Kuituoptinen piirilevy UAV-suunnittelu- ja viestintäjärjestelmä

Kuituoptisten piirilevyjen suunnittelulla tarkoitetaan UAV-järjestelmän sisäistä liitäntäkorttia, jota käytetään, kun kytketty UAV-järjestelmä sisältää optisen kuidun osana tietoliikenneyhteyttään. Käytännössä kytkettyjen drone-kaapeleiden suunnittelussa sähköteho toimitetaan tyypillisesti kuparijohtimien kautta, kun taas optisia kuituja voidaan lisätä samaan johtoon, kun tarvitaan suurta kaistanleveyttä tiedonsiirtoon, turvallista tiedonsiirtoa tai vähän häiriöitä aiheuttavaa signaalinsiirtoa. Tämä tekee kortista optisen tietoliikenneliitännän laajemmassa kytkettyjen UAV-kaapelijärjestelmässä erillisen virransyöttömoduulin sijaan.

Tässä kokoonpanossa piirilevy sijaitsee vaijerin ja dronin sisäisen elektroniikan rajalla. Se muuntaa vaijerin puoleisen kuidun optiset signaalit ja dronin sisällä olevat sähköiset dataliitännät säilyttäen samalla signaalin eheyden tärinän, vaijerin liikkeen, jännitysvaihteluiden ja kelaan liittyvän mekaanisen rasituksen aikana. Monikäyttöistä vaijeria käyttävissä järjestelmissä piirilevyn kanssa voi olla erillinen sisäänrakennettu tehonmuunnosmoduuli, joka käsittelee kaapelijohtimien kautta syötettyä korkeajännitteistä tehoa.

Kuituoptiseen piirilevyyn kiinnitetty UAV järjestelmän rajana

Järjestelmäarkkitehtuurin termein ilmaistuna UAV:n valokuituinen piirilevy toimii tietoliikennerajana kytkentäpuolen optisen polun ja dronin sisäisen elektroniikan välillä. Tästä roolista tulee tärkeä, kun kytkettyä UAV-kaapelia käytetään paitsi virransyöttöön myös tietoliikenteeseen. Ulkopuolella piirilevy on liitettynä kaapeliin, joka altistuu liikkeelle, taivutukselle, tuulikuormalle, jännitysmuutoksille ja kelan dynamiikalle. Sisäpuolella se on kytketty prosessoreihin, videopolkuihin, tietoliikennelaitteisiin tai tehtäväelektroniikkaan, jotka vaativat vakaata ja ennustettavaa signaalikäyttäytymistä.

Tästä syystä piirilevy toteutetaan usein erillisenä liitäntänä sen sijaan, että se yhdistettäisiin suoraan pääohjaimeen. Liittimen puoleinen liitin, optinen reititysreitti ja mekaaninen kaapelien sisäänvientirakenne asettavat vaatimuksia, jotka eroavat merkittävästi muusta piirilevyn elektroniikasta. Tämän laitteistoluokan laajempaa järjestelmäkontekstia käsitellään kuituoptisten droonien piirilevyarkkitehtuurin yleiskatsauksessa.

Optinen signaalipolku: Tether-kuidusta ajoneuvon elektroniikkaan

Saapuva signaali saavuttaa miehittämättömän ilma-aluksen optisen kuidun kautta, joka on integroitu kiinnityskaapeliin ja päättyy liittimeen tai suojattuun kuituliitäntään. Alustasta riippuen tässä voidaan käyttää tavallista kaupallista optista liitintä tai kestävämpää rakennetta, joka on suunniteltu vaativiin olosuhteisiin. Piirilevyllä vastaanotettu optinen signaali muunnetaan sähköiseen muotoon vastaanottimen reitillä ja johdetaan sitten dronin viestintä- tai prosessointielektroniikkaan.

Vastakkaiseen suuntaan piirilevyllä oleva data sarjoitetaan tai muuten valmistetaan tiedonsiirtoreitin avulla, lähetinpiiri muuntaa sen moduloiduksi valoksi ja kytkee sen tether-puolen kuituun. Näin piirilevy tukee kaksisuuntaista tiedonkulkua samalla kun se kontrolloi lisäyshäviötä, heijastusherkkyyttä ja häiriöitä optisen rajapinnan ympärillä.

