つながるワイヤレス通信機器の開発手法（6）　――原理設計を行う　通信工学のおさらい

●感度を上げるための「低ノイズ・アンプ」

　LNA（low noise amplifier：低ノイズ・アンプ）は，ワイヤレス通信機器の感度を良くするために，受信回路の前方に置かれる増幅器である．増幅器は信号を大きくすることが目的の部品だが，増幅するとともにノイズも信号に加えてしまう．そのようすを概念的に書くと図4のようになる．

　受信感度を高くするためには，ノイズがなるべく小さい増幅器を使えばよいのだが，部品の性質などによりノイズをゼロにすることはできない．また，低ノイズの部品はインピーダンス整合が困難であったり，部品の値段が高価な場合が多く，すべての増幅器に低ノイズ・アンプを使うことはできない．しかし，少ない数の低ノイズ・アンプで感度を高くする方法は存在する．以下にその方法を説明する．

　増幅器は増幅利得を稼ぐ（通常，数百万倍に増幅する）ために，一般に図5のように多段接続して使用する．入力段を含め，それぞれの増幅器の利得は10倍とする．また，各増幅器で発生するノイズをそれぞれA，B，Cとする．入力信号を10としたとき，1段目の増幅器の出力信号（S）は100，ノイズ（N）はA×10になる．2段目ではノイズBが入力に加えられ，Sは1,000，Nは（A×10＋B）×10になる．3段目の出力を同じ要領で計算すると，Sは10,000，NはA×1,000＋B×100＋C×10になる．

　この結果を見ればわかるように，各段の増幅器のS/Nにもっとも影響を与えるのは1段目の増幅器で発生するノイズAである．このノイズAを小さくすれば，全体のS/Nを低く抑えることができる．このような理由から，受信感度を高くするためには，一つあるいは二つの低ノイズ・アンプを前段のほうに置けばよい．

〔図4〕ノイズの概念図
増幅器は信号を大きくすることが目的であるが，増幅するとともにノイズも信号に加えてしまう．

〔図5〕 増幅器の多段接続
入力信号を10としたとき，3段目の出力信号Sは10,000，NはA×1,000＋B×100＋C×10になる．各段の増幅器のS/Nにもっとも影響を与えるのは，1段目の増幅器で発生するノイズAであることがわかる．