Ein Bias Tee von 20MHz bis 2,1 GHz mit 2 SMA Steckern aufgebaut

Ein Bias Tee ist ein DC Block, wie im vorherigen Beitrag, plus eine Gleichspannungszuführung auf einer Seite um z.B. einem Verstärker die Versorgungsspannung zu geben.

Die Gleichspannung wird seitlich über eine Induktivität zugeführt um die HF nicht abfließen zu lassen. Etwas wird aber immer durch kommen, sodass man dahinter einen Kondensator an Masse legt um die HF abzuleiten. Die Gleichspannung wird zwischen Induktivität und Kondensator angeschlossen.

Hier das Blockschaltbild. Statt der Induktivität ist hier ein 1800 Ohm Widerstand eingezeichnet, dazu später mehr.

Am Port2 rechts liegt jetzt die DC Gleichspannung auf der 50 Ohm Leitung. An Port 1 kann sie über den Kondensator nicht kommen, für die HF-Welle stellt der Kondensator aber keine Sperre dar. Wenn die HF über die Induktivität seitlich abfließen sollte, wird sie mit dem 100nF Kondensator gegen Masse abgeleitet und erscheint nicht auf der Gleichspannungsleitung DC.

Induktivitäten an dieser Stelle sind ein Problem, da sie gewickelt sind und die Wicklungen gegeneinander auch Kapazitäten dar stellen. Es gibt Resonanzfrequenzen. Diese Frequenz liegt bei einer kleinen Spule relativ hoch, dann sperrt sie aber Frequenzen nicht mehr. Große Spulen für niedrige Frequenzen haben auch niedrige Resonanzfrequenzen und sind so für hohe Frequenzen nicht als Sperre geeignet.

Die Idee mehrere Spulen hintereinander zu schalten und so eine hohe Bandbreite zu erreichen scheitert daran, daß sie sich gegenseitig mit dem L und C Werten beeinflussen und so für einige Frequenzen die HF durch lassen und für andere Frequenzen gut sperren. Mit Parallel Widerständen zu den einzelnen Spulen kann man die Güte der Schwingkreise herabsetzen und so mehrstufig eine höhere Bandbreite erreichen. Das ist aber sehr aufwendig zu simulieren und auch aufzubauen.

Ich habe hier ein EMI Supression Ferrit Bed aus der Entstörung von Leitungen verwendet. Das sind Ferrite in die eine Spule eingebettet ist. Durch diese Spule wird später mein Gleichstrom fließen. Diese sind in kleinen Bauformen erhältlich und decken einen großen Frequenzbereich ab. Bei der Entstörung von Leitungen werden die HF Widerstände angegeben. Hier habe ich mir ein Ferrit Bed mit 1800 Ohm ausgesucht, das bis weit in den GHz Bereich angegeben ist.

Die Widerstandskennlinie und das Ersatzschaltbild

Der Gleichstromwiderstand ist mit 2,2 Ohm angegeben und es sind Ströme bis 220mA zulässig.
Der HF Widerstand ist im Datenblatt angegeben mit:
1800 Ohm bei 100MHz
2700 Ohm bei 1GHz

Wenn ich im Durchgang 1dB Verlust akzeptieren kann, darf der „Widerstand“ nicht kleiner als 205 Ohm werden. Das hält dieser Ferrit von ca. 20MHz bis 3GHz lt. Datenblatt ein. Das ist eine sehr große Bandbreite und paßt sehr gut zu einem Bias Tee. Er ist in der SMD Bauform 0402 erhältlich, das ist klein und gut für die HF.

Die ganze Schaltung sollte möglichst klein aufgebaut werden um hohe Frequenzen zu erreichen. Eine Platine dafür habe ich nicht. Ich habe das zwischen zwei SMA Steckern „fliegend“ aufgebaut, ähnlich wie der DC-Block.
Der Ferrit ist schwer zu einzulöten, da er sehr klein ist mit 1mm x 0,5mm x 0,5mm. Das ist viel kleiner als meine Lötspitze und erfordert etwas Geduld.

Hier hier Aufbau zwischen zwei SMA Steckern:

Und der Lackdraht für die Gleichspannung:

Der Lackdraht wird zwischen dem Ferrit und der Kapazität angelötet. Zur mechanischen Stabilisierung habe ich ich ihn um zwei SMA Beine gewickelt.

Das Meßergebnis mit dem NWT4000:

Bis 2,1 GHz liegt die Durchgangsdämpfung (S21) unter 1 dB, darüber nimmt sie deutlich zu.

Die untere Grenzfrequenz liegt, wenn ich mir das Diagramm ansehe für 205 Ohm bei ca. 20MHz. Meine Messung startet bei 133 MHz und hier arbeitet der Ferrit schon einwandfrei.

Mit dieser preiswerten Schaltung für ein paar Euro läßt sich ein Bias Tee ohne Platine von ca. 20MHz bis 2,1 GHz realisieren.

Verwendet wurden:
2 x SMA Buchsen
1 x Kondensator 2,2uF /50V
1 x Kondensator 10nF
1 x Ferrit Bed BLM15HD182SN1
5cm Lackdraht von einem Trafo
NWT4000-1
Ansoft Designer SV

Der 2,2uF ist eigentlich viel zu groß gewählt und arbeitet schon ab einigen kHz als Durchgang, der Ferrit sperrt aber erst ab ca. 20MHz. Ich habe ihn trotzdem verwendet weil er groß und stabil ist.
Er paßt eher zu einem 50 Ohm Wellenwiderstand (Innenleiter / Außenleiter) als ein kleiner Kondensator.
Er ist leichter einzulöten.
Er stabilisiert meine SMA Innenleiter besser und überlebt so hoffentlich auch ein wenig Druck und Zug beim Anschrauben der Leitungen.

von Matthias Busse

Ein Gedanke zu „Ein Bias Tee von 20MHz bis 2,1 GHz mit 2 SMA Steckern aufgebaut

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