LNA

Un amplificador de bajo ruido es un amplificador electrónico de alta ganancia posicionado lo más cerca posible de la fuente de la señal, usualmente a pocos centímetros o en la propia antena. Su función es amplificar las señales entrantes débiles antes de que viajen por cables o circuitos donde, de otro modo, quedarían sepultadas bajo el ruido térmico y electrónico. Los LNA son esenciales en cualquier sistema que reciba señales débiles: las estaciones terrenas de satélite, los receptores de radar, los radiotelescopios y las estaciones base celulares dependen de ellos.

La métrica clave es la figura de ruido, medida en decibelios. Un LNA típico tiene una figura de ruido entre 0.3 y 1.5 dB, lo que significa que añade muy poco ruido en relación con la señal que amplifica. Esto es importante porque el ruido añadido al principio de la cadena se amplifica junto con la señal en cada etapa subsiguiente. Colocar una etapa de bajo ruido primero significa que, incluso si las etapas posteriores son más ruidosas, el rendimiento general del sistema está dominado por ese amplificador inicial. La ganancia suele ser de 15 a 25 dB, suficiente para hacer que la señal sea robusta, pero no tan alta como para saturar el equipo posterior.

Los LNA se construyen con transistores de bajo ruido, usualmente transistores de efecto de campo de arseniuro de galio (GaAs FET) o transistores bipolares de silicio-germanio (SiGe), elegidos por su bajo ruido térmico y alta ganancia en frecuencias de microondas. El diseño implica una cuidadosa adaptación de impedancias entre la fuente, el transistor y la carga, utilizando condensadores e inductores para anular las pérdidas por reflexión. El punto de operación (corriente y voltaje de polarización) debe ajustarse con precisión: muy poca polarización y el transistor se vuelve ruidoso; demasiada y el consumo de energía y el calor se convierten en problemas.

Dónde se encuentran los LNA en una cadena de receptor

En un sistema de recepción típico, el LNA se sitúa inmediatamente después de la antena o el filtro. Su salida se conecta a un mezclador o a una segunda etapa de amplificación. Debido a que el LNA opera a la frecuencia original de la señal (aún no convertida a una frecuencia más baja), debe manejar todo el ancho de banda de interés, desde frecuencias VHF hasta milimétricas, dependiendo de la aplicación. En frecuencias más altas, por encima de unos 10 GHz, el rendimiento del ruido es aún más importante porque el ruido térmico se convierte en una proporción mayor del presupuesto de potencia de la señal.

Los problemas comunes incluyen inestabilidad, donde la retroalimentación positiva causa oscilación; distorsión por intermodulación, donde señales fuertes cercanas crean productos no deseados; y deriva térmica, donde los cambios de temperatura alteran la ganancia y la figura de ruido. La refrigeración, el blindaje y un diseño cuidadoso del circuito son remedios estándar. Los LNA a menudo se integran en módulos de front-end de receptores junto con filtros e interruptores, lo que reduce la pérdida de cable y simplifica el montaje del sistema.