×
Bộ khuếch đại tần số vô tuyến (RF) là các thành phần thiết yếu trong các hệ thống phòng thủ chống máy bay không người lái hiện đại (C-UAS), cho phép kiểm soát chính xác năng lượng điện từ để làm gián đoạn hoặc vô hiệu hóa các máy bay không người lái thù địch. Các hệ thống này khuếch đại tín hiệu RF lên mức công suất cao, làm gián đoạn hiệu quả hoạt động của máy bay không người lái thông qua sự can thiệp có chủ đích.
Bộ khuếch đại công suất RF nhận các tín hiệu radio yếu và khuếch đại chúng lên mức công suất cao hơn nhiều, thường dao động từ 50 watt đến 10 kilowatt. Những thiết bị này tạo ra năng lượng điện từ tập trung đủ mạnh để làm gián đoạn hoặc chặn hoàn toàn các hệ thống liên lạc của máy bay không người lái. Trong lĩnh vực hệ thống chống máy bay không người lái (C-UAS), hầu hết các bộ khuếch đại này tập trung vào các tần số khoảng 2,4 gigahertz và 5,8 gigahertz vì đây là dải tần mà đa số máy bay không người lái tiêu dùng sử dụng cho điều khiển và truyền tải video. Các phiên bản trạng thái rắn mới hơn cũng đạt hiệu suất khá cao, thường vượt mức 65% hiệu suất mà vẫn có thể nhắm vào các tần số cụ thể mà không làm ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử khác xung quanh. Điều này rất quan trọng trong các tình huống thực tế, nơi chúng ta cần ngăn chặn các máy bay không người lái bất hợp pháp mà không gây ra sự cố cho các thiết bị không dây hợp pháp khác.
Bộ khuếch đại RF cho phép hai chiến lược gây nhiễu chính:
Bằng cách điều chỉnh chính xác công suất đầu ra (được đo bằng dBm) và các mẫu điều chế, các hệ thống này có thể làm gián đoạn có chọn lọc GPS, Wi-Fi và các giao thức riêng biệt được các nhà sản xuất lớn như DJI và Autel sử dụng - mà không ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng xung quanh.
Năng lượng RF có mục tiêu vô hiệu hóa máy bay không người lái thông qua ba cơ chế chính:
Các hệ thống quân sự sử dụng công nghệ transistor nitride gallium (GaN) để tạo ra mật độ công suất đỉnh vượt quá 10 W/mm, cho phép tác chiến hiệu quả ở khoảng cách lên đến 1,2 km (0,75 dặm) đồng thời hỗ trợ triển khai gọn nhẹ, di động.
Các hệ thống sóng vi ba công suất cao hoặc HPM hoạt động bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại RF để tạo ra các xung năng lượng điện từ tập trung có thể làm tê liệt hệ thống điện tử của máy bay không người lái ngay lập tức trên nhiều hệ thống khác nhau cùng lúc. Khi năng lượng vi ba được định hướng thành các chùm tia hẹp, nó tạo ra hiện tượng gọi là can thiệp EMI cục bộ, làm rối loạn khả năng định vị, liên lạc và kiểm soát của máy bay không người lái. Quân đội Anh đã thực hiện một cuộc thử nghiệm vào năm 2025 với một trong những vũ khí năng lượng định hướng tần số radio này và đã thành công trong việc vô hiệu hóa khoảng 9 trên 10 chiếc máy bay không người lái trong một đàn. Điều này cho thấy khả năng mở rộng thực sự của công nghệ này trong việc đối phó với nhiều mối đe dọa cùng lúc.
Các hệ thống hiện trường hiện đại đang bắt đầu tích hợp các bộ khuếch đại RF có khả năng xử lý đầu ra dao động từ 50 đến 300 kilowatt trong các thiết lập di động của chúng. Trong quá trình thử nghiệm tại môi trường sa mạc, một nguyên mẫu xe bọc thép đã hạ gục thành công mười hai thiết bị bay không người lái cỡ trung bình trong phạm vi 400 mét. Hệ thống duy trì tín hiệu mạnh ngay cả khi nhiệt độ tăng cao, chỉ giảm hiệu suất dưới 3 dB bất chấp cái nóng. Tại sao điều này lại hoạt động hiệu quả đến vậy? Bởi vì các hệ thống mới này sử dụng các mảng bộ khuếch đại trạng thái rắn thay vì công nghệ cũ dựa trên đèn chân không. Việc chuyển đổi này đã tạo ra sự khác biệt lớn về độ tin cậy và hiệu suất trên các địa điểm triển khai thực tế.
