LNA Nedir niçin kullanmaliyiz..Ya da kullanmalı mıyız?

LNA (Low Noise Amplifier), Türkçe'de Düşük Gürültülü Yükselteç olarak bilinir. Elektronik ve telekomünikasyon sistemlerinde kullanılan bu cihazlar, radyo frekansı (RF) sinyallerini güçlendirirken eklenen gürültüyü minimumda tutarak sinyalin kalitesini artırırlar. Özellikle zayıf sinyallerin alınması ve işlenmesi gereken sistemlerde kritik önem taşırlar.

Noise Figure (NF) Nedir? Noise Figure (Gürültü Figürü veya Noise Factor), bir elektronik cihazın (örneğin bir LNA'nın) sinyali işleme sırasında eklediği gürültünün ölçüsüdür. Daha düşük bir NF değeri, cihazın daha az gürültü eklediği anlamına gelir ve bu da daha iyi bir sinyal kalitesi sağlar. NF, genellikle desibel (dB) cinsinden ifade edilir.

SNR (Signal-to-Noise Ratio) Hesaplama ve Örneği: Bir alıcı sistemi düşünelim: Anten -120 dB gücünde bir zayıf sinyal alıyor ve bu sinyal 10 metrelik bir koaksiyel kablo ile bir telsize iletiliyor. Koaksiyel kablonun 10 dB kaybı olduğunu varsayalım.

1. Sinyal Koaksiyel Kabloya Girmeden Önce (LNA Kapalı):

   • Sinyal gücü: -120 dB

2. Koaksiyel Kablo İletimi:

   • 10 dB kayıp eklendiğinde, sinyal gücü: -120 dB - 10 dB = -130 dB

3. Telsize Ulaşan Sinyal (LNA Kapalı):

   • -130 dB

LNA'nın önemi burada devreye giriyor. LNA, sinyali güçlendirirken eklediği gürültüyü minimize eder ve böylece SNR'yi artırır.

4. LNA Kullanıldığında:

   • LNA'nın ortalama 20 dB kazanç sağladığını varsayalım.
   • Sinyal gücü LNA sonrası: -130 dB + 20 dB = -110 dB

5. Gürültü Figürü (Noise Figure - NF) Hesaplama:

   • Örneğin, LNA'nın Noise Figure'ü (NF) 0.6 dB olarak belirleyelim.
   • Telsize gelen sinyalde NF dahil edildiğinde: -110 dB + 0.6 dB = -109.4 dB

Bu hesaplamada, LNA'nın sağladığı kazanç ve eklediği gürültü seviyesi (NF) dikkate alınarak, telsizde alınan sinyalin güç seviyesi hesaplanmış olur. Şimdi SNR hesaplamasına geçelim.

6. SNR Hesaplama:

   • Telsizin alım hassasiyeti -135 dB olsun.
   • SNR (LNA Kapalı) = Sinyal Gücü - Telsizin Gürültü Seviyesi
   • SNR (LNA Kapalı) = -130 dB - (-135 dB)
   • SNR (LNA Kapalı) = -130 dB + 135 dB
   • SNR (LNA Kapalı) = 5 dB
   • Telsizin NF 4 dB kabul edilir ve eklenirse SNR= 1dB

7. SNR (LNA Kullanıldığında):

   • SNR (LNA Kullanıldığında) = Sinyal Gücü - Telsizin Gürültü Seviyesi
   • SNR (LNA Kullanıldığında) = -110 dB - (-135 dB)
   • SNR (LNA Kullanıldığında) = -110 dB + 135 dB
   • SNR (LNA Kullanıldığında) = 25 dB
   • Telsizin NF 4 dB kabul edilir ve eklenirse SNR= 21 dB

Bu hesaplamada görüldüğü gibi, LNA'nın kullanımı SNR'yi önemli ölçüde artırır. SNR ne kadar yüksek olursa, sistemdeki sinyal kalitesi o kadar iyidir ve zayıf sinyaller daha doğru şekilde algılanabilir.

Şimdi bazı örnek telsiz modellerinin NF hesaplarını da eklemek istiyorum.

FT-847 

NF: 5.5dB

Icom IC_705



IC-9700

IC-706 MKIIG
Receiver noise figure 8.5dB (preamp off)
FT-100
Receiver noise figure 5 dB (preamp off)
FT-817
Receiver noise figure 5.4dB
FT-991

Receiver noise figure 5.0dB

Adalm Pluto

Receiver noise figure 2.4dB

RTL-SDR

Receiver noise figure 17dB

Gördüğünüz gibi , bir LNA'nın 0.5-0.8 dB gürültü seviyesi yanında oldukça yüksek seviyelerde kalıyor.

