เพื่อให้แอมพลิฟายเออร์กำลังวิทยุทำงานร่วมกับระบบจัมเมอร์ได้อย่างเหมาะสม จำเป็นต้องสอดคล้องกับความถี่การใช้งานที่ถูกต้อง เพื่อไม่ให้สูญเสียพลังงานหรือสร้างสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการ ตามผลการทดสอบภาคสนามบางส่วนในปี 2023 เมื่อแอมพลิฟายเออร์ครอบคลุมช่วงความถี่ 1.7 ถึง 4.2 กิกะเฮิรตซ์ แทนที่จะเป็นเพียงแถบความถี่แคบๆ จะสามารถลดการใช้พลังงานลงได้ประมาณ 18% โดยที่คุณภาพของสัญญาณไม่เสื่อมถอย (ตามรายงานของ Dewinjammer จากการศึกษาในปี 2023) อย่างไรก็ตาม หากเกิดความไม่สอดคล้องกันระหว่างช่วงความถี่เหล่านี้ ปัญหาจะเกิดขึ้น พื้นที่สำคัญที่อาจมีภัยคุกคามจะไม่ได้รับการป้องกันเลย หรือเลวร้ายกว่านั้น สัญญาณอาจรั่วไหลไปยังช่องสัญญาณใกล้เคียง ซึ่งอาจทำให้เกิดความผิดพลาดอย่างรุนแรงในระหว่างปฏิบัติการสงครามอิเล็กทรอนิกส์
เครื่องก่อกวนสมัยใหม่ต้องสามารถขัดขวางสัญญาณพร้อมกันในช่วงความถี่ GPS (1.2/1.5 กิกะเฮิรตซ์), เซลลูลาร์ (700 เมกะเฮิรตซ์–4 กิกะเฮิรตซ์) และไวไฟ (2.4/5 กิกะเฮิรตซ์) ซึ่งต้องการแบนด์วิดธ์มากกว่า 500 เมกะเฮิรตซ์ แอมพลิฟายเออร์กำลัง RF แบบแบนด์กว้างที่ใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ GaN สามารถให้กำไรเกินกว่า 50 เดซิเบลตลอดช่วงความถี่ที่ครอบคลุมหนึ่งอ็อกเทฟ ทำให้แอมพลิฟายเออร์ตัวเดียวสามารถแทนที่ยูนิตแบบแบนด์แคบหลายตัวได้โดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ
เครื่องขยายสัญญาณแบบปรับแต่งได้ที่สามารถผลิตกำลังส่งออก 30 dBm ได้ในช่วงความถี่ตั้งแต่ 800 MHz ไปจนถึง 4 GHz กำลังถูกใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพโดยเจ้าหน้าที่ทหารในการรับมือกับภัยคุกคามต่างๆ เช่น โดรนนำทางด้วยระบบ GPS และ IED ที่รองรับ 5G ซึ่งสร้างความรำคาญใจ เมื่อพิจารณาจากประสิทธิภาพของระบบนี้ พบว่าสามารถรักษาระดับ VSWR ต่ำกว่า 2.5:1 ได้ที่ตำแหน่งความถี่สำคัญๆ ในสเปกตรัม เช่น 2.3 GHz ซึ่งครอบคลุมสัญญาณ LTE และ 3.5 GHz ซึ่งเป็นย่านความถี่ที่ 5G n78 ทำงานอยู่ สิ่งนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า เครื่องขยายสัญญาณแบบแบนด์กว้างมอบการป้องกันที่ยอดเยี่ยมต่อภัยคุกคามหลายประเภท โดยไม่ต้องเสียคุณภาพของประสิทธิภาพการทำงานไปแต่อย่างใด
เพื่อให้สามารถรบกวนสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องขยายสัญญาณจำเป็นต้องปล่อยพลังงานออกมามากกว่าสัญญาณที่เข้ามาจากอุปกรณ์เป้าหมาย ยกตัวอย่างเช่น โดรนเชิงพาณิชย์ เครื่องรบกวนสัญญาณสำหรับผู้ใช้งานทั่วไปส่วนใหญ่มักจะทำงานได้ไม่ดีนัก เว้นแต่ว่าจะสามารถสร้างพลังงานคลื่นต่อเนื่องได้ประมาณ 50 วัตต์ เพียงเพื่อรบกวนสัญญาณ GPS