Was ist eine PA / LNA?

Ich habe einen Vergleich von zwei ähnlichen Funkempfängermodulen gesehen. Sie verwendeten den gleichen IC, aber einer hatte eine größere Reichweite aufgrund der Aufnahme eines "PA / LNA", was meines Erachtens eine Abkürzung für "Power Amp / Low Noise Amp" ist.

• Was ist eine PA / LNA?
• Wie arbeitet der PA / LNA, um die HF-Reichweite zu erhöhen?
• Werden PA und LNA normalerweise zusammen verwendet?

(Update) Das Modul mit größerer Reichweite verfügt über diesen IC, der die PA- und LNA-Funktionalität umfasst: SE2431L 2,4-GHz-ZigBee / 802.15.4-Front-End-Modul

• PA: (Endstufe) wird beim Senden verstärkt.
• LNA: (rauscharmer Verstärker) wird beim Empfang verstärkt.
• beide sitzen zwischen Schaltung und Antenne.
• Bei Duplex-Signalen wechselt der passive Duplexer bei Rx / Tx zwischen den beiden Signalen.

Die PA steht für Leistungsverstärker, in diesem Fall ein HF- oder Mikrowellenverstärker, der zur Übertragung eines Signals verwendet wird. LNA steht für einen rauscharmen Verstärker, der normalerweise für hohe HF-Bänder oder Mikrowellensignale als empfindlicher Signalempfänger verwendet wird. PAs und LNAs werden nicht immer kombiniert. Das hängt von der Anwendung ab. Ich habe diesen Artikel im Internet gefunden, der die grundlegenden Details behandelt.

Grundlegendes zu rauscharmen Verstärkern und Leistungsverstärkern in drahtlosen Designs Von Bill Schweber
Von Electronic Products
2013-10-24

1) In einem drahtlosen Design sind zwei Komponenten die kritischen Schnittstellen zwischen der Antenne und den elektronischen Schaltkreisen, dem rauscharmen Verstärker (LNA) und dem Leistungsverstärker (PA). Hier endet jedoch ihre Gemeinsamkeit. Obwohl beide über sehr einfache Funktionsblockdiagramme und -rollen verfügen, weisen sie sehr unterschiedliche Herausforderungen, Prioritäten und Leistungsparameter auf.

2) Die LNA funktioniert in einer Welt der Unbekannten . Als "Front-End" des Empfängerkanals muss es innerhalb der interessierenden Bandbreite ein Signal mit sehr geringer Leistung und niedriger Spannung sowie das damit verbundene zufällige Rauschen erfassen und verstärken, das die Antenne für sie darstellt. In der Signaltheorie wird dies als unbekannte Signal / unbekannte Rausch-Herausforderung bezeichnet, die schwierigste aller Signalverarbeitungs-Herausforderungen.

3) Im Gegensatz dazu empfängt der PA ein relativ starkes Signal von der Schaltung mit einem sehr hohen SNR und muss seine Leistung "lediglich" steigern. Alle allgemeinen Faktoren über das Signal sind bekannt, wie Amplitude, Modulation, Form, Tastverhältnis und mehr. Dies ist der bekannte Signal- / Rauschquadrant der Signalverarbeitungskarte und der am einfachsten zu handhabende. Trotz dieser scheinbar einfachen Funktionssituation hat die PA auch Leistungsherausforderungen.

4) In Duplexsystemen (bidirektional) werden LNA und PA normalerweise nicht direkt an die Antenne angeschlossen, sondern an einen Duplexer, eine passive Komponente. Der Duplexer steuert die Ausgangsleistung des PA durch Phasen- und Phasenverschiebung zur Antenne und blockiert sie gleichzeitig vom LNA-Eingang, um eine Überlastung und Sättigung des empfindlichen LNA-Eingangs zu vermeiden.

PA und LNA befinden sich an entgegengesetzten Enden einer HF-Verbindung - und bei einer Duplex-Verbindung wechselt die Rolle in Abhängigkeit von der Richtung des Signals. Die beiden Komponenten (zusammen mit den beiden Antennen) leisten einen großen Beitrag zur Ermittlung des Verbindungsbudgets. Dies wirkt sich auf die Kombination von Übertragungsreichweite und Bitrate aus.

Am Empfangsende benötigen Sie für ein gegebenes Modulationsschema und eine akzeptable Fehlerrate ein bestimmtes Verhältnis von Signalleistung zu Rauschleistung. Die Signalleistung wird durch Sendeleistung (vom PA), Antennengewinn und Sendeverlust bestimmt. Sowohl bei den Komponenten als auch bei der Versorgung ist mehr Strom teuer (der Wirkungsgrad von PA liegt in der Regel unter 50%).

LNA verstärkt sowohl das Nutzsignal als auch das thermische Rauschen am LNA-Eingang sowie ein wenig mehr Rauschen. Für einen guten LNA ist dies etwa 1 dB zusätzliches thermisches Rauschen. Der LNA muss auch linear sein, um Verzerrungen durch unerwünschte (oft starke) Signale zu vermeiden, die später in der Empfangskette herausgefiltert werden können.

Ein guter LNA ist das erste, in das Sie investieren müssen. Dadurch erhalten Sie ziemlich leicht 1-2 dB. Dann gute Antennen, dann endlich eine leistungsstärkere PA. Es gibt viele kleine Details, die ebenfalls dazu beitragen - diese beiden Komponenten allein können ein schlechtes Design nicht retten.

Wenn Sie versuchen, PA / LNA zu verstehen, möchten Sie möglicherweise auch wissen, wie sie mit Duplexern zusammenhängen. Ich war jedoch überrascht zu sehen, wie schwierig es ist, ein einfach zu verstehendes Diagramm eines Grundgeräts zu finden duplexer, das sowohl die Signal- als auch die schematischen Eigenschaften zeigt. Selbstverständlich benötigen Sie heutzutage nicht einmal Duplexer, da es verschiedene Lösungen gibt, wie sie häufig in Basisband-Transceivern für Mobiltelefone verwendet werden.

In dieser Hinsicht ist ein beschreibendes Bild, das ich gefunden habe, das eines Patents.

und von der YateBTS- Site.

Beachten Sie auch, dass ein Duplexer verwendet wird, um auf derselben Antenne zu senden und zu empfangen, aber (oft) nicht auf derselben Frequenz, wohingegen ein Diplexer als TX oder RX auf derselben Antenne verwendet wird, aber (oft) auf der verschiedene Frequenzen.