Co umí a co neumí LNA

Setkávám se pořád s tím, že lidé cpou před dobrý RX dole na stole výborný LNA s cílem zlepšit citlivost sestavy. OK, ale neuvědomují si, že v podstatě o celý zisk LNA zhorší dynamiku sestavy - odolnost proti silným signálům. V době AI se ale stačí dobře zeptat, nemusíš nic počítat. Na dotaz

"Jak se změní šumové číslo a dynamický rozsah celé sestavy, když před přijímač s NF = 1dB zařadím LNA se ziskem 20dB a šumovým číslem 0,8dB?"

mi AI odpověděla:

Zařazením LNA předzesilovače se šumové číslo celé sestavy sníží z 1 dB na přibližně 0,81 dB, což mírně zvýší citlivost přijímače. Naopak dynamický rozsah (DR) sestavy se výrazně zhorší (klesne o cca 13 až 20 dB v závislosti na tom, zda se jedná o "blocking dynamic range" nebo "spur free dynamic range", protože vysoký zisk předzesilovače způsobí mnohem dřívější zahlcení (saturaci) přijímače, resp. vznik intermodulačních produktů 3. řádu v samotném přijímači.

1. Výpočet nového šumového čísla (NF)

Pro výpočet výsledného šumového čísla kaskády se používá Friisův vzorec pro šumový faktor, ... kde hodnoty v dB musíme nejprve převést na lineární vyjádření... (sorry, vzorce a celý výpočet jsem vymazal, slíbil jsem, že není třeba nic počítat)

Šumové číslo celé sestavy se tedy zlepší (klesne) o 0,19 dB. Hlavní vliv na šum má nyní LNA, šum přijímače je díky vysokému zisku LNA potlačen.

2. Změna dynamického rozsahu (DR)

Dynamický rozsah je definován jako rozsah mezi nejmenším detekovatelným signálem (šumovým dnem) a maximálním signálem, který systém zvládne zpracovat bez zkreslení (bod komprese nebo intermodulační bod IP3).

Spodní hranice (šumové dno): Díky poklesu šumového čísla o 0,19 dB se šumové dno sestavy o 0,19 dB zlepší (klesne).
Horní hranice (zahlcení): Protože LNA zesiluje všechny vstupní signály o 20 dB, silné signály na vstupu se do přijímače dostanou stokrát silnější. Přijímač se proto zahltí, esp. ačne produkovat intermodulační produkty při signálech o 20 dB slabších, než tomu bylo bez LNA.

Výsledný dopad na dynamický rozsah:

1dB kompresní dynamický rozsah (BDR - Blocking Dynamic Range) klesne o 20dB - 0,19dB = 19,81dB.
Dynamický rozsah bez parazitních signálů vznikajících v přijímači (SFDR - Spurious-Free Dynamic Range, nebo také Spur-Free Dynamic Range) klesne o 2/3 této hodnoty, tedy přibližně o 13,2 dB (protože směšovací produkty 3. řádu rostou se sílou signálu na nelineárním prvku 3 x rychleji, než užitečný signál, proto ty 2/3).

Pokud tedy nepotřebujete extrémní citlivost pro příjem velmi slabých signálů utopených v šumu, zařazení LNA s takto vysokým ziskem (20 dB) před již tak velmi citlivý přijímač s NF = 1dB dramaticky sníží schopnost sestavy zpracovávat silné signály bez zkreslení.

Moderní doba: místo složitých výpočtů mohu nahoře uvedený dotaz modifikovat v konkrétních parametrech RXu a LNA, které mne zajímají a dostanu hned odpověď. Takže je důležitější, abych té odpovědi rozuměl, než abych umět šoupat logárem nebo ťukat do kalkulačky.

Že by autoři učebnic přestali mít co žrát? Snad ne, ta AI si akorát vyhledá pár těch učebnic, myslím, že nic nepočítá. Inteligentní je jenom proto, že ví, kde je ta knihovna a ví, do kterého regálu šáhnout pro tu učebnici. A hlavně že pozná (možná, dá-li pánbůh tak většinou) která ta učebnice je dobrá. Nebo jsem naivní a už je to jinak?

Tož tak. 73 Tonda