CN117022659B - 一种应用于光电吊舱的刚柔结合板 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于光电吊舱的刚柔结合板，所述的刚柔结合板由柔性材料制成的柔板与刚性材料制成的刚板复合构成，针对光电吊舱的电气设计，舍弃以往电路板多为主要MCU和外围芯片的连接载体，增强光电平台的布线稳定性，通过用刚柔结合板的设计来替代人工布线，从而减少布线压力，提升工作效率的同时增强设备的稳定性。

Description

一种应用于光电吊舱的刚柔结合板

技术领域

本发明属于机载光电吊舱技术领域，具体地，涉及一种应用于光电吊舱的刚柔结合板。

背景技术

刚柔结合板是一种结合刚性材料和柔性电路板（FPC）的复合板材。它将刚性基底材料和柔性电路板相结合，以在电子设备和系统中实现刚度和柔度的平衡。

刚性材料通常是具有良好机械强度和刚性的材料，如玻璃纤维增强基板（FR-4）等。它提供了刚性和稳定性，可以提供良好的支撑和结构强度。柔性电路板通常是由薄膜基材和铜导线形成的，具有弯曲、折叠和扭曲等柔性特性。柔性电路板可以在各种空间限制和弯曲曲率下工作，适应复杂的三维结构。

刚柔结合板通过将刚性材料与柔性电路板相结合，充分利用了两者的优势。刚性材料提供了稳定性和支撑性，使得整体结构能够保持稳定，避免因机械应力而导致的变形和破坏。柔性电路板提供了电路布线的灵活性和可靠性，可以适应复杂的空间限制，并且具有良好的电气性能。

近几年，我国无人机吊舱行业飞速发展，很多优良技术也在应用于光电设备当中，同时随着柔性电路板（以下称“FPC”）的加工技术逐渐成熟，成本控制也逐步适应市场环境，部分优质的光电载荷已经开始设计柔性电路来增强设备稳定性，柔性电路也不再只局限于笔记本电脑、家用液晶显示器等民用产业，更多的工业级产业也在接触尝试引进FPC技术。

发明内容

本发明利用FPC灵活、稳定、节省空间等优势，提出了一种应用于光电吊舱的刚柔结合板，将其利用于光电设备当中，从而实现提高产品的生产加工效率，较少部分人工布线压力的同时增强设备稳定性。光电吊舱内部多为连接器接口的互联，为实现在FPC上进行较为稳定的连接器互联，本发明采用刚柔结合板的形式来确保设备的稳定性。

本发明通过以下技术方案实现：

一种光电吊舱：所述光电吊舱包括舱上系统和舱内系统；

所述舱上系统和舱内系统通过导电环连接，

所述舱上系统包括电源管理模块和信息处理模块；

所述舱内系统包括两个气密模块1、2和多种载荷模块；

所述舱上系统通过航插将整体光电吊舱连接到外部设备上，外部设备对整体光电吊舱供电，舱上系统中的电源管理模块通过滤波电压转换，将电能传输给信息处理模块和导电环，导电环将电能传输至气密模块1，气密模块1对舱内系统的其他模块供电。

