เครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำ

เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ ( LNA ) เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ขยายสัญญาณ พลังงานต่ำมาก โดยไม่ลดอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR) ลงอย่างมาก แอมพลิฟายเออร์อิเล็กทรอนิกส์ใดๆ ก็ตามจะเพิ่มพลังของทั้งสัญญาณและเสียงรบกวนที่อินพุต แต่แอมพลิฟายเออร์ก็จะทำให้เกิดเสียงรบกวนเพิ่มเติมด้วย LNA ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดเสียงรบกวนเพิ่มเติม โดยการเลือกส่วนประกอบพิเศษ จุดการทำงาน และ โทโพโลยี ของวงจร การลดเสียงรบกวนเพิ่มเติมจะต้องสมดุลกับเป้าหมายการ ออกแบบ อื่นๆ เช่นการเพิ่มกำลังและการจับคู่อิมพีแดนซ์

LNA พบได้ใน ระบบ สื่อสารทางวิทยุเครื่องมือทางการแพทย์ และอุปกรณ์ทดสอบอิเล็กทรอนิกส์ LNA ทั่วไปอาจจ่ายกำลังไฟฟ้าที่ได้รับ 100 (20  เดซิเบล (dB)) ในขณะที่ลด SNR ลงน้อยกว่าสองเท่า ( ตัวเลขเสียงรบกวน 3 dB (NF)) แม้ว่า LNA จะเกี่ยวข้องกับสัญญาณอ่อนซึ่งอยู่เหนือพื้นเสียงรบกวน เป็นหลัก แต่ยังต้องพิจารณาถึงการมีสัญญาณขนาดใหญ่ที่ทำให้เกิดการบิดเบือนระหว่างการมอดูเลชั่นด้วย

การสื่อสาร

เสาอากาศเป็นแหล่งสัญญาณอ่อนที่พบบ่อย [1]เสาอากาศภายนอกอาคารมักเชื่อมต่อกับเครื่องรับด้วยสายส่งที่เรียกว่าสายป้อน การสูญเสียในสายป้อนจะลดอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่ได้รับ: การสูญเสียของสายป้อน3 dBจะลดอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR) ของตัวรับสัญญาณลง3 เดซิเบ

ตัวอย่างคือสายป้อนที่ทำจากสายโคแอกเชียล RG-174 ยาว 3.0 ม. และใช้กับ เครื่องรับ Global Positioning System (GPS) การสูญเสียในสายป้อนนั้นคือ3.2 เดซิเบลที่กิกะเฮิร์ตซ์ ; ประมาณ5 dBที่ความถี่ GPS (1.575 42  กิกะเฮิร์ตซ์ ). การสูญเสียสายป้อนนี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการวาง LNA ไว้ที่เสาอากาศ ซึ่งให้อัตราขยายที่เพียงพอเพื่อชดเชยการสูญเสีย

LNA เป็นองค์ประกอบสำคัญที่ส่วนหน้าของ วงจร เครื่องรับวิทยุเพื่อช่วยลดเสียงรบกวนที่ไม่พึงประสงค์โดยเฉพาะ สูตรของ Friis สำหรับเสียงรบกวนจำลองเสียงในวงจรรวบรวมสัญญาณแบบหลายขั้นตอน ในเครื่องรับส่วนใหญ่ NF โดยรวมจะถูกครอบงำโดยช่วงสองสามช่วงแรกของส่วน หน้า RF

ด้วยการใช้ LNA ใกล้กับแหล่งสัญญาณ ผลกระทบของสัญญาณรบกวนจากขั้นตอนต่อมาของห่วงโซ่การรับในวงจรจะลดลงตามอัตราขยาย สัญญาณ ที่สร้างโดย LNA ในขณะที่สัญญาณรบกวนที่สร้างโดย LNA เองจะถูกฉีดเข้าไปในสัญญาณที่ได้รับโดยตรง . LNA ช่วยเพิ่มพลังของสัญญาณที่ต้องการในขณะที่เพิ่มสัญญาณรบกวนและการบิดเบือนให้น้อยที่สุด งานที่ทำโดย LNA ช่วยให้สามารถดึงสัญญาณที่ต้องการได้อย่างเหมาะสมในระยะหลังของระบบ

