Istraživanje pogodnosti RF pojačala snage u tehnologiji protiv dronova

Razumijevanje pojačala RF snage u sistemima protiv drona

Radio frekvencijska (RF) pojačala snage ključni su element u modernim sistemima zaštite protiv bespilotnih zračnih sistema (C-UAS), omogućavajući preciznu kontrolu elektromagnetne energije za ometanje ili onesposobljavanje neprijateljskih drona. Ovi sistemi pojačavaju RF signale na visoke nivoe snage, efikasno prekidajući operacije drona kroz ciljano ometanje.

Šta je RF pojačalo snage i kako funkcioniše u sistemima protiv UAS-a

RF pojačala uzimaju slabe radio signale i pojačavaju ih na mnogo više nivoe snage, obično negdje između 50 vati i 10 kilovati. Ono što ovi uređaji proizvode je usmjerena elektromagnetna energija dovoljno jaka da potpuno omete ili blokiraju komunikaciju dronova. Kada je riječ o sistemima za borbu protiv bespilotnih zrakoplova (C-UAS), većina ovih pojačala fokusirana je na frekvencije oko 2,4 gigaherca i 5,8 gigaherca jer se upravo na tim frekvencijama većina potrošačkih dronova koristi za kontrolu i video prenose. Novije verzije na bazi čvrstog stanja su takođe postale prilično efikasne, često prelazeći efikasnost od 65%, a istovremeno mogu ciljati određene frekvencije bez ometanja drugih elektronskih uređaja u blizini. Ovo je posebno važno u stvarnim situacijama gdje je potrebno zaustaviti dronove neprijateljske namjene, a da se ne ometaju legitimni bežični uređaji.

Uloga RF pojačala u ometanju signala i prekidanju komunikacije dronova

RF pojačala omogućavaju dvije primarne strategije ometanja:

• Ometanje kontinuiranim valom : Održavani signali visoke snage blokiraju komunikaciju između drona i njegovog operatora
• Impulsna modulacija : Kratki izboji imitiraju legitimne komande, uzrokujući greške u navigaciji ili sistemsku zbunjenost

Preciznim podešavanjem izlazne snage (izmjerene u dBm) i uzorcima modulacije, ovi sistemi mogu selektivno ometati GPS, Wi-Fi i vlasničke protokole koje koriste glavni proizvođači poput DJI-a i Autel-a – bez uticaja na okolnu infrastrukturu.

Mehanizmi elektronskog ometanja pomoću RF energije za neutralizaciju dronova

Ciljana RF energija onemogućava dronove putem tri ključna mehanizma:

1. Zasićenje prijemnika : Preopteretiti kola prijemnika drona, prisiljavajući aktivaciju protokola sigurnog slijetanja
2. Lažne komande : Unosi lažne podatke o navigaciji koristeći pojačane, imitirane signale
3. Oštećenje hardvera : Impulsi visokofrekventnog mikrotalasnog zračenja (HPM) izazivaju električni luk u osjetljivoj elektronici

Sistemima namijenjenim vojsci koristi se tehnologija tranzistora na bazi nitrida galijuma (GaN) za proizvodnju vršnih gustina snage većih od 10 W/mm, što omogućava učinkovitu upotrebu na udaljenostima do 1,2 km (0,75 milja) uz mogućnost kompaktnog i mobilnog postavljanja.

Pojačala visoke snage u sistemu usmjerene energije i mikrotalasnim sustavima za borbu protiv dronova

Principi rada visokofrekventnih mikrotalasnih (HPM) sistema za neutralizaciju UAV-a

Sustavi sa visokom snagom mikrotalasa ili HPM sistemi rade tako što koriste RF pojačala za generisanje koncentrisanih impulsa elektromagnetne energije koji mogu istovremeno onesposobiti elektroniku drona na više različitih sistema. Kada se energija mikrotalasa usmjeri u uske snopove, stvara se tzv. lokalizirana EMI interferencija koja omete navigaciju, komunikaciju i kontrolu drona. Britanska vojska je 2025. godine izvela testiranje jednog od ovih oružanih sistema usmjerene energetske frekvencije i uspjela zaustaviti otprilike 9 od 10 drona u jatu. Ovo pokazuje kolika je zapravo skalabilnost ove tehnologije za rukovanje višestrukim prijetnjama istovremeno.