Bu yüzden bir LNA eklemek her zaman alış seviyenizi etkileyecektir. Ancak, burada dikkat edilmesi gereken mümkünse LNA'nın tercihen giriş, ya da çıkışında bir bandpass filtre kullanarak sadece hedeflenen frekanstaki sinyalleri almasını sağlayarak LNA veya arkasındaki cihazın sature olmasını engellemek olmalı.

Ama LNA'nız yoksa da, cihazınızın PreAmp özelliğini aktive ederek NF değerini biraz daha düşürebilmeniz her zaman olası.

10 GHz saha denemeleri

 Selamlar herkese,

Geçtiğimiz bayram tatilini fırsat bilerek TA2SUA, TA2YGT ve TA9AAP ile beraber bir saha testi yapmaya karar verdik.

Ekipman olarak benim tarafımda

F6BVA'nın dizaynı olan bir 430-10 ghz transverter bulunmaktaydı. Kit olarak satın aldığım bu transverterı dizmek ve yapmak epey meşakatli olsa da birkaç ay önce tamamlamıştım. 

Cİhazın özelliklerine gelecek olursak TX'te 4dB civarı bir çıkış gcüne sahip. Hassas bir ayar yapsam 10 dB ye kadar çıkabilse de bana bu kadarı yeterli geldi.

RX tarafında yaklaşık 3-4 dB civarı bir Noise Fİgure'u mevcut. Bu biraz yüksek olduğundan ilave olarak alış tarafında bir de LNA kullandım.

F6BVA transverter

Biraz önce yazdığım gibi alıcı tarafındaki gürültü miktarını azaltmak ve daha iyi bir SNR değeri yakalamak için DU3T tasarımı bir LNA kullandım.

LNA 0.6dB NF e sahip olup waveguide için tasarlandığından girişinde bir de wr90-SMA adaptörü kullanmam gerekti.

DU3T LNA

WR90-SMA adaptörü

Aralarda kullandığım tüm coax patch kablolar digikey'den alınmış, kayıp miktarları ölçülmüş ve 10 GHz e uygun kablolar.

Tabii, TX / RX arasında geçişi sağlamak için bir sequencer, ayrıca tx/rx rf path'i seçmek için bir 18 GHz SMA RF Röle kullanmam da gerekti.

Bu cihazların beslemeleri için birkaç farklı stepdown güç kaynağı da ekledim.

Çıkış tarafının güçlendirilmesi için VK3XPD'den temin ettiğim eski KU band vericilerden çıkan bir amplifier kullandım. 17-18 dB gaini olan bu pA sayesinde yaklaşık 150mw güce kadar çıkabildim.

VK3XPD PA

Feed olarak I0JXX'in feed3 antenini kullandık.

Kullandığım 60 cm çanak ile bu frekansta kazancım yaklaşık 33 dB.

Yani 33+17+4 = 54 dB yaklaşık 250watt bir EIRP değerine ulaşmış oldum.

Karşı tarafta TA2SUA, yaklaşık 200 mw(23 dBm) çıkış gücüne sahip bir Kuhne 10 GHz transverter ve 40 cm çanak kullandı. Çanağın kazancı o frekansta 29 dB olup onun da toplam çıkış gücü 29+23 = 52 dB = 200 watt EIRP değerine ulaşmış oldu.

Ben ve Türker (TA9AAP)  Yapracık Şeyh Şamil camii bahçesinde yerleştim. Alper ve Yiğit ise Eskişehir sınırındaki Sarayköy mevkiine gitti. Aramızdaki mesafe 67.8 KM ve direkt bir LOS'a sahiptik.

Bu şartlarda telsizlerimizi 10.450.200 Mhz frekansına ayarladık ve birbirimizi direkt olarak duyduk. Antenlerin ayarları ile azıcık bir oynama sonrası sinyal seviyelerimizi S9+10dB civarına kadar çıktı. 

Önce CW, daha sonrasında SSB ile yaptığımız denemeleri FM görüşme ile sonlandırdık. Bu sırada her iki tarafta TA2YGT ve TA9AAP/2 de qso'larını gerçekleştirdiler.

Bir sonraki hedefimiz 100 km'nin üzerindeki mesafeler ve bununla ilgili yer arayışlarımıza da başladık bile.

Görüşmenin kısa bir videosu aşağıdaki linkte mevcut.