CN114019631A - 一种小型机载飞行器体外通信混合线缆 - Google Patents

Abstract

一种涉及信息通讯技术领域的小型机载飞行器体外通信混合线缆，包含线缆本体，以及分别连接于线缆本体两端并相对于线缆本体进行90°夹角传输的两个接口；所述线缆本体包含柔性护套以及设于柔性护套内的光纤带和电缆组，所述光纤带包含用于传输数字信号的光纤收发通道，所述电缆组包含用于传输电能和大功率信号的电缆线；所述接口包含90°转向波导结构和90°转向插针，所述90°转向波导结构与相应的光纤带对应连接，90°转向插针与相应的电缆线对应连接；该通信混合线缆既能提高抗电磁干扰能力，又能实现高速、高容量传输，并且结构紧凑、体积小、柔韧性和可靠性高。

Description

一种小型机载飞行器体外通信混合线缆

技术领域

本发明涉及信息通讯技术领域，尤其是涉及一种小型机载飞行器体外通信混合线缆。

背景技术

随着武器装备及其作战对抗环境的日趋复杂，对抗手段越来越多，对机载武器的信号通信系统提出了更高要求，需要抗电磁干扰能力强、保密性好、传输速率高、传输容量大、体积小、可靠性高等属性；

体外总线电缆是用于小型机载飞行器前舱与后舱之间的信息交互，它越过动力系统壳体表面，将位于后端的执行机构与前端的飞行控制舱连接形成自动驾驶仪系统的纽带，由于小型机载飞行器气动特性和大气压差等因素的制约，体外总线电缆通道空间狭小，而且没有进行密封处理；而没有进行密封处理的保护外壳结构不能阻止复杂战场电磁能量的进入，狭小的空间也会造成对于电磁加固较难实现或实现成本过高的情况，因而高功率微波能量易耦合到体外总线电缆，不但对其传输的数字信息进行干扰，而且会对相应的数字电子器件造成损伤破坏。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种小型机载飞行器体外通信混合线缆，既能提高抗电磁干扰能力，又能实现高速、高容量传输，并且结构紧凑、体积小、柔韧性和可靠性高。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型机载飞行器体外通信混合线缆，包含线缆本体，以及分别连接于线缆本体两端并相对于线缆本体进行90°夹角传输的两个接口；所述线缆本体包含柔性护套以及设于柔性护套内的光纤带和电缆组，所述光纤带包含用于传输数字信号的光纤收发通道，所述电缆组包含用于传输电能和大功率信号的电缆线；所述接口包含90°转向波导结构和90°转向插针，所述90°转向波导结构与相应的光纤带对应连接，90°转向插针与相应的电缆线对应连接。

进一步，所述90°转向波导结构的包层、衬底和芯区之间的折射率为2.0％。

进一步，所述90°转向波导结构的单路波导由依次对应连接的锥形耦合区域、单模波导区域、扩展波导区域和多模波导区域组成。

进一步，所述锥形耦合区域采用非均匀光栅结构，所述非均匀光栅结构一端设为与光纤带对应连接的过渡光栅，另一端设为稳定光栅，所述稳定光栅的长度为过渡光栅的两倍，且稳定光栅的周期满足波导损耗和空间要求。

进一步，所述单模波导区域的截面尺寸为4μm×4μm。

进一步，所述多模波导区域的波导输出端面角度θ采用41°转角设计。

进一步，所述多模波导区域的波导宽度使其输出的光场为圆形光斑，且光斑大小满足小型机载飞行器前舱后舱体内对应的探测芯片光敏面的要求。

进一步，所述扩展波导区域的两端面尺寸根据对应的单模波导区域的截面尺寸，和多模波导区域的波导宽度确定，且扩展波导区域的长度满足波导损耗和空间要求。

进一步，所述光纤收发通道设为互为备份和验证的两组。

进一步，所述光纤带和电缆组并排设置，所述柔性护套对应呈扁平状。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明公开的小型机载飞行器体外通信混合线缆，将光缆和电缆混合应用，利用了电缆的大功率传输特性，以及光缆的大容量、高速率、小型化、高可靠性、抗电磁干扰能力强的优势，实现了复杂环境下的小型机载飞行器信息安全高效传输；同时，由于小型机载飞行器舱段对外接口只能沿着壳体径向朝外，能够利用90°转向波导结构和90°转向插针，使得接口能够相对于线缆本体直角传输，不仅方便连接，而且节省了空间；此外，通过对90°转向波导结构特别的优化设计，也能够大大减少与光纤带连接的耦合损耗。