Studija slučaja: RF pojačala snage u operativnim mikrotalasnim protivdron sistemima

Moderani poljski sistemi počinju koristiti RF pojačala koja mogu izdržati izlaze od 50 do 300 kilovata u svojim mobilnim postavkama. Tokom testiranja u pustinjskim uslovima, prototip oklopnog vozila uspio je oboriti dvanaest drona srednje veličine unutar zone od 400 metara. Sistem je zadržao jak signal čak i kada su temperature bile ekstremno visoke, gubeći manje od 3 dB efikasnosti unatoč vrućini. Zašto ovo tako dobro funkcioniše? Zato što ovi novi sistemi koriste nizove tranzistorskih pojačala umjesto starih sistema zasnovanih na elektronskim cijevima. Taj prelazak je učinio ogromnu razliku u pogledu pouzdanosti i performansi na stvarnim lokacijama gdje se sistemi koriste.

Nove tendencije u RF oružjima usmjerenje energije (RF DEW) za odbranu protiv dronova

Najnoviji RF oružja usmjerenog energije prelaze na modularne dizajne koji omogućavaju operatorima da prilagode izlaznu snagu u zavisnosti od lokacije gdje su raspoređena. Urbane zone bi mogle zahtijevati oko 20 kW, dok otvorena bojna polja zahtijevaju čak i masivnih 1 MW snage. Ovaj sistem takođe može brzo mijenjati oblik talasa, od obuhvata šireg područja sa približno 10 stepeni širine snopa do precizne tačnosti od samo 2 stepena kada je to potrebno. Ova mogućnost može rukovoditi svime, od jata dronova do onih skupih ciljeva koje vrijedi zaštititi. Ono što čini ove sisteme zaista efikasnim protiv modernih prijetnji jeste sposobnost analiziranja radio frekvencija u stvarnom vremenu. Sistem kontinuirano prilagođava svoju radnu frekvenciju kako bi uvijek bio korak ispred dronova koji pokušavaju da izbjegnu detekciju skačući između različitih frekvencija. Ovaj adaptivni odgovor omogućava operatorima značajnu taktičku prednost u današnjim kompleksnim bojnim okolinama.

Ravnoteža između učinkovitosti i sporednog rizika pri upotrebi RF oružja velike snage

Pravila o tome koliko snage ove sisteme mogu koristiti u velikoj mjeri zavise od mjesta gdje su raspoređeni. U gradovima se obično održavaju niske vrijednosti, ograničavajući izlaz na manje od 10 kW, kako ne bi ometali svakodnevne aktivnosti građana. Međutim, kada govorimo o vojnim područjima, brojke se znatno povećavaju, ponekad dozvoljavajući i do 500 kW za situacije obrane od raja. Nekoliko prošlogodišnjih istraživanja također su pokazala zanimljive rezultate. Kada operateri prave vrijeme da pravilno kalibriraju svoju opremu, to smanjuje slučajnu elektronsku štetu za oko tri četvrtine u poređenju sa slučajevima gdje se oprema koristi bez ikakvih prilagodbi. Još jedna pametna značajka ugrađena u novijim modelima je automatski prekidač isključenja. On se aktivira kada sistem detektira prijateljske IFF signale, što znači da zna razlikovati i ne napadati vlastite snage. Prilično važna stvar kada su u pitanju ljudski životi.

Gallijum nitrid (GaN) tehnologija koja poboljšava performanse RF pojačala u odbrambenim sistemima

Prednosti GaN tranzistora u visokoefikasnim RF pojačalima snage

Gallijum nitrid (GaN) tranzistori nude superiornu performansu u odnosu na tradicionalne poluvodiče u odbrambenim aplikacijama, nudeći 300% veću gustinu snage u odnosu na gallijum arsenid i pouzdano rade pri naponima iznad 100 V. Ova pojačala postižu 85% efikasnost dodavanja snage u sistemima za ometanje – 35% više u odnosu na silicijumske alternative. Ključne prednosti uključuju:

• Rad u širokom opsegu frekvencija : Pokrivenost od 1 GHz do 40 GHz podržava ublažavanje višestrukih prijetnji od dronova
• Otpornost na toplotu : Stabilna operacija na temperaturama spoja iznad 200°C
• Smanjene potrebe za hlađenjem : Sistemi za upravljanje toplotom su 60% manji u poređenju sa tradicionalnim dizajnima

Pojačala zasnovana na GaN-u sada imaju prioritet u sistemima koji zahtijevaju brzu frekventnu pokretljivost, kao što je to pokazala Američka vojska 2023. godine kada je rasporedila 20 kW GaN omogućene ometače u kompaktnim kućištima manjim od 2U.

