×
Ahhoz, hogy az RF-teljesítményerősítők megfelelően működjenek a zavarórendszerekkel, egyeznie kell az üzemi frekvenciájukkal, hogy ne pazaroljunk energiát, és ne keletkezzen kívülálló interferencia. Néhány 2023-as terepi teszt szerint, amikor az erősítők a 1,7–4,2 GHz-es tartományt fedték le szűk sávok helyett, akár körülbelül 18%-kal csökkentették a fogyasztást anélkül, hogy romlott volna a jelminőség (ezt a Dewinjammer jelentette 2023-as tanulmányában). Amikor azonban frekvenciatartományok között nincs illeszkedés, problémák lépnek fel. A kritikus területek, ahol fenyegetések jelentkezhetnek, teljesen védtelenek maradnak, vagy ami még rosszabb, a jelek átcsapnak a szomszédos csatornákba, ami komoly zavart okozhat valós elektronikus hadviselés során.
A modern árnyékolóknak egyidejűleg zavarniuk kell a jeleket a GPS (1,2/1,5 GHz), a mobilhálózatok (700 MHz–4 GHz) és a Wi-Fi (2,4/5 GHz) sávjaiban, ami több mint 500 MHz sávszélességet igényel. A GaN félvezető technológián alapuló szélessávú RF teljesítményerősítők több mint 50 dB erősítést biztosítanak oktávtartományokban, így egyetlen erősítő egység képes több keskenysávú egységet is helyettesíteni teljesítményáldozat nélkül.
Hangolható erősítők, amelyek 800 MHz-től egészen 4 GHz-ig terjedő frekvenciatartományban képesek 30 dBm kimeneti teljesítmény előállítására, jelenleg hatékonyan használják a katonai személyzet a GPS-vezérelt drónok és az 5G-képes robbanószerkezetek (IED) jellegű fenyegetések ellen. Amikor ezeknek a rendszereknek a teljesítményét vizsgáljuk, látható, hogy a fontos spektrumhelyeken, például 2,3 GHz-en, amely lefedi az LTE-jeleket, illetve 3,5 GHz-en, ahol az 5G n78 működik, a VSWR értéke 2,5:1 alatt marad. Ez valójában elég egyértelműen mutatja – a szélessávú erősítők kiváló védelmet nyújtanak többféle fenyegetés ellen anélkül, hogy bármilyen minőségi teljesítményt áldoznának fel.
A jelzések sikeres blokkolásához az erősítőknek nagyobb teljesítményt kell kibocsátaniuk, mint amennyi a céleszköztől érkezik. Vegyük példának a kereskedelmi drónokat: a legtöbb hobbi célú zavaró eszköz nehézségekbe ütközik ezekkel, hacsak nem képes folyamatosan körülbelül 50 watt teljesítményt előállítani, csupán a GPS-jelek zavarásához. A katonai alkalmazások még nehezebbek, néha több mint 300 watt szükséges a hosszú távú kommunikációs linkek leállításához. A probléma súlyosbodik a magasabb kimenőteljesítmény növelésével, mivel a hő gyorsan felhalmozódik. Ezért fordulnak egyre több szakember napjainkban gallium-nitrid alapú erősítőkhöz. Ezek jobban kezelik a hőt, és stabilabban működnek, anélkül hogy túlságosan torzítanák a jeleket, ami különösen fontos az intenzív műveletek során, ahol a megbízhatóság elsődleges.
Amikor az erősítők nemlineáris üzemmódban működnek, kellemetlen harmonikus torzításokat és intermodulációs termékeket hoznak létre, amelyek rontják a zavarás tényleges pontosságát. Ha azonban az erősítőket éppen a 1 dB-es kompressziós pont alatt üzemeltetjük, akkor valami érdekes dolog történik: a spektrális visszanövekedés körülbelül 65 százalékkal csökken, ahogy azt egy 2024-es IEEE kutatás is kimutatta. Ez különösen fontos, amikor átfedő frekvenciasávokkal dolgozunk, mint például a 4G és az 5G hálózatok esetében. Az ezen tartás lehetővé teszi, hogy a zavaró teljesítmény pontosan arra irányuljon, amit le kell állítani, és ne takarja véletlenül el a normál módon átjutni próbáló legit jelzéseket.
A kimeneti teljesítmény maximalizálása gyakran csökkenti a hatékonyságot 30–40%a hőfelhalmozódás miatt. A fejlett tervezés ezt részben kompenzálja az adaptív előfeszítés és a Doherty-konfiguráció alkalmazásával, elérve ezzel 80% drain hatékonyságot 150 W-os kimenetnél. Ezek a fejlesztések növelik a működési időtartamot, különösen olyan mobil platformokon, ahol a hűtési kapacitás korlátozott.
A harmadikrendű metszéspont (IP3) azt méri, hogy az erősítő mennyire képes csökkenteni az intermodulációs torzítást több jel feldolgozása során. Sűrűn használt spektrális környezetekben az IP3 értéke >40 dBm-nél lévő erősítők minimalizálják a frekvencia-áthallást. A szakmai elemzések szerint az 5 dBm-nél magasabb IP3 értékkel rendelkező egységek 30–50%-kal csökkentik a spektrális visszanövekedést, javítva ezzel a célpontosságot több fenyegetést jelentő helyzetekben.
