×
Voor RF-versterkers om goed te functioneren met stoorapparatuursystemen, moeten ze overeenkomen met de juiste operationele frequenties, zodat we geen energie verspillen of ongewenste interferentie veroorzaken. Volgens veldtests uit 2023 verminderden versterkers die het bereik van 1,7 tot 4,2 GHz bestreken in plaats van slechts smalle banden, het stroomverbruik met ongeveer 18%, zonder dat de signaalkwaliteit hieronder leed (zoals gemeld door Dewinjammer in hun studie uit 2023). Wanneer er echter een mismatch is tussen deze frequentiebereiken, treden er problemen op. Kritieke gebieden waar bedreigingen kunnen optreden blijven volledig onbeschermd, of nog erger, signalen lekken weg naar aangrenzende kanalen, wat tijdens daadwerkelijke elektronische oorlogsoperaties grote gevolgen kan hebben.
Moderne jammers moeten tegelijkertijd signalen verstoren in het GPS-bereik (1,2/1,5 GHz), mobiele netwerken (700 MHz–4 GHz) en Wi-Fi (2,4/5 GHz), wat bandbreedtes van meer dan 500 MHz vereist. Breedbandige RF-versterkers op basis van GaN-halfgeleider technologie bieden een versterking van >50 dB over octaaf-overspannende bereiken, waardoor één versterker meerdere smalbandige units kan vervangen zonder prestatieverlies.
Instelbare versterkers die een uitgangsvermogen van 30 dBm kunnen produceren over frequenties van 800 MHz tot wel 4 GHz, worden momenteel effectief ingezet door militair personeel tegen bedreigingen zoals GPS-gestuurde drones en die vervelende 5G-ingeschakelde IED's. Als we kijken naar de prestaties van deze systemen, dan blijft de VSWR onder de 2,5:1 op belangrijke punten in het spectrum, zoals 2,3 GHz wat LTE-signalen bestrijkt, en 3,5 GHz waar 5G n78 actief is. Wat dit duidelijk laat zien, is dat breedbandversterkers uitstekende bescherming bieden tegen meerdere soorten bedreigingen zonder enige afbreuk aan de kwaliteit van de prestaties.
Om signalen succesvol te blokkeren, moeten versterkers meer vermogen uitzenden dan wat wordt ontvangen van het doelapparaat. Neem commerciële drones als voorbeeld: de meeste hobbyblokkers hebben moeite met deze apparaten, tenzij ze ongeveer 50 watt continu golfvermogen kunnen genereren om alleen al de GPS-signalen te verstoren. Militaire toepassingen zijn nog zwaarder en vereisen soms meer dan 300 watt om die langeafstandscommunicatieverbindingen uit te schakelen. Het probleem wordt erger bij hogere uitgangsvermogens, omdat warmte snel opbouwt. Daarom kiezen veel professionals tegenwoordig voor versterkers op basis van galliumnitride. Deze verwerken de warmte beter en blijven stabiel zonder signalen te veel te vervormen, wat erg belangrijk is tijdens intense operaties waarbij betrouwbaarheid cruciaal is.
Wanneer versterkers in niet-lineaire modus werken, creëren ze vervelende harmonische vervormingen en intermodulatieproducten, wat de nauwkeurigheid van de jamming verstoort. Als we deze versterkers echter net onder hun 1 dB compressiepunt laten werken, gebeurt er iets interessants: volgens onderzoek van IEEE uit 2024 neemt de spectrale uitbreiding ongeveer 65 procent af. Dit is vooral belangrijk bij overlappende frequentiebanden, zoals die tussen 4G- en 5G-netwerken. Op deze manier blijft de jammingkracht gericht op het signaal dat gestopt moet worden, in plaats van per ongeluk legitieme signalen te blokkeren die normaal door moeten komen.
Het maximaliseren van uitgangsvermogen verlaagt vaak de efficiëntie met 30–40%vanwege warmteopbouw. Geavanceerde ontwerpen beperken dit met behulp van adaptieve biasing en Doherty-configuraties, waarmee 80% drainefficiëntie wordt bereikt bij een uitgangsvermogen van 150 W. Deze verbeteringen verlengen de operationele levensduur, met name in mobiele platformen waar de koelcapaciteit beperkt is.
Het derde-orde snijpunt (IP3) meet de capaciteit van een versterker om intermodulatievervorming te onderdrukken bij het verwerken van meerdere signalen. In spectrale omgevingen met hoge dichtheid zorgen versterkers met IP3-waarden >40 dBm voor minimale interferentie tussen frequenties. Sectoranalyses tonen aan dat toestellen met meer dan 45 dBm IP3 de spectrale uitbreiding met 30–50% verminderen, waardoor de nauwkeurigheid van doelwitbepaling in scenario's met meerdere bedreigingen wordt verbeterd.
