تقویتکنندههای RF (فرکانس رادیویی) یکی از اجزای ضروری در سیستمهای دفاعی C-UAS (سیستمهای مقابله با وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین) مدرن هستند که کنترل دقیق انرژی الکترومغناطیسی را برای اختلال یا غیرفعال کردن پهپادهای دشمن فراهم میکنند. این سیستمها سیگنالهای RF را به سطوح بالای توان تقویت میکنند و به این ترتیب عملیات پهپاد را از طریق تداخل هدفمند متوقف میکنند.
تقویتکنندههای توان RF سیگنالهای ضعیف رادیویی را دریافت کرده و آنها را به سطوح بسیار بالاتری افزایش میدهند، معمولاً در محدوده 50 وات تا 10 کیلووات. آنچه این دستگاهها تولید میکنند، انرژی الکترومغناطیسی متمرکزی است که قدرت کافی برای اختلال یا مسدود کردن کامل ارتباطات پهپاد را دارد. در زمینه سیستمهای مقابله با هواپیماهای بدون سرنشین (C-UAS)، بیشتر این تقویتکنندهها روی فرکانسهای نزدیک به 2.4 گیگاهرتز و 5.8 گیگاهرتز تمرکز میکنند، چرا که اکثر پهپادهای مصرفی برای کنترل و جریان ویدئویی خود از این فرکانسها استفاده میکنند. نسخههای جدید حالت جامد هم بسیار کارآمد شدهاند و اغلب بازدهی بالای 65 درصد را فراهم میکنند، در حالی که همچنان قادر به هدف قرار دادن فرکانسهای خاص بدون ایجاد اختلال در دیگر تجهیزات الکترونیکی اطراف هستند. این موضوع در شرایط واقعی بسیار اهمیت دارد، جایی که نیاز است تا بدون ایجاد مشکل برای تجهیزات بیسیم مجاز، پهپادهای سرکش را متوقف کنیم.
تقویتکنندههای RF دو استراتژی اصلی مختل کننده را فراهم میکنند:
با تنظیم دقیق توان خروجی (اندازهگیری شده به دسیبل میلیوات) و الگوهای مدولاسیون، این سیستمها میتوانند به طور انتخابی سیگنالهای GPS، Wi-Fi و پروتکلهای اختصاصی استفاده شده توسط تولیدکنندگان بزرگ مانند DJI و Autel را مختل کنند—بدون اینکه بر زیرساختهای اطراف تأثیری بگذارند.
انرژی RF هدفمند، پهپادها را از طریق سه مکانیسم کلیدی غیرفعال میکند:
سیستمهای مخصوص نظامی از تکنولوژی ترانزیستور نیترید گالیوم (GaN) برای تولید چگالی توان پیک بیش از 10 وات بر میلیمتر استفاده میکنند، که این امر امکان مواجهه مؤثر در فواصل تا 1.2 کیلومتر (0.75 مایل) را فراهم میکند و همچنین امکان استقرار کمپکت و موبایل را فراهم میکند.
سیستمهای مایکروویو با توان بالا یا HPM با استفاده از تقویتکنندههای فرکانس رادیویی (RF) برای تولید دستههای متمرکز انرژی الکترومغناطیسی کار میکنند که میتوانند یکباره و در عین حال چندین سیستم مختلف الکترونیکی پهپاد را از کار بیندازند. وقتی انرژی مایکروویو در پرتوهای باریک هدایت میشود، آنچه به عنوان تداخل EMI محلی ایجاد میشود، باعث اختلال در نحوه ناوبری، ارتباط و کنترل پهپادها میگردد. ارتش بریتانیا در سال ۲۰۲۵ آزمایشی با یکی از این سلاحهای انرژی هدایتشده با فرکانس رادیویی انجام داد و موفق شد ۹ عدد از هر ۱۰ پهپاد در یک گروه را متوقف کند. این موضوع نشان میدهد که چگونه این فناوری در برابر چندین تهدید همزمان قابل مقیاسبندی است.
سیستمهای میدانی مدرن شروع به استفاده از تقویتکنندههای RF کردهاند که میتوانند خروجیهایی بین ۵۰ تا ۳۰۰ کیلووات را در تنظیمات موبایل خود تحمل کنند. در طی آزمایشها در محیطهای بیابانی، یک نمونهسازی از یک وسیله نقلیه زرهپوش موفق به شکستن دوازده پهپاد متوسط در محدوده ۴۰۰ متری شد. سیستم سیگنال خود را حتی در شرایطی که دما بالا رفت قوی نگه داشت و بازدهی آن در اثر گرما کمتر از ۳ دسیبل کاهش یافت. چرا این کار به خوبی انجام میشود؟ به این دلیل که این سیستمهای جدید از آرایههای تقویتکننده حالت جامد به جای فناوری قدیمی لامپی استفاده میکنند. این تغییر در نوع فناوری تفاوت اساسی را از نظر قابلیت اطمینان و عملکرد در محلهای واقعی به کارگیری ایجاد کرده است.
