LNA (Low Noise Amplifier)

1. LNA란? (Low Noise Amplifier)

LNA는 수신기(RX) 초입단에 위치하는 저잡음 증폭기로서,
아주 약한 신호를 가능한 한 노이즈 없이 증폭하는 역할을 한다.

• "Low Noise"라는 말 그대로 노이즈 피겨(Noise Figure, NF)가 낮아야 하며,
• RF 시스템의 수신 감도(Sensitivity)와 전체 SNR(Signal to Noise Ratio)를 결정짓는 핵심 요소이다. 

  

 

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2. 왜 LNA가 필요한가?

• 무선 수신 환경에서는 수신 신호가 매우 약하다.
  → 바로 디지털 변환을 하면 신호 손실 or 노이즈 덮임
• 따라서, 첫 번째 증폭기에서 최대한 깨끗하게 증폭해야 후단 성능이 유지된다.

관련 이론: Friis 공식

• 시스템 전체 노이즈 피겨는 첫 번째 블록(LNA)의 성능에 가장 크게 좌우됨
• 그래서 LNA의 위치, 성능, 앞단 손실(L)은 시스템 성능과 직결된다

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3. LNA의 역할 요약

 

약한 신호 증폭	수신된 미약한 RF 신호를 충분히 증폭
낮은 노이즈	가능한 최소한의 노이즈만 추가
넓은 대역폭	다양한 주파수 대역에 동작 가능
선형성 유지	강한 신호에도 왜곡 없이 작동해야 함 (IP3 등)

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4. 입력단에 필터를 다는 이유

1) 불필요한 주파수 차단 (Band Selection)

• 내가 원하는 대역 외 신호 차단
  → 옆 채널 간섭, 블로커(Blocking signal) 제거

2) IP3, 선형성 보호

• 강한 외부 신호가 들어오면 LNA가 포화
  → IMD(Intermodulation Distortion) 증가
  → 입력 필터로 미리 차단

3) Noise Figure 유지

• 앞단 삽입 손실이 크면 전체 NF 악화
  → 손실이 적은 필터 선택 + 설계 중요

4) ESD, Surge 보호

• LC 필터 구조가 정전기, 낙뢰, 외부 서지 신호에 대한 첫 번째 방어선 역할을 할 수 있음

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5. 출력단에 필터를 다는 이유

1) 고조파(Harmonics) 제거

• LNA는 비선형 증폭기라서 내부적으로 2f, 3f 등의 고조파 생성

2) Spurious, IMD 제거

• 입력 간섭에 의해 발생하는 혼변조(IMD) 성분이 출력에 포함될 수 있음
  → 필터로 제거하지 않으면 다음 회로 (믹서, 트랜시버 등) 성능 저하

3) 다음 회로 보호 및 매칭

• 필터가 출력 임피던스 매칭도 수행
  → 믹서나 ADC로 연결 시 반사 최소화, 전력 전달 최적화

4) EMI/RFI 방사 제어

• 출력에서 불필요한 주파수가 방사되면 EMC 인증 불합격 위험 → 출력 필터로 정제 필수