进一步的，所述舱内系统的多种载荷模块与气密模块2进行差分链接，气密模块2与导电环进行差分链接；导电环与信息处理模块进行差分链接；

所述舱上系统的信息处理模块包括通讯模块、视频信息处理模块和多个其他模块；

在信息处理模块中，通讯模块于其余模块进行差分链接，再通过航插与外部设备进行差分链接以实现对外通讯，视频信息处理模块通过航插对外部设备输出视频信号。

一种应用于权利要求2所述光电吊舱的刚柔结合板：

当光电吊舱的直径尺寸小于300mm且中电流小于1A时，能够使用刚柔结合板进行连接；

在光电吊舱中，可见光载荷、非制冷红外以及不进行测照的激光器的电源可以采用刚柔结合板。

进一步的，在所述舱上系统中，电源管理模块和信息处理模块使用刚性板，信息处理模块通过软板与刚板导电环相连接，并通过软板对外部设备输出视频信号及对外通讯；

且对外通讯和传输视频信号的刚柔板采用等长等距的差分线。

进一步的，在所述舱内系统中，多种载荷模块使用刚性板；

在多种载荷模块之间采用柔性板实现电连接，使得载荷模块能够在需要时进行弯曲及位移，

舱内信号为通讯差分信号，差分阻抗要求参考100Ω。

本发明有益效果

本发明在充分利用柔性电路板（FPC）的灵活性和稳定性，同时结合刚性材料的支撑性能，以提高光电吊舱设备的稳定性和生产加工效率。

在光电吊舱内部，连接器接口的互联是一个重要的问题。为了确保在FPC上实现稳定的连接器互联，引入刚柔结合板。这种结合板将刚性材料与柔性电路板相结合，以增强连接器的支撑性能。刚性材料可以提供连接器接口的稳定性和可靠性，同时柔性电路板可以适应吊舱空间的限制并具有一定的弯曲性能。

通过刚柔结合板的设计，可以有效减少人工布线的工作量，节省空间并提高生产效率。刚柔结合板可以事先进行设计和加工，包括预置连接器接口的位置和结构，以及FPC的布线通道。这样，在生产过程中，只需要将预制的刚柔结合板安装到光电吊舱内部，然后通过插拔连接器与FPC进行稳定的连接，避免了传统的现场手工布线过程。

本发明刚柔结合板的应用可以带来多重好处。首先，它提供了光电吊舱内部连接器的稳定性和可靠性，减少了连接失效或断开的风险，增强了设备的稳定性。其次，刚柔结合板的设计可以根据吊舱空间的限制进行优化，使得布线更加紧凑，提高了空间利用效率。此外，预制的刚柔结合板还可以减少生产过程中的人工操作，提高了生产效率和一致性。

刚柔结合板的主要特点是结合了刚性和柔性元素，可以提供一定程度的挠性和吸收冲击，同时保持足够的刚性来支撑携带的设备。在光电吊舱中，刚柔结合板可以用于以下方面：

振动抑制：光电吊舱通常安装在飞机、直升机或其他载具上，这些载具可能会经历振动和冲击。刚柔结合板可以减轻这些振动，有助于维持设备的稳定性和精确性。

调整姿态：刚柔结合板可以用来调整光电吊舱的姿态，以确保传感器或相机能够准确对准目标。通过弯曲或扭曲刚柔结合板的柔性部分，可以实现精确的姿态控制。

冲击吸收：在飞行过程中，光电吊舱可能会受到外部冲击或冲击。刚柔结合板可以在一定程度上吸收这些冲击，以保护内部设备免受损坏。

隔离振动：刚柔结合板可以用于隔离光学设备，使其免受载具的振动和震动的影响，从而提高传感器的性能。

刚柔结合板可以在光电吊舱内应用，以提供更好的稳定性、精度和保护；刚柔结合板的应用于光电吊舱可以实现电路互联的稳定性和空间优化，从而增强设备的稳定性和生产加工效率。这种设计思路充分利用了柔性电路板的优势，并通过刚性材料的结合提供了更坚固的支撑和连接性能。随着该技术的进一步发展，光电吊舱的性能和可靠性将会得到进一步提升。

附图说明

图1是光电吊舱电气交联图；

图2是舱上刚柔结合板的一种实施例设计图；其中（1）为刚柔结合板成品念图，（2）为AD23绘图线路图，（3）为刚柔结合板折叠示意图，

图3是舱内刚柔结合板的一种实施例设计图；其中（1）为刚柔结合板成品念图，（2）为AD23绘图线路图，（3）为刚柔结合板折叠示意图，（4）为J30J自锁连接器接口，

图4是一种大尺寸刚柔结合板分板实施例的设计图；其中（1）为刚柔结合板拆板概念图，（2）为拆板接口，

图5是高速电路刚柔电路板实施例的设计图；

图6是四层和六层刚柔结合板叠层示意图。

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实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1和图6；