附图说明

图1是本发明的实施结构示意图；

图2是所述线缆本体的截面结构示意图；

图3是所述接口的结构示意图；

图4是所述90°转向波导结构的连接结构示意图；

图5是所述90°转向波导结构内部单路波导组成示意图；

图6是所述非均匀光栅的结构示意图。

图中：1、接口；1-1、90°转向波导结构；1-1-1、锥形耦合区域；1-1-11、过渡光栅；1-1-12、稳定光栅；1-1-2、单模波导区域；1-1-3、扩展波导区域；1-1-4、多模波导区域；1-2、90°转向插针；2、线缆本体；2-1、光纤带；2-2、电缆组；2-3、柔性护套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行说明，在描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本发明的附图对应，为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位：

结合附图1-6所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，包含线缆本体2，以及分别连接于线缆本体2两端并相对于线缆本体2进行90°夹角传输的两个接口1，由于小型机载飞行器舱段对外接口只能沿着壳体径向朝外，为了方便连接，且节省空间，两端接口1的传输方向与线缆本体2的传输方向成90°，方便与小型机载飞行器舱段本体接口相连，两端的接口1及其与线缆本体2的结合处封装在同一金属壳体中，接口1通过金属壳体与小型机载飞行器舱段本体接口刚性固连；此外，两端接口1对于光信号的传输在位置上相对于线缆本体2互为镜像对称，分别承担收、发光信号的功能；线缆本体2包含柔性护套2-3以及设于柔性护套2-3内的光纤带2-1和电缆组2-2，通过柔性护套2-3来对混合线缆中的光纤进行物理保护；此外，光纤带2-1和电缆组2-2并排设置，柔性护套2-3对应呈扁平状，设计成扁平结构，能够适应小型机载飞行器的气动外形；

光纤带2-1包含用于传输数字信号的光纤收发通道，一组光纤收发通道由两根光纤组成，对数字信息进行高速传输；根据需要，光纤收发通道设为互为备份和验证的两组，也就是四根光纤，对同样的数字信息进行高速备份传输，能够保证数字信号传输的正确性；电缆组2-2包含用于传输电能和大功率信号的电缆线，具体能够设为两条电缆线，分别用于将小型机载飞行器前舱的电源信号传递到后舱，以及在小型机载飞行器前舱和后舱之间传输大功率开关信号；

接口1包含90°转向波导结构1-1和90°转向插针1-2，90°转向波导结构1-1与相应的光纤带2-1对应连接，90°转向插针1-2与相应的电缆线对应连接，从小型机载飞行器舱段本体传输过来的光信号依次经过90°转向波导结构1-1、延长出的光纤带2-1，再经过混合线缆本体2内部光纤，传输到线缆本体2另一端延伸出的光纤带2-1和另一端的90°转向波导结构1-1，向小型机载飞行器另一舱段本体传输，从而实现了小型机载飞行器两个舱段之间的光信号的传输，利用90°转向波导结构1-1实现了光信号的90°转向传输，避免了光纤物理上的弯曲，从而提高混合线缆的可靠性和寿命；此外，90°转向波导结构1-1的包层、衬底和芯区之间的折射率为2.0％，根据折射率差选择包层、衬底和芯区的折射率；

根据需要，90°转向波导结构1-1的单路波导由依次对应连接的锥形耦合区域1-1-1、单模波导区域1-1-2、扩展波导区域1-1-3和多模波导区域1-1-4组成，锥形耦合区域1-1-1用于和光纤带2-1的光纤进行耦合，多模波导区域1-1-4用于向外输出光场信号；

