¿Cómo equilibrar el tamaño y el material de los cables y conectores de RF de aviónica?

Las tecnologías de radiofrecuencia para aplicaciones de aviónica militar y comercial dan prioridad a la reducción de peso para ahorrar combustible, al tiempo que cumplen estrictos requisitos de seguridad eléctrica y mecánica. Las bajas pérdidas, la estabilidad de fase y el alto rendimiento en entornos de golpes y vibraciones exigen una reducción equilibrada del tamaño mediante materiales, construcción y mantenimiento. Los complejos requisitos actuales para las bandas de frecuencia, incluyendo 5G, sistemas de comunicaciones por satélite (SATCOM) nuevos y actualizados, y sistemas de Procedimiento de Vuelo Instrumental (IFP) que utilizan Bluetooth, están creando la necesidad de soluciones de radiofrecuencia (RF) más ligeras, más pequeñas y más precisas. En algunos casos, estos sistemas pueden funcionar hasta 90 GHz y más. El sector de la aviónica necesita cables de bajas pérdidas, resistentes a altas temperaturas y muy flexibles para aplicaciones como la navegación, la evitación de colisiones y las comunicaciones de sistemas de comunicación en GPS, Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B), comunicaciones por satélite, aire-tierra y otras aplicaciones. Las aplicaciones de aviónica también tienen limitaciones de espacio debido a su necesidad de cumplir los requisitos generales de aplicación del equipo. Las soluciones semirrígidas suelen utilizarse en estas aplicaciones cuando las frecuencias aumentan y los tamaños de interconexión se reducen para adaptarse a longitudes de onda más pequeñas. Sin embargo, estos componentes tan pequeños pueden volverse frágiles, lo que dificulta su instalación y la resolución de problemas. El uso de cables muy flexibles y de alto rendimiento puede emplearse en aplicaciones de alta densidad; este componente flexible puede doblarse en esquinas estrechas y muy juntas para minimizar el espacio ocupado, ahorrar espacio y simplificar el tendido de cables en espacios reducidos. El cable flexible no necesita proteger la parte posterior del conector y es fácil de mantener. El alto nivel de vibración durante el vuelo puede someter a mucha tensión al hardware de la placa. Los sistemas de interconexión deben minimizar el espacio entre cables y conectores para soportar las altas vibraciones.

