×
Οι ενισχυτές ισχύος στη ραδιοσυχνότητα (RF) αποτελούν απαραίτητα στοιχεία στις σύγχρονες άμυνες αντι-ανεπανδρωμένων αεροσκαφών (C-UAS), καθιστώντας δυνατή την ακριβή διαχείριση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας για τη διακοπή ή την απενεργοποίηση εχθρικών drone. Τα συστήματα αυτά ενισχύουν τα σήματα RF σε υψηλά επίπεδα ισχύος, διακόπτοντας αποτελεσματικά τις λειτουργίες των drone μέσω στοχευμένης παρεμβολής.
Οι ενισχυτές RF παίρνουν ασθενείς ραδιοφωνικές συχνότητες και τις αυξάνουν σε πολύ υψηλότερα επίπεδα ισχύος, συνήθως κάπου μεταξύ 50 watt και 10 kilowatt. Αυτό που παράγουν αυτές οι συσκευές είναι εστιασμένη ηλεκτρομαγνητική ενέργεια αρκετά ισχυρή ώστε να διακόπτει ή να μπλοκάρει πλήρως τις επικοινωνίες των drones. Σε ό,τι αφορά τα συστήματα αντιμετώπισης μη επανδρωμένων αεροσκαφών (C-UAS), οι περισσότεροι από αυτούς τους ενισχυτές επικεντρώνονται σε συχνότητες γύρω στα 2,4 gigahertz και 5,8 gigahertz, διότι εκεί λειτουργούν οι περισσότερες καταναλωτικές συσκευές drones για τον έλεγχο και τη μετάδοση βίντεο. Επίσης, οι νεότερες εκδόσεις στερεάς κατάστασης έχουν γίνει αρκετά αποδοτικές, φτάνοντας συχνά πάνω από 65% απόδοση, ενώ παραμένουν σε θέση να στοχεύουν συγκεκριμένες συχνότητες χωρίς να παρεμβαίνουν σε άλλες ηλεκτρονικές συσκευές στην περιοχή. Αυτό είναι πολύ σημαντικό σε πραγματικές καταστάσεις, όπου χρειαζόμαστε να σταματήσουμε drones που δεν ελέγχονται, χωρίς να δημιουργούμε προβλήματα σε νόμιμο ασύρματο εξοπλισμό.
Οι ενισχυτές RF επιτρέπουν δύο βασικές στρατηγικές παρεμπόδισης:
Ρυθμίζοντας με ακρίβεια την έξοδο ισχύος (που μετράται σε dBm) και τα πρότυπα σχηματισμού, τα συστήματα αυτά μπορούν να διακόπτουν επιλεκτικά το GPS, Wi-Fi και ιδιόκτητα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται από κορυφαίους κατασκευαστές όπως η DJI και η Autel - χωρίς να επηρεάζουν την περιβάλλουσα υποδομή
Η στοχευμένη RF ενέργεια απενεργοποιεί τα drones μέσω τριών βασικών μηχανισμών:
Στρατιωτικά συστήματα χρησιμοποιούν τεχνολογία τρανζίστορ νιτριδίου του γαλλίου (GaN) για να παράγουν πυκνότητες κορυφαίας ισχύος πάνω από 10 W/mm, επιτρέποντας αποτελεσματική εμπλοκή σε αποστάσεις μέχρι 1,2 χλμ. (0,75 μίλια), ενώ υποστηρίζουν συμπαγή, εύκαμπτη εγκατάσταση.
