Co to jest PA / LNA?

Widziałem porównanie dwóch podobnych modułów odbiornika radiowego. Użyli tego samego układu scalonego, ale jeden miał większy zakres ze względu na włączenie „PA / LNA”, co rozumiem jako skrót dla „wzmacniacza mocy / wzmacniacza o niskim poziomie hałasu”.

• Co to jest PA / LNA?
• Jak działa PA / LNA w celu zwiększenia zasięgu RF?
• Czy PA i LNA są zwykle używane razem?

(aktualizacja) Moduł o większym zasięgu ma ten układ scalony, który obejmuje funkcje PA i LNA: SE2431L 2.4 GHz ZigBee / 802.15.4 Front End Module

• PA: (wzmacniacz mocy) wzmacnia się podczas nadawania.
• LNA: (wzmacniacz o niskim poziomie szumów) wzmacnia się podczas odbioru.
• oba siedzą między obwodami a anteną.
• w przypadku sygnału dupleksowego pasywny duplekser przesuwa się między nimi na Rx / Tx.

PA oznacza wzmacniacz mocy, w tym przypadku wzmacniacz RF lub mikrofalowy używany do transmisji sygnału. LNA oznacza wzmacniacz o niskim poziomie szumów, zwykle używany dla pasm o wysokiej częstotliwości lub sygnałów mikrofalowych jako czuły odbiornik sygnału. PA i LNA nie zawsze są łączone. To zależy od zastosowania. Znalazłem ten artykuł w Internecie, który opisuje podstawowe szczegóły.

Zrozumienie podstaw niskoszumowych i wzmacniaczy mocy w projektach bezprzewodowych Bill Schweber,
autor: produkty elektroniczne
24.10.2013

1) W konstrukcji bezprzewodowej dwa komponenty to krytyczne interfejsy między anteną a obwodami elektronicznymi, wzmacniaczem niskoszumowym (LNA) i wzmacniaczem mocy (PA). Tam jednak kończy się ich wspólność. Mimo że oba mają w zasadzie bardzo funkcjonalne schematy blokowe i role, mają bardzo różne wyzwania, priorytety i parametry wydajności.

2) LNA funkcjonuje w świecie nieznanych . Jako „front” kanału odbiornika musi on wychwytywać i wzmacniać sygnał o bardzo niskim poborze mocy i niskim napięciu oraz związany z nim losowy szum, który antena mu przedstawia, w zakresie pasma będącego przedmiotem zainteresowania. W teorii sygnałów nazywa się to wyzwaniem nieznany sygnał / nieznany szum, najtrudniejszym ze wszystkich wyzwań związanych z przetwarzaniem sygnału.

3) W przeciwieństwie do tego, PA pobiera stosunkowo silny sygnał z zespołu obwodów o bardzo wysokim SNR i musi „tylko” zwiększyć swoją moc. Wszystkie ogólne czynniki dotyczące sygnału są znane, takie jak amplituda, modulacja, kształt, cykl pracy i inne. Jest to kwadrant znanego sygnału / znanego szumu mapy przetwarzania sygnału i najłatwiejszy do zarządzania. Pomimo tej pozornie prostej sytuacji funkcjonalnej, PA ma również problemy z wydajnością.

4) W systemach dupleksowych (dwukierunkowych) LNA i PA zwykle nie łączą się bezpośrednio z anteną, ale zamiast tego przechodzą do dupleksera, elementu pasywnego. Duplekser wykorzystuje fazowanie i przesunięcie fazowe, aby sterować mocą wyjściową PA do anteny podczas blokowania jej z wejścia LNA, aby uniknąć przeciążenia i nasycenia wrażliwego wejścia LNA.

PA i LNA będą znajdować się na przeciwnych końcach łącza RF - a w łączu dupleks rola zmienia się w zależności od kierunku sygnału. Dwa komponenty (wraz z 2 antenami) mają długą drogę do ustalenia budżetu łącza, co wpływa na kombinację zasięgu transmisji i przepływności.

Na końcu odbiorczym, dla danego schematu modulacji i akceptowalnego poziomu błędu, potrzebny będzie określony stosunek mocy sygnału do mocy szumu. Moc sygnału zależy od mocy transmisji (z PA), wzmocnienia anteny i utraty transmisji. Większa moc jest jednak kosztowna zarówno w podzespołach, jak i zasilaniu (PA zwykle jest znacznie mniejsza niż 50% wydajności).

LNA wzmacnia zarówno pożądany sygnał, jak i szum termiczny na wejściu LNA, a także nieco więcej szumu. Dla dobrego LNA będzie to około 1dB dodatkowego hałasu termicznego. LNA musi być również liniowy, aby uniknąć zniekształceń spowodowanych niechcianymi (często silnymi) sygnałami, które można odfiltrować później w łańcuchu odbiorczym.

Dobra LNA jest pierwszą rzeczą, w którą należy zainwestować, dzięki czemu dość łatwo zyskujesz 1-2 dB. Potem dobre anteny, a potem wreszcie mocniejszy PA. Istnieje wiele drobnych szczegółów, które również się przyczyniają - te dwa elementy same w sobie nie mogą uratować złego projektu.

Próbując zrozumieć PA / LNA, możesz również chcieć zrozumieć, w jaki sposób są one powiązane z duplekserami. Zaskoczyło mnie jednak, jak trudno jest znaleźć prosty do zrozumienia schemat podstawy duplexer, który pokazuje zarówno właściwości sygnału, jak i schematu. Oczywiście w dzisiejszych czasach nie potrzebujesz nawet duplekserów, ponieważ istnieją różne rozwiązania, często stosowane w nadajnikach-odbiornikach pasma podstawowego telefonu komórkowego.

Pod tym względem jeden opisowy obraz, który znalazłem, to ten z patentu.

i ze strony YateBTS .

Należy również zauważyć, że luźno mówiąc, duplekser jest używany do transmisji TX i RX na tej samej antenie, ale (często) nie na tej samej częstotliwości, podczas gdy diplekser jest używany jako TX lub RX na tej samej antenie, ale (często) na różne częstotliwości.