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1. Inspiración de la innovación empresarial aérea La movilidad aérea urbana (UAM) es un concepto de sistema de transporte aéreo seguro y eficiente que utilizaría aeronaves altamente automatizadas para operar y transportar pasajeros y carga en zonas de baja altitud de áreas urbanas y suburbanas. La mayoría de los vehículos UAM operan por debajo de los 10.000 pies, con la energía de la batería limitando su altitud y tiempo de vuelo. A medida que avanza la tecnología, aumenta la densidad de UAM en movimiento, y cuando se produce el llamado "enjambre", sus sistemas ADS necesitan comunicarse constantemente para evitar colisiones. Estos sistemas dependen en gran medida de antenas y transceptores de alta frecuencia para permitir que los sensores se comuniquen entre sí, por lo que los cables ligeros, fiables y de bajas pérdidas son clave para una comunicación fiable. También hay soluciones de transporte aéreo avanzado (AAM) que se basan en el concepto UAM para aplicaciones que operarán fuera de entornos urbanos, desde vehículos aéreos no tripulados hasta aplicaciones de despegue y aterrizaje vertical eléctrico (eVTOL). Al igual que los coches eléctricos, los controladores eVTOL se alimentan de electricidad desde el interior del vehículo y las baterías son más pesadas, por lo que el peso es una consideración importante. Así que estas tecnologías, aunque se adhieren a los principios de tamaño y peso que dominaron a sus predecesores durante décadas, también requieren soluciones avanzadas para satisfacer las nuevas demandas.2. Vehículos aéreos no tripuladosOtro campo de la aviónica en rápido crecimiento es el de los vehículos aéreos no tripulados (UAV). Algunos UAV son bastante sencillos, utilizan una sola cadena de datos y requieren soluciones de conectividad por RF relativamente simples. Sin embargo, cuando se emplea tecnología hipersónica, algunos UAV pueden viajar a Mach 5, lo que plantea la necesidad de altas temperaturas. Cuanto mayor sea la altitud, la velocidad y la frecuencia, más complejo será el problema desde el punto de vista de los materiales. Esto puede resolverse con dieléctricos; además, es posible utilizar materiales de cuarzo como dieléctricos para aplicaciones hipersónicas. En última instancia, el diseñador estructural tiene que conocer el entorno, los requisitos de altitud del UAV, cuánto tiempo tendrá que durar, con qué frecuencia se mantendrá y a qué tipo de entorno de pruebas se someterá. Por ejemplo, ¿llevará el UAV un sistema de guerra electrónica (EW) o un sistema de inteligencia electrónica, o es puramente un enlace de datos y vídeo?3. Interconexiones correctasUna consideración importante para las interconexiones de RF de los equipos de aviónica es el dieléctrico y cómo se comporta cuando alcanza un estado de equilibrio con su entorno. Por ejemplo, cuando una aeronave vuela a cierta altitud, genera un entorno más de vacío para proporcionar condiciones de desgasificación para los dieléctricos y otros materiales electrónicos. Cuando el avión vuelve a tierra, el cable está esencialmente al vacío. Cualquier fluido o gas que rodee sus proximidades será absorbido por el dieléctrico y se recondensará allí. En ese momento, el dieléctrico es como una esponja: la única forma de eliminar los contaminantes es hornearlo. Obviamente, esto no es factible en el interior de un avión, por lo que el sellado al vapor también es importante para aplicaciones de gama alta, alto rendimiento y gran altitud. Hay muchos factores que deben tenerse en cuenta a la hora de diseñar una solución de interconexión de RF adecuada. Por ejemplo, el polietileno ofrece una mayor resistencia al fuego y es una excelente opción de cableado para entornos exteriores o interiores con cubiertas ignífugas homologadas por UL. Nota: el PU puede ser más flexible, pero no es adecuado para entornos con personal. En cuanto a los cuerpos, suelen utilizarse cables dieléctricos de PTFE (fluoropolímero sintético) resistentes a altas temperaturas, que pueden enrollarse con mayores pérdidas que el PTMP (plástico de poliéster) estándar. Estas soluciones pueden utilizarse a 50 GHz o más. En la gama de altas temperaturas, algunos cables de sílice pueden soportar temperaturas de hasta 800 °C o más.4. Optimización del conectorEl objetivo final es optimizar las características mecánicas, ambientales y eléctricas del conector y facilitar su instalación. Los conectores de aluminio y plástico están disponibles en una gran variedad de opciones para aligerar el peso. La industria está utilizando Delrin y otros materiales para desarrollar conectores de plástico, como roscados, a presión y tipo bayoneta. Se están desarrollando otras soluciones ultraligeras, como soluciones de conectores modulares con acoplamiento de plástico y soluciones de utillaje. Este enfoque ayuda al mantenimiento, para que los usuarios puedan resolver los problemas directamente sobre el terreno. 5, las herramientas pueden simplificar el montaje en el mercado de posventa, cuando la solución de interconexión de RF o el trabajo de reparación in situ, se puede utilizar parte del campo no pertenece a la hoja de la herramienta, por lo que el montaje in situ más seguro, sino también para facilitar el montaje de las zonas en disputa. Times Microwave Systems y otras empresas. Este enfoque permite que todos utilicen la misma herramienta en el cable sin tener que contar con varios técnicos que utilicen distintos tipos de herramientas y técnicas.Times Microwave Systems ofrece el InstaBend(IB)047, un cable coaxial en miniatura compacto y estable. Diseñado originalmente para aplicaciones de vuelos espaciales, este cable de alto rendimiento puede adaptarse fácilmente a aplicaciones de cajas de alta densidad.

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