آخرین سلاحهای انرژی جهتدار RF به سمت رویکردهای طراحی ماژولار حرکت میکنند که امکان تغییر مقیاس خروجی توان را برای اپراتورها بسته به محل استقرار فراهم میکند. مناطق شهری ممکن است به حدود ۲۰ کیلووات توان نیاز داشته باشند در حالی که میدانهای نبرد باز به توان بیشتری تا یک مگاوات نیاز دارند. این سیستمها همچنین میتوانند بهسرعت بین انواع امواج سوئیچ کنند، از پوشش گسترده با زاویه بیم حدود ۱۰ درجه به دقت بسیار بالا با زاویه ۲ درجه تغییر یابد. این قابلیت میتواند با همه چیز از سوارههای پهپادی گرفته تا اهداف گرانقیمتی که ارزش حفاظت دارند، کنار بیاید. چیزی که این سیستمها را در مقابل تهدیدات مدرن بسیار مؤثر میکند، توانایی آنالیز فرکانسهای رادیویی در زمان واقعی است. سیستم بهطور مداوم فرکانس عملیاتی خود را تنظیم میکند تا در برابر پهپادهایی که سعی در فرار از تشخیص دارند و بهطور پیوسته بین فرکانسهای مختلف حرکت میکنند، پیشی بگیرد. این نوع پاسخگویی انطباقی، مزیت تاکتیکی قابلتوجهی را برای اپراتورها در محیطهای پیچیده نبرد امروزی فراهم میکند.
قوانین مربوط به میزان توان مجاز این سیستمها بسیار تحت تأثیر محل استقرار آنها قرار دارد. در مناطق شهری معمولاً سطح توان محدود به کمتر از 10 کیلووات میشود تا زندگی مردم عادی اختلالی پیدا نکند. اما در مورد مناطق نظامی، این ارقام بسیار بالاتر میرود و گاهی اجازه استفاده تا 500 کیلووات برای شرایط دفاع از خود در برابر حملات گروهی داده میشود. تحقیقات اخیر منتشر شده در سال گذشته نیز نشان داد که زمانی که اپراتورها وقت کافی برای تنظیم دقیق تجهیزات بگذارند، خسارات الکترونیکی غیرارادی تا حدود سه چهارم کاهش مییابد، در مقایسه با حالتی که همه چیز به صورت بیرویه کار کند. ویژگی هوشمندانه دیگری که در مدلهای جدیدتر دیده میشود، مکانیسم قطع خودکار است. این مکانیسم زمانی فعال میشود که سیستم سیگنالهای IFF دوستانه را تشخیص دهد، که به زبان ساده به این معنی است که سیستم میداند نباید به سمت خودش شلیک کند. در مواقعی که سرنوشت انسانها در حال تعیین است، این موارد بسیار حیاتی محسوب میشوند.
ترانزیستورهای نیترید گالیوم (GaN) عملکردی برتر نسبت به نیمهرساناهای سنتی در کاربردهای دفاعی ارائه میدهند و چگالی توان 300% بیشتری نسبت به آرسنید گالیوم دارند و در ولتاژهای بالای 100 ولت بهطور قابل اعتمادی کار میکنند. این تقویتکنندهها به 85% کارایی توان اضافی در سیستمهای جامینگ میرسند که 35% بیشتر از معادلهای مبتنی بر سیلیسیم است. مزایای کلیدی شامل:
تقویتکنندههای مبتنی بر GaN اکنون در سیستمهایی که نیازمند تغییر سریع فرکانس هستند، اولویت یافتهاند، همانگونه که در سال 2023 توسط ارتش آمریکا با مستقر کردن جامرهای 20 کیلوواتی مجهز به GaN در فاکتورهای فرمی کمپکت کمتر از <2U مشاهده شد.