Het 1 dB compressiepunt, ook wel P1dB genoemd, is in wezen het punt waarop de versterking van een versterker met 1 dB begint af te nemen ten opzichte van het lineaire werkgebied. Wanneer systemen te dicht bij deze drempel werken, ontstaat vervorming die de nauwkeurigheid van jamming serieus kan verstoren. De meeste ingenieurs weten beter dan tot aan de grens te gaan. Bij pulssignalen wordt als goede praktijk aangeraden om ongeveer 6 tot 10 dB onder P1dB te blijven. Met complexe gemoduleerde signalen zoals OFDM is echter een grotere veiligheidsmarge nodig, tussen de 10 en 15 dB onder P1dB. Deze extra ruimte helpt de signaalkwaliteit te behouden, zelfs bij wisselende belastingsomstandigheden waarmee realistische systemen dagelijks worden geconfronteerd.
Headroom, de marge tussen operationeel vermogen en maximaal uitgangsvermogen, beschermt tegen signaalpieken. In mobiele jamming-systemen voorkomt het behoud van 3 tot 5 dB headroom clipping tijdens plotselinge overgangen, terwijl de efficiëntie wordt geoptimaliseerd. GaN-versterkers bieden 20% meer headroom dan traditionele LDMOS-ontwerpen, wat de robuustheid verbetert onder onvoorspelbare operationele omstandigheden.
Versterkers in verzadiging drijven, genereert ongecontroleerde harmonischen, waardoor interferentie in aangrenzende banden kan ontstaan. Het blijven van 2 tot 4 dB onder verzadiging behoudt stabiele versterkingsprofielen, wat cruciaal is voor langdurige missies. Veldgegevens tonen aan dat het naleven van deze marge thermische uitschakelingen met 65% vermindert bij continue anti-dronemissies.
Versterkers die dicht bij verzadiging werken, produceren harmonischen, gehele veelvouden van de grondfrequentie, die niet-targetsystemen kunnen verstoren. Om deze te onderdrukken, gebruiken ingenieurs impedantie-aanpassingsnetwerken en werken ze 6 tot 10 dB onder compressie. Geavanceerde linearisatietechnieken verminderen out-of-band emissies met 15 tot 20 dB, wat zorgt voor een schonere spectraaluitvoer in moderne jammingplatforms.
Een toename van het ruisgetal met 2 dB vermindert de gevoeligheid van de jammer met 35%, waardoor zwakke bedreigingssignalen mogelijk ongemoeid blijven. Voor anti-dronesystemen die gericht zijn op laagvermogen LoRa-signalen, moeten versterkers een ruisgetal behouden van minder dan 1,5 dB. Thermische stabilisatie zorgt voor een consistentie van ±0,2 dB in het ruisgetal in een temperatuurbereik van -40°C tot +55°C, waardoor de prestaties behouden blijven in extreme omgevingen.
Een drietrapsaanpak zorgt voor signaalzuiverheid:
Segmentatie van het aardvlak voorkomt dat harmonische stromen valse modulatie induceren in voedingen, vooral cruciaal bij installaties van voertuiggebonden jammers met beperkte ruimte.
Voor mobiele jamming systemen om goed te functioneren, hebben ze RF-versterkers nodig die op de een of andere manier zowel krachtig als klein moeten zijn, terwijl ze tegelijkertijd efficiënt blijven. De meeste ingenieurs praten over iets dat SWaP-C wordt genoemd bij het ontwerpen van deze systemen. Dat staat voor Afmeting, Gewicht, Vermogen en Kosten. Eigenlijk is elk klein beetje belangrijk, omdat het toevoegen van slechts een fractie meer ruimte of stroomverbruik het verschil kan maken tussen al dan niet daadwerkelijke inzet in praktijksituaties. Volgens een recent rapport van defensieonderzoekers uit 2023, vallen bijna twee derde van de jammers uit door oververhitting of te snel leeglopen van de accu, vergeleken met wat hun SWaP-specificaties toestaan. Dit laat zien hoe kritiek effectief thermisch beheer echt is in deze compacte systemen.
Effectieve integratie vereist afstemming tussen RF-versterkers en drie kernsubsystemen:
Ingebouwde thermische sensoren en actief toezicht verlagen de foutfrequentie met 38% bij bedrijven met een hoog schakelcijfer. Belangrijke strategieën zijn:
Deze praktijken zorgen ervoor dat RF-versterkers >90% jammingefficaciteit behouden gedurende meer dan 5.000 uur in extreme operationele omstandigheden.
RF-versterkers moeten afgestemd zijn op operationele frequenties en bandbreedte om doelgericht signalen efficiënt te verstoren zonder verspilling van vermogen of interferentie in niet-bedoelde gebieden.
Instelbare versterkers bieden een breed frequentiebereik, waardoor effectieve storing mogelijk is tegen diverse bedreigingen zoals GPS-gestuurde drones en 5G-apparaten, zonder afbreuk aan de prestaties.
SWaP (afmeting, gewicht, vermogen en kosten) is cruciaal bij het ontwerpen van mobiele jamming-systemen, zodat ze compact, efficiënt en in staat zijn tot langdurige operaties onder veldomstandigheden.
Adequaat thermisch beheer voorkomt oververhitting en zorgt voor een constante prestatie van RF-versterkers, met name in compacte mobiele jamming-systemen.