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

เครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำเป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบและเครื่องมือสื่อสาร ข้อมูลจำเพาะหรือคุณลักษณะ LNA ที่สำคัญที่สุดคือ: [2]

  • ได้รับ
  • รูปเสียงรบกวน
  • ความเป็นเชิงเส้น
  • อินพุต RF สูงสุด

LNA ที่ดีจะมี NF ต่ำ (เช่น1 dB ) อัตราขยายเพียงพอที่จะเพิ่มสัญญาณ (เช่น10 dB ) และ จุดระหว่างการปรับและการบีบอัดที่ใหญ่เพียงพอ(IP3 และ P1dB) เพื่อทำงานที่ต้องการ ข้อกำหนดเพิ่มเติมคือแบนด์วิธในการปฏิบัติงานของ LNA ความเรียบที่เพิ่มขึ้น ความเสถียรอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (VSWR) ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก

สำหรับสัญญาณรบกวนต่ำ แอมพลิฟายเออร์ในระยะแรกจำเป็นต้องมีการขยายเสียงสูง ดังนั้นจึง มักใช้ทรานซิสเตอร์สนามผลทางแยก(JFET)และทรานซิสเตอร์การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูง (HEMT) พวกมันถูกขับเคลื่อนด้วยระบบกระแสไฟสูง ซึ่งไม่ประหยัดพลังงาน แต่ลดปริมาณเสียงช็อต ที่สัมพันธ์ กัน นอกจากนี้ยังต้องมีวงจร จับคู่อิมพีแดนซ์อินพุตและเอาท์พุตสำหรับ วงจร ย่านความถี่แคบเพื่อเพิ่มเกน ( ดูผลิตภัณฑ์แบนด์วิดท์เกน )

ได้รับ

แอมพลิฟายเออร์จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ในการให้เกน ในทศวรรษที่ 1940 อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นหลอดสุญญากาศแต่ปัจจุบันมักเป็นทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์อาจเป็นทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์หรือทรานซิสเตอร์แบบสนามแม่เหล็ก หลาย ชนิด อาจใช้ อุปกรณ์อื่นๆ ที่สร้างเกน เช่นไดโอดทันเนล

โดยทั่วไปแล้ว โมเดลทรานซิสเตอร์สองประเภทถูกนำมาใช้ในการออกแบบ LNA: โมเดลสัญญาณขนาดเล็กใช้โมเดลเสียงกึ่งเชิงเส้น และโมเดลสัญญาณขนาดใหญ่พิจารณาการผสมแบบไม่เชิงเส้น

จำนวนกำไรที่ใช้มักจะเป็นการประนีประนอม ในด้านหนึ่ง อัตราขยายที่สูงทำให้สัญญาณอ่อนแรง ในทางกลับกัน อัตราขยายสูงหมายถึงสัญญาณในระดับที่สูงขึ้น และสัญญาณระดับสูงดังกล่าวซึ่งมีอัตราขยายสูงอาจเกินช่วงไดนามิกของแอมพลิฟายเออร์หรือทำให้เกิดสัญญาณรบกวนประเภทอื่นๆ เช่น การบิดเบือนฮาร์มอนิกหรือการผสมแบบไม่เชิงเส้น

รูปเสียงรบกวน

ตัวเลขสัญญาณรบกวนช่วยกำหนดประสิทธิภาพของ LNA โดยเฉพาะ ความเหมาะสมของ LNA สำหรับการใช้งานเฉพาะโดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับค่าสัญญาณรบกวน โดยทั่วไป ค่าสัญญาณรบกวนต่ำจะทำให้การรับสัญญาณดีขึ้น