تغییر از لامپهای خلأ قدیمی به تقویتکنندههای حالت جامد GaN بهطور کامل بازی را در سلاحهای انرژی هدایتشده تغییر داد. سیستمهای امروزی ماژولهای توان را به گونهای با هم ترکیب میکنند که میتوانند خروجی RF را از ۱ کیلووات تا ۵۰۰ کیلووات افزایش دهند و در عین حال سیگنال را پاک و بدون اعوجاج نگه دارند. اعداد هم داستانی خودشان را دارند؛ آزمایشهای میدانی نشان دادند که عملکرد این سیستمها از نظر مدت زمان کارکرد بدون وقفه حدود ۸۲ درصد بهتر شده است. برای چیزی شبیه سیستمهای مهار پهپاد مبتنی بر مایکروویو، این موضوع به معنای آن است که اپراتورها میتوانند گروههای مزاحم پهپاد را مدتها بدون نیاز به خاموش کردن برای خنککاری یا تعمیرات از کار بیندازند.
برتری چگالی توان در تکنولوژی نیترید گالیم (GaN) به این معنی است که میتوان سیستمهایی را بسازند که از نظر کلی بسیار کوچکتر و سبکتر باشند. به عنوان مثال، جدیدترین دستگاههای اختلالافکن همراه، تقویتکنندههای فرکانس رادیویی با طیف کامل را در بستههایی به وزن کمتر از ۴ کیلوگرم جای دادهاند، که حدود ۶۰ درصد سبکتر از آنچه در سال ۲۰۲۰ در دسترس بوده است. تجهیزات کوچکتر در زمانی که نیاز است اقلام به سرعت در محل مستقر شوند، تفاوت بزرگی ایجاد میکنند. ناتو به تازگی سیستمهای مبتنی بر GaN نصبشده روی کامیون را آزمایش کرده است و این سیستمها نشان دادهاند که میتوانند منطقههای بزرگی به مساحت تا ۵ کیلومتر مربع را از تهدیدات مزاحم پهپادهای دستهبندی شده در رده ۳ محافظت کنند.
هرچند هزینه تولید تقویتکنندههای GaN ۴۰ درصد بیشتر از معادلهای سیلیکونی است، اما عمر آنها ۱۰ برابر طولانیتر (۲۵ هزار ساعت MTBF) و مصرف انرژی آنها ۷۵ درصد کمتر است که ارزش چرخه عمر بسیار خوبی را فراهم میکند. تحلیلگران دفاعی پیشبینی میکنند که GaN در ۸۷ درصد از نصبهای جدید سیستمهای RF مقابله با پهپادها تا سال 2026، که توسط نمایه برتری خود در سایز، وزن، توان و هزینه (SWaP-C) رانده میشود.
تکنولوژی آرایه فازی متکی به چندین تقویتکننده توان RF است که همگی با هم کار میکنند تا پرتوهای الکترومغناطیسی را در طول موجهای میلیمتری با کنترل بسیار دقیق هدایت کنند. وقتی مهندسان زاویههای فازی را در بخشهای مختلف آنتن آرایه تنظیم میکنند — که ریشه در تکنیکهای قدیمی رادار دارد — سیگنالی متمرکز در یک جهت ایجاد میشود، در حالی که سیگنالهای ناخواسته در سایر جهات از طریق تداخل مخرب کاهش مییابند.
تقویتکنندههای RF مبتنی بر GaN با ارائه بیش از 70٪ کارایی اضافه شده توان در فرکانسهای ناحیه X، همگنی پرتو را بهبود میدهند. آزمایشهای میدانی تأیید میکنند که آرایههای فازی مجهز به GaN میتوانند جهت پرتو را در کمتر از 200 میکروثانیه تغییر دهند — سریعتر از آنکه چهاربالهای منعطف بتوانند حرکت کنند.
الگوریتمهای پیشرفتهٔ فرمدهی به پرتوها خروجی تقویتکنندهٔ RF را به «منطقههای سیگنال منفی» هوشمند تبدیل میکنند که با استفاده از ورودیهای راداری یا الکترواپتیکی پهپادهای غیرمجاز را ردیابی میکنند. در آزمایش ضد پهپاد ناتو در سال ۲۰۲۳، آرایههای RF با ۶۴ کانال به میزان ۹۲٪ خنثیسازی پهپادهای گروهی دست یافتند با:
این روش به جامرهای چرخشی کمتری وابسته است و امکان حفاظت مقیاسپذیر از زیرساختهای حیاتی را فراهم میکند. نمونههای اولیه با تقویتکنندههای GaN به بهبود ۸ به ۱ در نسبت توان به وزن نسبت به سیستمهای لامپی دست یافتهاند که ادغام آنها را روی وسایل نقلیه تاکتیکی تسهیل میکند.
