مضخم منخفض الضوضاء (LNA)، بتردد 9 كيلوهرتز إلى 1 جيجاهرتز، وكسب 30 ديسيبل، ومعامل ضوضاء 2 ديسيبل

يُعدّ مُضخّم الضوضاء المنخفضة مُكوّنًا أساسيًا في أنظمة الترددات الراديوية/الميكروويف، ويُستخدم بشكل رئيسي لتضخيم الإشارات الضعيفة مع تقليل الضوضاء الإضافية. وفيما يلي وظائفه الأساسية وسيناريوهات استخدامه:

الوظائف الأساسية:

1. تضخيم الإشارة
تعزيز سعة الإشارات الضعيفة التي تستقبلها الهوائيات أو أجهزة الاستشعار لضمان المعالجة الفعالة بواسطة الدوائر اللاحقة مثل الخلاطات ومحولات الإشارة التناظرية إلى الرقمية.
2. كبح الضوضاء
من خلال تحسين التصميم واستخدام مواد منخفضة الضوضاء، يتم التحكم في رقم الضوضاء الذاتي (NF) ضمن نطاق 0.5-3 ديسيبل (رقم الضوضاء المثالي للمضخم = 0 ديسيبل).

سيناريوهات التطبيق:

1. نظام الرادار
في الرادارات العسكرية (مثل رادارات التحكم النيراني المحمولة جواً) والرادارات المدنية (مثل رادارات الموجات المليمترية للسيارات)، يُستخدم مضخم الضوضاء المنخفض (LNA) لتضخيم إشارة الصدى الضعيفة (نسبة الإشارة إلى الضوضاء SNR < 0 ديسيبل) المنعكسة من الهدف. عند مرور الإشارة عبر وصلة تضخيم ذات NF < 2 ديسيبل، يستطيع الرادار التعرف على الأهداف ذات المقطع الراداري (RCS) الأبعد أو الأقل.
2. نظام الاتصالات اللاسلكية
يُعدّ مُضخّم الضوضاء المنخفضة المكوّن الأساسي لمحطات الجيل الخامس والسادس، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، ووصلات استقبال الأجهزة المحمولة. وهو مسؤول عن تضخيم إشارات الترددات اللاسلكية الضعيفة (التي تصل إلى -120 ديسيبل) التي تلتقطها الهوائي قبل فك تشفير الإشارة، مما يُحسّن حساسية استقبال النظام بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، في نطاق تردد الموجات المليمترية (24-100 جيجاهرتز)، يُمكن لمُضخّم الضوضاء المنخفضة تعويض ما يصل إلى 20 ديسيبل من فقدان الإشارة، مما يضمن استقرار نقل البيانات عالي السرعة.
3. جهاز اختبار عالي الدقة
في أجهزة مثل محللات الطيف ومحللات الشبكة الاتجاهية (VNA)، يحدد مضخم الضوضاء المنخفض (LNA) بشكل مباشر أداء الضوضاء والنطاق الديناميكي للجهاز. يُحسّن مضخم الضوضاء المنخفض حساسية الجهاز عن طريق تضخيم الإشارة المقاسة بمستوى نانوفولت (nV) إلى نطاق التكميم الفعال لمحول الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC) (مثل 1 فولت ذروة إلى ذروة). في الوقت نفسه، يُقلل معامل الضوضاء المنخفض للغاية (NF < 3 ديسيبل) بشكل فعال من عدم اليقين في القياس ويُقلل من أخطاء القياس.
4. توسيع مجالات التطبيق
علم الفلك الراديوي: يعتمد تلسكوب FAST على مضخم منخفض الضوضاء مبرد بالهيليوم السائل (NF ≈ 0.1dB) لالتقاط خطوط الطيف 21 سم في الكون.
الحوسبة الكمومية: يتطلب تضخيم إشارات مستوى μV (4 - 8 جيجاهرتز) من الكيوبتات فائقة التوصيل أداء ضوضاء قريب من الحد الكمومي.
التصوير الطبي: تعمل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي على تحسين إشارات الرنين المغناطيسي النووي على مستوى الميكروفولت من خلال مضخم الضوضاء المنخفض غير المغناطيسي، مع تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بأكثر من 10 ديسيبل.

توفر شركة Qualwave Inc. مضخمات صوت منخفضة الضوضاء تتراوح من 9 كيلو هرتز إلى 260 جيجا هرتز، مع رقم ضوضاء منخفض يصل إلى 0.8 ديسيبل.
يحقق طراز QLA-9K-1000-30-20، المصمم خصيصًا لتطبيقات البحث العلمي والاتصالات، توازنًا ممتازًا في الأداء يبلغ 30 ديسيبل من حيث الكسب و2 ديسيبل من حيث رقم الضوضاء في نطاق التردد من 9 كيلو هرتز إلى 1 جيجا هرتز.