ความต้านทาน

โทโพโลยีของวงจรส่งผลต่ออิมพีแดนซ์อินพุตและเอาต์พุต โดยทั่วไป อิมพีแดนซ์ของแหล่งกำเนิดจะจับคู่กับอิมพีแดนซ์อินพุต เนื่องจากจะทำให้การถ่ายโอนพลังงานจากแหล่งกำเนิดไปยังอุปกรณ์เกิดประโยชน์สูงสุด หากอิมพีแดนซ์ของแหล่งกำเนิดต่ำ โทโพโลยีวงจร ฐานร่วมหรือ เกต ร่วมอาจมีความเหมาะสม สำหรับอิมพีแดนซ์แหล่งกำเนิดสื่ออาจใช้ตัวปล่อยทั่วไปหรือโทโพโลยีแหล่งที่มาทั่วไป เมื่อมีความต้านทานต่อแหล่งจ่ายสูงตัวรวบรวมทั่วไปหรือ โทโพโลยี การระบายน้ำทั่วไปอาจมีความเหมาะสม การจับคู่อิมพีแดนซ์อินพุตอาจไม่สร้างค่าสัญญาณรบกวนต่ำสุด

การให้น้ำหนัก

ปัญหาการออกแบบอีกประการหนึ่งคือสัญญาณรบกวนที่เกิดจากเครือข่ายไบแอ

การใช้งาน

LNA ถูกใช้ในเครื่องรับการสื่อสาร เช่น ในกล้องโทรทรรศน์วิทยุโทรศัพท์มือถือเครื่อง รับGPS LAN ไร้สาย (WiFi) และการสื่อสารผ่านดาวเทียม

ในระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม เสาอากาศรับสถานีภาคพื้นดินใช้ LNA เนื่องจากสัญญาณที่ได้รับอ่อนเนื่องจากดาวเทียมมีพลังงานจำกัด ดังนั้นจึงใช้เครื่องส่งสัญญาณพลังงานต่ำ ดาวเทียมยังอยู่ห่างไกลและสูญเสียเส้นทาง : ดาวเทียมวง โคจรโลกต่ำอาจอยู่ห่างออกไป 120 ไมล์ (190 กม.) ดาวเทียมgeosynchronousอยู่ห่างออกไป 35,785 กม.

LNA จะเพิ่มสัญญาณเสาอากาศเพื่อแก้ไข การสูญเสีย สายป้อนระหว่างเสาอากาศและเครื่องรับ

LNA สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของ ระบบรับ วิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ (SDR) ได้ โดยทั่วไปแล้ว SDR ได้รับการออกแบบให้มีจุดประสงค์ทั่วไป ดังนั้นค่าสัญญาณรบกวนจึงไม่ได้รับการปรับให้เหมาะกับการใช้งานเฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง ด้วย LNA และฟิลเตอร์ที่เหมาะสม ประสิทธิภาพจะได้รับการปรับปรุงในช่วงความถี่ต่างๆ

ดูสิ่งนี้ด้วย

อ้างอิง

  1. เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ 900MHz พร้อมการให้น้ำหนักแบบชดเชยอุณหภูมิ 1 มกราคม พ.ศ. 2551 ไอเอสบีเอ็น 9780549667391.
  2. ^ "ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับข้อมูลจำเพาะของเครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ" วิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ประยุกต์ วันที่ 11 มกราคม 2563 . สืบค้นเมื่อวันที่ 11 มกราคม 2020 .

อ่านเพิ่มเติม

  • มอทเชนบาเชอร์, ซีดี; Connelly, JA (1993), การออกแบบระบบอิเล็กทรอนิกส์เสียงรบกวนต่ำ , John Wiley, ISBN 978-0471577423

ลิงค์ภายนอก

  • การแปลง: ปัจจัยการบิดเบือนเพื่อลดทอนการบิดเบือนและ THD
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Low-noise_amplifier&oldid=1205064115"