LNA

Un amplificateur à faible bruit est un amplificateur électronique à gain élevé positionné aussi près que possible d'une source de signal, généralement à quelques centimètres ou au niveau de l'antenne elle-même. Son rôle est d'amplifier les signaux entrants faibles avant qu'ils ne traversent des câbles ou des circuits où ils seraient autrement noyés sous le bruit thermique et électronique. Les LNA sont essentiels dans tout système recevant des signaux faibles: les stations terriennes satellites, les récepteurs radar, les radiotélescopes et les stations de base cellulaires en dépendent tous.

La métrique clé est le facteur de bruit, mesuré en décibels. Un LNA typique a un facteur de bruit compris entre 0,3 et 1,5 dB, ce qui signifie qu'il ajoute très peu de bruit par rapport au signal qu'il amplifie. C'est important car le bruit ajouté tôt dans la chaîne est amplifié avec le signal à chaque étage suivant. Placer un étage à faible bruit en premier signifie que même si les étages ultérieurs sont plus bruyants, la performance globale du système est dominée par cet amplificateur initial. Le gain est généralement de 15 à 25 dB, suffisant pour rendre le signal robuste mais pas trop élevé pour ne pas saturer l'équipement en aval.

Les LNA sont construits à partir de transistors à faible bruit, généralement des transistors à effet de champ à l'arséniure de gallium (GaAs FET) ou des transistors bipolaires au silicium-germanium (SiGe), choisis pour leur faible bruit thermique et leur gain élevé aux fréquences micro-ondes. La conception implique une adaptation d'impédance soignée entre la source, le transistor et la charge, en utilisant des condensateurs et des inductances pour éliminer les pertes par réflexion. Le point de fonctionnement (courant et tension de polarisation) doit être réglé précisément: une polarisation trop faible rend le transistor bruyant; une polarisation trop élevée entraîne des problèmes de consommation d'énergie et de chaleur.

Où les LNA se situent dans une chaîne de réception

Dans un système de réception typique, le LNA est placé immédiatement après l'antenne ou le filtre. Sa sortie est connectée à un mélangeur ou à un deuxième étage d'amplification. Parce que le LNA fonctionne à la fréquence du signal original (pas encore converti en fréquence), il doit gérer toute la bande passante d'intérêt, des fréquences VHF aux ondes millimétriques selon l'application. Aux fréquences plus élevées, au-dessus d'environ 10 GHz, la performance en bruit est encore plus importante car le bruit thermique représente une plus grande proportion du budget de puissance du signal.

Les problèmes courants incluent l'instabilité, où une rétroaction positive provoque des oscillations; la distorsion d'intermodulation, où des signaux forts à proximité créent des produits indésirables; et la dérive thermique, où les changements de température altèrent le gain et le facteur de bruit. Le refroidissement, le blindage et une disposition soignée des circuits sont des remèdes standard. Les LNA sont souvent intégrés dans des modules frontaux de récepteur avec des filtres et des commutateurs, réduisant la perte de câble et simplifiant l'assemblage du système.