Использование LNA

Сообщение **Eismeer** » 14 май 2017, 20:31

Расскажу об усилителях и способах их использования.
Сокращения:
LNA – низкошумящий усилитель;
РПУ – радиопередающее устройство;
РПрУ – радиоприемное устройство.

Вариант первый «Без усилителя», имеем:
1. Широкодиапазонная антенна;
2. 25м кабеля снижения марки RG213;
3. SDR трансивер HackRF;
4. Наводимая в антенне мощность соседкой Wi-Fi точкой доступа -74dBm (2450МГц);
5. HackRF излучает на частоте 430МГц мощность 20мВт (13dBm).

В данном случае радиосигнал свободно распространяется по кабелю снижения в оба направления, приобретая потери. Чтобы вычислить потери нужно посмотреть в описании кабеля значения затухания на 100м на данных частотах и данное значение умножить на 0,25 (так как у нас 25м). Для 430МГц потери составят около 3dB, для 2450МГц около 8,5dB.
Значит на вход HackRF приходит Wi-Fi сигнал мощностью -74dBm – 8,5dB = -82,5dB, на антенну от HackRF приходит 13dBm – 3dB = 10dB.

Вариант второй «С LNA работающим на прием», имеем:
1. Широкодиапазонная антенна;
2. LNA (Gain = 20dB, P1dB = 14.8 dBm), установлен у антенны;
3. 25м кабеля снижения марки RG213;
4. SDR трансивер HackRF;
5. Наводимая в антенне мощность соседкой Wi-Fi точкой доступа -74dBm (2450МГц);
6. HackRF излучает на частоте 430МГц мощность 20мВт (13dBm).

Установка усилителя у самой антенны необходима для компенсации потерь в кабеле снижения. LNA поднимает на 20dB, как полезный сигнал, так и шумы эфира – по сути он необходим, чтобы не растерять полученное на входе соотношение сигнал/шум (сигнал превышает шум на -74dBm). Вы можете верно заметить, что в кабеле по пути к приемнику затухает, как полезный сигнал, так и шум (соотношение сигнал/шум не меняется), но существует еще шум входных каскадов приемника и выходит, что на фоне шума приемника полезный сигнал затухает.
В данном случае радиосигнал распространяется по кабелю снижения только от LNA в направлении HackRF. Соответственно на входе приемника имеем -74dBm +20dB -8,5dB = -62,5dBm. Уровень сигнала на выходе LNA -74dBm +20dB = -54dBm, что значительно меньше точки компрессии P1dB – значит усилитель не вносит искажений в сигнал.
Электропитание усилителя можно пустить, как по кабелю снижения, так и отдельно.

Вариант третий «С LNA работающим на передачу», имеем:
1. Широкодиапазонная антенна;
2. 25м кабеля снижения марки RG213;
3. LNA (Gain = 12dB, P1dB = 26 dBm), установлен у HackRF;
4. SDR трансивер HackRF;
5. Наводимая в антенне мощность соседкой Wi-Fi точкой доступа -74dBm (2450МГц);
6. HackRF излучает на частоте 430МГц мощность 20мВт (13dBm).

Установка усилителя у HackRF обусловлена внутренними шумами LNA, необходима для компенсации потерь в кабеле снижения и увеличения мощности излучения.
В данном случает случае радиосигнал распространяется по кабелю снижения только от LNA в направлении антенны. Соответственно на антенне имеем сигнал от HackRF на частоте 430МГц 13dBm +12dB -3dB = 22dBm. Уровень сигнала на выходе LNA 13dBm +12dB = 25dBm, что вблизи точки компрессии P1dB – значит усилитель искажает сигнал почти на 1dB, в идеале сигнал на выходе усилителя должен быть на 6dB ниже точки компрессии.
Электропитание усилителя можно пустить, как по кабелю снижения, так и отдельно.

Вариант четвертый «С двунаправленным LNA», имеем:
1. Широкодиапазонная антенна;
2. LNA (Gaindownlink = 20dB, P1dB = 14.8 dBm и Gainupnlink = 12dB, P1dB = 26 dBm), установлен у антенны;
3. 25м кабеля снижения марки RG213;
4. SDR трансивер HackRF;
5. Наводимая в антенне мощность соседкой Wi-Fi точкой доступа -74dBm (2450МГц);
6. HackRF излучает на частоте 430МГц мощность 20мВт (13dBm).

Я расскажу о том как работает двунаправленный усилитель, а Вы можете сами сделать расчеты, что будет на антенне, а что на HackRF.

На схеме мы видим, что внутри находятся два LNA направленных в разные стороны, которые коммутируются по сигналу компаратора. Компаратор сравнивает сигнал от РПУ с заданным пороговым уровнем, по превышению этого порога, коммутатор принимает решение о работе на передачу и подает первому коммутатору на входы управления логические «1» и «0», а второму логические «0» и «1» – тем самым отключая из цепи LNA работающий на прием и включая LNA работающий на передачу. В HackRF реализована та же схема, только вместо компаратора сигналы управления скорее всего приходят с другого контроллера, который знает, что надо работать на передачу. Данный усилитель можно собрать самостоятельно, а сигналы управления взять с коммутаторов HackRF.

Сообщение **Vasgen** » 19 июн 2017, 11:20

Eismeer, возможно задам глупый вопрос, но вроде бы LNA требуется дополнительно запитывать, причем у разных LNA напряжение питания разное. В связи с этим вопрос, какое напряжение питания выдаёт HackRF по антенному кабелю, и какие LNA вы использовали?

Сообщение **Eismeer** » 21 июн 2017, 00:14

LNA может запитываться по кабелю, а может отдельной линией. HackRF 3,3В и AirSpy 4,5В выдают в кабель снижения. Для них есть специальные схема обвязки широкополосного усилителя PSA4-5043+ https://lna4all.blogspot.com.by/2013/04 ... r-for.html.
LNA я использовал готовые фирмы Diamond. Так и самостоятельно изготавливал первые каскады усилителей на чипах rf2317 и hmc414, каждый чип рассчитан на свой диапазон и требует определенной обвязки.