แอมพลิฟายเออร์กำลังความถี่วิทยุ (RF) เป็นองค์ประกอบสำคัญในระบบป้องกันอากาศยานไร้คนขับ (C-UAS) ที่ทันสมัย ช่วยให้สามารถควบคุมพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ เพื่อรบกวนหรือทำให้โดรนศัตรูใช้งานไม่ได้ ระบบเหล่านี้ขยายสัญญาณ RF ให้ถึงระดับกำลังสูง เพื่อรบกวนการปฏิบัติงานของโดรนอย่างมีเป้าหมายผ่านการแทรกสอด
แอมป์กำลังวิทยุ (RF power amplifiers) จะทำหน้าที่รับสัญญาณวิทยุที่อ่อนแรงและขยายให้สูงขึ้นมาก โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 50 วัตต์ ถึง 10 กิโลวัตต์ สิ่งที่อุปกรณ์เหล่านี้สร้างขึ้นคือพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความเข้มข้นสูงพอที่จะรบกวนหรือบล็อกการสื่อสารของโดรนจนหมดสิ้นเชิง เมื่อพูดถึงงานระบบต่อต้านอากาศยานไร้คนขับ (Counter-Unmanned Aircraft Systems - C-UAS) แอมป์ส่วนใหญ่จะเน้นที่ความถี่ประมาณ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ และ 5.8 กิกะเฮิรตซ์ เนื่องจากเป็นช่วงความถี่ที่โดรนสำหรับผู้บริโภคส่วนใหญ่ใช้ในการควบคุมและส่งสัญญาณวิดีโอ สำหรับรุ่นใหม่ที่ใช้เทคโนโลยีสถานะคงที่ (solid state) นั้นมีประสิทธิภาพสูงมาก มักมีประสิทธิภาพเกิน 65% และยังสามารถกำหนดเป้าหมายไปที่ความถี่เฉพาะโดยไม่รบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียง สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างมากในสถานการณ์จริงที่เราต้องหยุดโดรนที่ผิดกฎหมายโดยไม่ก่อให้เกิดปัญหากับอุปกรณ์ไร้สายที่ถูกต้องตามกฎหมาย
แอมป์ RF ทำให้สามารถใช้ยุทธศาสตร์การรบกวนสัญญาณได้ 2 แบบหลัก ได้แก่
ด้วยการปรับระดับกำลังส่งออก (วัดเป็น dBm) และรูปแบบการปรับเปลี่ยนให้เหมาะสมอย่างแม่นยำ ระบบเหล่านี้สามารถรบกวนสัญญาณ GPS, Wi-Fi และโปรโตคอลเฉพาะที่ผู้ผลิตหลักอย่าง DJI และ Autel ใช้ โดยไม่กระทบต่อโครงสร้างพื้นฐานรอบข้าง
พลังงาน RF ที่มุ่งเป้าไปที่โดรนจะทำให้โดรนใช้งานไม่ได้ผ่านสามกลไกหลัก:
ระบบเกรดทางทหารใช้เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ไนเตรดแกเลียม (GaN) เพื่อสร้างความหนาแน่นกำลังสูงสุดเกิน 10 วัตต์/มม. ซึ่งช่วยให้สามารถดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพในระยะทางที่ไกลถึง 1.2 กิโลเมตร (0.75 ไมล์) ในขณะที่ยังคงรองรับการติดตั้งแบบเคลื่อนที่ได้ในรูปแบบกะทัดรัด
