무선 주파수(RF) 파워 앰프는 현대의 대형 무인 항공 시스템(C-UAS) 방어에서 필수적인 구성 요소로, 전자기 에너지를 정밀하게 제어하여 적대적인 드론을 방해하거나 비활성화할 수 있습니다. 이러한 시스템은 RF 신호를 고출력 수준까지 증폭시켜 타겟된 간섭을 통해 드론 작동을 효과적으로 중단시킵니다.
RF 전력 증폭기는 약한 무선 신호를 받아 훨씬 더 높은 전력 수준, 보통 50와트에서 10킬로와트 사이로 증폭합니다. 이 장치는 드론 통신을 완전히 교란하거나 차단할 수 있을 만큼 강력한 전자기 에너지를 집중적으로 생성합니다. 무인 항공기 대응 시스템(C-UAS) 작업의 경우, 이러한 증폭기는 대부분 2.4기가헤르츠에서 5.8기가헤르츠 사이의 주파수에 집중하는데, 이는 대부분의 소비자용 드론이 제어 및 영상 전송을 위해 이 주파수 대역을 사용하기 때문입니다. 최신 솔리드 스테이트 버전은 효율성도 상당히 향상되어, 주변 전자 장비에 영향을 주지 않으면서도 특정 주파수를 타겟팅할 수 있는 효율이 65%를 넘는 경우가 많습니다. 이는 정상적인 무선 장비에 문제를 일으키지 않으면서 불법 드론을 막아야 하는 실제 상황에서 매우 중요합니다.
RF 앰프가 가능하게 하는 두 가지 주요 교란 전략:
출력 전력(단위: dBm)과 변조 패턴을 정밀하게 조정함으로써 이러한 시스템은 DJI 및 Autel과 같은 주요 제조사에서 사용하는 GPS, Wi-Fi 및 독점 프로토콜을 선택적으로 방해할 수 있으며 주변 인프라는 영향을 받지 않음.
대상 RF 에너지는 다음 세 가지 주요 메커니즘을 통해 드론의 작동을 무력화함:
군용 등급 시스템은 질화갈륨(GaN) 트랜지스터 기술을 활용하여 10W/mm를 초과하는 최대 출력 밀도를 생성하며, 이는 최대 1.2km(0.75마일)의 거리에서 효과적으로 작전 수행이 가능하게 하고 휴대용 이동 배치를 지원함.
고출력 마이크로파 또는 HPM 시스템은 RF 증폭기를 사용하여 집중적인 전자기 에너지 펄스를 생성함으로써 여러 다른 시스템에 걸쳐 드론 전자장비를 한 번에 무력화시킵니다. 마이크로파 에너지가 좁은 빔 형태로 조준될 때, 이는 드론의 항법, 통신 및 조종 능력을 방해하는 지역적 EMI(전자기 간섭)를 유발합니다. 영국 육군은 2025년 이러한 무선 주파수 기반 에너지 무기 중 하나를 사용한 시험 운용을 진행했으며, 드론 군집 내 10대 중 약 9대를 성공적으로 격추시켰습니다. 이는 이와 같은 기술이 여러 위협에 동시에 대응하기 위해 얼마나 확장 가능성을 지녔는지를 보여줍니다.
최신 현장 시스템에는 이동형 장비에서 50~300킬로와트의 출력을 처리할 수 있는 RF 증폭기를 도입하기 시작했습니다. 사막 환경에서 시험 운용 중에 갑옷 차량 프로토타입이 400미터 범위 내에서 중형 드론 12대를 격추하는 데 성공했습니다. 이 시스템은 온도가 급상승했음에도 불구하고 신호를 강력하게 유지하여 열기로 인해 효율성이 3dB 미만으로만 감소하는 성능을 보였습니다. 왜 이런 결과가 나올까요? 최신 시스템은 구식 진공관 기반 기술 대신 고체 상태 증폭기 어레이를 사용하기 때문입니다. 이러한 전환은 실제 운용 현장에서 신뢰성과 성능 측면에서 큰 차이를 만들어 냈습니다.
최신 RF 직간섭 에너지 무기는 운용자가 배치된 환경에 따라 출력을 조절할 수 있도록 모듈식 설계 방향으로 발전하고 있다. 도심 지역에서는 약 20kW의 출력이 필요할 수 있는 반면, 개활지 전장에서는 최대 1MW의 막대한 출력이 요구된다. 이러한 시스템은 파형 전환 속도 또한 빠르게 이루어지며, 넓은 지역을 커버하는 약 10도의 빔 각도에서 필요 시 정밀 타격이 가능한 2도의 빔 각도로 신속히 전환할 수 있다. 이러한 기능은 드론 스웜부터 방어가치가 높은 고가의 목표물까지 다양한 위협에 대응할 수 있다. 이러한 시스템이 현대적 위협에 대해 특히 효과적인 이유는 무선 주파수를 실시간으로 분석하는 능력 때문이다. 시스템은 드론이 여러 주파수 대역 간 이동함으로써 탐지 회피를 시도하는 것을 능동적으로 대응하기 위해 지속적으로 작동 주파수를 조정한다. 이러한 적응형 대응 능력은 오늘날 복잡한 전장 환경에서 운용자에게 상당한 전술적 우위를 제공한다.
