連接器是一種在航空、航天等軍事應用系統中幾乎無處不在的重要基礎元件，而飛機(飛行器)以及航空電子設備系統則是軍用航空連接器最大和最集中的應用領域，連接器在飛機和航空電子設備系統中起著傳輸信號或傳輸功率的互連作用。無人機(Unmanned Vehicles， UV)由于在情報偵察、目標捕獲、目標攻擊等方面的優勢日趨突出，對于國防越來越重要，故成為軍事強國大力發展的武器裝備。與有人駕駛飛機相比，智能化程度高、技術更復雜、工作環境更惡劣，因此對包括連接器在內的元器件提出更加苛刻要求。

無人機簡述

無人機，從廣義上說包括所有的運輸模式、武裝飛機乃至水下工具、未爆彈處理機器人等。通常所說的無人機，是指狹義上的無人駕駛飛機(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)，本文主要討論后者。無人機在軍事武庫中發展活躍，目前約占國防相關軍事航空活動的80%。與傳統的有人駕駛飛機相比，無人機具有無可替代的優勢：能夠在受到極度威脅的地區執行任務、行程更遠、持續能力更強并且由于無飛行員支持系統、機身減小，無人機制造和部署的成本大大降低。軍用無人機主要功能是偵察、監視與目標捕捉，其次是干擾和攻擊。著名無人機有“全球鷹”、“捕食者”、“火力偵察兵”、X-45和X-47; “陰影”、“搜索鷹”等。

無人機必須滿足更嚴酷的電、機械和環境性能要求，因此布線和布纜的EMI、振動和沖擊、溫度循環、防液體性能、接觸件的微振腐蝕以及其他壽命和可靠性要求，也必須滿足住軍級性能基準。

盡管無人機與有人機具有許多相同的性能要求，但是無人機對于構成該平臺互連布線的連接器、后殼、電纜和導線保護具有額外的要求。減輕質量、尺寸、耐沖擊和振動、電磁兼容、防腐以及高速/帶寬數據處理是無人機內互連布纜的關鍵設計要求，這些要求從無人機本身延伸到包括地面控制/支持系統內使用的電子設備以及無人機電子裝置的有效載荷。

無人機對連接器的性能要求

無人機設計師在評估用戶長期總成本，以及應用環境需求時，必須規定高性能的互連技術，如MIL-DTL-38999(耐環境快速分離高密度小型圓形連接器)、MIL-C-26482(耐環境快速分離高可靠圓形連接器)或其他軍級連接器。這些高性能連接器可為無人機設計師實現以下目標：提高工作壽命、減少安裝和維護成本、降低測試和鑒定成本、改善可靠性和安全性。

由于無人機的活動范圍和持續航行能力是關鍵因素，并且實際上“人工-便攜式”無人機在戰術設置中很重要，所以無人機系統的設計師還必須最大限度減小互連元件的質量和尺寸，以便為無人機有效載荷技術、通訊、飛行控制和推進系統釋放出空間。無人機不論大還是小，天生對尺寸和質量敏感，這使互連技術條件成為整個設計過程中的一個關鍵要素。

陸基或?；鶡o人機系統面臨的要求大多是相同的：提高工作壽命和可靠性，而且還遭遇獨特的環境挑戰和連接器封裝問題，如快速-鎖緊以及現場清潔能力和耐化學性能。此外，如空基無人機一樣，陸基或海基無人機系統可以從尺寸和質量的減小中獲得極大益處。

軍用航空連接器在無人機中的應用分布

軍用無人機應用連接器的典型電子系統包括：引擎控制和傳感器、著陸/對接系統、飛行控制、燃料電池傳感器、數據處理與導航，以及有效載荷技術，如高清晰紅外相機系統、高速圖像處理、專用安全數據通訊電子、目標與火控(武器)系統、水雷探測、聲納、雷達或無線電裝置，圖2示出了無人機內使用互連元件的子系統和電子載荷裝置。

這些電子系統一般配置軍用標準插座連接器，便于裝入無人機內。無人機規定采用各種結構的高性能矩形和圓形連接器，如MIL-DTL-38999系列III、MIL-DTL-83513 (微型D形)及其他軍級連接器。無人機互連系統工程師改善布線系統關鍵特性和/或減少尺寸和質量的最好機會之一是改變無人機上“黑盒子”有效載荷和其他電子設備上的連接器的技術條件。正確的選擇黑盒子上的連接器使工程師能夠規定用尺寸和質量減小的電纜線束來連接無人機的子系統，這就使無人機產生了性能和尺寸/質量要求。

