×
لكي تعمل مكبرات الصوت للترددات الراديوية بشكل صحيح مع أنظمة التشويش، يجب أن تتطابق مع الترددات التشغيلية المناسبة حتى لا نهدر الطاقة أو نُحدث تشويشًا غير مرغوب فيه. وفقًا لبعض الاختبارات الميدانية التي أجريت في عام 2023، عندما غطّت المكبرات النطاق من 1.7 إلى 4.2 جيجاهرتز بدلًا من النطاقات الضيقة فقط، تم بالفعل تقليل استهلاك الطاقة بنسبة تقارب 18٪ دون الإضرار بجودة الإشارة (كما ذكرت شركة Dewinjammer في دراستها لعام 2023). ومع ذلك، عندما يحدث عدم تطابق بين هذه النطاقات الترددية، تظهر المشاكل. تظل المناطق الحرجة التي قد تظهر فيها التهديدات غير محمية تمامًا، أو ما هو أسوأ من ذلك، تتسرب الإشارات إلى القنوات المجاورة مما قد يُعقّد الأمور بشدة أثناء عمليات الحرب الإلكترونية الفعلية.
يجب أن تعطل أجهزة التشويش الحديثة الإشارات في الوقت نفسه عبر نطاقات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (1.2/1.5 غيغاهرتز)، والهاتف الخلوي (700 ميغاهرتز – 4 غيغاهرتز)، وشبكات الواي فاي (2.4/5 غيغاهرتز)، مما يتطلب نطاقات تردديّة تتجاوز 500 ميغاهرتز. وتُقدِّم مكبرات الصوت الراديوية ذات النطاق العريض، المبنية على تقنية أشباه الموصلات نيتريد الغاليوم (GaN)، كسبًا يزيد عن 50 ديسيبل عبر نطاقات تمتد لتشمل أوكتافات متعددة، ما يمكن مكبّر صوت واحد من استبدال وحدات متعددة ضيقة النطاق دون التضحية بالأداء.
تُستخدم حاليًا مضخمات قابلة للضبط وتستطيع إنتاج طاقة خرج تبلغ 30 ديسيبل ميلي واط عبر نطاقات ترددية تتراوح من 800 ميغاهيرتز وحتى 4 غيغاهيرتز بكفاءة من قبل القوات العسكرية لمجابهة تهديدات مثل الطائرات المُسيرة الموجهة عبر نظام تحديد المواقع (GPS) والأجهزة المتفجرة التي تعمل بتقنية 5G. عند دراسة أداء هذه الأنظمة، نجد أنها تحافظ على نسبة الموجة الثابتة للجهد (VSWR) أقل من 2.5:1 عند نقاط مهمة في الطيف مثل 2.3 غيغاهيرتز الذي يغطي إشارات LTE و3.5 غيغاهيرتز حيث تعمل تقنية 5G n78. ما يُظهره هذا الأمر واضح جدًا - فالمضخمات العريضة النطاق توفر حماية ممتازة ضد أنواع متعددة من التهديدات دون التضحية بأي نوع من جودة الأداء.
لإحباط الإشارات بنجاح، يجب أن تُخرج المضخمات طاقة أكبر مما يصل من الجهاز المستهدف. خذ الطائرات المُسيرة التجارية كمثال، فإن معظم أجهزة التشويش الهواة تواجه صعوبة في التعامل مع هذه الأجهزة ما لم تتمكن من توليد حوالي 50 واط من القدرة المستمرة فقط لإعاقة إشارات نظام تحديد المواقع (GPS). أما التطبيقات العسكرية فهي أكثر صرامة، وأحيانًا تتطلب أكثر من 300 واط لإيقاف روابط الاتصالات طويلة المدى. تزداد المشكلة سوءًا عند رفع المخرجات العالية لأن الحرارة تتراكم بسرعة. ولهذا السبب يتجه العديد من المحترفين حاليًا إلى مضخمات مبنية على نيتريد الغاليوم. فهي تتحمل الحرارة بشكل أفضل وتبقى مستقرة دون تشويه كبير للإشارات، وهو أمر بالغ الأهمية خلال العمليات المكثفة التي تعتمد فيها الموثوقية.