이러한 시스템이 사용할 수 있는 출력량에 대한 규정은 배치 위치에 따라 크게 달라집니다. 도심 지역의 경우 시민 생활에 불편을 주지 않기 위해 일반적으로 출력을 10kW 이하로 제한하는 경우가 많습니다. 그러나 군사 지역에서는 상황이 달라지며, 다수의 무인기(드론 스웜)를 방어해야 할 때는 최대 500kW까지 허용되기도 합니다. 지난해 발표된 일부 최신 연구에서는 또 다른 흥미로운 결과가 나타났습니다. 장비를 제대로 교정해 운용할 경우, 아무런 조치 없이 작동할 때와 비교해 우발적인 전자기기 손해 위험을 약 4분의 3 수준으로 줄일 수 있다는 것입니다. 최신 모델에는 똑똑한 기능이 하나 더 추가되어 있습니다. 바로 시스템이 아군 식별(IFF) 신호를 감지할 경우 자동으로 작동을 멈추는 기능입니다. 즉, 아군을 공격하지 않도록 인식한다는 의미이며, 실제 전투 상황에서 인명 피해를 방지하기 위해 매우 중요한 기능입니다.
질화갈륨(GaN) 트랜지스터는 방산 분야에서 기존 반도체에 비해 우 superior한 성능을 제공하며, 갈륨 비소화물 대비 300% 높은 전력 밀도 를 구현하고 100V 이상의 전압에서도 신뢰성 있게 작동합니다. 이러한 증폭기는 교란 시스템에서 85%의 전력 부가 효율(PAE) 을 달성하여 실리콘 기반 대비 35% 높은 효율을 제공합니다. 주요 장점은 다음과 같습니다:
GaN 기반 증폭기는 이제 빠른 주파수 가변성이 필요한 시스템에서 우선적으로 사용되고 있으며, 이는 미국 육군이 2023년에 2U 미만의 소형 폼팩터에서 20kW의 GaN 기반 저해 장비를 배치한 사례에서도 확인할 수 있습니다.
진공관에서 현대적인 질화갈륨(GaN) 고체 증폭기로 전환함으로써 직접 에너지 무기 분야에 큰 변화가 있었습니다. 오늘날의 시스템은 전력 모듈을 결합하여 신호를 왜곡시키지 않고 1킬로와트에서 최대 500킬로와트까지 RF 출력을 증폭시킬 수 있습니다. 수치는 이 시스템들이 연속적으로 작동할 수 있는 시간 측면에서 약 82퍼센트 향상된 성능을 보여주고 있습니다. 마이크로웨이브 기반 드론 방해 장치 같은 시스템의 경우, 운영자는 드론 군집을 훨씬 오랜 시간 동안 무력화할 수 있으며, 냉각이나 정비를 위해 시스템을 중지할 필요도 없습니다.
질화갈륨(GaN) 기술의 전력 밀도 우위성 덕분에 시스템 전체를 훨씬 작고 가볍게 제작할 수 있습니다. 최신 휴대용 전파교란 장비를 예로 들면, 이들은 4kg 이하의 소형 패키지에 전체 주파수 대역의 RF 증폭기를 탑재하고 있습니다. 이는 2020년 당시 제공 가능했던 제품에 비해 약 60% 더 가벼운 수준입니다. 소형 장비는 현장에 신속하게 배치해야 할 때 매우 큰 차이를 만듭니다. 실제로 NATO는 최근 트럭에 장착된 GaN 시스템을 테스트했는데, 이러한 시스템은 Category 3 드론 위협으로부터 최대 5제곱킬로미터에 달하는 넓은 지역을 보호할 수 있음을 입증했습니다.
GaN 증폭기 제조 비용은 40% 더 높지만 실리콘 소자 대비 10배 더 긴 수명(25,000시간 MTBF)과 75% 낮은 에너지 소비 덕분에 전체 수명 주기 동안의 경제성이 매우 뛰어납니다. 방산 전문가들은 향후 새로운 RF 기반 드론 대응 시스템의 87%를 GaN 기술이 차지할 것으로 전망하고 있습니다. 2026년까지는 우수한 SWaP-C (크기, 중량, 소비전력, 비용) 특성에 의해 결정될 것입니다.
위상 배열 기술은 밀리미터파 파장에서 매우 섬세한 제어를 통해 전자기 빔을 조절하기 위해 여러 RF 전력 증폭기가 함께 작동하도록 설계되었습니다. 엔지니어가 안테나 어레이의 각 부분에서 위상각을 조정할 때(이는 전통적인 레이더 기술에서 유래한 방법입니다) 한 방향으로는 집중된 신호를 형성하고, 다른 방향으로는 간섭을 이용해 불필요한 신호를 효과적으로 억제할 수 있습니다.
GaN 기반의 RF 증폭기는 X-밴드 주파수에서 70% 이상의 전력 증폭 효율을 제공함으로써 빔 일관성을 향상시킵니다. 현장 테스트를 통해 GaN 기반의 위상 배열 시스템이 200마이크로초 이내에 빔 방향을 전환할 수 있음을 확인했으며, 이는 민첩한 쿼드콥터의 기동 속도보다 빠릅니다.
고급 빔포밍 알고리즘은 RF 증폭기 출력을 레이더 또는 전자광학 입력을 사용하여 무단 드론을 추적하는 적응형 "신호 차단 구역"으로 변환합니다. 2023년 NATO의 무인기(UAS) 대응 시험에서 64채널 RF 어레이는 다음과 같은 방법으로 드론 무리에 대해 92%의 무력화율을 달성했습니다.
이러한 접근 방식은 무지향성 저해 장치에 대한 의존도를 줄여 핵심 인프라에 대한 확장 가능한 보호 기능을 가능하게 합니다. 질화갈륨(GaN) 증폭기를 사용하는 시제품은 진공관 기반 시스템 대비 무게 대비 출력 비율이 8:1 개선되어 전술 차량에의 탑재를 용이하게 합니다.