Az 1 dB-es kompressziós pontot, más néven P1dB-t, alapvetően az a pont jelenti, amikor egy erősítő nyeresége 1 dB-lel csökken ahhoz képest, amikor lineárisan működik. Ha a rendszerek túl közel működnek ehhez a küszöbértékhez, torzításokat kezdenek el produkálni, amelyek jelentősen ronthatják a zavarás pontosságát. A legtöbb mérnök tudja, hogy jobb nem túl közel kerülni a határhoz. Impulzusjelek esetén ajánlott gyakorlat, ha kb. 6–10 dB-lel maradunk a P1dB alatt. Azonban az ilyen összetett modulált jeleknél, mint az OFDM, nagyobb biztonsági tartalékra van szükség, valahol 10 és 15 dB között a P1dB alatt. Ez a plusz tartalék segít megtartani a jelminőséget akkor is, amikor a különféle változó terhelési körülményekkel kell szembenézniük a mindennapi életben lévő rendszereknek.
A fejrádió a működési teljesítmény és a maximális kimenet közötti tartalék, amely védelmet nyújt jelcsúcsok ellen. Mobil zavaró rendszerekben a 3–5 dB fejrádió megtartása megakadályozza a jelcsonkolódást hirtelen átmenetek során, miközben optimalizálja az energiahatékonyságot. A GaN erősítők 20%-kal nagyobb fejrádiót kínálnak, mint a hagyományos LDMOS tervezések, javítva az ellenállóképességet az előre nem látható működési körülmények között.
Ha az erősítőket telítődésbe kényszerítjük, ellenőrizetlen harmonikus jelek keletkeznek, ami interferenciát okozhat a szomszédos sávokban. A telítődéstől 2–4 dB-rel alacsonyabb szinten tartani a működést stabil nyereségi profilokat biztosít, ami elengedhetetlen a hosszan tartó küldetésekhez. Terepadatok szerint ennek a tartaléknak a betartása 65%-kal csökkenti a termikus leállások előfordulását folyamatos drónelhárítási műveletek során.
A telítéshez közeli működésű erősítők harmonikusokat, az alapfrekvencia egész számú többszöröseit állítják elő, amelyek zavarhatják a nem célpont rendszereket. Ezek elnyomására az inženierek impedanciahangoló hálózatokat használnak, és 6–10 dB-rel a kompresszió alatt működnek. A fejlett linearizálási technikák további 15–20 dB-es csökkentést érnek el a sávon kívüli kisugárzásban, így tisztább spektrális kimenetet biztosítva a modern zavaró platformokon.
A zajtényező 2 dB-es növekedése 35%-kal csökkenti a zavaróberendezés érzékenységét, ami miatt gyenge fenyegető jelek esetleg elkerülhetik a letiltást. Alacsony teljesítményű LoRa-jelekre célzó drónellenes alkalmazásoknál az erősítőknek 1,5 dB alatti zajtényezőt kell tartaniuk. A hőmérséklet-stabilizálás ±0,2 dB zajtényező-állandóságot biztosít -40°C és +55°C között, így fenntartva a teljesítményt extrém környezetekben is.
Háromszintű megközelítés biztosítja a jel tisztaságát:
A födémelválasztás megakadályozza, hogy a harmonikus áramok hamis modulációt keltsenek a tápegységekben, különösen fontos ez a korlátozott helyű járműveken belüli zavaróberendezések telepítésénél.
Ahhoz, hogy a mobil zavarórendszerek megfelelően működjenek, olyan rádiófrekvenciás (RF) erősítőkre van szükségük, amelyek valahogy egyszerre hatékonyak, erőteljesek és kis méretűek. A legtöbb mérnök valami olyasmit említ, amit SWaP-C-nek hívnak, amikor ezeket a rendszereket tervezi. Ez a méretet, súlyt, teljesítményt és költséget jelenti. Alapvetően minden apró részlet számít, mert akár egy minimális hely- vagy energiafelhasználás-növekedés is döntő fontosságú lehet abban, hogy a rendszer ténylegesen alkalmazható-e a valós világban. Egy 2023-as védelmi kutatási jelentés szerint a zavaróberendezések majdnem kétharmada azért hibásodik meg, mert a készülékek túlmelegednek, vagy túl gyorsan merülnek le a megengedett SWaP-specifikációkhoz képest. Ez mutatja, mennyire kritikus fontosságú a megfelelő hőkezelés ezen kompakt rendszerekben.
Az hatékony integráció érdekében az RF-erősítőknek három alrendszerrel kell összhangban lenniük:
Beépített hőérzékelők és aktív figyelés csökkentik a meghibásodási arányt 38%-kal nagy terhelésű működés mellett. A kulcsstratégiák közé tartoznak:
Ezek az eljárások biztosítják, hogy az RF-teljesítményerősítők több mint 5000 órán át fenntartsák a 90% feletti zavaró hatékonyságot kemény működtetési körülmények között.
Az RF-teljesítményerősítőknek illeszkedniük kell a működési frekvenciákhoz és sávszélességhez, hogy hatékonyan megszakítsák a célpontok jeleit anélkül, hogy teljesítményt pazarolnának vagy zavart okoznának nem célpont területeken.
A hangolható erősítők széles frekvenciatartományt fednek le, lehetővé téve a hatékony zavarást különféle fenyegetések ellen, mint például GPS-vezérelt drónok és 5G-képes eszközök, teljesítményük csorbítása nélkül.
A SWaP (Méret, Súly, Teljesítmény és Költség) alapvető fontosságú a mobil zavaró rendszerek tervezésénél, biztosítva, hogy kompaktok, hatékonyak és folyamatos működésre képesek legyenek terepi körülmények között.
A megfelelő hőkezelés megakadályozza a túlmelegedést és biztosítja az RF-teljesítményerősítők állandó teljesítményét, különösen a kompakt mobil zavaró rendszerekben.