Radio-frekventna pojačala u čvrstom stanju i njihova uloga u modernim platformama sa usmjerenom energijom

Prelazak s klasičnih elektronskih cijevi na moderne GaN pojačala na bazi poluvodiča značajno je promijenio pravila igre u oblasti oružja usmjerene energije. Današnji sistemi kombinuju modul snage na način koji omogućava povećanje RF izlaza od 1 kilovata do 500 kilovata, pri čemu održavaju signal čistim i neizobličenim. Brojke takođe govore svoju priču – testiranje na terenu pokazalo je oko 82 posto bolje performanse u pogledu vremena trajanja kontinuiranog rada ovih sistema. Kada je u pitanju nešto poput sistema za ometanje dronova zasnovanog na mikrotalasima, to znači da operateri mogu znatno duže ometati iritantne rojeve dronova bez potrebe zaustavljanja rada radi hlađenja ili održavanja.

Integracija GaN pojačala u kompaktne, lagane vojne sisteme protiv dronova

Prednost gustine snage tehnologije nitrida galijuma (GaN) znači da se sistemi mogu napraviti znatno manji i lakši u celini. Uzmite, na primjer, najnovije prenosive uređaje za ometanje, koji imaju pojačala radio-frekvencije punog spektra u kućištima ispod 4 kilograma, što je otprilike 60% lakše u odnosu na ono što je bilo dostupno 2020. godine. Manja oprema čini veliku razliku kada je riječ o brzom postavljanju na terenu. NATO je nedavno testirao sisteme na bazi GaN-a montirane na kamionima, i ovi sistemi su pokazali da mogu zaštititi prilično velike površine, izmjerene do 5 kvadratnih kilometara, od dosadnih prijetnji dronovima treće kategorije.

Procjena odnosa cijene i učinak u vojnim RF sistemima zasnovanim na GaN-u

Iako su troškovi proizvodnje pojačala na bazi GaN-a 40% viši u poređenju sa silicijumskim ekvivalentima, njihov 10 puta duži vijek trajanja (25.000 sati MTBF) i 75% niža potrošnja energije obezbjeđuju izuzetnu vrijednost tokom vijeka trajanja. Analitičari u oblasti odbrane predviđaju da će GaN biti odgovoran za 87% novih RF implementacija protiv dronova do 2026. godine, što je potaklo njen superiorni profil SWaP-C (veličina, težina, snaga i troškovi).

Fazirana antena i formiranje snopa: Precizna kontrola u ometanju na bazi RF pojačala

Kako fazirana antenska tehnologija omogućava upravljanje mikrotalasnim snopovima

Tehnologija fazirane antene oslanja se na više RF pojačala snage koja rade zajedno kako bi usmjerila elektromagnetne snopove sa vrlo finom kontrolom na milimetarskim talasnim dužinama. Kada inženjeri prilagode fazne uglove na različitim dijelovima antenskog niza – što proizlazi iz tradicionalnih radarskih tehnika – dobiju vrlo usmjereni signal u jednom pravcu, dok istovremeno smanjuju neželjene signale na drugim mjestima koristeći destruktivnu interferenciju.

RF pojačala zasnovana na GaN-u poboljšavaju koherenciju snopa dostizanjem efikasnosti dodavanja snage veće od 70% na frekvencijama X opsega. Poljna ispitivanja potvrđuju da fazirani nizovi sa GaN-om mogu promijeniti smjer snopa u roku od 200 mikrosekundi – brže nego što mogu agilni kvadrokopteri da manevrišu.

Elektronski upravljivi RF nizovi za dinamičko ometanje signala u zaštiti od dronova

Napredni algoritmi za formiranje snopa pretvaraju izlaz pojačala RF-a u prilagodljive "zone poremećaja signala" koje prate nedozvoljene bespilotne letjelice koristeći radar ili elektro-optičke ulaze. Tijekom NATO vojne vježbe protiv bespilotnih zrakoplova 2023. godine, 64-kanalni RF nizovi postigli su stopu neutralizacije od 92% protiv rojnih dronova na sljedeći način:

• Dostavljanje 100 W/m² gustine impulsa za preopterećenje GNSS prijemnika
• Unos lažnih koordinata u veze telemetrije
• Ograničavanje kolateralne EMI na ≈2% na civilnim opsezima

Ovaj pristup smanjuje ovisnost o omnidirektnim ometanjima, omogućavajući skalabilnu zaštitu za kritičnu infrastrukturu. Prototipovi koji koriste pojačala GaN postigli su 8:1 poboljšanje omjera snage prema težini u odnosu na sustave zasnovane na cijevima, što olakšava ugradnju na taktička vozila.