Miehittämättömät laitteet ja järjestelmät ovat tunkeutumassa lähes kaikille elämänalueille. Samalla ne asettavat aivan uudenlaisia haasteita liitäntätekniikoille.

Artikkelin ovat kirjoittaneet Omnetics Connector Corporationin Rory Jackson ja Bob Stanton.

Kehitämme kovaa vauhtia uusia järjestelmiä, jotka laajentavat toimintaanne ja kykyjämme etäohjattavilla laitteilla. Samalla lisäämme vaatimuksia ja haasteita sille elektroniikalla, joka palvelee ja käyttää näitä laitteita. Liittimet ja johdinjärjestelmät ovat muuttuneet nopeasti vastatakseen näihin vaatimuksiin. Mikä parasta, tämä sama teknologia on auttamaan suunnittelemaan uusia kaapeleita ja liittimiä sovelluskohtaisiin miehittämättömiin laitteisiin.

Etäohjattavat laitteet palvelevat meitä nyt maanpinnalla olevista roboteista kameroilla varustettuihin lennokeihin ja aina Mars-mönkijöihin asti. Jokainen uusi järjestelmä näyttää lähtevän liikkeelle valmiilla kaupallisilla ja standardeilla liitinvaihtoehdoilla protomoduuleissaan. Kun suunnittelu etenee ja ehtii järjestelmällistämisvaiheeseen asti, nousee esiin uusia suunnittelutarpeita. Painopiste siirtyy koon pienentämiseen, muodon sovittamiseen ja/tai liittämisvaatimuksiin. Erittäin kovaa käyttöä kestävien liittimien täytyy ehkä siirtää riittävästi virtaa raskaan, vaarallisissa oloissa käytettävän koneen pyörittämiseen. Hyvänä esimerkki toimii alla oleva kuva Harris T7 EOD -järjestelmästä, joka on räjähdysaineiden hävittämisjärjestelmä. Tämänkaltaiset laitteet suojaavat ja pelastavat elämiä niin militääri- kuin siviilikäytössä.

Pyöreät liittimet, joita on käytetty kovaan käyttöön suunnitelluissa laitteissa ja koneissa, ovat monin tavoin alkaneet kehittyä palvelemaan uusia aloja. Moni valmistaja skaalaa vanhoja suunnitteluja pienemmäksi tarjotakseen pienempiä liittimiä valikoimissaan. Suosittu pyöreä Mil-DTL-38999-liitin käyttää nastakokoja 18-20 siirtääkseen jopa 12 ampeeria 20 AWG -johdolla. Pienempää 38999-liitintä on moni valmistaja standardoimassa yhdessä DLA:n kanssa miitäärimääritykseksi, joka on fyysisesti pienempi, yleisemmin käytettävissä oleva pyöreä kolmelähtöinen liitin. Se yhdistää nopeasti ja on EMI-suojattu. Uudessa standardissa tulee todennäköisesti olemaan 23 nastaa ja se kykenee siirtämään 10 ampeeria 20-22 AWG -kokoista johtoa pitkin. Moni yritys tarjoaa jo nyt pienempää pyöreää mikroliitintä, joka tukee 3 ampeeria 24-30 AWG -koossa. Jotkin pienimmistä pyöreistä liittimistä mahdollistavat 30 nastan käyttöä ja tukevat yhden ampeerin siirtoa 30-32 AWG -johdolla. Tässä koossa nastojen väli lyhenee yli 75 milistä (tuuman tuhannesosa) 25 miliin. Tämä pienentää sekä liittimen että johdon halkaisijaa. Samalla johdon joustavuus paranee.

Monet uudet piirit tukevat hyvin alhaisempia jännitteitä ja virtoja ja mahdollistavat sen, että liittimet ovat kompaktimpia. Uudemmat ja pienemmät räikkäliittimet liittyvät helposti ja lukkiutuvat nopeasti, sekä tuovat lisäominaisuuksia kuten vesitiiviyden ja pienemmän paneelitarpeen laitteissa. Erikoismaadoitusjohtoja, sekä punottuja suojasukkia käytetään usein suojaamaan johtoja sekä sähköisiltä että fyysisiltä vaurioilta. Sukka taivutetaan nykyisin usein räikkätyylisen liittimen metallin päälle.

