小型無人機射頻無線供電技術與未來趨勢
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第1083期-小型無人機射頻無線供電技術與未來趨勢
關鍵字：射頻無線供電、無人機、動態追蹤
（本評析內容及建議，屬作者意見，不代表財團法人國防安全研究院立場）
當前各國在不對稱作戰的需求下，小型無人機系統（sUAS）已從輔助性的偵察工具，演變為戰場主動的關鍵武器。然而，現有sUAS在遂行任務時，受限於傳統電池的能量密度，導致作業效能存在嚴重不足。為應對此一挑戰，研發具備長時效續航能力的解決方案已成當務之急。美國國防部今年起積極開發射頻（RF）無線供電技術，期評估如何透過遠程能量投射技術，克服sUAS的續航困境，並進一步探討該技術對未來作戰形態與能源管理網路的深遠影響。[1]
現代無人機面臨之戰術困境與能源限制
軍事作戰所使用的sUAS，雖然具備高度的機動性與低成本優勢，但其作業模式深受電力供應的約束，現行技術存在以下三個重要問題：
一、飛行時間嚴重受限（Temporal Constraints）：絕大多數依賴電池供電的sUAS，其實際執行任務時間通常少於30分鐘，意即sUAS在抵達目標區後，僅能進行極短時間的滯留觀察或攻擊，對於需要長時間建立「觀察、定位、決策、行動」（OODA）循環的複雜任務來說，這將是戰術上之致命傷。
二、作戰人員暴露風險（Logistical Tail Vulnerability）：由於sUAS續航力短，必須頻繁返回前進基地或機動平臺進行更換電池或充電。這種「高頻率回收」作業大幅增加了前線人員（Warfighter）的各種負擔，更使其在危險戰區中，暴露之時間與風險呈指數級增長。
三、任務連續性缺失（Mission Discontinuity）：頻繁的電力補給將導致「偵察真空期」。為維持每日24小時的持續監視，部隊必須部署備用的sUAS進行輪替，這不僅增加後勤維保負擔，也使指揮與管制（C2）面臨更複雜的調度壓力。
RF 射頻無線供電與空中充電技術
針對上述問題，美國國防部啟動「SUPERB」（Scalable UAS Persistence using Enhanced RF power Beaming）計畫，利用長程無線電系統，透過高增益定向天線將微波能量（Microwave Energy）以射頻波束的形式投射至目標sUAS；sUAS機體則需整合高效能的「整流天線」（Rectenna），將接收到的射頻訊號轉換為直流電。相較於傳統感應式無線充電，RF射頻無線供電具備更強的「距離/效率比」，能在數百公尺甚至更遠的距離下提供持續電能。[2]
動態追蹤與精準對焦演算法
在動態戰場環境下，sUAS通常處於高速機動或受風場干擾的狀態，該系統也開發了高精度動態追蹤系統，能即時鎖定sUAS的座標。透過相位陣列天線（Phased Array Antenna）的電子波束掃描技術，系統能確保能量波束的主波段（Main Lobe）始終對準sUAS的接收端，即使在複雜飛行路徑下亦能維持電力的傳輸，形成一個動態的「能源封套」（Energy Envelope）。
空中充電（In-flight Recharging）與作戰半徑擴張
此技術最具顛覆性的應用，在於打破了傳統的航程限制，整合該技術的sUAS將能夠實現「無限滯空」的概念，亦即在供電範圍內維持理論上的永續飛行。其次是彈性作業，sUAS自基地滿電起飛，即可飛出無線供電範圍遂行遠程打擊或偵察任務，只要在電池耗盡前返回供電覆蓋範圍進行空中補給（In-flight Recharging）。這種模式顯著擴張了單一平臺的作戰半徑，使其在不增加機體重量的狀況下，獲得超越同級距平臺的續航能力。
未來戰略影響與技術趨勢預測
未來sUAS生態系統將具有「從平臺中心轉向能源網路中心」、「戰術靈活與補給鏈的極大效能」、「大規模自主化無人蜂群（Swarm）的全面實戰化」等三項重大趨勢，將來的戰場將不再僅是由孤立的sUAS組成，而是形成一個廣域的無線能源網路，當sUAS不再需要頻繁著陸，前線基地對電池倉儲、充電設施以及相關地勤人員的需求將大幅減少，使得部隊能夠更輕量化、更具彈性來進行部署，將能量直接轉化為作戰動能；此外RF射頻供電技術也為蜂群提供了同步補給的可能性，未來單一RF發射平臺即可維持整個蜂群在特定區域內的飽和存在，解決了蜂群在執行大規模區域覆蓋率，以及進行飽和攻擊時的持續性問題，加速了sUAS戰爭時代的到來。
[1] Vukovic, Marko, and Daniel Brewer, “Scalable UAS Persistence Using Enhanced RF power Beaming (SUPERB),” Department of Defense, Air Force, SBIR Phase I. Contract No. FA8649-25-P-0120 (Topic: AFX247-PCSO1), (Los Angeles, CA: AeroCharge Inc., 2025).