Vũ khí năng lượng định hướng RF mới nhất đang chuyển sang các phương pháp thiết kế mô-đun, cho phép người vận hành điều chỉnh đầu ra công suất tùy theo vị trí triển khai. Các khu vực đô thị có thể chỉ cần khoảng 20 kW trong khi các mặt trận mở lại yêu cầu lên tới 1 MW công suất lớn. Các hệ thống này cũng có thể chuyển đổi dạng sóng khá nhanh chóng, từ phạm vi bao phủ rộng với góc chùm khoảng 10 độ xuống độ chính xác cao chỉ với góc chùm 2 độ khi cần thiết. Khả năng này có thể xử lý mọi thứ từ các đàn drone đến những mục tiêu đắt tiền cần được bảo vệ. Điều khiến những hệ thống này thực sự hiệu quả trước các mối đe dọa hiện đại là khả năng phân tích tần số vô tuyến trong thời gian thực. Hệ thống liên tục điều chỉnh tần số hoạt động của nó để luôn đi trước các drone cố gắng né tránh phát hiện bằng cách chuyển đổi liên tục giữa các tần số khác nhau. Loại phản ứng thích ứng này mang lại cho người vận hành một lợi thế chiến thuật đáng kể trong môi trường chiến trường phức tạp ngày nay.
Các quy định về mức công suất mà các hệ thống này có thể sử dụng phụ thuộc rất nhiều vào vị trí triển khai. Các khu vực thành thị thường duy trì mức công suất khá thấp, giới hạn đầu ra dưới 10 kW để tránh làm gián đoạn sinh hoạt của người dân. Tuy nhiên, khi nói đến các khu vực quân sự, con số này tăng lên đáng kể, đôi khi cho phép tới 500 kW trong các tình huống phòng thủ bầy đàn (swarm defense). Một số nghiên cứu gần đây từ năm ngoái cũng chỉ ra một điều thú vị. Khi các nhân viên vận hành bỏ thời gian ra để hiệu chỉnh thiết bị đúng cách, mức độ hư hại điện tử ngoài ý muốn giảm đi khoảng ba phần tư so với việc vận hành thiết bị một cách tùy tiện. Một tính năng thông minh khác được tích hợp trong các mẫu mới hơn là cơ chế tự động ngắt. Cơ chế này được kích hoạt khi hệ thống phát hiện tín hiệu IFF của lực lượng mình, về cơ bản có nghĩa là nó biết cách không gây tổn thương cho đồng đội. Đây là một yếu tố cực kỳ quan trọng khi tính mạng con người đang bị đe dọa.
Transistor nitride gallium (GaN) mang lại hiệu suất vượt trội hơn các chất bán dẫn truyền thống trong các ứng dụng quốc phòng, cung cấp mật độ công suất cao hơn 300% so với arsenide gallium và hoạt động ổn định ở điện áp trên 100V. Các bộ khuếch đại này đạt được hiệu suất bổ sung công suất 85% trong hệ thống gây nhiễu – cao hơn 35% so với các giải pháp dựa trên silicon. Các ưu điểm chính bao gồm:
Các bộ khuếch đại dựa trên GaN hiện được ưu tiên trong các hệ thống yêu cầu khả năng điều chỉnh tần số nhanh, như đã được minh họa qua việc Quân đội Mỹ triển khai 20kW bộ gây nhiễu có hỗ trợ GaN vào năm 2023 trong các yếu tố hình thức nhỏ gọn <2U.
