RF 파워 앰프리파이어가 잼머 시스템과 제대로 작동하려면 적절한 작동 주파수와 일치해야 하며, 이를 통해 에너지를 낭비하거나 원치 않는 간섭을 발생시키지 않을 수 있다. 2023년 일부 현장 테스트에 따르면, 앰프리파이어가 좁은 대역폭 대신 1.7~4.2GHz 범위를 커버할 경우 신호 품질을 해치지 않으면서도 실제로 전력 소모를 약 18% 줄일 수 있었다(Dewinjammer의 2023년 연구 보고). 그러나 이러한 주파수 범위 간에 불일치가 발생하면 문제가 생긴다. 위협이 나타날 수 있는 중요한 구역들이 완전히 보호되지 않은 상태로 남게 되거나, 더 심각하게는 신호가 인접 채널로 새어나가 실제 전자전 작전 중에 큰 장애를 일으킬 수 있다.
최신형 저해 장치는 GPS(1.2/1.5GHz), 셀룰러(700MHz–4GHz), Wi-Fi(2.4/5GHz) 대역의 신호를 동시에 방해해야 하므로 500MHz를 초과하는 대역폭이 필요하다. 질화갈륨(GaN) 반도체 기술을 기반으로 한 광대역 RF 파워 앰프는 옥타브 이상의 주파수 범위에서 50dB 이상의 이득을 제공하여 성능 저하 없이 다수의 좁은 대역 앰프를 단일 광대역 앰프로 대체할 수 있게 한다.
800MHz에서 최대 4GHz까지의 주파수 대역에서 30dBm의 출력을 생성할 수 있는 가변 증폭기는 현재 군 작전에서 GPS 유도 드론 및 5G 기반 IED와 같은 위협에 효과적으로 사용되고 있습니다. 이러한 시스템의 성능을 살펴보면, LTE 신호가 사용하는 2.3GHz 및 5G n78이 동작하는 3.5GHz와 같은 주요 주파수 대역에서 VSWR이 2.5:1 이하로 유지됩니다. 이는 광대역 증폭기가 성능 저하 없이 다양한 유형의 위협으로부터 탁월한 보호 기능을 제공한다는 점을 명확히 보여줍니다.
신호를 성공적으로 방해하려면 앰프가 대상 장치로부터 수신되는 신호보다 더 강한 출력을 내야 한다. 상업용 드론의 경우를 예로 들면, 대부분의 취미용 저격 장치는 연속파 출력이 약 50와트 정도가 되지 않으면 GPS 신호조차 교란하기 어렵다. 군사용 응용은 더욱 까다로워서 원거리 통신 링크를 봉쇄하기 위해 때때로 300와트 이상의 출력이 필요하기도 하다. 출력을 높일수록 문제는 더 심각해지는데, 그 이유는 열이 매우 빠르게 축적되기 때문이다. 그래서 최근 많은 전문가들이 질화갈륨(GaN) 기반 앰프를 사용하는 것이다. 이들은 열을 더 잘 견디며 신호 왜곡 없이 안정성을 유지할 수 있기 때문에, 신뢰성이 특히 중요한 긴급 작전 상황에서 매우 중요하다.
증폭기가 비선형 모드에서 작동할 때, 원치 않는 고조파 왜곡과 함께 간섭 제품이 생성되며, 이는 실제로 자밍(jamming)의 정확도를 저하시킵니다. 그러나 이러한 증폭기를 1dB 압축점 직전에서 작동시키면 흥미로운 현상이 발생합니다. 2024년 IEEE의 연구에 따르면 스펙트럼 재성장(spectral regrowth)이 약 65% 감소합니다. 이는 4G와 5G 네트워크 사이에서 나타나는 것과 같은 주파수 대역이 중첩되는 상황에서 특히 중요합니다. 이렇게 유지하면 자밍 전력이 의도한 대상 신호만을 방해하도록 집중되며, 정상적으로 통신하려는 합법적인 신호를 실수로 가리는 일을 방지할 수 있습니다.
출력 전력을 극대화하려는 시도는 종종 열 축적으로 인해 효율성을 낮추며, 그 감소 폭은 30–40%이러한 문제를 완화하기 위해 최신 설계에서는 적응형 바이어스(adaptive biasing) 및 도허티 구성(Doherty configurations)을 사용하여 80% 드레인 효율 150W 출력에서. 이러한 개선 사항은 냉각 용량이 제한된 모바일 플랫폼에서 특히 운영 지속 시간을 연장시킵니다.
세 번째 조화파 절편점(IP3)은 다수의 신호를 처리할 때 증폭기가 상호변조 왜곡을 억제하는 능력을 측정합니다. 주파수 대역이 혼잡한 환경에서 IP3 값이 40dBm 이상인 증폭기는 주파수 간 간섭을 최소화합니다. 업계 분석에 따르면, IP3가 45dBm을 초과하는 장비는 스펙트럼 재성장을 30~50% 감소시켜 다중 위협 상황에서 정밀 타격 능력을 향상시킵니다.
