作者：Kenton Williston

投稿人：DigiKey 北美編輯

2025-01-02

國防和航空航天應用系統的設計人員面臨著日益嚴格的尺寸、重量、功耗和成本 (SWaP-C) 優化要求。隨著他們的設計變得更加復雜和緊湊，他們必須在這些要求與高性能和可靠性之間取得平衡。傳統連接器常常難以滿足這些相互沖突的需求，這給設計人員帶來了挑戰，他們需要尋找替代方案來滿足系統設計和性能要求。

本文探討了專門為 SWaP-C 設計的先進連接器技術如何滿足國防和航空航天應用的獨特需求。然后介紹了Harwin的[高可靠性解決方案]，并展示了它們如何應用于各種國防和航空航天場景，以實現可靠的 SWaP-C 性能。

推動連接器小型化的因素

從潛艇潛望鏡系統升級到多光譜成像，再到攜帶不斷擴大的傳感器陣列的無人機 (UAV)，有限空間內對復雜電子設備的要求逐年變得更加復雜。最小化組件尺寸允許使用額外的傳感器和其他功能來增強系統功能并改善空氣動力學性能。

連接器傳統上屬于體積較大的組件，對于成功實現小型化至關重要。減小連接器尺寸需要縮小接觸間距并減輕重量，同時保持耐用性并確保在極端條件下保持一致的電氣性能。

Harwin 通過專為 SWaP-C 優化而設計的全面連接器系列來應對這些挑戰。他們的方法以三個關鍵設計原則為中心：

1. 將節距尺寸縮小至小至 1.25 毫米 (mm)，同時保持高載流能力
2. 使用多指鈹銅觸點確保極端條件下的信號完整性
3. 采用高溫熱塑性外殼并選擇性地使用輕質金屬以提高耐用性

這種設計理念延伸到他們的高可靠性產品系列，從高密度信號連接器到混合技術和高功率解決方案。

連接器減重對移動性和效率的影響

減輕重量對于 SWaP-C 優化至關重要，特別是對于機載和移動應用。更輕的組件可以提高飛行時間和機動性，同時可以攜帶更多設備。

通過戰略性的材料選擇，現代微小型連接器與傳統工業連接器相比可以顯著減輕重量。例如，玻璃填充的高溫熱塑性塑料可用于主外殼。同時，設計人員可以僅在需要金屬來實現電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 防護以及機械耐用性的情況下選擇性地采用輕質鋁合金。

即使在傳統設計嚴重依賴金屬元件的高電流應用中，這些材料組合也可以保持強大的電氣和機械性能，同時最大限度地減少連接器質量。

在不犧牲可靠性的情況下管理連接器成本

在 SWaP-C 設計中，平衡降低成本和高可靠性對于任務關鍵型系統的設計人員來說是一個持續的挑戰。對于連接器來說，這意味著選擇能夠以最低成本確保長期耐用性的設計和材料。

管理成本的一個關鍵策略是關注總擁有成本，而不僅僅是前期組件價格。雖然高可靠性連接器的初始成本可能較高，但其延長的使用壽命和減少的維護要求可以帶來顯著的長期節省。這對于連接器必須承受極端條件（包括高振動、溫度波動和重復插拔周期）的應用尤其有價值。

此外，標準化和模塊化連接器設計可以通過更輕松的集成和更換來降低生產和維護成本。符合通用行業標準的連接器可實現互換性并簡化庫存管理，從而降低產品生命周期的費用。

平衡功率輸出與尺寸

連接器在電源管理中也發揮著至關重要的作用。挑戰在于開發能夠處理大量功率負載的連接器，同時保持緊湊的外形尺寸并確保最小的功率損耗。高可靠性連接器必須支持高效的電力傳輸、最大限度地減少熱量產生并防止電弧，同時滿足現代系統設計的空間和重量限制。

實現效率和可靠性需要提供低電阻的材料和觸點設計。連接器具有堅固的觸點電鍍、先進的絕緣和優化的觸點幾何形狀，即使在極端的操作條件下也能提供穩定的電力。

一個關鍵的考慮因素是將信號和電源連接結合在一個緊湊的連接器中。雖然集成信號和電源線減少了連接器的整體占地面積并釋放了寶貴的空間，但它也給管理電源和信號路徑之間的潛在干擾帶來了挑戰。

應用示例：噴氣式戰斗機駕駛艙

檢查典型用例有助于說明這些設計原則如何在實踐中發揮作用。例如，噴氣式戰斗機中的照明控制單元 (LCU) 需要可靠的連接器來管理不同飛行條件和任務的照明。這些系統控制駕駛艙、外部、夜視和應急照明，這些系統需要能夠在緊湊的環境中提供可變照明強度的組件。 LCU 的空間有限，需要能夠在不影響性能的情況下有效集成的薄型組件。