عندما تعمل المضخمات في الوضع غير الخطي، فإنها تُنتج تشويشات توافقية مزعجة بالإضافة إلى منتجات التداخل التي تُفسد دقة التشويش الفعلية. ولكن إذا أُشتغلت هذه المضخمات عند مستوى يقل قليلاً عن نقطة الانضغاط بـ 1 ديسيبل، يحدث شيء مثير للاهتمام: وفقًا لبعض الأبحاث الصادرة عن IEEE في عام 2024، تنخفض إعادة نمو الطيف بنسبة تصل إلى 65 بالمئة تقريبًا. وهذا أمر بالغ الأهمية عند التعامل مع نطاقات التردد المتداخلة، مثل تلك الموجودة بين شبكات الجيل الرابع والجيل الخامس. والحفاظ على الأمور بهذه الطريقة يعني أن طاقة التشويش تظل مركزة على ما يجب إيقافه، بدلًا من تغطية إشارات مشروعة تحاول المرور بشكل طبيعي.
غالبًا ما يؤدي تعظيم قدرة الإخراج إلى تقليل الكفاءة بنسبة 30–40%نتيجة لتراكم الحرارة. وتُخفف التصاميم المتقدمة من هذه المشكلة باستخدام إزاحة تكيفية وتكوينات دوهيرتي، وتصل بكفاءة التصريف إلى 80% كفاءة تصريف عند إخراج 150 واط. تمتد هذه التحسينات إلى مدة التشغيل، خاصةً في المنصات المتنقلة حيث تكون سعة التبريد محدودة.
تقاس نقطة التقاطع من الدرجة الثالثة (IP3) قدرة المضخم على كبح تشويه التداخل عندما يعالج إشارات متعددة. في البيئات الطيفية المزدحمة، فإن المضخمات ذات القيم الأكبر من 40 ديسيبل/ميلي واط تقلل من التداخل بين الترددات. تُظهر التحليلات الصناعية أن الوحدات التي تتجاوز 45 ديسيبل/ميلي واط في IP3 تقلل من نمو الطيف الثانوي بنسبة 30–50%، مما يعزز دقة الاستهداف في السيناريوهات المتعددة التهديدات.
نقطة الانضغاط بـ 1 ديسيبل، والمعروفة باسم P1dB، هي في الأساس النقطة التي يبدأ عندها معامل الربح لمضخم ما بالانخفاض بمقدار 1 ديسيبل مقارنةً بحالته عند التشغيل الخطي. وعندما تعمل الأنظمة قريبة جدًا من هذا الحد، فإنها تبدأ في إحداث تشويش قد يؤثر سلبًا على دقة التشويش. يعرف معظم المهندسين أنه من الأفضل عدم الدفع نحو الحد الأقصى. بالنسبة للإشارات النابضة، تشير الممارسة الجيدة إلى البقاء ضمن نطاق 6 إلى 10 ديسيبل دون P1dB. أما مع الإشارات المعقّدة والمُعدَّلة مثل OFDM، فإن هامش الأمان يجب أن يكون أكبر، أي ما بين 10 و15 ديسيبل دون P1dB. يساعد هذا الهامش الإضافي في الحفاظ على جودة الإشارة حتى عند التعامل مع مختلف ظروف التحميل المتغيرة التي تواجهها الأنظمة في العالم الحقيقي يوميًا.
مساحة الرأس هي الهامش بين القدرة التشغيلية والإخراج الأقصى، وتحمي من حدوث قفزات في الإشارة. في أنظمة التشويش المتنقلة، فإن الحفاظ على هامش مساحة رأس يتراوح بين 3 إلى 5 ديسيبل يمنع القطع أثناء الانتقالات المفاجئة مع تحسين الكفاءة. توفر مضخمات نيتريد الغاليوم (GaN) هامش مساحة رأس أوسع بنسبة 20٪ مقارنةً بتصاميم LDMOS التقليدية، مما يعزز المتانة في الظروف التشغيلية غير المتوقعة.
دفع المضخمات إلى حالة الاشباع يولد توافقيات غير خاضعة للتحكم، ما يشكل خطرًا للتداخل في النطاقات المجاورة. والبقاء على بعد 2 إلى 4 ديسيبل دون مستوى الاشباع يحافظ على ملفات كسب مستقرة، وهو أمر بالغ الأهمية للمهام المستمرة. تُظهر البيانات الميدانية أن الالتزام بهذا الهامش يقلل حوادث الإيقاف الحراري بنسبة 65٪ في عمليات مكافحة الطائرات المُسيرة المستمرة.
