×
Để các bộ khuếch đại công suất RF hoạt động đúng cách với các hệ thống gây nhiễu, chúng cần tương thích với các tần số hoạt động phù hợp để chúng ta không lãng phí năng lượng hoặc tạo ra nhiễu không mong muốn. Theo một số bài kiểm tra thực địa năm 2023, khi các bộ khuếch đại hoạt động trong dải tần số từ 1,7 đến 4,2 GHz thay vì chỉ các dải hẹp, chúng thực tế giảm tiêu thụ công suất khoảng 18% mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu (theo báo cáo của Dewinjammer trong nghiên cứu năm 2023). Tuy nhiên, khi có sự không tương thích giữa các dải tần số này, các vấn đề sẽ phát sinh. Những khu vực quan trọng nơi các mối đe dọa có thể xuất hiện sẽ hoàn toàn không được bảo vệ, hoặc tệ hơn, tín hiệu bị tràn sang các kênh lân cận, điều này có thể gây rối loạn nghiêm trọng trong các hoạt động chiến tranh điện tử thực tế.
Các thiết bị gây nhiễu hiện đại phải đồng thời làm gián đoạn các tín hiệu trong dải GPS (1,2/1,5 GHz), mạng di động (700 MHz–4 GHz) và Wi-Fi (2,4/5 GHz), đòi hỏi băng thông vượt quá 500 MHz. Các bộ khuếch đại công suất RF băng rộng dựa trên công nghệ bán dẫn GaN cung cấp độ lợi >50 dB trên các dải tần trải rộng một quãng tám, cho phép một bộ khuếch đại đơn thay thế nhiều bộ khuếch đại băng hẹp mà không làm giảm hiệu suất.
Các bộ khuếch đại điều chỉnh được, có khả năng tạo ra công suất đầu ra 30 dBm trên dải tần số từ 800 MHz lên đến 4 GHz, hiện đang được nhân sự quân sự sử dụng hiệu quả để đối phó với các mối đe dọa như drone định vị bằng GPS và các thiết bị nổ IED được kích hoạt bởi mạng 5G. Khi xem xét hiệu suất của các hệ thống này, chúng duy trì tỷ lệ sóng đứng VSWR dưới 2.5:1 tại những tần số quan trọng trong phổ, ví dụ như 2,3 GHz (phủ sóng tín hiệu LTE) và 3,5 GHz (nơi băng tần 5G n78 hoạt động). Điều này cho thấy rõ ràng rằng — các bộ khuếch đại băng rộng cung cấp khả năng bảo vệ xuất sắc trước nhiều loại đe dọa mà không làm giảm bất kỳ chất lượng hiệu suất nào.
Để gây nhiễu tín hiệu thành công, các bộ khuếch đại cần phát ra công suất lớn hơn mức nhận được từ thiết bị mục tiêu. Lấy ví dụ về máy bay không người lái thương mại, hầu hết các thiết bị gây nhiễu loại phổ thông đều gặp khó khăn với những thiết bị này, trừ khi chúng có thể tạo ra khoảng 50 watt công suất sóng liên tục chỉ để làm rối loạn tín hiệu GPS. Các ứng dụng quân sự còn khắt khe hơn, đôi khi cần trên 300 watt để vô hiệu hóa các kết nối truyền thông tầm xa. Vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn khi tăng công suất đầu ra vì nhiệt sinh ra rất nhanh. Đó là lý do tại sao nhiều chuyên gia hiện nay chuyển sang dùng các bộ khuếch đại dựa trên gallium nitride. Chúng xử lý nhiệt tốt hơn và duy trì độ ổn định mà không làm méo tín hiệu quá mức, điều này rất quan trọng trong các hoạt động cường độ cao nơi độ tin cậy là yếu tố then chốt.