ระบบไมโครเวฟกำลังสูง หรือ HPM ทำงานโดยใช้แอมปลิฟายเออร์ความถี่วิทยุ (RF) เพื่อสร้างพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่เข้มข้นออกมาในรูปแบบของพลังงานกระชาก ซึ่งสามารถทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของโดรนทั้งหมดหยุดทำงานพร้อมกันได้ในคราวเดียว หลายระบบ เมื่อพลังงานไมโครเวฟถูกกำหนดเป้าหมายให้พุ่งเป็นลำแสงที่แน่นอน จะเกิดการรบกวนสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ในพื้นที่เฉพาะ ซึ่งส่งผลต่อการบังคับควบคุม การสื่อสาร และการนำทางของโดรน กองทัพบริติชได้ทดสอบระบบหนึ่งของอาวุธกำลังความถี่วิทยุที่มุ่งเน้นพลังงานตรงจุดในปี 2025 และสามารถหยุดโดรนได้ถึง 9 ใน 10 ตัวในฝูงบิน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการขยายการใช้งานเทคโนโลยีนี้เพื่อรับมือกับภัยคุกคามหลายด้านในเวลาเดียวกัน
ระบบสนามสมัยใหม่เริ่มต้นที่จะรวมเอาแอมปลิฟายเออร์แบบ RF ที่สามารถจัดการกับกำลังขับสัญญาณตั้งแต่ 50 ถึง 300 กิโลวัตต์ในชุดอุปกรณ์แบบเคลื่อนที่ได้ ในระหว่างการทดสอบในสภาพแวดล้อมทะเลทราย ต้นแบบรถหุ้มเกราะสามารถทำลายโดรนขนาดกลางจำนวนสิบสองเครื่องภายในพื้นที่ระยะ 400 เมตร ระบบยังคงสัญญาณให้แข็งแกร่งแม้ในขณะที่อุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น โดยสูญเสียประสิทธิภาพน้อยกว่า 3 เดซิเบลแม้ในสภาพอากาศร้อนจัด ทำไมสิ่งนี้ถึงทำงานได้ดี? เพราะระบบใหม่เหล่านี้ใช้แถงแอมปลิฟายเออร์แบบสเตตัสโซลิด (solid state amplifier arrays) แทนเทคโนโลยีแบบเก่าที่ใช้หลอดสุญญากาศ การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในแง่ของความน่าเชื่อถือและการทำงานในพื้นที่ปฏิบัติการจริง
อาวุธพลังงานที่มุ่งเน้นแบบ RF รุ่นล่าสุดกำลังมุ่งไปที่การออกแบบแบบโมดูลาร์ที่ช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถปรับระดับกำลังไฟฟ้าได้ตามจุดที่นำไปใช้งาน เช่น ในเขตเมืองอาจต้องการกำลังไฟฟ้าประมาณ 20 กิโลวัตต์ ขณะที่สนามรบแบบเปิดอาจต้องการกำลังสูงถึง 1 เมกะวัตต์ นอกจากนี้ ระบบยังสามารถเปลี่ยนรูปแบบคลื่นได้อย่างรวดเร็ว จากการครอบคลุมพื้นที่กว้างด้วยมุมลำแสงประมาณ 10 องศา ไปจนถึงความแม่นยำสูงสุดที่มุมเพียง 2 องศาเมื่อจำเป็น ความสามารถนี้สามารถรับมือกับทั้งฝูงโดรนและเป้าหมายราคาแพงที่ควรค่าแก่การปกป้อง สิ่งที่ทำให้ระบบเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงในการรับมือกับภัยคุกคามยุคใหม่คือ ความสามารถในการวิเคราะห์ความถี่วิทยุแบบเรียลไทม์ ระบบจะปรับความถี่ในการทำงานอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้สามารถติดตามโดรนที่พยายามหลบหนีการตรวจจับโดยเปลี่ยนความถี่ไปมาระหว่างช่วงต่าง ๆ การตอบสนองแบบปรับตัวได้นี้มอบข้อได้เปรียบเชิงยุทธศาสตร์ที่สำคัญให้กับผู้ปฏิบัติงานในสภาพแวดล้อมสนามรบซับซ้อนในปัจจุบัน