ส่วนการใช้งานทางทหารนั้นยากยิ่งกว่า บางครั้งอาจต้องใช้พลังงานมากกว่า 300 วัตต์ เพื่อปิดกั้นช่องสื่อสารระยะไกล ปัญหานี้จะรุนแรงขึ้นเมื่อเพิ่มระดับเอาต์พุตสูงขึ้น เพราะความร้อนจะสะสมอย่างรวดเร็ว นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ผู้เชี่ยวชาญจำนวนมากในปัจจุบันหันไปใช้เครื่องขยายสัญญาณที่ผลิตจากแกลเลียมไนไตรด์ (gallium nitride) กันมากขึ้น เนื่องจากสามารถจัดการกับความร้อนได้ดีกว่า และยังคงความเสถียรโดยไม่ทำให้สัญญาณบิดเบือนรุนแรง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการปฏิบัติการที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง
เมื่อแอมพลิฟายเออร์ทำงานในโหมดที่ไม่เป็นเชิงเส้น จะก่อให้เกิดการบิดเบือนฮาร์มอนิกและผลิตภัณฑ์ผสมความถี่ (intermodulation products) ซึ่งส่งผลให้การรบกวนสัญญาณขาดความแม่นยำ หากเราใช้แอมพลิฟายเออร์ที่ทำงานต่ำกว่าจุดอัดแรง 1 เดซิเบลเล็กน้อย สิ่งที่น่าสนใจจะเกิดขึ้น นั่นคือ การขยายตัวของสเปกตรัม (spectral regrowth) จะลดลงประมาณ 65 เปอร์เซ็นต์ ตามรายงานวิจัยจาก IEEE เมื่อปี 2024 สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างมากเมื่อจัดการกับช่วงความถี่ที่ทับซ้อนกัน เช่น กรณีที่เกิดขึ้นระหว่างเครือข่าย 4G และ 5G การควบคุมให้อยู่ในสภาพนี้จะทำให้กำลังรบกวนสัญญาณยังคงมุ่งเป้าไปที่สิ่งที่ต้องการหยุด แทนที่จะครอบคลุมสัญญาณที่ถูกต้องตามกฎหมายโดยไม่ได้ตั้งใจ
การเพิ่มสูงสุดของกำลังขับออกมักจะลดประสิทธิภาพลงเนื่องจาก 30–40%การสะสมความร้อน แต่การออกแบบขั้นสูงสามารถบรรเทาปัญหานี้ได้โดยใช้ระบบปรับไบแอสแบบปรับตัว (adaptive biasing) และโครงสร้างแบบโดเฮอร์ตี (Doherty configurations) จนสามารถบรรลุ ประสิทธิภาพการใช้กระแสไฟฟ้าสูงถึง 80% ที่กำลังขับ 150 วัตต์ ซึ่งการปรับปรุงเหล่านี้ช่วยยืดอายุการใช้งานให้ยาวนานขึ้น โดยเฉพาะในระบบเคลื่อนที่ที่มีข้อจำกัดด้านความสามารถในการระบายความร้อน
จุดตัดลำดับที่สาม (IP3) เป็นค่าที่ใช้วัดความสามารถของแอมพลิฟายเออร์ในการลดการบิดเบือนคลื่นผสมเมื่อประมวลผลสัญญาณหลายสัญญาณ ในสภาพแวดล้อมที่มีสเปกตรัมหนาแน่น แอมพลิฟายเออร์ที่มีค่า IP3 สูงกว่า 40 ดีบีเอ็ม จะช่วยลดการรบกวนข้ามความถี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การวิเคราะห์อุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ที่มีค่า IP3 เกิน 45 ดีบีเอ็ม สามารถลดการขยายตัวของสเปกตรัมได้ 30–50% ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการระบุเป้าหมายในสถานการณ์ที่มีภัยคุกคามหลายรูปแบบ