無人機上使用包括小而輕的連接器、和/或互連電纜線束組件的全部區域。采用了小而輕且滿足了高性能標準的連接器可確保無人機的可靠性、安全性和工作壽命。圖3示出了具有代表性電子有效載荷設備的無人機功率、信號和數據傳輸互連線束示意簡圖。如在傳統飛機上一樣，電纜線束基本上與組合式設備設計在一起，便于安全的在無人機內安裝和替換。由于無人機載荷量有限，且長時間在目標區域上空徘徊，因此需要減少連接器的尺寸和質量。互連系統的設計也要求長期耐久性、耐凝結腐蝕(特別是插合的接觸件上)，并耐引擎引起的振動以及(可能的)武器振動。在機械性能方面，所有連接器均要求能承受住因燃料和溶劑暴露而導致的損害，抗EMI并且要含有定位鍵來防止誤插。

采用的主要連接器類型

許多傳統軍用圓形連接器和矩形連接器完全不能滿足目前無人機設計師需要。僅尺寸和質量問題就常常使設計師無法在無人機內指定采用普通的高可靠軍用連接器，如常見的MIL-DTL-38999系列III。但其他因素，如缺乏有效的EMI屏蔽或環境密封是妨礙在關鍵任務無人機平臺使用眾多軍用航空連接器的附加障礙。許多連接器，如普遍存在的MIL-DTL-24308 D形超小型連接器，幾乎不具備目前高性能無人機所要求每一特性，如可靠的耐振動與沖擊性能、耐化學性能或有效的EMI屏蔽/接地。許多無人機用連接器是專門針對滿足各種無人機系統的高性能要求而研制的。綜合起來，在無人機中主要采用以下幾種連接器：小圓形連接器、微小型(1.27mm間距)/納小型(0.635mm間距)矩形連接器、小型高密度光纖連接器、復合材料輕型連接器。

無人機用典型小圓形連接器包括Glenair公司80系列及Souriau公司8STA系列等。Glenair 80系列是MIL-DTL-38999連接器的替代品，但它更小而輕，且具有同等牢靠的電、機械和環境性能，具有成熟的后松式壓接接觸系統。與同等密封38999連接器相比，質量減輕71%，尺寸減小52%，極適用于更小更輕的無人機平臺。80系列具有許多絕緣安裝板排列方式(3-85個接觸件)、屏蔽附件，后外殼和鎖緊方式，Glenair提供可選的80系列產品，具有EMI/EMP濾波和(/或)氣密封能力。標準型80系列采用23號接觸件，接觸間距0.076英寸。接觸件采用壓接-刺破技術安裝于鈹銅固定卡夾內，密度約為38999圓形連接器的兩倍，質量約為一半。80系列是一種在無人機上使用十分廣泛的一種成熟產品，使用80系列的無人機包括 “火力偵察兵”無人直升機、 “捕食者”、 “陰影”、 “搜索鷹”以及”值勤者”無人機。

Souriau的8STA系列在無人機上用量大，8STA是高密度超小型設計，沒有尾部附件，最小產品質量僅6.1g，平均質量比標準的MIL-C-38999要輕50%~70%。8STA的接觸件單芯電流3~80A，同時還可加裝各種高頻同軸\雙絞接觸件，用于傳輸各種高速信號。接觸件與導線用壓接方式連接，連接方式為快速卡口連接，500次插拔壽命。工作溫度范圍為-55～+175℃。防水等級為IP67級(即在1m的水深，浸水30min以上)，耐振動指標為147m/s2 (10~2000Hz)，沖擊指標為3 毫秒ms300g，安裝方便。

無人機用典型微小型連接器包括Souriau公司生產的MicroComp 微矩形連接器和Glenair的微小型D形連接器，接觸間距1.27mm 可替代MIL-DTL-83513標準D型連接器。MicroComp是世界上最小的帶可卸接觸件的高密度、復合材料殼體的矩形連接器，從7芯到104芯有9種型譜排列，殼體是玻璃纖維填充的復合材料，質量比同類產品輕35%以上，殼體表面鍍金(航天級)和鍍鎳(航空級)。使用高可靠的26號針/孔，耐振動沖擊性能極好，隨機振動達到44G，沖擊指標為50G/s。500次插拔，滿足軍標要求;工作溫度范圍為-55～+175℃。

