Bias tee: теория и пример использования

24 февраля 2021

Bias tee — это схема, позволяющая объединять / разделять постоянный и переменный ток. Схема является частным случаем диплексера. Ранее мы использовали bias tee при приеме спутников Inmarsat для питания активной антенны. В этой статье мы разберемся, как работает bias tee, а также решим с его помощью несложную, но вполне практическую задачу.

Fun fact! В русском языке «bias tee» переводят, как «инжектор постоянного тока», «токовый инжектор», «инжектор питания», просто «инжектор» или как-то так. Перевод не самый точный, ведь схема может работать как инжектором (injector), так и снимателем / изымателем (withdrawer).

Теория описана во многих источниках, не исключая Википедии. В двух словах, схема следующая:

Схема bias tee

Конденсаторы C1 и C2 пропускают переменный ток, но блокируют постоянный. Катушки L1 и L2 — напротив, пропускают постоянный ток и блокируют переменный. Таким образом, мы объединяем ВЧ сигнал от источника V1 и постоянный ток от V2, передаем их через линию T1, а затем разделяем обратно. ВЧ сигнал идет на R1, а постоянный ток питает нагрузку R2.

Важно! Будьте внимательны при использовании данной схемы вместе со схемой защиты от статики. Убедитесь, что вы не закоротили источник питания. Проверьте, что антенна не отрезана конденсатором от дросселя для стекания статики.

Чтобы все работало, на интересующих частотах реактивное сопротивление C1 и C2 должны быть во много раз меньше волнового сопротивления линии 50 Ом, а у L1 и L2 — наоборот, во много раз больше. Номиналы на приведенной схеме рассчитаны на частоты 1.8-30 МГц:

>>> from math import pi
>>> Fmin = 1_800_000
>>> Fmax = 30_000_000
>>> C = 100/1000/1000/1000
>>> L = 246/1000/1000
>>> 1/(2*pi*Fmin*C)
0.8841941282883075
>>> 1/(2*pi*Fmax*C)
0.05305164769729845
>>> 2*pi*Fmin*L
2782.1944540191207
>>> 2*pi*Fmax*L
46369.90756698535

Ради эксперимента было решено сделать антенный коммутатор, управляемый удаленно по коаксиальному кабелю. L1 и L2 были намотаны эмалированной проволокой диаметром 0.9 мм на ферритовых кольцах FT114-43. Для получения требуемой индуктивности достаточно 22 витка. В качестве C1 и C2 использованы пленочные конденсаторы на 1000 В. Корпуса спроектированы в OpenSCAD и напечатаны на 3D-принтере пластиком PETG. Подписи были сделаны маркиратором Brady.

Так компоненты разместились в корпусе управляющего устройства:

Устройство, управляющее антенным коммутатором

А это — внутренности самого коммутатора:

Антенный коммутатор, управляемый по bias tee

Здесь использовано реле JQC-3FF-S-Z на 10 А 250 В, переключаемое напряжением 5 В. Параллельно обмотке поставлен диод 1N4007. Также применен линейный регулятор LM7805. Регулятор совершенно необходим, поскольку через дроссель или мимо него может протекать ВЧ сигнал с размахом до 2.5 В. Это наихудший случай для частоты 28 МГц и мощности 100 Вт. Также регулятор позволяет не беспокоиться по поводу падения напряжения в линии. Нужно сказать, что LM7805 уменьшает размах ВЧ сигнала не так уж сильно, до 1.5 В. Этого достаточно в нашей задаче. Но в общем случае может понадобится несколько последовательных регуляторов и/или серьезный, полноценный диплексер.

Коммутатор был проверен на разных радиолюбительских диапазонах при работе в телеграфе с мощностью 100 Вт. Каких-либо дефектов вроде перегревания компонентов или нестабильного срабатывания реле выявить не удалось. Устройство влияет на КСВ, но незначительно. В целом, получился неплохой коммутатор.

Исходники 3D-моделей и файлы STL вы найдете в этом архиве. А доводилось ли вам применять bias tee в своих проектах? Если да, то как вы его использовали?

Метки: , , .