ما هو مضخم الضوضاء المنخفض LNA

تم تطوير مضخم الصوت المنخفض الضوضاء في العقد الماضي بفضل التقدم الكبير في ترانزستورات الميكروويف مثل الترانزستورات منخفضة الضوضاء “HEMT” عالية الحركة الإلكترونية، ويمكن أيضاً صنع ترانزستورات ثنائية القطب من السيليكون والجرمانيوم مع ضوضاء منخفضة، وبالإضافة إلى ذلك يتم تشغيل هذه الدوائر عند مستوى مقاومة منخفض يبلغ “50 أوم” ممّا يحافظ على ضجيج الحرارة الصادر من دائرة مكبر الصوت الخارجي صغيراً.

ما هو مضخم الضوضاء المنخفض LNA

مضخم الضوضاء المنخفض “LNA”: هو مكبر إلكتروني يستخدم لتضخيم الإشارات ذات القوة المنخفضة جداً وعادةً من هوائي، حيث بالكاد يمكن التعرف على الإشارات ويجب تضخيمها دون إضافة أي ضوضاء وإلّا فقد تفقد المعلومات المهمة.

تعد المضخمات منخفضة الضوضاء أحد أهم مكونات الدارات الموجودة في مستقبلات الراديو وغيرها من الإشارات، كما يتم تحيز الترانزستورات من خلال محاثات من مصدر طاقة مستقر جيداً والمحاثات صامتة والتكنولوجيا المستخدمة لتنفيذ دارة مكبر الصوت هي الدوائر المتكاملة المختلطة بالميكروويف.

• “LNA” هي اختصار لـ “low noise amplifier”.

• “HEMT” هي اختصار لـ “high-electron-mobility transistor”.

أساسيات مضخم الضوضاء المنخفض LNA

الأجهزة التماثلية مكبرات الصوت منخفضة الضوضاء تغطي نطاق التردد من “DC IF” إلى “RF Microwave” و”W-Band” أي “95 جيجاهرتز”، كما تغطي هذه التصميمات مكاسب وعروض نطاق مختلفة بأرقام ضوضاء منخفضة تصل إلى “0.7 ديسيبل”، وتوفر مكبرات الصوت منخفضة الضوضاء بعضاً من أقل مستوى ضوضاء وأعلى خطي متاح في الصناعة.

تقدم العديد من التصميمات طوبولوجيا متحيزة ذاتياً وتتطابق داخلياً مع “50 أوم”، كما يتم استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الاتصالات والأجهزة والجيش / الفضاء، كما يتم تحديد جميع مكبرات الصوت منخفضة الضوضاء في الأجهزة التماثلية بشكل كامل على التردد ودرجة الحرارة والجهد الكهربائي.

تُعد مكبرات الصوت منخفضة الضوضاء جزءاً مهماً من دارة المستقبل، حيث تتم معالجة الإشارة المستقبلة وتحويلها إلى معلومات، كما تم إنشاء “LNAs” حتى تصبح قريبة من جهاز الاستقبال بحيث يكون هناك حد أدنى من الخسارة بسبب التداخل، كما يضيفون الحد الأدنى من الضوضاء أي البيانات غير المفيدة في الإشارة المستقبلة لأنّ أي المزيد من شأنه أن يفسد بشدة الإشارة الضعيفة بالفعل.

عندما تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء “SNR” عالية وتحتاج إلى التدهور بحوالي “50%” وتحتاج الطاقة إلى التعزيز ويتم استخدام “LNA”، ويُعد “LNA” هو المكون الأول لجهاز الاستقبال الذي يعترض إشارة ممّا يجعله جزءاً حيوياً في عملية الاتصالات.

• “SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”.

آلية عمل مضخم LNA

يعمل مضخم الضوضاء المنخفض “LNA” على تضخيم إشارة منخفضة الطاقة بشكل كبير دون التقليل بشكل كبير من نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وعندما تقوم مكبرات الصوت العادية بتضخيم الإشارات غالباً ما يتم إدخال ضوضاء إضافية إلى النظام، ومع ذلك باستخدام “LNA” إلكتروني يمكن تقليل هذه الضوضاء بشكل كبير.

تعمل مجموعة “Infineon” من الدوائر المتكاملة لمضخم الضوضاء المنخفض على تحسين حساسية المتلقي وبالتالي تحقيق تجربة المستخدم النهائية، كما تأتي “LNA MMICs” مزودة بحماية من التفريغ الكهروستاتيكي واستهلاك منخفض للطاقة وهي مثالية للأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطاريات، وعلاوةً على ذلك توفر تقنية “SiGe” المبتكرة ضوضاء أقل من بدائل السيليكون وأداء يضاهي نظيراتها الغالية الثمن.

من خلال الاستفادة من جميع المزايا لـ “LNA MMICs” ستزيد من حساسية النظام بشكل كبير وسيستمتع مستخدمو أجهزة “4G / 5G”، وكذلك “GPS” و”Mobile TV” و”Wi-Fi” و”FM” المحمولة بميزات مثل معدل البيانات المرتفع الاستقبال والتنقل السريع والدقيق، والتدفق عالي الجودة السلس حتى في أسوأ ظروف الاستقبال وعلى سبيل المثال المدن الكثيفة وتحت الأرض وفي الداخل.

تطبيقات مضخم LNA

1- مضخم “LNAs” لنظام “GPS”

• استقبال محسن لنظام تحديد المواقع العالمي “GPS”.

• تصميمات مدمجة.

• توفير في التكاليف.