กฎเกณฑ์เกี่ยวกับกำลังที่ระบบเหล่านี้สามารถใช้ได้นั้นขึ้นอยู่กับสถานที่ติดตั้งเป็นหลัก โดยปกติในเขตเมืองจะควบคุมให้ใช้กำลังไม่เกิน 10 กิโลวัตต์ เพื่อป้องกันไม่ให้ส่งผลกระทบต่อชีวิตประจำวันของพลเมือง แต่ถ้าเป็นพื้นที่ทางทหาร ค่ากำลังที่อนุญาตให้ใช้ได้อาจสูงขึ้นมาก บางครั้งสูงถึง 500 กิโลวัตต์ เพื่อใช้ในสถานการณ์ป้องกันฝูงบินโดรน นอกจากนี้ งานวิจัยเมื่อปีที่แล้วยังได้แสดงข้อมูลที่น่าสนใจอีกด้วยว่า เมื่อผู้ปฏิบัติงานใช้เวลาในการปรับเทียบอุปกรณ์อย่างถูกต้อง จะสามารถลดความเสียหายทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เกิดขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจได้ประมาณสามในสี่เมื่อเทียบกับการปล่อยให้ระบบทำงานแบบไม่มีการควบคุม นอกจากนี้ โมเดลใหม่ๆ ยังมีคุณสมบัติอัจฉริยะที่เรียกว่าระบบตัดการทำงานอัตโนมัติ ซึ่งจะทำงานเมื่อระบบตรวจจับสัญญาณ IFF ของฝ่ายเดียวกัน ซึ่งก็หมายความว่ามันสามารถแยกแยะและไม่โจมตีฝ่ายเดียวกันเอง ซึ่งเป็นฟีเจอร์ที่สำคัญมากเมื่อพิจารณาถึงความปลอดภัยของชีวิตมนุษย์
ทรานซิสเตอร์ Gallium nitride (GaN) มีสมรรถนะที่เหนือกว่าเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมในงานด้านการป้องกันประเทศ โดยให้ ความหนาแน่นของกำลังสูงกว่า 300% เมื่อเทียบกับ gallium arsenide และสามารถทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพที่แรงดันสูงกว่า 100V แอมพลิฟายเออร์เหล่านี้สามารถให้ ประสิทธิภาพการเพิ่มกำลัง (PAE) สูงถึง 85% ในระบบต่อต้านสัญญาณรบกวน ซึ่งสูงกว่าทางเลือกที่ใช้ซิลิคอนถึง 35% ข้อดีหลัก ได้แก่
แอมพลิฟายที่ใช้สารกัลเลียมไนไตรด์ (GaN) ได้รับการให้ความสำคัญมากขึ้นในระบบซึ่งต้องการความสามารถในการปรับความถี่อย่างรวดเร็ว ตามที่กองทัพสหรัฐฯ ได้สาธิตการใช้งานเครื่องรบกวน (jammers) ที่ใช้ GaN กำลัง 20 กิโลวัตต์ ในรูปแบบขนาดเล็กที่มีขนาดน้อยกว่า 2U เมื่อปี 2023
การเปลี่ยนจากการใช้หลอดสุญญากาศรุ่นเก่าไปเป็นเครื่องขยายสัญญาณแบบกานิเมียมไนไตรด์ (GaN) แบบโซลิดสเตตที่ทันสมัยนั้น ได้เปลี่ยนแปลงแนวคิดพื้นฐานของอาวุธพลังงานโดยตรงอย่างสิ้นเชิง ระบบในปัจจุบันรวมเอาโมดูลพลังงานเข้าด้วยกันในลักษณะที่สามารถเพิ่มกำลังสัญญาณวิทยุ (RF) ได้ตั้งแต่ 1 กิโลวัตต์ไปจนถึง 500 กิโลวัตต์ ขณะเดียวกันก็รักษาระดับสัญญาณให้ชัดเจนปราศจากการบิดเบือน ตัวเลขเองก็บอกเรื่องราวได้ด้วยเช่นกัน โดยผลการทดสอบภาคสนามระบุว่ามีประสิทธิภาพดีขึ้นประมาณ 82 เปอร์เซ็นต์ในแง่ของระยะเวลาการใช้งานต่อเนื่องของระบบ สำหรับระบบขัดขวางโดรนด้วยไมโครเวฟแล้ว หมายความว่าผู้ปฏิบัติงานสามารถปิดกั้นฝูงโดรนที่รบกวนได้เป็นเวลานานขึ้นมาก โดยไม่จำเป็นต้องปิดระบบเพื่อให้เครื่องเย็นตัวหรือทำการบำรุงรักษา
