Дослідження переваг радіочастотних підсилювачів потужності в технології боротьби з дронами

Розуміння підсилювачів радіочастотної потужності в системах боротьби з дронами

Підсилювачі радіочастотної (RF) потужності є ключовими компонентами сучасних систем протидії безпілотним літальним апаратам (C-UAS), що забезпечують точний контроль електромагнітної енергії для зруйнування або виведення з ладу ворожих дронів. Ці системи підсилюють радіочастотні сигнали до високого рівня потужності, ефективно перериваючи роботу дронів шляхом цільового заважання.

Що таке підсилювач радіочастотної потужності і як він працює в системах протидії безпілотним літальним апаратам

Підсилювачі радіочастотної потужності беруть слабкі радіосигнали і підсилюють їх до значно вищого рівня потужності, зазвичай десь між 50 ватами та 10 кіловатами. Що виробляють ці пристрої — це спрямована електромагнітна енергія, достатньо потужна, щоб повністю порушити або заблокувати комунікації дронів. Коли мова йде про системи протидії безпілотним літальним апаратам (C-UAS), більшість цих підсилювачів зосереджені на частотах приблизно 2,4 гігагерца та 5,8 гігагерца, адже саме на цих частотах працюють більшість побутових дронів для керування та передачі відеосигналу. Новіші моделі на твердотільній електроніці також стали доволі ефективними, часто досягаючи ефективності понад 65%, і при цьому здатні точно націлюватися на певні частоти, не завдаючи шкоди іншій електроніці поруч. Це має велике значення в умовах реального застосування, коли потрібно зупинити дрони-порушники, не завдаючи шкоди легітимному радіообладнанню.

Роль підсилювачів радіочастот у завадах сигналу та порушенні комунікацій дронів

Підсилювачі радіочастот забезпечують дві основні стратегії створення завад:

• Завади неперервною хвилею : Сигнали постійної високої потужності блокують зв'язок між дроном і його оператором
• Імпульсна модуляція : Короткі сигнали імітують справжні команди, викликаючи помилки навігації або збій у роботі системи

Шляхом точного налаштування вихідної потужності (вимірюється в дБм) та шаблонів модуляції ці системи можуть вибірково порушувати роботу GPS, Wi-Fi та власних протоколів, що використовуються провідними виробниками, такими як DJI та Autel, без впливу на навколишню інфраструктуру.

Механізми електронного придушення з використанням радіочастотної енергії для знешкодження дронів

Цільова радіочастотна енергія виводить дрони з ладу трьома основними способами:

1. Насичення приймача : Перевантажує ланцюги приймача дрона, примушуючи активувати протоколи аварійного приземлення
2. Підробка команд : Вводить хибні дані навігації за допомогою підсилених, імітованих сигналів
3. Пошкодження апаратних засобів : Імпульси потужного мікрохвильового випромінювання (HPM) викликають електричний розряд у чутливій електроніці

Системи військового класу використовують транзисторні технології нітриду галію (GaN) для генерації пікових потужностей понад 10 Вт/мм, що дозволяє ефективно уражати цілі на відстані до 1,2 км (0,75 миль) з одночасною підтримкою компактного та мобільного розгортання.

Потужні радіочастотні підсилювачі в системах на основі спрямованої енергії та мікрохвильового випромінювання для боротьби з дронами

Принципи роботи систем потужного мікрохвильового випромінювання (HPM) для нейтралізації БПЛА

Системи з високою потужністю мікрохвильового випромінювання (HPM) працюють за рахунок використання радіочастотних підсилювачів, які генерують концентровані імпульси електромагнітної енергії, що можуть вивести з ладу електроніку дронів відразу в кількох системах. Якщо енергія мікрохвиль спрямована вузькими променями, це створює так зване локалізоване електромагнітне випромінювання (ЕМІ), яке заважає дронам навігувати, зв'язуватися та залишатися під контролем. Британська армія провела випробування ще в 2025 році за допомогою одного з таких радіочастотних зброїв направленої енергії, і їм вдалося зупинити приблизно 9 із 10 дронів у зграї. Це демонструє масштабованість такої технології для боротьби з кількома загрозами одночасно.