1dB 압축 지점(P1dB)은 증폭기의 이득이 선형 동작 시보다 1dB 감소하기 시작하는 지점을 말한다. 시스템이 이 한계치에 너무 가까이 작동하면 왜곡이 발생하게 되며, 이는 교란 정확도를 크게 저하시킬 수 있다. 대부분의 엔지니어들은 이러한 한계 근처까지 출력을 밀어붙이지 않는 것이 좋다는 것을 잘 알고 있다. 펄스 신호의 경우 일반적으로 P1dB보다 약 6~10dB 낮은 수준에서 운용하는 것이 바람직하다. 그러나 OFDM과 같은 복잡한 변조 신호의 경우에는 더 넉넉한 여유가 필요하며, 안전 마진을 P1dB보다 10~15dB 정도 낮은 수준으로 유지해야 한다. 이러한 추가적인 여유는 실제 시스템이 매일 직면하는 다양한 부하 조건 변화 속에서도 신호 품질을 유지하는 데 도움을 준다.
헤드룸은 작동 전력과 최대 출력 사이의 여유를 의미하며, 신호 급증에 대비하는 보호 역할을 합니다. 이동형 자극 시스템에서 3~5dB의 헤드룸을 유지하면 급격한 전환 과정에서 클리핑(clipping)을 방지하고 효율을 최적화할 수 있습니다. GaN 앰프는 기존 LDMOS 설계 대비 20% 더 넓은 헤드룸을 제공하여 예측 불가능한 운용 조건에서도 내구성을 향상시킵니다.
앰프를 포화 상태로 구동하면 인접 주파수 대역에 간섭 위험이 있는 비조절된 고조파가 발생합니다. 포화 수준보다 2~4dB 낮게 유지하면 안정적인 이득 특성을 보장할 수 있으며, 장기 작전 수행에 필수적입니다. 현장 데이터에 따르면, 이 여유를 준수할 경우 지속적인 드론 대응 작전에서 열로 인한 정지 사고가 65% 감소합니다.
포화 상태 근처에서 작동하는 증폭기는 기본 주파수의 정수 배인 고조파를 발생시키며, 이는 비대상 시스템을 방해할 수 있다. 이러한 고조파를 억제하기 위해 엔지니어들은 임피던스 정합 회로를 사용하고 압축 이전보다 6~10 dB 낮은 수준에서 작동시킨다. 고급 선형화 기술을 적용하면 대역 외 방출을 추가로 15~20 dB 감소시켜 현대 전자교란 플랫폼에서 보다 깨끗한 스펙트럼 출력을 보장한다.
잡음 지수가 2 dB 증가하면 전자교란 장비의 감도가 35% 저하되어 약한 위협 신호가 교란을 회피할 수 있다. LoRa와 같은 저전력 신호를 탐지하는 드론 대응 응용 분야에서는 증폭기가 잡음 지수를 1.5 dB 이하로 유지해야 한다. 열 안정화 기술을 통해 -40°C에서 +55°C 범위에서도 ±0.2 dB의 잡음 지수 일관성을 확보하여 극한 환경에서도 성능을 유지한다.
신호 순도를 보장하는 3단계 접근법:
접지 평면 분할은 고조파 전류로 인해 전원 공급 장치에 허위 변조가 유도되는 것을 방지하며, 특히 공간이 제한된 차량용 잼머 설치에 매우 중요함.
이동식 전파 방해 시스템이 제대로 작동하려면, 높은 출력과 소형화를 동시에 달성하면서도 효율적인 RF 증폭기가 필요합니다. 대부분의 엔지니어들은 이러한 시스템을 설계할 때 SWaP-C라는 개념을 언급합니다. 이는 크기(Size), 무게(Weight), 전력(Power), 비용(Cost)을 의미합니다. 기본적으로 사소한 부분 하나까지도 중요하며, 공간이나 전력 소모가 약간이라도 더 늘어나면 실제 현장에서 시스템이 배치될 수 있는지 여부에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 2023년 국방 연구기관의 최근 보고서에 따르면, 저해 장치의 장애 원인 중 거의 3분의 2가 SWaP 사양에서 허용된 것보다 장치가 과열되거나 전력을 너무 빨리 소모하는 데서 발생합니다. 이는 소형화된 시스템에서 적절한 열 관리가 얼마나 중요한지를 보여줍니다.
효과적인 통합을 위해서는 RF 증폭기와 세 가지 핵심 하위 시스템 간의 조정이 필요합니다:
내장형 열 센서와 능동 모니터링은 고부하 주기 작동 시 고장률을 38% 감소시킵니다. 주요 전략은 다음과 같습니다:
이러한 사례들은 RF 파워 앰플리파이어가 혹독한 운용 환경에서 5,000시간 이상 동안 90% 이상의 전자전 효과를 유지하도록 보장합니다.
RF 전력 증폭기는 목표 신호를 효율적으로 방해하면서 전력을 낭비하거나 비대상 지역에서 간섭을 유발하지 않도록 작동 주파수 및 대역폭과 일치해야 합니다.
조정 가능한 증폭기는 광범위한 주파수 커버리지를 제공하여 GPS 기반 드론 및 5G 지원 장치와 같은 다양한 위협에 대해 성능 저하 없이 효과적으로 교란할 수 있습니다.
SWaP(크기, 무게, 전력 및 비용)는 이동식 교란 시스템 설계에서 매우 중요하며, 시스템이 소형화되고 효율적이며 현장 조건에서도 지속적인 작동이 가능하도록 보장합니다.
적절한 열 관리는 과열을 방지하고 특히 소형의 이동식 교란 시스템에서 RF 전력 증폭기의 일관된 성능을 보장합니다.
