Bias Tees是将直流电压施加到必须传递RF/微波信号的任何组件的必不可少的组件，最常见的是需要DC电源的RF放大器。

对于窄带应用，bias tee设计和结构是简单的，只需要注意组件的自谐振频率。

然而，对于宽带应用，bias tee设计和结构就不容易了，关注组件特性对于成功的高性能设计至关重要。

在本文中，我们将研究窄带bias tee设计、组件自谐振频率以及它们如何影响设计，然后将这些思想扩展到宽带bias tee。

我们还将比较不同类型的宽带bias tee设计的电气和物理性能属性，包括带有锥形电感器的分立电路以及MMIC。

bias tee的基础功能

当设计者需要对射频线路施加直流偏置时，就会使用Bias tee。

这在远程射频电子设备中是常见的做法，在尺寸和成本方面，将直流电流沿同轴电缆的中心导体运行以为远程设备供电,通常比单独运行单独的电线供电要有效得多。

这种性质的远程系统中的Bias tee通常是高性能的连接模块。

Bias tee很常见在高密度，RF/微波/毫米波电路板中，每个都只有几平方毫米。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-S9xyfu8B-1691162867015)(https://files.mdnice.com/user/25756/fae37fb7-9f4e-4d8d-a64d-efa75a19980a.png)]

图1是超宽带bias tee(1.5 to 28 GHz)，左边是MMIC芯片（MBT-283+ ），右边是模块（ZBT-K283+）

图2显示了一个基本的bias tee配置。在其最基本的形式中，bias tee本身仅由两个组件组成，一个电感器和一个电容器。直流电通过电感L进入bias tee，与bias tee的水平射频线相连。隔直电容C可以防止RF线左侧的直流通过到右侧。图2还显示了RF输入(左侧)、DC输入(底部)和RF输出(右侧)各自的信号。

虽然两个组件似乎相当轻巧，但数十年来仅使用电容和电感设计了窄带bias tee。这个概念很简单。电感器频率越低，因此在DC时，电感器是短路（0Ω）。在RF信号的频率下，电感电抗的设计足够高，以至于像开路一样表现（即至少大于50Ω的数量级）。这样，电感器将DC传递到RF线，同时最大程度地减少对RF信号的干扰，以插入损失。

顾名思义，它可以阻止直流电进入RF端口和信号链下的后续组件。为了有效地对RF信号进行耦合，选择电容值时，使1/jωc的电容电抗在频率ω处足够低（即至少小于50Ω的数量级），以免阻碍信号并产生多余的信号插入损失。

组件特性及其对bias tee性能的影响

我们暂时把讨论限制在窄带bias tee，两条经验法则能够确保一个好的设计。

第一条，考虑组件的参数范围，如电感的电流值，电容的电压值，确保工作在安全正常的范围内。电容器应该考虑，交流的峰值电压。

第二条，始终操作元件低于其各自的自谐振频率。

电感器的绕组呈现出许多电容效应，我们统称为绕线电容。同样，绕组也有一些有限的电阻，称为ESR(等效串联电阻)。这个分布元件也与电感并联。ESR不影响图3右侧方程所示的谐振频率，但会影响谐振的Q值。

如图3所示，该电容与电感并联。

绕线电感等效原理
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0gK5WMc6-1691162867017)(https://files.mdnice.com/user/25756/d6cff6b5-4c2b-466b-b639-f82409e9fb83.png)]

注意，在达到谐振频率之前，电感器在感应电抗方面的表现与理想电感器非常相似，jωL在对数对数尺度上线性增加。

这是电感器应该在bias tee应用中工作的区域。在谐振频率处，回想一下并联L-C电路的理论阻抗是无限大的。电阻ESR和EPR(主要是ESR)抑制了这种效应，并且阻抗是有限的。

除了自共振、并联共振或第一共振之外，所有这些都适用于这种情况，电感器的阻抗变为电容性，在图3的阻抗-对数图上基本上随频率线性下降。

自谐振前是理想电感，自谐振后是理想电容。

电容器等效原理

同样，电容器具有自谐振频率，在该频率以上，其阻抗由容抗变为感抗。

电容器的自谐振为串联谐振，其阻抗应达到0Ω。图4中的虚线表示阻抗达到0Ω，实线表示ESR对共振的阻尼作用。等效串联电感(ESL)通常非常小，当电容值小于1μF时，通常小于1nH。

0603、1000pf的贴片电容器的阻抗与频率曲线如图5所示。

请注意，ESR值最低的电容器(0.05Ω)具有最尖锐的谐振(即最高的Q)。此外，请注意电容器在自谐振频率之后，它们各自的阻抗都开始遵循电感抗曲线。这就是为什么在设计bias tee时，将电容操作在其自谐振频率以下是至关重要的。

