Low Noise Amplifier (LNA) là gì?

April 22, 2024By Harry Ha

Low Noise Amplifier (LNA) hay Bộ khuếch đại tạp âm thấp là thiết bị để cải thiện độ lợi (gain) trên một tần số xác định.

Khi tín hiệu vệ tinh được truyền từ ngoài không gian về trái đất theo đường tín hiệu Downlink. Tín hiệu sẽ phải đi qua bầu khí quyển dẫn tới tín hiệu bị suy yếu, hơn nữa ở mặt đất có rất nhiều các tần số của các thiết bị khác nên gây ra nhiễu. Để nâng cao hay khuếch đại độ lợi (độ mạnh) của tín hiệu, người ta thường sử dụng LNA để thực hiện cải thiện tín hiệu trước khi đưa vào thiết bị thu sóng.

Low noise amplifier (LNA) block in front end antenna.

LNA sử dụng các thành phần điện tử như transistor hoặc điốt để khuếch đại tín hiệu. Trong đó, transistor là thành phần chính trong các mạch LNA. Khi tín hiệu được đưa vào cổng vào của transistor, nó sẽ được khuếch đại lên mức độ nào đó theo thiết kế. Độ lợi của tín hiệu được tăng cường mà không làm biến đổi tính chất của tín hiệu.

Interfering signals là các tín hiệu nhiễu hoặc tín hiệu bị chèn bởi các nguồn phát khác trong môi trường. Chúng can thiệp vào tín hiệu ban đầu và làm chất lượng tín hiệu ban đầu bị giảm đi. Các Interfering signals này thường xuất phát do các thiết bị điện tử khác, thiết bị phát sóng điện tử.

Unwanted noise là các dạng nhiễu không mong muốn được thêm vào tín hiệu, làm giảm chất lượng của tín hiệu đó. Nhiễu này xuất phát từ các cáp truyền, các mối nối hay cũng xuất phát từ chính các thiết bị, linh kiện điện tử (Internal Noise)

Một số LNA kết hợp chức năng chọn lọc tần số (Frequency Selectivity) cho phép khuếch đại tín hiệu trong một dải tần cụ thể thôi, và bỏ qua tín hiệu của các tần số khác. Tính năng này hỗ trợ lọc bớt các unwanted noise hoặc interfering signals

Khi sử dụng LNA, nó nên được lắp đặt gần với Antena nhất có thể. Vì nếu sử dụng một sợi cáp dài từ Antena mới tới LNA, tín hiệu sẽ bị suy yếu và nhiễu nhiều trên đường cáp. Một đầu LNA (LNA-IN) sẽ nối với antena đầu còn lại sẽ nối với thiết bị thu sóng RTL-SDR (LNA-OUT).

Một số LNA cần phải cấp nguồn ngoài một chiều từ 5-9V để nó hoạt động, còn một số Low Noise Amplifier lại hỗ trợ tính năng Bias-T (Bias-Tee). Tính năng này cho phép thiết bị thu sóng (như RTL-SDR) truyền thêm dòng điện thông qua cáp tín hiệu, để từ đó cấp nguồn có bộ khuếch đại hoạt động. Với các thiết bị hỗ trợ Bias-T, bạn không cần phải cấp thêm nguồn cho nó nữa.

Chúng mình sử dụng loại LNA4ALL Wideband để thực hiện khuếch đại tín hiệu nằm trong khoảng tần số 28MHz tới 2500 MHz. Với LNA này đáp ứng tương đối nhu cầu thu và xử lý cơ bản các tín hiệu vệ tinh

Tần số từ 28, 50, 70 Gain sau LNA được khoảng 21-22Db
Tần số 145, 435 Gain sau LNA khoảng 23.5
Tần số 1090, 1296, 1400, 2200, 2320 gain giảm dần từ 18, 17 tới 11.5

Mục lục

Thử nghiệm Low Noise Amplifier với SDRPLusPlus (SDR++)

Chúng mình sẽ thử nghiệm LNA4ALL (mua chính hãng) và LNA 20-3000MHz 35dB (mua từ Trung Quốc). Thử nghiệm sẽ được đo đạc trên các tần số 100Mhz (Đài Broadcast), 137MHz (tín hiệu vệ tinh NOAA) và 1.6941 GHz (vệ tinh GOES 16/17 HRIT và GK2-A LRIT)

LNA 20-3000MHz 35dB

Thực hiện thu tín hiệu Radio Broadcast 100MHz và việc so sánh giữa không sử dụng LNA (bên trái) và sử dụng LNA (hình bên phải). Lưu ý khi làm việc với LNA này, nguồn điện từ 5-6V sẽ cho kết quả tốt nhất. Khi nguồn cấp yếu dưới 5V, tín hiêu không có thay đổi đáng kể nào.

Khi không sử dụng LNA, gain của nhiễu nền nằm trong khoảng -75db, và tín hiệu peak đạt gain khoảng -65db.
Khi sử dụng LNA, gain của nhiễu nền tăng lên mức -65Db, đồng thời tín hiệu đạt ngưỡng gần -35db. Tín hiệu tăng gần gỡ 30db, thông tin gần giống với thiết kế