Τα συστήματα υψηλής ισχύος μικροκυμάτων ή HPM λειτουργούν χρησιμοποιώντας ενισχυτές RF για να δημιουργήσουν συγκεντρωμένες εκρήξεις ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, οι οποίες μπορούν να εξουδετερώσουν την ηλεκτρονική δομή των drones όλων των συστημάτων τους μεμιάς. Όταν η ενέργεια των μικροκυμάτων στοχεύεται σε στενές δέσμες, δημιουργείται αυτό που ονομάζεται τοπική παρεμβολή EMI, η οποία επηρεάζει την πλοήγηση, την επικοινωνία και τον έλεγχο των drones. Το βρετανικό στρατός πραγματοποίησε ένα δοκιμαστικό σενάριο το 2025 με ένα από αυτά τα όπλα ενέργειας κατευθυνόμενης συχνότητας, καταφέρνοντας να σταματήσει περίπου τα 9 από τα 10 drones σε μια ομάδα. Αυτό αποδεικνύει την κλιμακωσιμότητα αυτής της τεχνολογίας στην αντιμετώπιση πολλαπλών απειλών ταυτόχρονα.
Τα σύγχρονα πεδιακά συστήματα ξεκινούν να ενσωματώνουν ενισχυτές RF οι οποίοι μπορούν να χειρίζονται ενδείξεις από 50 έως 300 χιλιάδες βατ στις φορητές τους διατάξεις. Κατά τη διάρκεια δοκιμών σε ερημικά περιβάλλοντα, ένα πρωτότυπο θωρακισμένου οχήματος κατάφερε να εξουδετερώσει δώδεκα drόνια μεσαίου μεγέθους εντός εμβέλειας 400 μέτρων. Το σύστημα διατήρησε το σήμα του ισχυρό ακόμη και όταν οι θερμοκρασίες έφτασαν στο επίπεδο κορύφωσης, χάνοντας λιγότερο από 3 dB απόδοση παρά τη θερμοκρασία. Γιατί λειτουργεί τόσο καλά; Επειδή αυτά τα νέα συστήματα χρησιμοποιούν πίνακες ενισχυτών κατάστασης στερεάς φάσης αντί για τα παλιά συστήματα βασισμένα σε λυχνίες. Η αλλαγή αυτή έκανε τη διαφορά όσον αφορά την αξιοπιστία και την απόδοση στις πραγματικές πεδιακές εφαρμογές.
Τα πιο πρόσφατα όπλα κατευθυνόμενης ενέργειας RF προχωρούν προς την εφαρμογή μοντέλων σχεδιασμού με μονάδες, οι οποίες επιτρέπουν στους χειριστές να ρυθμίζουν την ένταση της παραγόμενης ισχύος, ανάλογα με την περιοχή όπου είναι εγκατεστημένα. Σε αστικές περιοχές ίσως χρειάζεται περίπου 20 kW, ενώ σε ανοιχτούς χώρους μάχης απαιτούνται μέχρι και 1 MW ισχύος. Τα συστήματα αυτά μπορούν επίσης να αλλάζουν αρκετά γρήγορα τον τύπο κυματομορφής, μεταβαίνοντας από κάλυψη ευρείας περιοχής με γωνία δέσμης περίπου 10 μοιρών σε εξαιρετικά ακριβή στόχευση όταν η γωνία δέσμης φτάνει τις 2 μοίρες. Αυτή η δυνατότητα αντιμετωπίζει πάντα από σμήνη drones μέχρι στόχους που αξίζει να προστατεύονται. Αυτό που καθιστά τα συστήματα αυτά πραγματικά αποτελεσματικά απέναντι στις σύγχρονες απειλές είναι η δυνατότητά τους να αναλύουν τις ραδιοσυχνότητες σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα ρυθμίζει συνεχώς τη συχνότητα λειτουργίας του, ώστε να παραμένει πάντα ένα βήμα μπροστά από drones που προσπαθούν να αποφύγουν την ανίχνευση, αλλάζοντας συχνότητες. Αυτή η προσαρμοστική αντίδραση παρέχει στους χειριστές σημαντικό τακτικό πλεονέκτημα στα σύγχρονα πολύπλοκα περιβάλλοντα μάχης.