ข้อได้เปรียบด้านความหนาแน่นของพลังงานในเทคโนโลยี Gallium Nitride (GaN) ทำให้ระบบโดยรวมสามารถผลิตออกมาเล็กลงและเบากว่ามาก ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์กีดขวางสัญญาณแบบพกพาที่เพิ่งออกใหม่สามารถบรรจุแอมพลิฟายร์ RF แบบคลื่นความถี่เต็มช่วงในตัวเครื่องที่มีน้ำหนักต่ำกว่า 4 กิโลกรัม ซึ่งเบากว่าอุปกรณ์ที่มีอยู่ในปี 2020 ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ อุปกรณ์ขนาดเล็กมีความสำคัญอย่างมากเมื่อต้องนำไปติดตั้งในพื้นที่อย่างรวดเร็ว NATO เพิ่งทดสอบระบบ GaN ที่ติดตั้งบนรถบรรทุก และระบบที่ทดสอบแสดงให้เห็นว่าสามารถปกป้องพื้นที่ขนาดใหญ่ได้ถึง 5 ตารางกิโลเมตรจากภัยคุกคามโดรนระดับ Category 3
แม้ว่าต้นทุนการผลิตแอมพลิฟายร์แบบ GaN จะ สูงกว่า 40% เมื่อเทียบกับตัวแบบซิลิกอน แต่อายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าถึง 10 เท่า (25,000 ชั่วโมง MTBF) และการใช้พลังงานที่ลดลงถึง 75 เปอร์เซ็นต์ ทำให้คุ้มค่าเมื่อคำนวณตลอดอายุการใช้งาน นักวิเคราะห์ทางทหารคาดการณ์ว่า GaN จะคิดเป็นสัดส่วน 87% ของการติดตั้งระบบ RF ป้องกันโดรนใหม่ ภายในปี 2026 ซึ่งได้รับแรงผลักดันจากคุณสมบัติ SWaP-C (ขนาด น้ำหนัก พลังงาน และต้นทุน) ที่เหนือกว่า
เทคโนโลยี Phased Array ใช้แอมป์กำลัง RF หลายตัวทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมลำแสงแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างละเอียดในช่วงความยาวคลื่นระดับมิลลิเมตร เมื่อวิศวกรปรับมุมเฟสในแต่ละส่วนของแถงแอนเทนา ซึ่งเป็นเทคนิคที่สืบเนื่องมาจากเรดาร์แบบดั้งเดิม ก็จะได้สัญญาณที่ถูกเน้นชัดในทิศทางหนึ่ง และยังสามารถลดสัญญาณที่ไม่ต้องการในพื้นที่อื่น ๆ ด้วยปรากฏการณ์การแทรกสอดแบบทำลายล้าง
แอมป์ RF ที่ใช้สารก่อร่าง GaN เพิ่มความสมบูรณ์ของลำแสงด้วยประสิทธิภาพการขยายพลังงานสูงกว่า 70% ในความถี่ย่าน X-band การทดสอบในสนามยืนยันว่าแถงแอนเทนาแบบ Phased Array ที่ใช้ GaN สามารถเปลี่ยนทิศทางลำแสงได้ภายในเวลาไม่ถึง 200 ไมโครวินาที ซึ่งเร็วกว่า quadcopters ที่บังคับทิศทางได้คล่องตัวที่สุดเสียอีก
อัลกอริทึมการกำหนดลำแสงขั้นสูง แปลงเอาต์พุตของแอมปลิฟายเออร์ RF ให้เป็นโซนปฏิเสธสัญญาณแบบปรับตัวได้ ("signal denial zones") ที่สามารถติดตามโดรนที่ไม่ได้รับอนุญาตโดยใช้ข้อมูลนำเข้าจากเรดาร์หรืออุปกรณ์อิเล็กโทร-ออปติคอล ในระหว่างการทดสอบระบบต่อต้านโดรนของ NATO ในปี 2023 ระบุอาร์เรย์ RF แบบ 64 ช่องทางสามารถทำให้เกิดอัตราการบ neutralization โดรนฝูงได้ถึง 92% โดย:
วิธีการนี้ช่วยลดการพึ่งพาเครื่องกระจายสัญญาณแบบรอบทิศทาง (omnidirectional jammers) ทำให้สามารถปกป้องโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญได้อย่างมีประสิทธิภาพ ต้นแบบที่ใช้แอมปลิฟายเออร์ GaN สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักได้ดีขึ้นกว่า 8 เท่า เมื่อเทียบกับระบบเดิมที่ใช้หลอดสุญญากาศ ช่วยให้ง่ายต่อการติดตั้งบนยานพาหนะเชิงยุทธศาสตร์
