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.

Termal Gürültü ve Bant Genişliği:

Gürültü hesaplamalarının temeli, termal gürültüden gelir ve şu şekilde ifade edilir:


Termal Gürültü=−174 dBm/Hz+10log⁡10(Bandwidth))



Sistemdeki gürültü figürü, bu değeri artırır. Örneğimizde, bant genişliği 1 MHz  olarak varsayılmıştır.

Friis Formülü:

Birden fazla aşamalı sistemlerde (örneğin, LNA ve telsiz), toplam gürültü figürü Friis formülü ile hesaplanır:

Burada

F1

, LNA’nın gürültü faktörü,

G1

, LNA’nın kazancıdır. LNA’nın yüksek kazancı, sonraki aşamaların gürültü katkısını azaltır, bu nedenle LNA genellikle sistemin başında kullanılır.

SNR (Signal-to-Noise Ratio) Hesaplama ve Örneği: Bir alıcı sistemi düşünelim: Anten -120 dBm 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 dBm

2. Koaksiyel Kablo İletimi:

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

3. Telsize Ulaşan Sinyal (LNA Kapalı):

   • -130 dBm

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) = -110.6 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.