90°转向波导结构1-1中的和光纤带2-1进行耦合时，由于折射率差的设计，导致输入、输出和光纤模场失配，耦合损耗较大，为了减少两者间的耦合损耗，锥形耦合区域1-1-1采用非均匀光栅结构，非均匀光栅结构一端设为与光纤带对应连接的过渡光栅1-1-11，另一端设为稳定光栅1-1-12，稳定光栅1-1-12的长度为过渡光栅1-1-11的两倍，且稳定光栅1-1-12的光栅周期取值一方面应满足波导损耗要求，另一方面需满足90°转向波导结构1-1的空间要求，在本实施例中光栅周期设计为5μm；

为了既保证光场在90°转向波导结构1-1中的单模传输，又满足当前波导工艺加工的限制，单模波导区域1-1-2的截面尺寸为4μm×4μm；为了和光场进行最优的匹配，多模波导区域1-1-4的波导输出端面角度θ并不采用传统的45°设计，而是采用41°转角设计，模拟耦合效率能够达到93.54％；

多模波导区域1-1-4的波导宽度越大，能承载模式越多，波导损耗相对较小，多模波导区域1-1-4的波导宽度需使其输出的光场为圆形光斑，且光斑大小满足小型机载飞行器前舱后舱体内对应的探测芯片光敏面的要求(光敏面直径为60μm)，还需要兼顾扩展波导区域1-1-3的长度要求，本实施例选择多模波导区域1-1-4的波导宽度为19.5μm；

扩展波导区域1-1-3的两端面尺寸根据对应的单模波导区域1-1-2的截面尺寸，和多模波导区域1-1-4的波导宽度确定，因为在本实施例中单模波导区域1-1-2的截面和多模波导区域1-1-4的波导宽度分别为4μm和19.5μm，扩展波导区域1-1-3的长度设计为80μm，一方面可满足波导损耗要求，另一方面也满足90°转向波导结构1-1的空间要求；

本发明未详述部分为现有技术，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将上述实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求内容。

Claims (10)

1.一种小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：包含线缆本体(2)，以及分别连接于线缆本体(2)两端并相对于线缆本体(2)进行90°夹角传输的两个接口(1)；所述线缆本体(2)包含柔性护套(2-3)以及设于柔性护套(2-3)内的光纤带(2-1)和电缆组(2-2)，所述光纤带(2-1)包含用于传输数字信号的光纤收发通道，所述电缆组(2-2)包含用于传输电能和大功率信号的电缆线；所述接口(1)包含90°转向波导结构(1-1)和90°转向插针(1-2)，所述90°转向波导结构(1-1)与相应的光纤带(2-1)对应连接，90°转向插针(1-2)与相应的电缆线对应连接。

2.根据权利要求1所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述90°转向波导结构(1-1)的包层、衬底和芯区之间的折射率为2.0％。

3.根据权利要求1所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述90°转向波导结构(1-1)的单路波导由依次对应连接的锥形耦合区域(1-1-1)、单模波导区域(1-1-2)、扩展波导区域(1-1-3)和多模波导区域(1-1-4)组成。

4.根据权利要求3所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述锥形耦合区域(1-1-1)采用非均匀光栅结构，所述非均匀光栅结构一端设为与光纤带对应连接的过渡光栅(1-1-11)，另一端设为稳定光栅(1-1-12)，所述稳定光栅(1-1-12)的长度为过渡光栅(1-1-11)的两倍，且稳定光栅(1-1-12)的周期满足波导损耗和空间要求。

5.根据权利要求3所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述单模波导区域(1-1-2)的截面尺寸为4μm×4μm。

6.根据权利要求3所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述多模波导区域(1-1-4)的波导输出端面角度θ采用41°转角设计。

7.根据权利要求3所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述多模波导区域(1-1-4)的波导宽度使其输出的光场为圆形光斑，且光斑大小满足小型机载飞行器前舱后舱体内对应的探测芯片光敏面的要求。

8.根据权利要求3所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述扩展波导区域(1-1-3)的两端面尺寸根据对应的单模波导区域(1-1-2)的截面尺寸，和多模波导区域(1-1-4)的波导宽度确定，且扩展波导区域(1-1-3)的长度满足波导损耗和空间要求。

9.根据权利要求1所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述光纤收发通道设为互为备份和验证的两组。

10.根据权利要求1所述的小型机载飞行器体外通信混合线缆，其特征是：所述光纤带(2-1)和电缆组(2-2)并排设置，所述柔性护套(2-3)对应呈扁平状。

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