저음 RF 앰프와 전력 RF 앰프의 주요 차이점은 무엇입니까?

라디오 주파수 (RF) 기술의 세계에서 앰프는 신호가 전송되고 필요한 선명도, 강도 및 안정성으로 수신되는 데 중요한 역할을합니다. 이동 통신에서 위성 링크 및 레이더 시스템에 이르기까지 RF 앰프 최신 무선 네트워크의 중추입니다. 다양한 유형의 RF 앰프 중에서 저음 앰프 (LNA) 그리고 전력 증폭기 (PAS) 가장 중요한 두 가지입니다. 둘 다 신호 증폭의 일반적인 기능을 제공하지만 설계 철학, 응용 및 성능 매개 변수에서 크게 다릅니다.

이 기사에서는 LNA와 PA의 주요 차이점을 살펴보고, 작업 원칙, 응용 프로그램 및 트레이드 오프 엔지니어를 강조하여 엔지니어가 선택할 때 고려해야합니다.

1. 기본 목적

가장 기본적인 차이점은 각 유형의 앰프의 목적에 있습니다.

• 저음 증폭기 (LNA) :
  LNA의 주요 역할은 약한 들어오는 RF 신호를 증폭시키면서 가능한 한 거의 추가 노이즈를 도입하는 것입니다. 신호가 위성에서 지구로 장거리로 이동하면 힘을 많이 잃습니다. LNA는 이러한 희미한 신호가 시스템 노이즈에 익사하지 않고 강화되어 수신기의 추가 단계가 효과적으로 처리 할 수 ​​있도록합니다.

• 전력 증폭기 (PA) :
  PA의 목적은 반대입니다. 상대적으로 강한 RF 신호가 필요하며 장거리 또는 장애물을 통해 전송하기에 충분한 수준으로 전력을 향상시킵니다. PA의 임무는 나가는 신호가 최소한의 저하로 의도 된 수신기에 도달하기에 충분한 에너지를 갖도록하는 것입니다.

본질적으로, LNA는 신호 체인 (수신기 측)의 시작 부분에서 작동합니다. ~하는 동안 PAS는 신호 체인의 끝에서 작동합니다 (송신기 쪽).

2. 소음 그림 대 효율성

• 노이즈 피겨 (NF) - LNA의 우선 순위 :
  저음 수치는 LNA에 중요합니다. 노이즈 그림은 이상적인 소음이없는 앰프에 비해 앰프 자체가 신호에 추가하는 소음의 양을 측정합니다. LNA의 경우 소량의 추가 노이즈조차도 전체 시스템 감도를 저하시킬 수 있습니다. 일반적인 LNA는 신호 충실도를 유지하기 위해 1dB 미만의 노이즈 그림을 목표로합니다.

• 효율성 - PA의 우선 순위 :
  PA의 경우 효율성이 노이즈보다 훨씬 중요합니다. PA는 입력 DC 전원의 대부분을 가능한 한 RF 출력 전력으로 변환해야합니다. 비효율적 인 증폭기는 과도한 열, 폐기물 에너지를 생성하며 값 비싼 냉각 시스템이 필요합니다. 효율성은 종종 셀룰러베이스 스테이션이나 레이더와 같은 고전력 응용 분야에서 종종 성능 매개 변수입니다.

따라서, LNA는 최소 소음 기여에 최적화되어 있으며 ~하는 동안 PA는 전력 효율에 최적화되어 있습니다.

3. 요구 사항을 얻습니다

LNA와 PA는 모두 이득을 제공하지만 필요한 수준은 기능에 따라 다릅니다.

• LNA 게인 :
  LNA는 일반적으로 범위에서 적당한 이득을 제공합니다 10–30 dB. 수신기의 초기 단계에서 너무 많은 게인은 후속 구성 요소의 왜곡과 과부하로 이어질 수 있습니다. 목표는 다음 회로의 노이즈를 포화시키지 않고 극복하기에 충분한 증폭을 제공하는 것입니다.

• PA 게인 :
  전력 증폭기는 일반적으로 LNA에 비해 낮은 게인을 제공합니다. 10–20 dB. 그들의 역할은 대규모 증폭이 아니라 안테나를 구동 할 수있는 상당한 출력 전력 (와트로 측정)을 전달하는 것입니다. 중요한 것은 원시 게인 번호가 아닌 최종 전력 출력입니다.

그래서, LNA 게인은 신호 대 잡음비 (SNR) 개선에 관한 것입니다. ~하는 동안 PA 게인은 유용한 전송 전력을 생산하는 것입니다.

4. 선형성 대 포화

• LNA의 선형성 :
  LNA는 신호에 왜곡을 도입하지 않도록 가능한 가장 선형 영역에서 작동해야합니다. 왜곡은 약한 원하는 신호를 모호하게하는 가짜 신호 또는 복조 산물을 생성 할 수 있습니다. 따라서 선형성은 LNA의 최고 설계 고려 사항입니다.

• PAS의 채도 :
  대조적으로 PAS는 종종 포화 지점 근처에서 작동하여 출력 전력과 효율을 극대화합니다. 이것은 왜곡을 유발할 수 있지만, 신호가 분석되지 않고 (분석되지 않고) 전송되기 때문에 왜곡은 종종 더 견딜 수 있습니다. 현대 통신 시스템은 PA 왜곡에 대응하기 위해 DPD (Digital Predististor)와 같은 선형화 기술을 사용합니다.

그러므로, 선형성은 LNA 설계를 지배하며 ~하는 동안 포화 및 효율은 PA 설계를 지배합니다.