Miehittämättömien laitteiden suunnittelut kehittyvät nopeasti, ja monessa tapauksessa tarvitaan elektroniikkamoduulien helppoa irrotettavuutta ja uudelleen asennusta. Tiedostelutehtävissä kädestä lähetettävät alukset varustetaan usein moduuleilla esimerkiksi kuvien tallennusta tai ethernet-yhteyttä varten. Nopeasti kiinnittyvien liittimien avulla moduuleja voidaan maassa vaihtaa nopeasti uusiin. Pienemmät ja kevyemmät liittimet pidentävät lentoaikaa ja voivat lisätä liikkumiskykyä pienissä lennokeissa.

Monet ISR-järjestelmät (intelligence, surveillance and reconnaissance) käyttävät puolijohdepiirejä., jotka toimivat gigabittien nopeudella. Nopea tiedustelunäytöt vaativat myös liittimiltä korkeaa signaalin eheyttä. Lennokeilla kuvataan usein jo 20 megapikselin kuvia 60 ruudun sekuntinopeudella ja ne pakataan lähetystä tai tallennusta varten. Tämä merkitsee digitaalisen datan lähetystä yli 7 gigabitin sekuntinopeudella.

Miehittämättömien laitteiden liitinjärjestelmissä täytyy keskittyä suorituskykyyn kovissa oloissa ja käytössä. Liittimen liitäntäelementit ja kotelointi ovat usein kriittisiä. Liittimissä käytetään usein nikkelipinnoitettua 6061-T6 -alumiinia tai kovetettuja polymeerikuoria, joiden sisällä nastaelementit ovat. BeCu- eli berylliumkupari-nastat tehdään ASTM B194 -standardin mukaan ja karkaistaan (yli 17200 ksi) ja sen jälkeen päällystetään nikkelillä/kullalla. Alhainen resistanssi on kriittinen, jotta iskun ja tärinän sattuessa säilytetään kontakti usein liikkuvissa laitteissa. Johdoissa käytetään yleensä vahvistettua kuparia, joka on päällystetty Teflon-eristeellä. Liittimet esitestataan korkean luotettavuuden ja pitkän toimivuuden varmistamiseksi.

Onneksi vaatimus kevyemmistä ja pienemmistä kaapeleista ja liittimistä sopii hyvin yhteen muutoksiin piirijännitteissä ja -virroissa. Kestävämpiä (ruggerized) mikro- ja nanokokoisia suorakulmaisia liittimiä käytetään miehittämättömissä koneissa yhä enemmän. SWaP-vaatimukseen (smaller, light weight and power) on vastattu kahdella tavalla. Ensinnäkin suunnittelijat voivat aloittaa kovaan käyttöön tarkoitetuilla mikro- ja nano-d-liittimillä, ja räätälöidä niitä suunnittelun edetessä. Toinen tapa on käyttää malleja, jotka voidaan nopeasti sovittaa ja lähettää automatisoituun koneistukseen, jolloin ne rakennetaan sopivaan täysin uuteen sovellukseen.

Standardisuunnittelujen räätälöinnin lisäksi liitinten suunnittelijat tarjoavat nyt laajaa valikoimaa sekasignaalihybridiliittimiä. Usein niiden koko ja paino pienenevät merkittävästi, kun käytetään vain yhtä kaapelia ja liitin siirtää sekä sähkötehon että signaalin samassa järjestelmässä. Nämä uudet hybridiliittimet voidaan myös säätää vastaamaan erityisiä sovelluskohtaisia vaatimuksia. Uudet liitinnimitykset ovat vielä työn alla, mutta nimiksi näyttävät SWaP-R tai SWaP-C. Kirjaimet kuvaavat nopeutta, tehoa sekä luotettavuutta (R) tai kustannusta (C), mikä milloin katsotaan kriittisimmäksi.

Kun otetaan huomioon haasteet, miehittämättömiä aluksia tai lennokeita suunnittelevat kääntyvät yhä useammin Omnetics Connectorin kaltaisten yritysten puoleen valitessaan parhaita liittimiä. Yrityksellä on yli 25 vuoden kokemus suunnittelusta ja valmistuksesta painopisteen ollessa vahvasti Micro- ja Nano-kokoisten äärimmäisten luotettavien elektroniikan liittimien ja liitäntäjärjestelmien kehityksessä. Lisätietoja löytyy osoitteesta Omnetics.com.