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综述微电子技术的实际应用对航空系统的重要性

2020-01-06 436 上传者：管理员

摘要：微电子技术随着我国航天事业的飞速发展不断进行改革和创新。现如今，微电子技术被广泛应用，深入到了我国各行各业的科技工程中，尤其是航空航天领域。微电子技术的应用，一方面完善了航空系统，另一方面推动着其不断朝着模块化、综合化的方向发展。本文首先阐述了微电子技术的基本概念，其次通过分析航空系统中微电子技术应用的现状，不断探讨相关微电子技术的发展前景，从而提出了航空电子系统的未来发展趋势，旨在促进航空航天的发展。

关键词：
微电子技术
技术创新
科技工程
航空系统
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就目前来说，航空微电子技术的应用促进我国航空系统朝着整体性进步的同时，也推进其向着技术性、经济性方向发展。因此，我们要认识到微电子技术在航空系统中的应用重要性，并深入分析和探讨如何更好的将微电子技术，希望实现其在航空系统中的快速发展。

1、微电子技术基础概念分析

1.1 基础概念

微电子技术作为建立在复杂集成电路半导体机件上的精密高端科技技术，不仅有着体积小、重量轻的优势，还具备其它电子设备无法比拟的高可靠性和高速度性。就目前来说，微电子技术的应用范围十分广大，上到航空航天事业，下到商业及各个工业领域上，同时对全球信息时代起到了巨大的影响。微电子技术一般也能作为各类半导体微产品的统称，也是电子集成电力的重要窄体。因此，微电子技术能深入到各个领域的网络信息系统中，并促进着其高效发展。但现如今，微电子技术的创新是目前信息化时代下的重点和难点，因此，我们既要正视起微电子技术的重要作用，又要不断对其进行学习和创新，从而为我国的高新技术领域、航空领域、科学发展提供强大的技术支撑。

1.2 微电子技术在航空系统发展中的重要内涵

我国航空领域的发展带动着航空系统的完善，在对航空系统发展道路进行分析时，我们可以看到微电子技术在其中起到的巨大作用。微电子技术在航空领域中的深入应用，在体现了我国航空技术水平的同时，也能侧面表现出我国强大的国家科技与国防实力。另一方面，在微电子技术应用于航空系统发展过程中时，也在证明我国微电子基础理论与技术应用能合理、有效的融合在一起。微电子技术航空系统发展中扮演着重要角色，往往也体现在航空微电子技术产品的创新上，无论在哪方面，微电子技术都是航空系统发展必不可缺的关键^[1-2]。

2、航空电子系统的发展现状

航空电子系统主要有导航系统、通信系统以及电子显示管理等多个系统构成的系统综合，微电子技术的发展促进者航空电子系统性能和功能的强大发展，给其全新改革和创新带来了技术生机。航空电子系统一般以通讯导航、电子战等传统物理特性来划分结构体系，微电子技术在航空领域中的出现，使其结构体系改为以主要逻辑功能来划分结构体系，这在一定程度上表示着航空电子系统质的改变。具体基于军用飞机上来探讨航空电子系统的发展情况：

2.1 离散式的电子结构

起初，在20世纪50年代前，当时的军用飞机电子系统表现为离散式结构阶段，其测量设备仍以传统火控雷达和光学瞄准为主。军用飞机上虽然具备了显示器、传感器、计算机和控制器，但这些子系统都是独立存在的，中心计算机系统并不对其进行控制。这种离散式的电子结构专用性强，但灵活性和信息交流功能较差，因此要想调整就要改革内部硬件系统。

2.2 集中式的电子结构

到了20世纪50-70年代期间，我国航空电子系统发展迅速，以往难以解决的问题有了处理的希望。分析国外发展路程，美国空军实验室向世界介绍一种新型高科技技术——数字化航空电子信息系统，并提出使用微星科技（MSI）和LSL就能实现航空电子系统综合化发展。但是，由于当时航空电子子系统普遍为模拟式状态，所以导致综合化性能效果不佳^[3]。

2.3 联合式的电子结构

到了70年代后，联合式的微电子结构在计算机技术、软件技术和数字通讯的科技背景下得到迅速发展，并将规格为“1553B”的数据总线与火控计算机结合，实现统一管理飞机上各类子系统。联合式电子结构的应用，不仅完善了以往结构功能的缺陷，也更好的做到了各个功能的统一融合。

3、航空电子系统下微电子技术的发展情况

3.1 超高速集成电路（VHSIC）

超高速集成电路（VHSIC）是美国国防部在1980年启动的发展集成电路工业的一个计划，也是组成航空电子设备的关键元件。传统三代、四代战用飞机采取硅超高速集成电路作为航空电子设备结构构成，主要应用于电子对抗系统、火控系统和雷达监测系统中。此外，超高速集成电路实现了微型机载电子设备，例如在“F-111”等飞机的电子对抗吊舱中，通过应用超高速集成电路，并采取8种线宽为1μm的芯片后，集成电路总数降到了1872个，体积减小了10倍，经测评平均无故障时间提高了60多倍，且数据储存能力增加，数据处理、信号处理速度增快，体积却仍在逐渐减小。虽然超高速集成电路能较大的提高航空电子设备性能，但要想得到质的飞跃，就必须采用电子迁移率高于硅材料8倍的砷化镓材料，且它还具有功耗低、工作范围广、抗辐射性强等优势。因此，砷化镓材料制成的集成电路自然要比硅芯片速度高出好几倍^[4]。