Οι κανόνες που καθορίζουν την ισχύ που μπορούν να χρησιμοποιούν αυτά τα συστήματα εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το πού είναι εγκατεστημένα. Στις πόλεις συνήθως διατηρούνται χαμηλά επίπεδα, με περιορισμό της ισχύος σε λιγότερο από 10 kW, ώστε να μη διαταράσσεται η καθημερινή ζωή. Ωστόσο, όταν μιλάμε για στρατιωτικές περιοχές, τα νούμερα αυξάνονται σημαντικά, με επιτρεπόμενη ισχύ που φτάνει και τα 500 kW σε περιπτώσεις άμυνας από σμήνη. Επίσης, κάποια πρόσφατη έρευνα από πέρυσι έδειξε κάτι ενδιαφέρον. Όταν οι χειριστές αφιερώνουν χρόνο για να ρυθμίσουν σωστά τον εξοπλισμό τους, μειώνεται κατά περίπου τα τρία τέταρτα η πιθανότητα ηλεκτρονικής ζημιάς σε σχέση με την περίπτωση που τα συστήματα λειτουργούν χωρίς έλεγχο. Μια ακόμη έξυπνη λειτουργία που υπάρχει στα νεότερα μοντέλα είναι ο αυτόματος μηχανισμός διακοπής λειτουργίας. Αυτός ενεργοποιείται όταν το σύστημα ανιχνεύει φιλικά σήματα IFF, γεγονός που σημαίνει πως γνωρίζει να μην πυροβολεί τις δικές του δυνάμεις. Αρκετά σημαντικό όταν κρίνονται ανθρώπινες ζωές.
Τα τρανζίστορ Gallium nitride (GaN) παρέχουν ανωτέρα απόδοση σε σχέση με τα παραδοσιακά ημιαγωγικά υλικά σε στρατιωτικές εφαρμογές, προσφέροντας 300% υψηλότερη πυκνότητα ισχύος σε σχέση με το gallium arsenide και λειτουργούν αξιόπιστα σε τάσεις άνω των 100V. Οι ενισχυτές αυτοί επιτυγχάνουν 85% απόδοση προστιθέμενης ισχύος στα συστήματα παρεμπόδισης - 35% υψηλότερη σε σχέση με τις εναλλακτικές λύσεις βασισμένες σε πυρίτιο. Βασικά πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:
Οι ενισχυτές με βάση το GaN προτιμώνται πλέον σε συστήματα που απαιτούν γρήγορη ευελιξία συχνότητας, καθώς έχει δείξει η αμερικανική ξηράσια στρατιά με την εγκατάσταση το 2023 20kW εμποδιστών με GaN σε συμπαγείς μορφές <2U.
Η αλλαγή από παλιούς λυχνίες κενού σε σύγχρονους ενισχυτές GaN έπληξε σημαντικά τα όπλα κατευθυνόμενης ενέργειας. Τα σημερινά συστήματα συνδυάζουν μονάδες ισχύος με τρόπο που τους επιτρέπει να αυξήσουν την RF έξοδο από 1 χιλιοβάτ (kW) έως και 500 χιλιοβάτ, διατηρώντας το σήμα καθαρό και χωρίς παραμόρφωση. Τα νούμερα επίσης διηγούνται την ιστορία – δοκιμές στο πεδίο έδειξαν περίπου 82 τοις εκατό καλύτερη απόδοση όσον αφορά τη διάρκεια λειτουργίας των συστημάτων. Για κάτι σαν τα συστήματα εμποδισμού των drones με βάση το μικροκύμα, αυτό σημαίνει πως οι χειριστές μπορούν να διακόπτουν τα ενοχλητικά σμήνη drones για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, χωρίς να χρειάζεται να σταματήσουν για διακοπές ψύξης ή συντήρησης.
Το πλεονέκτημα της πυκνότητας ισχύος της τεχνολογίας Gallium Nitride (GaN) σημαίνει ότι τα συστήματα μπορούν να κατασκευαστούν πολύ πιο μικρά και ελαφριά συνολικά. Για παράδειγμα, τα νεότερα φορητά συστήματα παρεμπόδισης ενσωματώνουν ενισχυτές RF πλήρους φάσματος σε συσκευασίες κάτω των 4 κιλών, γεγονός που αντιστοιχεί σε μείωση κατά 60% σε σχέση με τα διαθέσιμα το 2020. Το μικρότερο μέγεθος εξοπλισμού καθιστά τη διαφορά όσον αφορά τη γρήγορη εγκατάσταση στο χώρο. Το ΝΑΤΟ έχει ήδη δοκιμάσει πρόσφατα συστήματα GaN που είναι τοποθετημένα σε φορτηγά, τα οποία έχουν αποδείξει ότι μπορούν να προστατεύουν αρκετά μεγάλες περιοχές, μέχρι και 5 τετραγωνικά χιλιόμετρα, από τις ενοχλητικές απειλές drones κατηγορίας 3.