一种光电吊舱，所述光电吊舱包括舱上系统和舱内系统；

所述舱上系统和舱内系统通过导电环连接，

所述舱上系统包括电源管理模块和信息处理模块；

所述舱内系统包括两个气密模块1、2和多种载荷模块；

所述舱上系统通过航插将整体光电吊舱连接到外部设备上，外部设备对整体光电吊舱供电，舱上系统中的电源管理模块通过滤波电压转换，将电能传输给信息处理模块和导电环，导电环将电能传输至气密模块1，气密模块1对舱内系统的其他模块供电。

所述舱内系统的多种载荷模块与气密模块2进行差分链接，气密模块2与导电环进行差分链接；导电环与信息处理模块进行差分链接；

所述多种载荷模块包括但不限于：科学实验载荷、通信和数据传输设备、导航和位置服务载荷、遥控和遥测设备、观测设备以及资源勘探设备等。

科学实验载荷：这些载荷模块包括各种科学仪器，用于执行太空中的科学实验，例如遥感、地球观测、空间物理、天文学等领域的研究。

通信和数据传输设备：卫星通常携带通信载荷，用于进行数据传输、卫星通信、广播或互联网连接。

导航和位置服务载荷：卫星和航天器中的载荷模块可以包括用于全球定位系统（GPS）或其他导航系统的设备。

遥控和遥测设备：这些设备用于遥控和监测卫星或航天器的运行状态和性能。

观测设备：太空望远镜和其他天文观测设备通常搭载在航天器上，以便在太空中观测宇宙中的天体。

资源勘探设备：载荷模块可以用于勘探行星、卫星或小行星的资源，例如矿产、水资源等。

所述舱上系统的信息处理模块包括通讯模块、视频信息处理模块、存储模块、图像处理模块、音频处理模块和多个其他模块；

在信息处理模块中，通讯模块于其余模块进行差分链接，再通过航插与外部设备进行差分链接以实现对外通讯，视频信息处理模块通过航插对外部设备输出视频信号。

一种光电吊舱的刚柔结合板：

电源信号主要特性在于大电流传输，大功耗发热，由于刚柔结合板中柔性部分的过流能力的局限性，所以依据舱内负载功耗来计算取舍，行业中较为成熟的柔性层能做到铜厚1oz，1oz铜厚FPC走线宽度2mm能过1A电流，因此在对外供电到电源管理模块部分走柔性电路会有线宽不够影响正常工作的问题，弯折角度过大影响局部散热的情况，在舱上电源管理部分主要是为整个平台进行供电，功耗需求量大，不做刚柔结合板设计，以正常走线为主，

考虑柔性电路板的弯折和恶劣环境下的工作情况，当光电吊舱的直径尺寸小于300mm且中电流小于1A时，能够使用刚柔结合板进行连接；

在光电吊舱中，可见光载荷、非制冷红外以及不进行测照的激光器的电源可以采用刚柔结合板替代人工布线设计，制冷红外、测照机电源设计采用人工布线设计，尺寸大于300mm的平台，空间较大可以考虑大电流走线，但是从备料成本考虑，电流大于4A的载荷电源不采用刚柔结合替代方案。

在所述舱上系统中，电源管理模块和信息处理模块使用刚性板，以得到更高的机械强度和稳定性，信息处理模块通过软板与刚板导电环相连接，并通过软板对外部设备输出视频信号及对外通讯；

通讯信号在正常布线过程中为了较少干扰差分信号多为双绞线加屏蔽处理，在刚柔结合板设计中采用等长、等距的差分线形式进行设计。

在所述舱内系统中，因载流不高多种载荷模块使用刚性板；

在多种载荷模块之间采用柔性板实现电连接，使得载荷模块能够在需要时进行弯曲及位移，舱内信号为通讯差分信号，差分阻抗要求参考100Ω，特殊的高速差分信号，例如视频信号，需要参考接口芯片进行阻抗匹配。单端信号可参考单端阻抗50Ω进行匹配，注意匹配值要和制版单位进行提前沟通，由于每家生产工艺和材质不同，相同阻抗下的差分线对的线宽和间距有一定差异，需要制版单位进行匹配后更改设计图纸。