Samat piirilevytason signaalin eheysperiaatteet, joita on käytetty muissa optisten miehittämättömien ilma-alusten rajapintojen suunnittelussa, pätevät edelleen tässä, mukaan lukien impedanssin hallinta, referenssin jatkuvuus ja huolellinen lähetin-vastaanottimen puoleinen irtikytkentä. Näitä perusasioita käsitellään myös droonien optisen tiedonsiirtokortin sivulla.

Suhde Power Tether -arkkitehtuuriin

Kuituoptiseen piirilevylle kytkettyyn miehittämättömään ilma-alukseen (UAV) ei pidä sekoittaa sidotun dronin pääasialliseen ilmassa tapahtuvaan tehonmuunnosvaiheeseen. Monissa sidotuissa miehittämättömissä ilma-alusjärjestelmissä sähköteho lähetetään kaapelia pitkin kuparijohtimien kautta, usein korotetulla jännitteellä kaapelin painon ja siirtohäviöiden vähentämiseksi. Ilma-alus käyttää sitten erillistä tehomoduulia muuntaakseen tämän syötteen matalajännitteisiksi kiskoiksi, jotka soveltuvat aluksen elektroniikalle.

Kun vaijeriin sisältyy myös optisia kuituja, kuituoptisen vaijerin piirilevyn rooli on erilainen. Se vastaa ensisijaisesti tiedonsiirto-, ohjaus- tai tiedonsiirtotoiminnoista optisella rajapinnalla. Monikäyttöisessä vaijerissa sähkövirransyöttö ja optinen tiedonsiirtoreitti voivat sijaita samassa kaapelissa, mutta ne pysyvät erillisinä alijärjestelminä lentokoneen puolella. Tämä ero on tärkeä, koska tiedonsiirtokortti ja tehonmuunnoslaitteisto eivät ole samoja suunnitteluprioriteetteja.

Lyhyen kantaman kytketyissä droneissa vaijeri voi olla pääasiassa sähkökaapeli tai vaijeriköysi, joka on optimoitu kevyeen virransyöttöön. Tehokkaammissa tai monikäyttöisissä järjestelmissä voidaan lisätä optisia kuituja tukemaan suurta kaistanleveyttä datan, vähähäiriöisen viestinnän tai muiden edistyneiden yhteysvaatimusten täyttämiseksi.

Integrointi Spool- ja Tether-hallintajärjestelmiin

Monissa sidotuissa miehittämättömien ilma-alusten järjestelmissä käytetään kelaa, rullaa tai vastaavaa kaapelinkäsittelyrakennetta asennuksen ja noudon hallintaan. Kun vaijeriin on integroitu optisia kuituja, piirilevy ei toimi pelkästään staattisen kaapelin sisäänviennin ympärillä. Sen on myös pysyttävä luotettavana, kun vaijeria ohjataan, kiristetään, kelataan tai uudelleenohjataan ympäröivän laitteiston avulla.

Järjestelmissä, joissa on valokuitukela tai siihen liittyvä käyttöönottolaitteisto, piirilevy voi sijaita lähellä kaapelin luovutuspistettä, jossa taivutuksen hallinta, reitityksen vakaus, liittimen suojaus ja mekaaninen kiinnitys ovat kaikki kriittisiä. Siksi tämän tyyppiset piirilevyt kytketään usein luonnollisesti valokuitukelan piirilevyyn tai tukipuolella valokuitukotelon piirilevyyn.

Myös kaapelien hallintajärjestelmät voivat vaikuttaa koneen rajapintaympäristöön. Nämä järjestelmät voivat valvoa kaapelin voimaa, säätää löysyyttä ja kompensoida lentokoneen tai tukiaseman sijainnin muutoksia. Vaikka kuituoptisen kaapelin piirilevy olisi tarkoitettu tiedonsiirtoon eikä virrankäsittelyyn, sen on silti siedettävä kaapelien hallinnan käytön aikana aiheuttamia mekaanisia vaikutuksia.