• تقوم “LNAs” هذه بشكل ديناميكي بقمع عمليات الإرسال الخلوية القوية وشبكات “WLAN” ممّا يوفر استقبالاً أفضل لإشارات “GPS” الضعيفة في الهواتف وأجهزة الملاحة الشخصية وكاميرات الفيديو الرقمية والساعات والسيارات الكهربائية والأجهزة المحمولة الأخرى.

• تساعد هذه الحلول على تقليل آثار أقدام التصميم، وخفض التكاليف.

• تعزيز الاستقبال في الأنظمة التي تستخدم هوائياً نشطاً أو هوائياً مُلحقاً.

ملاحظة:“GPS” هي اختصار لـ “Global Positioning System”.

2- مضخم “LNAs” لنظام “LTE”

تزيد “LNAs” من حساسية الاستقبال لمستقبلات “LTE” الرئيسية والمتنوعة من خلال تقديم كسب محسّن للنظام ونسبة ضوضاء منخفضة وخطية عالية من الدرجة الثالثة.

3- مضخم “LNAs” لنظام “WLAN”

تجمع “LNAs” الخاصة بشبكات “LAN” اللاسلكية بين الكسب المتقدم وشكل الضوضاء والخطية والكفاءة مع استقرار العملية والصلابة التي تُعد السمات المميزة لتقنية “SiGe”.

• “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.

4- مضخم “LNAs” للبنية التحتية اللاسلكية

تتعامل مستقبلات المحطات القاعدية الحديثة للبنى التحتية للاتصالات اللاسلكية مع الحساسية الشديدة وخصائص التشكيل البيني، ممّا يتطلب أرقام ضوضاء أقل من “dB 1” وخطية عالية لمضخم منخفض الضوضاء “LNA”، وحتى وقت قريب تم استيفاء هذه المواصفات فقط باستخدام تقنيات أشباه الموصلات المركبة مثل “GaAs PHEMT”.

ومع ذلك فإنّ أحدث التطورات مع عملية “SiGe: C BiCMOS”، على سبيل المثال تقنية “QUBiC4X” تسرع الانتقال من “GaAs” إلى “Si” من خلال تقديم خطي قابل للمقارنة أو أفضل، واستهلاك طاقة “DC” وحصانة ضد خارج النطاق الإشارات وأداء البث الهامشي وزيادة طاقة النواتج.

• “GaAs” هي اختصار لـ “Gallium Arsenide”.

• “Si” هي اختصار لـ “Silicon”.

5- مضخم “LNAs” لأجهزة فك التشفير “75 أوم”

• خطية عالية وضوضاء منخفضة.

• تدعم مكبرات الصوت المحلية ذات النطاق العريض هذه التطبيقات متعددة الموالفة في أجهزة التلفاز و”DVR / PVRs” و”STBs” التي تعمل بين “40 ميجاهرتز” و”1 جيجاهرتز”.

• يعوض الكسب القابل للبرمجة مع وضع التجاوز عن فقدان إشارة تبديل الموالف ويحسن أداء النظام الكلي بمقدار “7 ديسيبل” إلى “10 ديسيبل”.

ملاحظة:“DVR / PVRs” هي اختصار لـ “digital video recorder / Personal Video Recorder”.

6- مضخم “LNAs” للأغراض العامة

• يتميز “LNA” بالمرونة مثل الترانزستور المنفصل ويوفر العديد من الميزات المتكاملة لتصميمات الأجهزة المحمولة الأصغر والأرق.

• يناسب الجهاز الهوائيات النشطة لراديو “FM” المضمنة في الهواتف الخلوية أي راديو “FM” المحمول.

• يحل هذا المفهوم محل هوائي كابل سماعة الرأس كما هو مستخدم اليوم.

7- مضخم “LNAs” لراديو السيارة

• “ALNA” المتقدم هو الحل المتكامل لمضخم الضوضاء المنخفض للهوائي لراديو السيارة “AM / FM / DAB”.

• إنّه يوفر تخفيض تكلفة النظام من خلال التكامل بالإضافة إلى الأداء المتميز مع مكاسبه الخطية العالية.

• إحدى السمات الرئيسية هي “AGC” المستمر لكل مسار مع عتبات قابلة للتكوين.

ملاحظة:“DAB” هي اختصار لـ “Digital audio broadcasting”.

ما هو LNA في اتصالات الأقمار الصناعية

يوجد مضخم منخفض الضوضاء “LNA” بشكل شائع في جميع أجهزة الاستقبال، ويتمثل دورها في تعزيز الإشارة المستقبلة بمستوى كافٍ فوق مستوى الضوضاء الأرضية، بحيث يمكن استخدامها لمعالجة إضافية وبالتالي فإنّ عامل ضوضاء المضخم منخفض الضوضاء يحد مباشرة من حساسية المستقبل.

ونظراً لأنّ معظم الإشارات صغيرة جداً في الأصل للتحكم في الجهاز المطلوب أو تشغيله فهناك حاجة إلى بعض التضخيم، وعلى سبيل المثال الإشارة الصوتية المأخوذة من سجل صغيرة جداً بحيث لا تستطيع تشغيل مكبر صوت لذا يلزم التضخيم، وفي كل مرة يتم فيها تضخيم الإشارة ويُقال إنهّا تمر بمرحلة تضخيم.

لماذا يتم وضع LNA في نهاية كابل التغذية

يُعد “LNA” مكوناً رئيسياً يتم وضعه في الواجهة الأمامية لدائرة مستقبل الراديو، وفي نظام الاتصالات الساتلية سيتصل هوائي استقبال المحطة الأرضية بـ “LNA”، وهناك حاجة إلى “LNA” لأنّ الإشارة المستقبلة ضعيفة وعادة ما تكون الإشارة المستقبلة أعلى قليلاً من ضوضاء الخلفية.