5. RF 체인에 배치

일반적인 RF 시스템에서 LNA와 PA의 위치는 또 다른 결정적인 차이입니다.

• LNA 배치 :
  LNA는 수신기 체인의 안테나 직후에 배치됩니다. 이 배치는 증폭 전에 케이블 및 구성 요소 손실의 영향을 최소화합니다. 최소한의 추가 노이즈로 신호를 조기에 증폭시킴으로써 LNA는 후속 단계가 강력하고 깨끗한 신호로 작동 할 수 있도록합니다.

• PA 배치 :
  PA는 송신기 체인의 전송 안테나 직전에 배치됩니다. 모든 변조, 필터링 및 중간 증폭 단계 후에 PA는 최종 신호를 높이므로 여유 공간을 효과적으로 이동할 수 있습니다.

따라서, LNA는 수신기의 프론트 엔드에서 작동하며 ~하는 동안 PA는 송신기의 뒷부분에서 작동합니다.

6. 파워 취급 기능

• LNA 파워 취급 :
  LNA는 낮은 입력 신호 레벨, 종종 마이크로 볼트 또는 밀리 볼트 범위에서 설계되었습니다. 과부하 나 압축의 위험없이 강한 입력 신호를 처리 할 수 ​​없습니다. 높은 입력 레벨은 LNA를 빠르게 비선형으로 밀어 넣을 수 있습니다.

• PA 파워 취급 :
  PA는 높은 출력 전력 레벨을 제공하도록 제작되었으며, 때로는 모바일 장치의 몇 와트에서 방송 송신기의 수백 킬로와트에 이르기까지 다양합니다. 강력한 회로 설계 및 열 관리가 필요한 큰 전류와 전압을 처리해야합니다.

요컨대, LNA는 작은 신호를 위해 설계된 민감한 장치이며 ~하는 동안 PA는 고출력 출력을 위해 설계된 견고한 장치입니다.

7. 응용 프로그램

• LNA 응용 분야 :

  • 위성 통신 (약한 다운 링크 신호를 캡처하기 위해)
  • 무선 망원경 (심해 신호 감지 용)
  • GPS 수신기 (정확한 포지셔닝)
  • 무선 기지국 (민감도 향상)
  • 방어 및 항공 우주 레이더 수신기

• PA 응용 프로그램 :

  • 휴대 전화 (기지국으로 신호를 전송하기 위해)
  • 방송국 (TV 및 무선 전송)
  • 군사 레이더 시스템 (고전력 펄스)
  • 무선 인프라 (4G/5G 기지국)
  • 위성 업 링크 (궤도에 데이터를 보내기 위해)

LNA와 PA는 함께 무선 통신 프로세스의 양쪽 끝을 포함합니다.

8. 디자인 도전

• LNA 과제 :

  • 과도한 전력 소비없이 초 낮은 노이즈 그림을 달성합니다
  • 다양한 입력 조건에서 선형성 유지
  • 소음을 낮게 유지하면서 넓은 대역폭 설계

• PA 도전 :

  • 고출력 응용 분야에서 열 소산 관리
  • 현대 변조 체계의 균형 효율 및 선형성
  • 5G와 같은 시스템에서 넓은 주파수 대역을 처리합니다

이러한 과제는 대조적 인 우선 순위를 강조합니다. LNA에 대한 신호 순도 그리고 PA를위한 전력 전달.

9. 재료와 기술

• LNAS :
  저음 성능을 위해 GAAS (갈륨 비소), 간 (gan) 또는 CMO와 같은 기술을 사용합니다. GAA는 우수한 노이즈 특성으로 인해 위성 LNA에 널리 사용됩니다.

• 우선권:
  고효율 및 전력 처리를 위해 GAN 또는 LDMOS (측면으로 확산 된 금속-산화물 반도체)를 자주 사용하십시오. 특히 간은 고주파 및 고출력 응용 분야에서 탁월합니다.

반도체 재료의 선택은 앰프의 기능과 밀접하게 연결되어 있습니다.

10. 차이 요약

핵심 요점을 요약하려면 다음과 같습니다.

• LNA :

  • 초점 : 노이즈를 최소화하고 감도를 최대화하십시오
  • 게인 : 10–30 dB
  • 배치 : 수신기 프론트 엔드
  • 우선 순위 : 선형성 및 저음 수치
  • 응용 분야 : 위성, GPS, 무선 천문학

• 아빠:

  • 초점 : 출력 전력 및 효율성을 극대화합니다
  • 이득 : 10–20 dB
  • 배치 : 송신기 백엔드
  • 우선 순위 : 전력 출력 및 효율성
  • 응용 프로그램 : 방송, 레이더, 5G 네트워크

결론

저음 증폭기 (LNA) 및 전력 증폭기 (PAS)는 RF 시스템에서 동일한 코인의 양면입니다. LNA는 최소 소음으로 희미한 신호를 캡처하고 보존하는 데 중점을두고 있지만 PAS는 최대 효율로 강한 신호를 전송하는 데 집중합니다. 그들의 설계 우선 순위, 신호 체인의 배치 및 성능 지표는 극적으로 다르지만 현대 무선 통신에는 없어야합니다.

5G, 위성 인터넷 및 고급 레이더와 같은 기술이 계속 확장됨에 따라 LNA와 PA의 역할은 중요해질 것입니다. 차이점을 이해하면 엔지니어가 더 나은 시스템을 설계하는 데 도움이 될뿐만 아니라 최종 사용자가 전 세계에서 신뢰할 수 있고 고품질의 무선 연결을 즐길 수 있도록합니다.