Jatkuva linkki- ja tether-kunnon seuranta

Kehittyneemmissä toteutuksissa piirilevy voi myös valvoa optisen linkin kuntoa ja kaapelireitin mekaanista tilaa käytön aikana. Tämä auttaa havaitsemaan heikkenemisen ennen täydellistä vikaantumista ja tukee luotettavampaa toimintatapaa tehtävissä.

Valvontadataa voidaan lähettää lennonohjaimelle, tehtävätietokoneelle tai tukielektroniikalle varoitusta, viankäsittelyä tai huollon seurantaa varten. Optisen suorituskyvyn asteittainen heikkeneminen voi viitata kontaminaatioon tai kasvavaan taivutusjännitykseen, kun taas äkillinen muutos voi laukaista suojatoimenpiteitä. Kapseli ja maa-aseman elektroniikka voivat hoitaa täydentäviä tukitoimintoja maan puolella.

Kuitutuloliitännän mekaaninen suunnittelu

Kaapelin sisäänvienti ja optinen liitinalue ovat liitännän mekaanisesti herkimpiä osia. Sen on säilytettävä kohdistus ja reitin vakaus tärinän, lämpölaajenemisen, kaapelin liikkeen ja kelaamisen, löysyyden säädön tai vaijerin kireyden muutoksen aiheuttaman dynaamisen kuormituksen alaisena.

Piirilevytason ratkaisuihin kuuluvat tyypillisesti: jäykkä liittimen tuki, vahvistettu kiinnitys mekaanisten ankkuripisteiden ympärille, vedonpoisto, joka estää kaapelikuormien vaikutuksen suoraan optiseen päätteeseen, ja kaapelin sisääntulogeometrian huolellinen sijoittelu, jotta kuitupolku pysyy vakaana käytön aikana. Jos käytetään konformaalista pinnoitetta, optisten liitäntäpintojen puhtaana ja toiminnassa pitämiseksi tarvitaan valikoivaa peittämistä.

Kuidun taivutussäde on toinen kriittinen rajoite. Kaapelin sisääntuloreitin on pysyttävä kuidulle määritellyn vähimmäistaivutussäteen yläpuolella, joten piirilevyn liittimen sijainnin, ohjausrakenteen ja lähellä olevien mekaanisten ominaisuuksien on säilytettävä tämä geometria järjestelmän koko toiminta-alueella.

Materiaali, ympäristön karkaisu ja kokoonpano

Miehittämättömien ilma-alusten kaapelijärjestelmät toimivat usein ulkona vaihtelevissa olosuhteissa, joihin liittyy lämpötilan vaihteluita, kosteutta, pölyä ja mekaanista rasitusta. Kytkentäpuolen piirilevy voi sijaita lähellä kaapelin sisääntuloaluetta, jossa kontaminaatioriski ja fyysinen rasitus ovat suuremmat kuin paremmin suojatuissa elektroniikkaosastoissa.

Valmistus voi vaatia kontrolloidun impedanssin omaavaa valmistusta optiselle suurnopeusosalle, vahvistettuja kiinnitysrakenteita, sekatekniikkakokoonpanoa ja selektiivistä peittämistä optisten ja liittimien kannalta kriittisten alueiden ympärillä. Jos koko järjestelmä myös jakaa ohjauslogiikan optisen reitin kautta, piirilevy voi olla käsitteellisesti päällekkäinen kuituohjatun miehittämättömän ilma-aluksen ohjauspiirilevyn kanssa riippuen siitä, miten viestintä- ja ohjaustoiminnot on järjestetty.

Highleap Electronics valmistaa miehittämättömien ilma-alusten (UAV) kiinnityspiirilevyjä kaupallisiin ja puolustusalan alustoihin, tukien tarkkaa signaalin reititystä, vahvistettua rajapintojen suunnittelua ja sovelluskohtaisia ​​kokoonpanovaatimuksia. Uusien projektien suunnittelutiedot ja järjestelmävaatimukset voidaan lähettää teknisen tarkastuslomakkeen kautta valmistettavuuden tarkastusta ja tarjousta varten.

Pyydä tarjous Tether-piirilevystä