Rauscharmer Verstärker (LNA), Frequenzbereich 9 kHz bis 1 GHz, Verstärkung 30 dB, Rauschzahl (NF) 2 dB

Der rauscharme Verstärker ist eine Schlüsselkomponente in HF-/Mikrowellensystemen und dient hauptsächlich der Verstärkung schwacher Signale bei gleichzeitiger Minimierung von zusätzlichem Rauschen. Seine Kernfunktionen und Anwendungsbereiche sind wie folgt:

Kernfunktionen:

1. Signalverstärkung
Die Amplitude schwacher Signale, die von Antennen oder Sensoren empfangen werden, wird erhöht, um eine effektive Verarbeitung durch nachfolgende Schaltungen wie Mischer und ADCs zu gewährleisten.
2. Rauschunterdrückung
Durch die Optimierung des Designs und die Verwendung rauscharmer Materialien wird das Eigenrauschen (NF) im Bereich von 0,5-3 dB gehalten (ideales Verstärkerrauschen = 0 dB).

Anwendungsszenarien:

1. Radarsystem
In militärischen Radarsystemen (z. B. luftgestützten Feuerleitradaren) und zivilen Radarsystemen (z. B. Millimeterwellenradaren für Kraftfahrzeuge) wird ein rauscharmer Verstärker (LNA) eingesetzt, um das schwache Echosignal (Signal-Rausch-Verhältnis SNR < 0 dB), das vom Ziel reflektiert wird, zu verstärken. Durch die Verstärkung mit einem Rauschmaß (NF) < 2 dB kann das Radar Ziele mit größerer Entfernung oder geringerem Radarquerschnitt (RCS) erfassen.
2. Drahtloses Kommunikationssystem
Rauscharmverstärker (LNA) sind Kernkomponenten von 5G/6G-Basisstationen, Satellitenkommunikationssystemen und Empfangsverbindungen mobiler Endgeräte. Sie verstärken schwache HF-Signale (bis zu -120 dBm), die von der Antenne empfangen werden, vor der Demodulation rauscharm (NF < 1,5 dB) und verbessern so die Empfangsempfindlichkeit des Systems erheblich. Beispielsweise kann ein LNA im Millimeterwellen-Frequenzband (24–100 GHz) Dämpfungsverluste von bis zu 20 dB kompensieren und dadurch die Stabilität der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung gewährleisten.
3. Hochpräzisionsprüfgerät
In Geräten wie Spektrumanalysatoren und Vektornetzwerkanalysatoren (VNA) bestimmt der rauscharme Verstärker (LNA) direkt das Rauschverhalten und den Dynamikbereich des Instruments. Der LNA kann die Empfindlichkeit des Instruments verbessern, indem er das gemessene Signal im nV-Bereich auf den effektiven Quantisierungsbereich des Analog-Digital-Wandlers (z. B. 1 Vpp) verstärkt. Gleichzeitig kann ein extrem niedriger Rauschkoeffizient (NF < 3 dB) die Messunsicherheit effektiv reduzieren und Messfehler minimieren.
4. Anwendungsbereiche erweitern
Radioastronomie: Das FAST-Teleskop nutzt einen mit flüssigem Helium gekühlten LNA (NF ≈ 0,1dB), um 21 cm lange Spektrallinien im Universum einzufangen.
Quantencomputing: Die Verstärkung von μV-Signalen (4 - 8 GHz) supraleitender Qubits erfordert eine Rauschleistung nahe der Quantengrenze.
Medizinische Bildgebung: MRI-Geräte verstärken Kernspinresonanzsignale im μV-Bereich durch nichtmagnetische LNA, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis um mehr als 10 dB verbessert wird.

Qualwave Inc. bietet rauscharme Verstärker im Frequenzbereich von 9 kHz bis 260 GHz mit einem Rauschmaß von nur 0,8 dB an.
Das speziell für wissenschaftliche Forschungs- und Kommunikationsanwendungen entwickelte Modell QLA-9K-1000-30-20 erzielt ein hervorragendes Leistungsverhältnis von 30 dB Verstärkung und 2 dB Rauschzahl im Frequenzband von 9 kHz bis 1 GHz.