Дослідження випадку: підсилювачі радіочастотної потужності в експлуатаційних мікрохвильових системах протидії дронам

Сучасні рухомі системи починають включати радіочастотні підсилювачі, які можуть витримувати вихідні потужності від 50 до 300 кіловат у їхніх пересувних установках. Під час випробувань у пустельних умовах, прототип броньованого автомобіля впорався зі збиттям дванадцяти дронів середнього розміру в межах 400-метрової зони. Система зберігала сильний сигнал навіть у разі сильного підвищення температури, втрачаючи менше 3 дБ ефективності незважаючи на жару. Чому це так добре працює? Тому що ці нові системи використовують транзисторні матричні підсилювачі замість застарілих лампових технологій. Це переключення суттєво вплинуло на надійність та ефективність у реальних умовах експлуатації.

Нові тенденції у створенні радіочастотної озброєння прямої дії (RF DEW) для протидії дронам

Найновіші РЕБ зосередженої енергії рухаються в напрямку модульних конструкцій, які дозволяють операторам змінювати вихідну потужність залежно від місця розгортання. У міських районах може бути достатньо приблизно 20 кВт, тоді як на відкритих полях битви потрібно до 1 МВт потужності. Ці системи також можуть досить швидко перемикати хвильові форми — від широкого охоплення з кутом променя близько 10 градусів до максимальної точності при 2 градусах, коли це необхідно. Ці засоби можуть впоратися з усім — від роїв дронів до дорогоцінних об'єктів, які варто захищати. Найважливішим фактором ефективності цих систем проти сучасних загроз є їхня здатність аналізувати радіочастоти в режимі реального часу. Система постійно змінює робочу частоту, щоб випереджати дрони, які намагаються уникнути виявлення, перемикаючись між різними частотами. Саме така адаптивна реакція надає операторам суттєвих тактичних переваг у сучасних бойових умовах.

Балансування ефективності та побічного ризику при розгортанні зброї з високочастотним випромінюванням

Правила щодо потужності цих систем суттєво залежать від місця їхнього розгортання. У містах, як правило, прагнуть утримувати невисоку потужність, обмежуючи її менше ніж 10 кВт, щоб не заважати звичайним людям. У разі військових зон ці показники значно зростають, досягаючи іноді 500 кВт для відбиття атак типу «рій». Минулорічні дослідження також виявили цікавий факт. Якщо оператори правильно калібрують своє обладнання, це зменшує ймовірність випадкового електронного пошкодження на три чверті порівняно з ситуацією, коли все працює без контролю. Ще однією розумною функцією, вбудованою в новіші моделі, є автоматичне вимкнення. Цей механізм активується, коли система виявляє сигнали дружнього опитування (IFF), що фактично означає: зброя не буде атакувати власні сили. Дуже важливо, коли справа стосується порятунку життів.

Технологія нітриду галію (GaN) підвищує ефективність підсилювачів радіочастоти в системах оборони

Переваги транзисторів GaN у високоэффективних радіочастотних підсилювачах потужності

Транзистори з нітриду галію (GaN) забезпечують вищу продуктивність порівняно з традиційними напівпровідниками в оборонних застосуваннях, забезпечуючи на 300% вищу густину потужності порівняно з арсенідом галію і стабільно працюють при напрузі понад 100 В. Ці підсилювачі досягають 85% ефективності додавання потужності в системах завад – на 35% вище, ніж кремнієві аналоги. Основні переваги включають:

• Робота в широкому діапазоні частот : Діапазон від 1 ГГц до 40 ГГц підтримує знешкодження кількох типів дронів
• Теплова стійкість : Стабільна робота при температурі переходу понад 200°C
• Зменшені потреби у охолодженні : Системи теплового управління на 60% менші порівняно з традиційними конструкціями

Підсилювачі на основі нітриду галію тепер мають пріоритет у системах, що вимагають швидкої частотної чутливості, як це показала армія США у 2023 році, розгорнувши 20-кіловатні засоби радіоелектронної боротьби з використанням GaN у компактних корпусах <2U

Транзисторні радіочастотні підсилювачі та їхня роль у сучасних системах направленої енергії