Glenair的微小型D形(圖7)與Souriau不同，采用的是絞線插針接觸件(圖7)，它比沖壓成形的接觸件更緊固，且提供了一種接觸電阻較低的極佳的導線固定方法，絞線插針導線固定套筒還允許氣密性壓接，保證了優異的拉伸性能和電路電阻低于沖壓成形套筒。該公司微矩形連接器，外形和質量極小，但在苛刻的條件下仍保持最佳性能。Glenair微小型矩形連接器廣泛用于許多無人機計劃中，如包括“捕食者”、“陰影”、“值勤者”、“火力偵察兵”等，最近以色列Insitu公司指定Glenair公司定制設計的微小型D形連接器用于其第二代“搜索鷹”無人機的盲插機翼接頭上，以及無人機的推進系統和遠程控制器。

無人機用納小型矩形連接器(MIL-DTL-32139)，接觸間距0.635mm，是1.27mm間距微矩形連接器(MIL-DTL-83513)的升級產品(或者說替代品)，其技術水平以Glenair和Omnetics、Airborn最為突出，遺憾的是實力雄厚的Souriau公司尚未推出此類產品。

Glenair的89系列納小型矩形連接器(圖7)是板級I/O用矩形連接器的最新發展，它與上述該公司的微小型連接器一樣，仍采用擅長的高可靠絞線插針接觸件(TwistPin Contact)技術，外殼為輕質耐腐蝕的鋁、鈦或不銹鋼。令人咋舌的是接觸件材料，史無前例的采用了一種金合金材料(其中含金高達70%，鉑8%，銀5%，其余為銅和鋅)制成，故不需鍍金，凸現了其高貴不凡的品質。配接30號和32號細導線，額定電流1A，工作電壓70VAC(有效值)。

這種連接器與同類微小型連接器相比，尺寸僅為后者的1/8，質量僅為后者的1/4多一點，耐沖擊和振動性能明顯優于后者。安裝形式靈活：可以直角PCB安裝、垂直安裝、表面貼裝等。這種納小型連接器適用于各種無人機，特別是適用于工作環境極其嚴酷的無人機環境，未來將取代微小型連接器。

Omnetics公司也是業界著名的高可靠連接器制造商，該公司的Bi-Lobe系列納矩形連接器，也堪稱納小型連接器中的著名品牌，它的特點是采用柔性插針(Flex Pin)技術，接觸件采用鈹銅合金-17200制成，互配能力強，與所有標準的微/納型插孔互配，采用一件式結構，這種彈性接觸件厚而長，鍍以50微英寸厚的鎳和50微英寸厚的金，成本較低，但表面壽命耐久。耐沖擊振動性能出色，25位微小型連接器耐沖擊30G，間斷<1ms，耐振動20G，間斷<1ms;而25位納小型連接器，則耐沖擊100G，間斷<10ms，耐振動20G，間斷<10ms。其他關鍵指標包括：插合循環2000次;工作溫度-55~+200°C;額定電流每個接觸件1A。另外該品牌產品的品種多樣，可提供EMI屏蔽型、快速鎖閉型、快速手擰螺釘互鎖型以及氣密封型等。

該連接器在無人機應用中的使用優勢在于：體積小、質量輕，增加了有效載荷;采用固定螺釘，極耐振動;堅固的結構便于無人機牢靠著陸;支持致密的電子封裝。

小型光纖連接器

無人機采用光纖連接器的原因在于：首先是由于無人機的功能不斷擴大，基于銅傳輸的EMI問題越來越突出，例如，艦載無人機經過戰艦上龐大的相控陣天線時，無人機方向舵操縱裝置因EMI而反復出現故障。其次是要傳輸的數據越來越龐大，帶寬也越來越高，這促使電子系統架構由1553B向軍用以太網((Ethernet)過渡。光纖連接器因質量輕、抗EMI且高帶寬，而極適用于無人機。

目前在未爆彈處理用戰術移動地面系統仍至目標捕捉和偵察用海軍無人機中，光纖媒介的應用已經在不斷上升，目前為滿足帶寬或高速數據的要求，通常在無人機設計初始階段就確定采用光纖。在某些場合，設計師已經采用光纖媒介取代銅媒介來解決EMI問題。無人機用光纖互連產品的制造商包括Glenair、Souriau以及Amphenol、ITTCannon及Molex等。

