วงจรขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (LNA) ความถี่ 9K~1GHz อัตราขยาย 30dB ค่าตัวเลขสัญญาณรบกวน (NF) 2dB

เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบ RF/ไมโครเวฟ โดยส่วนใหญ่ใช้เพื่อขยายสัญญาณอ่อนในขณะที่ลดสัญญาณรบกวนเพิ่มเติมให้น้อยที่สุด หน้าที่หลักและสถานการณ์การใช้งานมีดังต่อไปนี้:

ฟังก์ชันหลัก:

1. การขยายสัญญาณ
เพิ่มความแรงของสัญญาณอ่อนที่ได้รับจากเสาอากาศหรือเซ็นเซอร์ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าวงจรถัดไป เช่น มิกเซอร์และ ADC จะสามารถประมวลผลได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. การลดเสียงรบกวน
ด้วยการปรับปรุงการออกแบบและใช้วัสดุที่มีเสียงรบกวนต่ำ ค่าตัวเลขเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นเอง (NF) จึงถูกควบคุมให้อยู่ในช่วง 0.5-3 dB (ค่า NF ของแอมพลิฟายเออร์ในอุดมคติ = 0 dB)

ตัวอย่างการใช้งาน:

1. ระบบเรดาร์
ในเรดาร์ทางทหาร (เช่น เรดาร์ควบคุมการยิงบนเครื่องบิน) และเรดาร์พลเรือน (เช่น เรดาร์คลื่นมิลลิเมตรสำหรับยานยนต์) LNA ถูกใช้เพื่อขยายสัญญาณสะท้อนที่อ่อน (อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน SNR < 0dB) ที่สะท้อนจากเป้าหมาย เมื่อผ่านลิงค์ขยายสัญญาณที่มี NF < 2dB เรดาร์จะสามารถตรวจจับเป้าหมายที่อยู่ไกลออกไปหรือมีค่า RCS (พื้นที่หน้าตัดเรดาร์) ต่ำลงได้
2. ระบบสื่อสารไร้สาย
ตัวขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (Low Noise Amplifier หรือ LNA) เป็นส่วนประกอบหลักของสถานีฐาน 5G/6G การสื่อสารผ่านดาวเทียม และลิงค์รับสัญญาณของอุปกรณ์เคลื่อนที่ มีหน้าที่ขยายสัญญาณ RF ที่อ่อนมาก (ต่ำถึง -120dBm) ที่เสาอากาศรับได้ โดยมีสัญญาณรบกวนต่ำ (NF < 1.5dB) ก่อนการถอดรหัสสัญญาณ ซึ่งช่วยเพิ่มความไวในการรับสัญญาณของระบบได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ในย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตร (24 - 100GHz) LNA สามารถชดเชยการสูญเสียสัญญาณระหว่างทางได้ถึง 20dB ทำให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพของการส่งข้อมูลความเร็วสูง
3. เครื่องมือทดสอบความแม่นยำสูง
ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมและเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ (VNA) วงจรขยายสัญญาณรบกวนต่ำ (LNA) จะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพด้านสัญญาณรบกวนและช่วงไดนามิกของเครื่องมือโดยตรง LNA สามารถเพิ่มความไวของเครื่องมือได้โดยการขยายสัญญาณที่วัดได้ในระดับนาโนโวลต์ให้ไปอยู่ในช่วงการควอนไทเซชันที่มีประสิทธิภาพของ ADC (เช่น 1Vpp) ในขณะเดียวกัน ค่าสัมประสิทธิ์สัญญาณรบกวนต่ำมาก (NF < 3dB) สามารถลดความไม่แน่นอนในการวัดและลดข้อผิดพลาดในการวัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
4. ขยายขอบเขตการใช้งาน
ดาราศาสตร์วิทยุ: กล้องโทรทรรศน์ FAST ใช้ LNA ที่ระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลว (NF ≈ 0.1dB) เพื่อตรวจจับเส้นสเปกตรัม 21 ซม. ในเอกภพ
การคำนวณควอนตัม: การขยายสัญญาณระดับไมโครโวลต์ (4 - 8 GHz) ของคิวบิตตัวนำยิ่งยวด จำเป็นต้องมีประสิทธิภาพด้านสัญญาณรบกวนใกล้เคียงขีดจำกัดควอนตัม
การถ่ายภาพทางการแพทย์: อุปกรณ์ MRI เพิ่มสัญญาณนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ระดับไมโครโวลต์ผ่าน LNA ที่ไม่ใช้แม่เหล็ก ทำให้มีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนดีขึ้นกว่า 10 dB

บริษัท Qualwave Inc. ผลิตเครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำที่มีช่วงความถี่ตั้งแต่ 9kHz ถึง 260GHz โดยมีค่าตัวเลขสัญญาณรบกวนต่ำถึง 0.8dB
รุ่น QLA-9K-1000-30-20 ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการใช้งานด้านการสื่อสาร มีประสิทธิภาพที่สมดุลอย่างยอดเยี่ยม โดยมีอัตราขยาย 30dB และค่าสัญญาณรบกวน 2dB ในย่านความถี่ 9kHz~1GHz