3.2 专用集成电路

专用集成电路具体指为特定电子系统和特殊要求制定的集成电路，在航空电子设备或系统上应用该电路，不仅能大大减小设备重要和体积，还能有效提高电子系统可靠性，并增强设备安全性和保密性，因此之后被广泛应用到航空电子系统中。如，美国第四代航空电子系统的微电子电路，专用集成电路就占整个电子系统的80%左右，由此可见，专用集成电路已经成为机载设备、通讯保密设备等电子设备的关键微电子元件。但它也具备一定的缺陷，例如制造价格过高，这也影响着航空电子系统专用集成电路的大量应用。

3.3 微电子新技术的发展

发展到20世纪90年代后，在微电子技术领域提出了SOC概念，即荷电状态。概念的提出和应用将各个层次的电路、芯片结构、电子软件、器件设计和处理机制等统一结合在一起，集成一个芯片实现了之前多个芯片难以实现的功能。此外，SOC技术考虑到专用集成电路制造价格高的特点，在其中减少了电路构成复杂元件，降低了造价成本。微电子技术的充分应用，使得微电子机械系统随之出现，主要体现为：微电子技术与设备机械组合成一体，有着能感知自然信号，例如光、声、热等自然信号，在对其加工后转为电子信号，电子系统接受转化后的电子信号，即能完成相关指令。此外，微机电子技术的广泛应用，使得微电子技术有了更广阔的发展前景及领域，各行各业通过应用该技术，不仅价格低了微电子系统制作成本，还能高效完成之前大体积机电设备才能完成的工作。

4、基于微电子技术的发展状况分析航空电子系统发展趋势

4.1 新型微电子元器件推动着航空电子设备的发展

新型微电子技术的应用，使得航空系统发展趋势越加快速，不仅提高了设备运行性能，也提高着航空设备、现代化飞行武器的工作效率和威力。随着微电子技术不间断性的阶段发展，包括毫米波集成芯片、砷化镓微波等具备的速度快、可靠性高、体积小、功能全受到了国防军方的重视。现如今，各类新型微电子元器件在现代化战斗机雷达勘测、武器使用、电子对抗、通讯、控制设备等方面起着非常重要的作用。本文就具体分析雷达设备来说，微电子技术的应用，使我国的机载雷达性能比60年代同类设备提高了60多倍，但功耗、重量体积却大大降低，达到不到原来的10％。由此可知，微电子技术在一定程度上推动着航空电子设备的高效发展。

4.2 推动着航空微处理器的发展

微电子技术同样也推进着航空微处理器的飞速发展。现代化的航空微处理设备性能有了较大进步，任务计算机能在处理器中充分发挥自身性能，并在完成所有攻击方式和武器设备下实现火控结算任务，将解算数据送至显示控制分系统以及显示器上。此外，微处理器还能将武器控制信号发送给外挂管理系统，以此指挥和保障飞行员武器瞄射和投放任务。随着我国航空电子系统中微处理器的飞速发展及深入应用，其性能也在不断增强，因此实现任务计算机模块的设备创新，并最终形成核心处理技术，进一步实现着航空电子系统的智能化。

4.3 推动航空电子实现综合化、模块化

SOC概念的提出，使得微电子技术完成了集成化系统的发展。从整体与联系上分析，通过考虑系统功能组成、结构变化等相关因素，航空微电子技术正逐渐推动着航空电子朝着综合化发展。组成、功能、结构的变化，发现微电子逐渐推动着航空电子朝着综合化发展。从系统方面分析，也要保持航空电子系统整体与部分之间相互制约的关系，以及整体与环境相融合的特征，从而实现航空电子系统朝着模块化发展，最终达到航空电子系统综合最优化的发展目标^[5-6]。

5、结论

总而言之，在航空系统中微电子技术的应用这个领域上，我们要持续、深入进行研究，同时在微电子技术继续创新上还有较长的创新和发展路程。这就要求不仅需要相关技术人员深入理论分析，并在其中得到突破和提高，也要通过一次次实践，将微电子技术真正应用于航空系统中，做到明确其内涵，并最终推进微电子技术从多方面上促进航空电子系统的发展。

参考文献：

[1]顾晓清.微电子技术在航空系统中的发展[J].电子制作,2016(10):44.

[2]姜振灏.微电子技术在航空系统中的发展[J].科技视界,2015(13):94+87.

[3]张泽娥.电子技术中测控技术应用分析[J].电子元器件与信息技术,2017,1(03):44-46.

[4]周代忠,张安,史志富.微电子技术在航空电子系统中的应用[J].电光与控制,2005(04):40-43.

[5]田泽.航空微电子技术及产业分析[N].中国航空报.201111-08(011).

[6]江帆.中国航天微电子产业评价研究[D].武汉.华中科技大学,2004.

黄瑞.航空系统中微电子技术的应用[J].电子元器件与信息技术,2019,(1):100-102.