Παρότι το κόστος παραγωγής ενισχυτών GaN είναι 40% υψηλότερο σε σχέση με τα αντίστοιχα στο πυρίτιο, η διάρκεια ζωής τους είναι 10 φορές μεγαλύτερη (25.000 ώρες MTBF) και η κατανάλωση ενέργειας 75% χαμηλότερη, γεγόνος που παρέχει σημαντική αξία στον κύκλο ζωής. Σύμφωνα με προβλέψεις στρατιωτικών αναλυτών, το GaN αναμένεται να αποτελέσει το 87% των νέων εγκαταστάσεων RF για αντιμετώπιση drones μέχρι το 2026, καθώς υπερτερεί σε σχέση με τα χαρακτηριστικά SWaP-C (Μέγεθος, Βάρος, Ισχύς και Κόστος).
Η τεχνολογία κατευθυντικής διάταξης βασίζεται σε αρκετούς RF ενισχυτές ισχύος που λειτουργούν όλοι μαζί για να κατευθύνουν ηλεκτρομαγνητικές δέσμες με εξαιρετικό έλεγχο σε χιλιοστομετρικά μήκη κύματος. Όταν οι μηχανικοί ρυθμίζουν τις γωνίες φάσης σε διαφορετικά τμήματα της διάταξης κεραιών – κάτι που προέρχεται από τις παλιές τεχνικές ραντάρ – επιτυγχάνουν ένα στενά εστιασμένο σήμα σε μία κατεύθυνση, ενώ ταυτόχρονα εξασθενούν μη επιθυμητά σήματα σε άλλες περιοχές μέσω καταστροφικής συμβολής.
Οι RF ενισχυτές με βάση το GaN βελτιώνουν τη συνοχή της δέσμης, παρέχοντας αποδοτικότητα προστιθέμενης ισχύος άνω του 70% στις συχνότητες της X-ζώνης. Πεδιακές δοκιμές επιβεβαιώνουν ότι οι διατάξεις κατευθυντικής δέσμης που διαθέτουν GaN μπορούν να αλλάξουν κατεύθυνση δέσμης σε λιγότερο από 200 μικροδευτερόλεπτα – γρηγορότερα από τη δυνατότητα ελιγμών ενός ευέλικτου quadcopter.
Προηγμένοι αλγόριθμοι διαμόρφωσης δέσμης μετατρέπουν την έξοδο του RF ενισχυτή σε προσαρμοστικές "ζώνες άρνησης σήματος" που παρακολουθούν μη εξουσιοδοτημένα drones χρησιμοποιώντας ραντάρ ή ηλεκτρο-οπτικές εισόδους. Κατά τη διάρκεια του 2023 δοκιμής αντι-UAS του ΝΑΤΟ, πολυπλεξοι πίνακες RF με 64 κανάλια επέτυχαν ποσοστό απενεργοποίησης 92% σε σμήνη drones με τα εξής μέσα:
Η προσέγγιση αυτή μειώνει την εξάρτηση από ομοιόμορφους παραποιητές, επιτρέποντας κλιμακώσιμη προστασία για κρίσιμες υποδομές. Πρωτότυπα που χρησιμοποιούν ενισχυτές GaN έχουν επιτύχει βελτίωση 8:1 στο λόγο ισχύος προς βάρος σε σχέση με συστήματα βασισμένα σε λυχνίες, διευκολύνοντας την ενσωμάτωση σε επιχειρησιακά οχήματα.