Khi các bộ khuếch đại hoạt động ở chế độ phi tuyến, chúng tạo ra những méo hài và sản phẩm điều chế chéo gây rối này, làm sai lệch độ chính xác thực tế của việc gây nhiễu. Tuy nhiên, nếu chúng ta vận hành các bộ khuếch đại này ngay dưới điểm nén 1 dB, một điều thú vị xảy ra: theo một nghiên cứu của IEEE năm 2024, sự phát triển phổ giảm khoảng 65 phần trăm. Điều này rất quan trọng khi xử lý các dải tần số chồng lấn như ta thấy giữa các mạng 4G và 5G. Giữ ở trạng thái này nghĩa là công suất gây nhiễu sẽ tập trung vào đúng đối tượng cần ngăn chặn, thay vì vô tình che khuất các tín hiệu hợp lệ đang cố truyền qua bình thường.
Tối đa hóa công suất đầu ra thường làm giảm hiệu suất do 30–40%do tích tụ nhiệt. Các thiết kế tiên tiến khắc phục vấn đề này bằng cách sử dụng cấp điện áp thích ứng và cấu hình Doherty, đạt được 80% hiệu suất tiêu thụ ở đầu ra 150W. Những cải tiến này kéo dài thời gian hoạt động, đặc biệt trên các nền tảng di động nơi khả năng làm mát bị hạn chế.
Điểm Ngắt Bậc Ba (IP3) đo lường khả năng của bộ khuếch đại trong việc triệt tiêu méo hài hỗn hợp khi xử lý nhiều tín hiệu cùng lúc. Trong môi trường phổ tín hiệu đông đúc, các bộ khuếch đại có giá trị IP3 >40 dBm sẽ giảm thiểu hiện tượng nhiễu chéo tần số. Các phân tích ngành cho thấy các thiết bị có IP3 vượt quá 45 dBm có thể giảm hiện tượng nở phổ từ 30–50%, từ đó nâng cao độ chính xác định vị mục tiêu trong các tình huống đe dọa đa dạng.
Điểm nén 1 dB, được biết đến là P1dB, về cơ bản là điểm mà độ lợi của bộ khuếch đại bắt đầu giảm đi 1 dB so với khi nó hoạt động một cách tuyến tính. Khi các hệ thống vận hành quá gần ngưỡng này, chúng bắt đầu gây ra méo tín hiệu, điều này có thể làm sai lệch nghiêm trọng độ chính xác của việc gây nhiễu. Hầu hết các kỹ sư đều hiểu rằng không nên vận hành sát giới hạn này. Đối với các tín hiệu xung, thông lệ tốt là duy trì mức công suất ở khoảng cách 6 đến 10 dB dưới mức P1dB. Tuy nhiên, với những tín hiệu điều chế phức tạp như OFDM, biên an toàn cần lớn hơn, nằm trong khoảng từ 10 đến 15 dB dưới P1dB. Khoảng trống bổ sung này giúp duy trì chất lượng tín hiệu ngay cả khi phải đối mặt với nhiều điều kiện tải thay đổi mà các hệ thống thực tế thường xuyên gặp hàng ngày.
Headroom là khoảng cách giữa công suất vận hành và đầu ra tối đa, giúp bảo vệ chống lại các xung tín hiệu. Trong các hệ thống gây nhiễu di động, duy trì mức headroom từ 3–5 dB sẽ ngăn hiện tượng cắt đỉnh trong các chuyển tiếp đột ngột đồng thời tối ưu hóa hiệu suất. Bộ khuếch đại GaN cung cấp mức headroom rộng hơn 20% so với thiết kế LDMOS truyền thống, cải thiện độ bền trong các điều kiện hoạt động không ổn định.
Đưa bộ khuếch đại vào trạng thái bão hòa sẽ tạo ra các hài số không được kiểm soát, làm tăng nguy cơ gây nhiễu ở các dải tần liền kề. Duy trì mức thấp hơn 2–4 dB so với ngưỡng bão hòa sẽ giữ được đặc tính khuếch đại ổn định, điều này rất quan trọng trong các nhiệm vụ kéo dài. Dữ liệu thực tế cho thấy việc tuân thủ khoảng cách này làm giảm 65% các sự cố tắt máy do nhiệt trong các hoạt động đối kháng drone liên tục.
