数据的高速双向(全复)传输(100Mbit/s)，而没有任何数据丢失。这种性能高超的方案的尺寸也比常规配线方式减小了50%。因此，采购和安装费用也大为降低。在Souriau的高性能光纤连接器中可安装多达700芯ELIO光纤接触件，密度极高。另外，Amphenol的CTOS和CTOL系列光纤连接器，性能优异，也适用于无人机，二者的插耗最大值仅2.8dB,密封性能出色，在大于1m深的水下，可浸没24hours，插合次数超过5000～10000次，光学清洁简单，用布即可。

复合材料连接器

　　质量是无人机中相当重要的一个技术指标，质量意味着有效载荷的增大，质量减轻主要靠特殊的复合材料，目前飞机的外部机身结构以及机内部的元件逐步向复合材料转移的新趋势，这一趋势使所有的内部元件(连接器、电缆等)遇到了崭新而苛刻的环境条件，如雷击(可在电缆线束内引起极高电流)。

图11 Souriau公司复合材料壳体连接器

　　在复合材料的研制方面，Souriau居于领先地位，历经20年的努力掌握了先进的高压模塑和镍层涂镀方法，使得该公司的研制的复合材料圆形连接器(图11)大大优于MIL-DTL-38999，它通过了防流体结冰试验，镍镀层可以经受住侵蚀性流体，另外经受住了500μs的10000A电流冲击试验，可耐雷击。阻燃，耐化学腐蚀，目前成功配套波音787“梦想”飞机、F-35飞机等。

图12 Glenair公司研制的三种无人机用复合材料互连元件：后壳、连接盒和编织层

　　Glenair的复合材料互连元件，采用了复合热塑料性塑料，不仅能减轻质量而且具有防腐和耐冲击和振动作用，Glenair为无人机提供多种类型的复合热塑料性复合材料连接器后壳附件、连接盒和抗EMI金属化编织层(图12)。这三类产品对于无人机的设计具有重要意义，目前成功用于目前的捕食者、值勤者及其他的无人机计划中。该公司获得专利的复合材料摇臂应力消除后壳，将三种款式合为一体：直式、90° 和45° ，满足严格的 AS85049机械和电气标准，安装简单，该公司是唯一一家提供完整的光纤专用后壳产品线的光纤连接器制造商;复合材料防EMI/RFI连接盒：极适于无人机内的恶劣环境，产品满足MIL-S-901D和MIL-STD-167SHIPS的振动和冲击要求，和雷击性能规范;复合材料金属化抗EMI编织层，与普通金属编织层相比，质量下降50%，而EMI屏蔽性能相同，甚至更优。

结语

　　《军事与航空航天电子》(Military & Aerospace Electronics)杂志近期指出，“随着国防系统进入网络中心战(network centric warfare)时代，以及无人机对于国防越来越重要，国防军事和航天用电连接器和电光连接器必须满足恶劣环境标准，这一点变得比以往任何时候都紧迫……军事系统设计师将比以往任何时候都迫切需要更轻、更小、更强固和更廉价的电连接器和光连接器”。高可靠的坚固连接器对于无人机的设计至关重要，连接器失效，将导致丢失信号，丢失功率，引起系统会失效。

　　遗憾的是，目前供应的许多连接器在10G的超重力下无法可靠工作，连接器的问题并未引起应有的重视，那种认为连接器只是“插插拔拔”的观点是完全错误的，连接器看似结构简单，其实失效机理很复杂，其失效率难以准确量化，至今仍是唯一无法划分失效率等级的电子元器件。无人机应用迫切需求高品质连接器，这对军用连接器制造商是机遇，更是严峻挑战。

参考文献：

　　[1]张裴. 苏理奥无人机专用航空连接器介绍[R].连接器与开关第十届学术会议论文集,2008.10

　　[2] Keller J. Unmanned vehicles and network-centric warfare increase demands on rugged military connectors[J]. Military & Aerospace Electronics, November 2008

　　[3]Glenair公司产品手册,2008

　　[4]Omnetics Connector Corporation公司产品手册, 2008

　　[5]Souriau公司.Ethernet 100Mbps Quadrax[OL]. http://www.souriau.com/index.php?id=512