Перехід від старих електронних ламп до сучасних підсилювачів на основі нітриду галію (GaN) серйозно вплив на розвиток зброї направленої енергії. Сучасні системи об'єднують потужні модулі таким чином, щоб підвищити ВЧ-вихід від 1 кіловат до 500 кіловат, зберігаючи чистоту сигналу без спотворень. Також цікаві й цифри: польові випробування показали приблизно на 82 відсотки кращу продуктивність у термінах тривалості безперервної роботи цих систем. Для систем придушення дронів на основі мікрохвиль це означає, що оператори можуть значно довше виводити з ладу неприємні рої дронів, не зупиняючи систему для охолодження або технічного обслуговування.

Інтеграція підсилювачів на основі нітриду галію (GaN) у компактні та легкі військові системи протидії дронам

Перевага щільності потужності технології нітриду галію (GaN) означає, що системи можна зробити значно меншими та легшими загалом. Наприклад, у новіших переносних засобах створення завад встановлені підсилювачі радіочастотного діапазону, які важать менше 4 кілограмів, що приблизно на 60 відсотків менше порівняно з тим, що було доступне у 2020 році. Компактність обладнання має велике значення, коли йдеться про швидке розгортання на місці. Нещодавно НАТО тестувала системи на базі GaN, встановлені на вантажівках, і ці комплекси показали, що можуть забезпечити захист досить великих територій площею до 5 квадратних кілометрів від неприємних загроз безпілотників третьої категорії.

Оцінка співвідношення вартості та продуктивності в GaN-системах ВЧ для військових потреб

Хоча вартість виробництва підсилювачів GaN на 40% вища порівняно з кремнієвими аналогами, їхній термін служби у 10 разів довший (25 000 годин наробки на відмову) і споживання енергії на 75% нижче забезпечують сильну ефективність упродовж усього терміну експлуатації. Аналітики у сфері оборони прогнозують, що GaN становитиме 87% усіх нових систем ВЧ для боротьби з дронами до 2026 року, завдяки його високому профілю SWaP-C (Розмір, Вага, Енергоспоживання та Вартість).

Фазована решітка та формування променя: точне керування у завадах на основі РЧ-підсилювачів

Як технологія фазованих решіток забезпечує керування мікрохвильовим променем

Технологія фазованих решіток спирається на кілька радіочастотних підсилювачів, які працюють разом, щоб направляти електромагнітні промені з дуже точним керуванням на міліметрових хвилях. Коли інженери змінюють кути фаз у різних частинах антенної решітки — що походить безпосередньо з традиційних радіолокаційних методів — вони отримують добре сфокусований сигнал в одному напрямку, а також придушують небажані сигнали в інших місцях за допомогою деструктивної інтерференції.

РЧ-підсилювачі на основі GaN підвищують когерентність променя, забезпечуючи більше 70% ефективності додавання потужності на X-діапазоні. Випробування на місці підтвердили, що фазовані решітки з GaN можуть змінювати напрямок променя менш ніж за 200 мікросекунд — швидше, ніж можуть маневрувати рухливі квадрокоптери.

Електронно-керовані РЧ-решітки для динамічного придушення сигналів у захисті від дронів

Алгоритми адаптивної фазування перетворюють вихід підсилювача РЧ у адаптивні «зони заперечення сигналу», які відстежують невизначені дрони, використовуючи радіолокаційні або електрооптичні входи. Під час випробувань НАТО з боротьби з БПЛА у 2023 році, 64-канальні РЧ-решітки досягли 92% рівня нейтралізації дронів шляхом:

• Доставки 100 Вт/м² імпульсної щільності для перевантаження приймачів GNSS
• Введення підроблених координат у телеметричні канали зв'язку
• Обмеження побічних електромагнітних випромінювань до ≈2% на цивільних діапазонах

Такий підхід зменшує залежність від омніспрямованих генераторів перешкод, забезпечуючи масштабоване захист критичної інфраструктури. Прототипи, що використовують підсилювачі на основі GaN, досягли 8:1 поліпшення співвідношення потужності до ваги порівняно з ламповими системами, що сприяє їхньому встановленню на тактичному транспорті.