Việc chuyển từ các đèn chân không cũ sang bộ khuếch đại trạng thái rắn GaN hiện đại đã thực sự thay đổi cục diện cho vũ khí định hướng năng lượng. Các hệ thống ngày nay kết hợp các module công suất theo những cách cho phép chúng tăng đầu ra RF từ 1 kilowatt lên tới 500 kilowatt trong khi vẫn giữ tín hiệu sạch và không bị méo tiếng. Các con số cũng nói lên điều đó — kiểm tra thực địa cho thấy hiệu suất hoạt động liên tục được cải thiện khoảng 82 phần trăm. Đối với các hệ thống gây nhiễu máy bay không người lái bằng sóng vi ba, điều này đồng nghĩa với việc các nhân viên vận hành có thể tiếp tục vô hiệu hóa các đàn drone khó chịu trong thời gian dài hơn nhiều mà không phải tắt máy để làm mát hoặc bảo trì.
Ưu điểm về mật độ công suất của công nghệ Gallium Nitride (GaN) cho phép các hệ thống được thiết kế nhỏ gọn và nhẹ hơn đáng kể. Chẳng hạn, các thiết bị gây nhiễu di động mới nhất hiện nay có thể tích hợp bộ khuếch đại RF dải đầy đủ trong các gói dưới 4 kilogram, nhẹ hơn khoảng 60 phần trăm so với các thiết bị có sẵn vào năm 2020. Thiết bị nhỏ gọn đóng vai trò quan trọng khi triển khai nhanh chóng tại hiện trường. NATO gần đây đã thử nghiệm các hệ thống GaN lắp trên xe tải, và các hệ thống này đã chứng minh khả năng bảo vệ các khu vực khá rộng lên đến 5 kilômét vuông khỏi các mối đe dọa máy bay không người lái cấp độ 3 đáng ghét.
Dù chi phí sản xuất bộ khuếch đại GaN vẫn còn cao hơn 40% so với các sản phẩm silicon tương đương, nhưng tuổi thọ của chúng dài hơn gấp 10 lần (25.000 giờ MTBF) và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn 75%, mang lại giá trị vượt trội trong suốt vòng đời sản phẩm. Các nhà phân tích quốc phòng dự báo GaN sẽ chiếm 87% trong tổng số các triển khai hệ thống RF chống máy bay không người lái mới vào năm 2026, được thúc đẩy bởi đặc tính vượt trội về SWaP-C (Kích thước, Trọng lượng, Nguồn điện và Chi phí).
Công nghệ mảng pha dựa vào nhiều bộ khuếch đại công suất RF hoạt động đồng thời để định hướng các tia điện từ với điều khiển rất chính xác ở bước sóng milimét. Khi các kỹ sư điều chỉnh các góc pha ở các phần khác nhau của mảng ăng-ten—kỹ thuật được kế thừa từ các hệ thống radar truyền thống—họ có thể tạo ra tín hiệu tập trung mạnh theo một hướng nhất định, đồng thời triệt tiêu các tín hiệu không mong muốn ở những hướng khác thông qua hiện tượng can thiệp tiêu cực.
Các bộ khuếch đại RF dựa trên GaN cải thiện độ kết hợp pha bằng cách cung cấp hiệu suất công suất trên 70% ở tần số dải X. Các bài kiểm tra thực địa xác nhận rằng các mảng pha sử dụng GaN có thể chuyển hướng tia trong vòng chưa đầy 200 micro giây—nhanh hơn cả khả năng cơ động của các máy bay trực thăng quadcopter linh hoạt.
Các thuật toán tạo chùm tia tiên tiến chuyển đổi đầu ra bộ khuếch đại RF thành các vùng từ chối tín hiệu thích nghi "signal denial zones" theo dõi các máy bay không người lái không được phép bằng cách sử dụng dữ liệu radar hoặc quang điện tử. Trong một cuộc thử nghiệm NATO chống UAS vào năm 2023, các mảng RF 64 kênh đã đạt tỷ lệ vô hiệu hóa 92% đối với các đàn drone bằng cách:
Giải pháp này làm giảm sự phụ thuộc vào các thiết bị gây nhiễu vô hướng, cho phép mở rộng quy mô bảo vệ các cơ sở hạ tầng quan trọng. Các nguyên mẫu sử dụng bộ khuếch đại GaN đã đạt được tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao hơn 8:1 so với các hệ thống dùng đèn chân không, tạo điều kiện tích hợp lên các phương tiện chiến thuật.