Glenair為無人機提供了三類優質光纖互連產品。MIL-DTL-38999連接器采用了獨特的對準技術和精密的陶瓷套管，同心度和直徑公差控制在1微米之內，滿足了無人機高帶寬和低損耗應用的要求;高密度光纖連接系統，配接M85045/16線纜。接觸系統插損值低于0.5dB，適用于需要減少尺寸和質量以及突出光和耐環境性能的無人機應用領域;前松式光纖連接系統，采用獨特的16號端體組件，允許快速將光媒介集成于許多圓形和矩形連接器外殼和系統內。通過將固定件和環境密封件直接置于端體組件上，可不需高成本的工裝和設計，制造出獨特的光纖地連接器外殼封裝。這對于提供光電混裝型連接器特別方便。

Souriau研制出一種新的接觸件技術——四同軸接觸件，四同軸接觸件是在一個極小的零件中實現以太網信號數據的高速雙向(全復)傳輸(100Mbit/s)，而沒有任何數據丟失。這種性能高超的方案的尺寸也比常規配線方式減小了50%。因此，采購和安裝費用也大為降低。在Souriau的高性能光纖連接器中可安裝多達700芯ELIO光纖接觸件，密度極高。另外，Amphenol的CTOS和CTOL系列光纖連接器，性能優異，也適用于無人機，二者的插耗最大值僅2.8dB,密封性能出色，在大于1m深的水下，可浸沒24hours，插合次數超過5000～10000次，光學清潔簡單，用布即可。

復合材料連接器

質量是無人機中相當重要的一個技術指標，質量意味著有效載荷的增大，質量減輕主要靠特殊的復合材料，目前飛機的外部機身結構以及機內部的元件逐步向復合材料轉移的新趨勢，這一趨勢使所有的內部元件(連接器、電纜等)遇到了嶄新而苛刻的環境條件，如雷擊(可在電纜線束內引起極高電流)。

在復合材料的研制方面，Souriau居于領先地位，歷經20年的努力掌握了先進的高壓模塑和鎳層涂鍍方法，使得該公司的研制的復合材料圓形連接器大大優于MIL-DTL-38999，它通過了防流體結冰試驗，鎳鍍層可以經受住侵蝕性流體，另外經受住了500μs的10000A電流沖擊試驗，可耐雷擊。阻燃，耐化學腐蝕，目前成功配套波音787“夢想”飛機、F-35飛機等。

Glenair的復合材料互連元件，采用了復合熱塑料性塑料，不僅能減輕質量而且具有防腐和耐沖擊和振動作用，Glenair為無人機提供多種類型的復合熱塑料性復合材料連接器后殼附件、連接盒和抗EMI金屬化編織層。這三類產品對于無人機的設計具有重要意義，目前成功用于目前的捕食者、值勤者及其他的無人機計劃中。該公司獲得專利的復合材料搖臂應力消除后殼，將三種款式合為一體：直式、90° 和45° ，滿足嚴格的 AS85049機械和電氣標準，安裝簡單，該公司是唯一一家提供完整的光纖專用后殼產品線的光纖連接器制造商;復合材料防EMI/RFI連接盒：極適于無人機內的惡劣環境，產品滿足MIL-S-901D和MIL-STD-167SHIPS的振動和沖擊要求，和雷擊性能規范;復合材料金屬化抗EMI編織層，與普通金屬編織層相比，質量下降50%，而EMI屏蔽性能相同，甚至更優。

結語

《軍事與航空航天電子》(Military & Aerospace Electronics)雜志近期指出，“隨著國防系統進入網絡中心戰(network centric warfare)時代，以及無人機對于國防越來越重要，國防軍事和航天用電連接器和電光連接器必須滿足惡劣環境標準，這一點變得比以往任何時候都緊迫……軍事系統設計師將比以往任何時候都迫切需要更輕、更小、更強固和更廉價的電連接器和光連接器”。高可靠的堅固連接器對于無人機的設計至關重要，連接器失效，將導致丟失信號，丟失功率，引起系統會失效。

遺憾的是，目前供應的許多連接器在10G的超重力下無法可靠工作，連接器的問題并未引起應有的重視，那種認為連接器只是“插插拔拔”的觀點是完全錯誤的，連接器看似結構簡單，其實失效機理很復雜，其失效率難以準確量化，至今仍是唯一無法劃分失效率等級的電子元器件。無人機應用迫切需求高品質連接器，這對軍用航空連接器制造商是機遇，更是嚴峻挑戰。