จุดอัด 1 เดซิเบล หรือที่รู้จักกันในชื่อ P1dB โดยพื้นฐานคือ จุดที่แอมพลิฟายเออร์เริ่มสูญเสียการขยายสัญญาณลง 1 เดซิเบล เมื่อเทียบกับการทำงานในโหมดเชิงเส้น เมื่อระบบทำงานใกล้เกินไปกับเกณฑ์นี้ จะเริ่มเกิดการเพี้ยนของสัญญาณ ซึ่งอาจทำให้ความแม่นยำของการรบกวนสัญญาณ (jamming accuracy) เสียหายได้ วิศวกรส่วนใหญ่ทราบดีว่าไม่ควรใช้งานใกล้เคียงกับขีดจำกัดนี้มากเกินไป สำหรับสัญญาณแบบพัลส์ การปฏิบัติที่ดีคือควรใช้งานที่ระดับต่ำกว่า P1dB ประมาณ 6 ถึง 10 เดซิเบล อย่างไรก็ตาม สำหรับสัญญาณโมดูเลตที่ซับซ้อน เช่น OFDM ระยะปลอดภัยควรมากขึ้น คืออยู่ระหว่าง 10 ถึง 15 เดซิเบลต่ำกว่า P1dB ระยะห่างเพิ่มเติมนี้ช่วยรักษาระดับคุณภาพของสัญญาณไว้ แม้จะต้องเผชิญกับเงื่อนไขโหลดที่เปลี่ยนแปลงหลากหลาย ซึ่งเป็นสิ่งที่ระบบจริงต้องพบเจอในแต่ละวัน
เฮดรูม (headroom) คือ ช่วงความปลอดภัยระหว่างกำลังงานในการทำงานกับกำลังขับสูงสุด ทำหน้าที่ป้องกันการพุ่งของสัญญาณ ในระบบจัมเมอร์แบบเคลื่อนที่ การคงค่าเฮดรูมไว้ที่ 3–5 dB จะช่วยป้องกันการตัดตอนของสัญญาณในช่วงการเปลี่ยนผ่านอย่างฉับพลัน พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน โดยแอมปลิฟายเออร์ GaN มีเฮดรูมที่กว้างกว่าการออกแบบ LDMOS แบบดั้งเดิมถึง 20% ทำให้มีความทนทานมากขึ้นในสภาวะปฏิบัติการที่ไม่แน่นอน
การขับแอมปลิฟายเออร์จนถึงจุดเซเทอเรชันจะสร้างฮาร์โมนิกที่ไม่สามารถควบคุมได้ ซึ่งเสี่ยงต่อการรบกวนในแถบความถี่ที่อยู่ใกล้เคียง การคงระดับต่ำกว่าจุดเซเทอเรชัน 2–4 dB จะช่วยรักษารูปแบบการขยายสัญญาณให้มีเสถียรภาพ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับภารกิจที่ต้องดำเนินต่อเนื่อง ข้อมูลจากสนามจริงแสดงว่า การยึดมั่นในช่วงความปลอดภัยนี้สามารถลดเหตุการณ์การปิดเครื่องจากความร้อนเกินได้ถึง 65% ในการปฏิบัติการต่อต้านโดรนอย่างต่อเนื่อง
แอมพลิฟายเออร์ที่ทำงานใกล้ระดับอิ่มตัวจะสร้างฮาร์โมนิกส์ ซึ่งเป็นพหุคูณของความถี่พื้นฐานที่อาจรบกวนระบบอื่นที่ไม่ได้เป็นเป้าหมาย เพื่อลดปัญหานี้ วิศวกรจะใช้เครือข่ายจับคู่อิมพีแดนซ์ และดำเนินการที่ต่ำกว่าระดับการบีบอัด 6–10 dB เทคนิคการเชิงเส้นขั้นสูงยังช่วยลดการแผ่รังสีนอกแถบความถี่ลงได้อีก 15–20 dB ทำให้ผลลัพธ์ทางสเปกตรัมสะอาดยิ่งขึ้นในแพลตฟอร์มการรบกวนสมัยใหม่
การเพิ่มขึ้นของ noise figure 2 dB จะทำให้ความไวของเครื่องรบกวนลดลง 35% ซึ่งอาจทำให้สัญญาณคุกคามที่มีกำลังอ่อนหลุดพ้นจากการกดดันได้ สำหรับการประยุกต์ใช้งานต่อต้านโดรนที่ต้องการเป้าหมายสัญญาณ LoRa ที่มีกำลังต่ำ แอมพลิฟายเออร์จำเป็นต้องรักษาระดับ noise figure ต่ำกว่า 1.5 dB การควบคุมอุณหภูมิให้มีเสถียรภาพจะช่วยให้ค่า noise figure มีความคงที่ภายใน ±0.2 dB ในช่วงอุณหภูมิ -40°C ถึง +55°C รักษาประสิทธิภาพการทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