宽带bias tee

宽带电感
几十年前，电路设计师在职业生涯开始时首先要学习的实用课程之一可能是使用不同值电容器的组合进行去耦的技术。一个好的导师会解释说，由于它们的物理特性，不同的值电容器最适合过滤不同的频段。作者甚至还记得为25W降压转换器设计的去耦网络，该网络包括1 μF、0.1 μF、0.01 μF和1000 pF的陶瓷电容器并联组合。当组件引线连接时，网络运行良好。

虽然过去的电容器有径向引线，但电容器值的特定组合在对地去耦方面表现良好(并且在交流耦合中也表现良好，如直流阻塞电容器)的原因是每个值都有自己独特的自谐振频率，如图6中0603表面贴装电容器所示。

宽带RF/微波电容器利用了不同值的电容器的不同响应特性。许多不同的值被并联单个SMT芯片电容器中，使电容器能够在许多情况下表现出色。这种性质的组件结构的第一个专利似乎是在2005年颁发给丹尼尔、艾伦和兰伯特·德沃的。

4必须假设该专利已获得许可，因为宽带100 NF微波电容器已有十多种可用。虽然该专利可能在2022年到期，但宽带微波电容器的利用率仍在增加，并且这些组件的特性随着时间的推移而继续改善。

实际上，0402 Ultra Broadband电容器Kyocera的 AVX 550L和560L系列分别显示出扁平频率响应，分别为16 kHz至70 GHz和40 GHz。

宽带电感

在RF/微波电感器的范围内，宽带锥形电感器是宽带电容器的对应器。虽然宽带（或超宽带）电容器在过去十年半中流行，但何时发明了锥形电感器或何时流行并不清楚。

也许原因是，在帮助我们了解电感器的先驱之后，汉斯·奥斯特（Hans Oersted），安德烈·安佩雷（Andre Ampere）和迈克尔·法拉迪（Michael Faraday）来到了尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla），著名特斯拉变压器由特斯拉（Tesla）以圆锥形的形式完成。

虽然特斯拉的目的不是为了减少特斯拉变压器的寄生电容，但他确实比任何人都早使用了圆锥形(1891年)。公平地说，2009年有一项专利颁发给了乌列尔·福哈斯(分配给安捷伦科技公司)。

今天，多个供应商提供了小型宽带锥形结构电感器，用于bias tee和滤波器。

圆锥形大大减小了绕组间电容，大匝带低频，小匝带高频，是一种优良的宽带电感。John Dunn于2023年1月30日在EDN.6上发表了一篇文章，在物理上和数学上都很好地描述了锥形电感器的优点

宽带电容器和宽带锥形电感器当然可以组合形成一个有价值的，分立的，宽带bias tee。

在宽带电容器和锥形电感器出现之前，一种选择是分阶段设计bias tee，利用多个电感和电容器来扩大带宽。这是一个繁琐的方法，从成本的角度来看，是不切实际的。

即使是一个单独的锥形电感也很难安装在电路板上。端子是用来缠绕电感器的细线，必须连接到非常窄的焊盘上，以保持寄生电容最小。仅这一点就对高容量下的可靠性和可重复性提出了重大挑战。

塑料外壳现在可以保持锥形电感器的角度
然而，在许多情况下，带有塑料外壳的锥形电感器不能重新加工，因为塑料可能会随着局部热源的应用而变软或燃烧。

激光器

调制器
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-t3YpnDra-1691162867020)(https://files.mdnice.com/user/25756/e5112715-5cb5-4ebe-b917-79b4be64357f.png)]
探测器

可调谐激光器控制系统

读取TTX1995系列激光器的参数，最大16dBm

读取TL5000激光器的参数，最大光功率13dBm

来自:
https://blog.minicircuits.com/rf-microwave-bias-tee-basics/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=rf-microwave-bias-tee-basics

References：
1、Frequency-Impedance Characteristics of Inductors and Determination of Inductor’s Resonance Frequency | Dealing with Noise Using Inductors | TechWeb (rohm.com)

2、Fundamentals of Capacitors and Hybrid Capacitors – Panasonic

3、EMI suppression filters 6 | Noise Suppression Basic Course | Murata Manufacturing Co., Ltd.

4、US6970341B1 – Integrated broadband ceramic capacitor array – Google Patents

5、US20060139124A1 – Circuit assembly with conical inductor – Google Patents

6、A look at conical inductors – EDN