+86-21-8027 0272
info@molexy.com
上海墨石

如何正确选择射频电路的直流偏置器

  BiasT(直流偏置器)是一种三端口网络器件,三个端口分别是射频端口RF、直流偏置端口DC和射频直流端口RF&DC。因为这3个端口经常以T的形状排列,所以被称为BiasT。

BiasT的DC端口由一个馈电电感组成,用于添加直流偏置,防止RF端口的交流信号泄露到供电系统,理想条件下,DC端不会对射频端信号造成任何影响;RF端口由一个阻挡电容组成,用于输入射频信号,同时可以阻挡偏置端口的直流电压;RF&DC端口连接到设备,该设备可以同时看到直流偏置电压和射频信号。如果BiasT内部器件选择超宽带、接近理想化、没有谐振点的高频电感和电容,那么当BiasT用于设置某些电子元件的直流偏置点时,不会干扰其他元件。

                                                                                    图1-1 BiasT内部结构示意图


对BiasT来说,较为重要的指标是DC端偏置电压与电流;RF端与DC端隔离度;RF带宽、群时延、插入损耗和回波损耗等,接下来会分别讲解每个指标的含义。

1.2.1 DC端偏置电流

DC端偏置电流是从DC端输入,经过电感的电流,主要受到DC端口电感能承受电流最大值的限制。DC端偏置电流的值越大代表指标越好。当实际电流超过偏置电流的上限时,DC端口的电感处于电流饱和状态。BiasT的性能在这种状态下会受到影响,器件可能会因电流过大而损坏,导致BiasT无法正常工作。

1.2.2 RF端与DC端隔离度

隔离度指的是电感阻止RF端口的射频信号流向DC端口的能力,单位通常用dB表示。理论上隔离度越大越好。如果某个BiasT的隔离度指标较差,射频信号会泄露进入供电系统,对系统性能造成影响。如图1-2所示为RF端与DC端隔离度示意图,图中RF端口的输入信号功率是40dBm,当隔离度为10dB的时候,在DC端接收到的信号功率为30dBm,相当于1W,可能会对供电系统造成不可修复的损伤;当隔离度为40dBm的时候,在DC端接收到的信号功率为0dBm,相当于1mW,不会对供电系统造成干扰或损伤。

                                                                                   图1-2 RF端与DC端隔离度示意图


1.2.3 插入损耗

BiasT的插入损耗是指在RF输入端和RF&DC端之间的信号衰减量,单位通常用dB表示。插入损耗的表达公式:

IL=201g(Ur/Ut)

其中Ut为发射信号电压,Ur为接收信号电压。

插入损耗可以用网络分析仪的S21参数进行评估,插入损耗反映了系统传输路径的情况,插入损耗的数值越小代表指标越好。如图1-3所示为典型的BiasT的S21参数测试图,从图中可以看出在5GHz的频点,BiasT的插损约为0.5dB;在30GHz的频点,BiasT的插损约为1.3dB。0.5dB<1.3dB,说明5GHz的插损指标更好,插入损耗的绝对值值越小代表指标越好。

图1-3 S21参数测试图

1.2.4 RF带宽

RF带宽是上限3dB截止点和下限3dB截止点之间的频率范围,即BiasT的通频带。3dB频率截止点是相对于通频带内平均功率衰减了3dB的点。RF的带宽越宽越好。如果信号频率范围超出了BiasT的通频带,BiasT通频带外的信号就会被大量衰减。

图1-4 RF带宽示意图

如图1-4所示为RF带宽示意图,从图中可知上限3dB截止点约为15GHz,下限3dB截止点约为7GHz,所以通频带从7GHz到15GHz。如果一个5GHz的信号输入该设备,信号将会被衰减15dB,如果一个10GHz的信号输入该设备,信号仅衰减1dB,即RF通频带内信号衰减少,通频带外信号大量衰减。可以得出,RF带宽越大,允许正常通过的信号频率范围越大。

1.2.5 回波损耗

回波损耗(return loss)又被称为反射损耗,是传输线端口的反射波功率与入射波功率之比,以对数形式表示,单位是dB,一般是负值,可以用网络分析仪的S11和S22参数进行评估。回波损耗是用来衡量链路阻抗不匹配情况的指标,回波损耗不合格,意味着数据传输系统处在阻抗失配状态。回波损耗的数值越低代表回波损耗越小,信号反射量与信号失真越少。一般情况,回波损耗保持在-20dB到-40dB之间,其公式如下:

RL=101g(P反射/P反射

其中,RL为return loss的缩写,P反射指的是反射信号的功率,P入射指的是入射信号的功率。