对于高速视频信号，采用差分线对匹配定制阻抗的同时，需要考虑地层铺铜设计，来保证柔性电路的高速信号的稳定传输。

综上所诉，除了电源信号需要选择替代方案，所有线缆都可以用刚柔结合板进行替代，电源信号需要考虑过电流能力替代。

实施例中基于AD23软件为设计工具进行的电路板设计，主要实现舱上的信息互传，所有的差分信号走线要求差分线对，在配图中刚性部分为绿色，配有定位孔可以同配套模块的转接件安装，板上留有过孔，接线方式采用就近焊接的方式，配图中柔性部分为褐色，可以实现部分弯折。

舱内走线主要是从气密侧为源头扩展到舱内的各个载荷模块，同舱上不同，舱内可选用印刷板连接器来实现电源和通讯的交互公联，可选的连接器为“J30J系列绞线插针微距形电连接器”， 具有配套的气密连接器插座，可以同气密接口实现直接交联，在没有印刷版连接器部分采用过孔焊盘焊接的方式进行走线对接，在柔性部分需要预留安装孔位，用于柔性电路的固定。

在设计投产之初要考虑材质尺寸大小的性价比，以及厂家的最大加工尺寸，通常低成本尺寸为100mm×50mm、200mm×100mm以内，中等成本为500mm×250mm，再大尺寸需要定制加工，性价比不高，对于大尺寸设计图纸需要考虑拆图设计，拼接处采用刚性结构，连接方式采用线路焊接。

如图6，关于刚柔结合板的层叠管理优选四层电路板，顶层和底层为刚性层，中间两层为柔性层。

非必要选用六层电路板，顶层和底层为刚性层，中间四层为柔性层。

以上对本发明所提出的一种应用于光电吊舱的刚柔结合板，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种光电吊舱，其特征在于：

所述光电吊舱包括舱上系统和舱内系统；

所述舱上系统和舱内系统通过导电环连接，

所述舱上系统包括电源管理模块和信息处理模块；

所述舱内系统包括两个气密模块1、2和多种载荷模块；

所述舱上系统通过航插将整体光电吊舱连接到外部设备上，外部设备对整体光电吊舱供电，舱上系统中的电源管理模块通过滤波电压转换，将电能传输给信息处理模块和导电环，导电环将电能传输至气密模块1，气密模块1对舱内系统的其他模块供电；

所述舱内系统的多种载荷模块与气密模块2进行差分链接，气密模块2与导电环进行差分链接；导电环与信息处理模块进行差分链接；

所述舱上系统的信息处理模块包括通讯模块、视频信息处理模块和多个其他模块；

在信息处理模块中，通讯模块于其余模块进行差分链接，再通过航插与外部设备进行差分链接以实现对外通讯，视频信息处理模块通过航插对外部设备输出视频信号；

当光电吊舱的直径尺寸小于300mm且中电流小于1A时，能够使用刚柔结合板进行连接；

在光电吊舱中，可见光载荷、非制冷红外以及不进行测照的激光器的电源可以采用刚柔结合板；

在所述舱上系统中，电源管理模块和信息处理模块使用刚性板，信息处理模块通过软板与刚板导电环相连接，并通过软板对外部设备输出视频信号及对外通讯；

且对外通讯和传输视频信号的刚柔板采用等长等距的差分线；

在所述舱内系统中，多种载荷模块使用刚性板；

在多种载荷模块之间采用柔性板实现电连接，使得载荷模块能够在需要时进行弯曲及位移，

舱内信号为通讯差分信号，差分阻抗要求参考100Ω。