แนวทางแบบสามชั้นเพื่อให้มั่นใจในความบริสุทธิ์ของสัญญาณ
การแบ่งส่วนระนาบกราวด์ช่วยป้องกันไม่ให้กระแสฮาร์มอนิกส์เหนี่ยวนำการมอดูเลตผิดพลาดในแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการติดตั้งเครื่องรบกวนบนยานพาหนะที่มีพื้นที่จำกัด
เพื่อให้ระบบยับยั้งเคลื่อนที่ทํางานได้อย่างถูกต้อง พวกเขาต้องการเครื่องขยายเสียง RF ที่สามารถทํางานได้ทั้งขนาดเล็กและแรงในเวลาเดียวกัน วิศวกรส่วนใหญ่พูดถึงสิ่งที่เรียกว่า SWaP-C เมื่อออกแบบระบบเหล่านี้ ซึ่งหมายถึง ขนาด น้ําหนัก พลังงาน และราคา หลักๆแล้ว ทุกๆ ขั้นตอนสําคัญ เพราะการเพิ่มพื้นที่หรือพลังงาน เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ก็สามารถสร้างความแตกต่างได้ ตามรายงานล่าสุดจากนักวิจัยการป้องกันในปี 2023 เกือบสองในสามของความล้มเหลวของเครื่องยับยั้งเกิดขึ้นเพราะอุปกรณ์ร้อนเกินหรือหมดพลังงานเร็วเกินไป เมื่อเทียบกับสิ่งที่นิติบุตร SWaP ของมันอนุญาต ซึ่งแสดงให้เห็นว่า การจัดการความร้อนอย่างถูกต้องนั้น เป็นสิ่งสําคัญแค่ไหน ในระบบขนาดเล็กเหล่านี้
การบูรณาการที่มีประสิทธิภาพต้องมีการปรับสภาพระหว่างเครื่องขยาย RF และ 3 องค์ประกอบพื้นฐาน
เซนเซอร์วัดอุณหภูมิในตัวและระบบตรวจสอบแบบแอคทีฟ ช่วยลดอัตราการเกิดข้อผิดพลาดลง 38% ในการทำงานที่ใช้งานหนักอย่างต่อเนื่อง กลยุทธ์หลัก ได้แก่:
แนวทางปฏิบัติเหล่านี้ทำให้เครื่องขยายสัญญาณวิทยุความถี่สูง (RF power amplifiers) สามารถรักษาระดับประสิทธิภาพการรบกวนสัญญาณได้มากกว่า 90% เป็นระยะเวลาเกินกว่า 5,000 ชั่วโมง ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรง
เครื่องขยายสัญญาณกำลัง RF จำเป็นต้องสอดคล้องกับความถี่ในการทำงานและแบนด์วิธ เพื่อขัดขวางสัญญาณเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่สูญเสียพลังงานหรือก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนในพื้นที่ที่ไม่ใช่เป้าหมาย
เครื่องขยายสัญญาณที่สามารถปรับได้มีความสามารถครอบคลุมความถี่กว้าง ทำให้สามารถขัดขวางภัยคุกคามต่างๆ เช่น โดรนนำทางด้วย GPS และอุปกรณ์ที่รองรับ 5G ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่ลดทอนสมรรถนะ
SWaP (ขนาด น้ำหนัก พลังงาน และต้นทุน) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบระบบการรบกวนแบบเคลื่อนที่ เพื่อให้มั่นใจว่าระบบมีขนาดกะทัดรัด มีประสิทธิภาพ และสามารถปฏิบัติงานต่อเนื่องในสภาพแวดล้อมภาคสนามได้
การจัดการความร้อนที่เหมาะสมจะช่วยป้องกันการร้อนเกินและรักษาระดับสมรรถนะที่คงที่ของเครื่องขยายสัญญาณกำลัง RF โดยเฉพาะในระบบการรบกวนแบบเคลื่อนที่ที่มีขนาดเล็กกะทัดรัด