[Harwin 的Gecko SL]連接器節距為 1.25 mm，提供緊湊、輕便的解決方案，比 Micro-D 連接器輕 75%，小 45%。這使得它們特別適合 LCU 等密集環境。 Gecko SL 系列的主要特性包括：

• 每個觸點隔離電流為 2.8 安培 (A)，所有觸點同時電流為 2.0 A
• 四指鈹銅觸點設計，可靠性高
• 由玻璃填充熱塑性塑料 UL94V-0（不含鹵素和紅磷）制成的模制品

[G125-MC10605M1-0150L]型號具有六位插頭，端接于單獨的導線（圖 1）。還有多種其他組裝方式可供選擇，以及可提供增強的電氣連續性、電纜保護和有效 EMI/RFI 屏蔽的輕質鋁制罩。

圖 1：Gecko SL 連接器有助于空間受限的環境，例如噴氣式飛機駕駛艙。 G125-MC10605M1-0150L 型號具有六位插頭，端接于單獨的導線。 （圖片來源：哈爾文）

除了尺寸緊湊之外，Gecko SL 連接器還非常堅固耐用。它們可承受 6 毫秒 (ms) 的 100 g沖擊和 6 ??小時 20 g 的振動，非常適合航空航天環境。這些連接器的耐用等級為 1000 次插拔，可通過重復連接和斷開確保可靠性，這是維護密集型應用中的常見要求。

應用示例：混合信號無人機連接器

另一個例子，在國防環境中運行的無人機需要堅固且緊湊的連接器，以在惡劣條件下保持功能。這些車輛會經歷嚴重的振動和沖擊，因此信號完整性對其車載系統至關重要。

[Harwin 的Datamate Mix-Tek]連接器通過將電源和信號線集成在一個緊湊的封裝中來解決這些挑戰。這種節省空間的設計具有 2 毫米間距，可在印刷電路板 (PC 板) 上留出足夠的空間安裝其他組件，最終增強無人機的功能和性能。這些連接器通過信號觸點 6 毫歐 (mΩ) 和電源觸點 25 mΩ 的低接觸電阻值最大限度地減少功率和信號損失。它們的額定插拔次數為 500 次，可確保在需要頻繁維護和重新連接的應用中的耐用性。

[M80-5T10805M1-02-331-00-000]就是一個例子，它結合了兩個每個可處理 20 A 電流的電源觸點和八個每個可處理 3 A 電流的信號觸點（圖 2）。此配置支持關鍵系統的電源要求以及大多數無人機應用中控制和通信的數據需求。

圖 2：M80-5T10805M1-02-331-00-000 連接器將兩個電源觸點和八個信號觸點（間距為 2 mm）組合到一個外殼中，適用于無人機等空間受限的應用。 （圖片來源：哈爾文）

應用實例：大功率無人機電池

以國防為重點的無人機通常需要大量電力，由提供數十至數百千瓦的電池系統運行。將這些電池連接到電機等關鍵部件的連接器必須可靠地處理高電流，同時最大限度地減少功率損耗。

Harwin 的[Kona]高可靠性連接器通過每個觸點處理 60 A 電流和 3000 V 電壓來滿足這些要求。其 8.50 毫米間距可支持巨大的功率負載，同時保持國防級的穩健性。 2 mΩ 的接觸電阻可確保最小的功率損耗。

[KA1-MV10205M1]（圖 3）就是一個很好的例子，它具有兩個公接觸針，最大組合電流容量為 120 A。該連接器非常適合需要強大電力傳輸同時滿足 SWaP-C 要求的無人機電池連接。

圖 3：KA1-MV10205M1 連接器的每個觸點額定電流為 60 A，額定電壓為 3000 V，并采用六指觸點設計，可在高沖擊條件下保持穩定性。 （圖片來源：哈爾文）

Kona 連接器采用鍍金鈹銅觸點，采用六指觸點設計，可在高沖擊條件下實現穩定連接，間距為 8.5 毫米。鋁合金后殼和不銹鋼螺絲鎖提供輕巧耐用的設計。

結論

選擇合適的連接器對于平衡 SWaP-C 優化的不同要求至關重要。 Harwin 的先進連接器解決方案表明，將緊湊性、輕量化設計、功效和耐用性結合在一起是可能的，使設計人員能夠滿足航空航天和國防應用的復雜需求。

審核編輯 黃宇