تُنتج المضخمات العاملة بالقرب من التشبع توافقيات، وهي ترددات مضاعفة للتردد الأساسي يمكن أن تتسبب في تعطيل الأنظمة غير المستهدفة. وللحد من هذه الظاهرة، يستخدم المهندسون شبكات مطابقة المعاوقة ويعملون بمستوى أقل بـ 6 إلى 10 ديسيبل من مستوى الانضغاط. وتقلل تقنيات التقويم المتقدمة الإشعاعات خارج النطاق بمقدار 15 إلى 20 ديسيبل، مما يضمن إخراجًا طيفيًا أنظف في منصات التشويش الحديثة.
إن الزيادة بمقدار 2 ديسيبل في معامل الضوضاء تقلل حساسية جهاز التشويش بنسبة 35%، ما قد يسمح بإشارات التهديد الضعيفة بالتهرب من القمع. وفي تطبيقات مقاومة الطائرات المُسيرة التي تستهدف إشارات LoRa ذات القدرة المنخفضة، يجب أن تحافظ المضخمات على معامل ضوضاء أقل من 1.5 ديسيبل. ويضمن الاستقرار الحراري ثبات معامل الضوضاء ضمن ±0.2 ديسيبل عبر مدى حراري يتراوح بين -40°م إلى +55°م، مما يحافظ على الأداء في البيئات القاسية.
يضمن النهج المكون من ثلاثة مستويات نقاء الإشارة:
تقسيم مستوى الأرض يمنع التيارات التوافقية من تحريض تعديل كاذب في مصادر الطاقة، وهو أمر بالغ الأهمية خاصة في تركيبات أجهزة التشويش المركبة ذات المساحة المحدودة.
لكي تعمل أنظمة التشويش المتنقلة بشكل صحيح، فإنها تحتاج إلى مكبرات ترددات راديوية (RF) تكون في الوقت نفسه قوية وصغيرة الحجم مع الحفاظ على الكفاءة. يتحدث معظم المهندسين عن شيء يُعرف بـ SWaP-C عند تصميم هذه الأنظمة. ويشير هذا المصطلح إلى الحجم والوزن والطاقة والتكلفة. وبشكل أساسي، كل جزء صغير له أهميته، لأن إضافة مساحة صغيرة جداً أو استهلاك طاقة إضافي قد يحدث فرقاً كبيراً في ما إذا كانت الأنظمة ستُنشر فعلاً في التطبيقات الواقعية أم لا. ووفقاً لتقرير حديث من باحثين متخصصين في الدفاع لعام 2023، فإن نحو ثلثي حالات فشل أجهزة التشويش تحدث بسبب ارتفاع درجة حرارتها أو نفاد طاقتها بسرعة أكبر مما تسمح به مواصفاتها من حيث SWaP. وهذا يوضح مدى أهمية الإدارة الفعّالة للحرارة في هذه الأنظمة المدمجة.
يتطلب الدمج الفعّال التنسيق بين مكبرات الترددات الراديوية (RF) وثلاثة أنظمة فرعية رئيسية:
تُقلل المستشعرات الحرارية المدمجة والرصد النشط من معدلات الفشل بنسبة 38٪ في العمليات ذات الدورة العالية. وتشمل الاستراتيجيات الرئيسية:
تضمن هذه الممارسات أن تحافظ مضخمات القدرة اللاسلكية على كفاءة تشويش تزيد عن 90٪ لأكثر من 5000 ساعة في البيئات التشغيلية القاسية.
يجب أن تتطابق مكبرات الصوت الكهربائية عالية التردد مع ترددات التشغيل وعرض النطاق لتعطيل الإشارات المستهدفة بكفاءة دون إهدار الطاقة أو التسبب في تداخل في المناطق غير المستهدفة.
توفر المكبرات القابلة للضبط تغطية واسعة للترددات، مما يسمح بالتعطيل الفعال لمختلف التهديدات مثل الطائرات المُسيّرة الموجهة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والأجهزة المدعومة بتقنية 5G دون المساس بالأداء.
تُعد عوامل الحجم والوزن والطاقة (SWaP) أمرًا بالغ الأهمية في تصميم أنظمة التشويش المتنقلة، حيث تضمن أن تكون هذه الأنظمة مدمجة وفعالة وقادرة على العمل المستمر في الظروف الميدانية.
تحvented الإدارة الحرارية السليمة ارتفاع درجة الحرارة وتضمن أداءً مستقرًا لمكبرات الصوت الكهربائية عالية التردد، خاصة في أنظمة التشويش المتنقلة المدمجة.