Bộ khuếch đại hoạt động gần mức bão hòa sẽ tạo ra các hài số, là bội số nguyên của tần số cơ bản và có thể gây nhiễu cho các hệ thống không phải mục tiêu. Để hạn chế hiện tượng này, kỹ sư sử dụng các mạng phối hợp trở kháng và vận hành ở mức thấp hơn 6–10 dB so với ngưỡng nén. Các kỹ thuật tuyến tính hóa tiên tiến giúp giảm thêm 15–20 dB phát xạ ngoài dải, đảm bảo đầu ra phổ sạch hơn trên các nền tảng gây nhiễu hiện đại.
Một sự gia tăng 2 dB trong hệ số nhiễu sẽ làm giảm độ nhạy của bộ gây nhiễu tới 35%, có khả năng để các tín hiệu đe dọa yếu thoát khỏi việc bị triệt tiêu. Đối với các ứng dụng chống drone nhằm vào tín hiệu LoRa công suất thấp, bộ khuếch đại phải duy trì hệ số nhiễu dưới 1,5 dB. Ổn định nhiệt độ đảm bảo độ ổn định hệ số nhiễu ±0,2 dB trong dải nhiệt độ từ -40°C đến +55°C, giữ nguyên hiệu suất trong môi trường khắc nghiệt.
Một phương pháp ba cấp độ đảm bảo độ trong sạch của tín hiệu:
Việc phân đoạn mặt đất nối mát ngăn dòng hài gây nhiễu điều chế giả trong nguồn điện, đặc biệt quan trọng trong các hệ thống thiết bị gây nhiễu trên phương tiện có không gian hạn chế.
Để các hệ thống gây nhiễu di động hoạt động đúng cách, chúng cần các bộ khuếch đại RF có khả năng vừa mạnh mẽ vừa nhỏ gọn đồng thời vẫn đảm bảo hiệu suất. Hầu hết các kỹ sư đều nhắc đến một khái niệm gọi là SWaP-C khi thiết kế các hệ thống này. SWaP-C là từ viết tắt của Size (Kích thước), Weight (Trọng lượng), Power (Công suất) và Cost (Chi phí). Về cơ bản, mọi chi tiết nhỏ đều quan trọng vì việc tăng thêm dù chỉ một chút không gian hay mức tiêu thụ điện năng cũng có thể tạo nên sự khác biệt lớn trong việc hệ thống có thực sự được triển khai trong các tình huống thực tế hay không. Theo một báo cáo gần đây từ các nhà nghiên cứu quốc phòng năm 2023, gần hai phần ba sự cố của thiết bị gây nhiễu xảy ra do thiết bị quá nóng hoặc cạn kiệt năng lượng quá nhanh so với thông số SWaP cho phép. Điều này cho thấy tầm quan trọng thiết yếu của việc quản lý nhiệt độ đúng cách trong các hệ thống nhỏ gọn này.
Việc tích hợp hiệu quả đòi hỏi sự đồng bộ giữa bộ khuếch đại RF và ba hệ thống con chính:
Các cảm biến nhiệt tích hợp và giám sát chủ động giúp giảm tỷ lệ hỏng hóc 38% trong các hoạt động có chu kỳ làm việc cao. Các chiến lược chính bao gồm:
Những thực hành này đảm bảo bộ khuếch đại công suất RF duy trì hiệu quả gây nhiễu >90% trong hơn 5.000 giờ hoạt động tại các môi trường khắc nghiệt.
Các bộ khuếch đại công suất RF cần phù hợp với tần số hoạt động và băng thông để làm gián đoạn hiệu quả các tín hiệu mục tiêu mà không lãng phí năng lượng hoặc gây nhiễu ở những khu vực ngoài mục tiêu.
Các bộ khuếch đại có thể điều chỉnh cung cấp phạm vi tần số rộng, cho phép làm gián đoạn hiệu quả nhiều mối đe dọa khác nhau như drone định vị bằng GPS và các thiết bị hỗ trợ 5G mà không làm giảm hiệu suất.
SWaP (Kích thước, Trọng lượng, Năng lượng và Chi phí) rất quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống gây nhiễu di động, đảm bảo chúng nhỏ gọn, hiệu quả và có khả năng hoạt động liên tục trong điều kiện thực địa.
Quản lý nhiệt đúng cách ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt và đảm bảo hiệu suất ổn định của các bộ khuếch đại công suất RF, đặc biệt là trong các hệ thống gây nhiễu di động nhỏ gọn.
