Tee de preconceito: compreendendo sua função no design de RF

Um componente passivo conceitualmente simples é usado para combinar ou dividir sinais de CC e RF; No entanto, sua implementação tem muitas sutilezas.

O mundo da RF, operando com centenas de megahertz e na gama Gigahertz, é conhecido por ter muitos componentes incomuns. Alguns são exclusivos desse mundo de maior frequência, enquanto outros aparecem em frequências mais baixas, mas com diferentes tamanhos de componentes e construção física.

O tee de viés (ocasionalmente escrito como viés-T) é um componente de RF amplamente usado que às vezes também é usado em frequências mais baixas. Esta FAQ examinará a função do tee de viés e questões relacionadas ao seu projeto e construção.

P: O que é uma camiseta de viés e o que isso faz?
UM: O tee de viés é um dispositivo passivo e bidirecional. Ele deve ter usos complementares: para combinar sinais de potência CC e alta frequência (RF) em uma única porta (RF e CC) ou dividir um sinal combinado de RF e CC em seus dois constituintes. Também é chamado de combinador de potência ou divisor de potência, mas que minimiza seus aspectos de RF. Observe que alguns fornecedores chamam de forma confusa o sinal de RF de um sinal CA para contrastar com a potência de CC, mas é um sinal de RF, não um CA de linha de potência.

P: Como é o diagrama esquemático básico de um tee de viés?
UM: É um dispositivo de três portas com apenas dois componentes passivos: um capacitor de bloqueio de CC e um indutor de bloqueio de RF (geralmente chamado de estrangulamento), mostrado em Figura 1.

P: Como funciona?
UM: Ele usa princípios elétricos fundamentais que são conhecidos e usados ​​desde os primeiros dias de eletrônica e até eletricidade. Para dividir o incidente combinado de energia de RF e DC na porta 1, o capacitor bloqueia toda a energia DC de passar para a porta 2 e permite que apenas os sinais de RF passem. Ao mesmo tempo, o indutor no circuito bloqueia todos os sinais de RF de atingir a porta 3, mas permite que toda a energia CC passe por essa porta. Não fica mais simples do que isso.

Para a função complementar da combinação de sinais, os caminhos são revertidos. As energias de incidentes aparecem nas portas 2 e 3, e a saída é vista na porta 1, mas as funções do componente são as mesmas.

Formalmente, um tee de polarização é um diplexador especial com um capacitor ideal que permite que o AC passe, mas bloqueia a energia CC (geralmente chamada de tensão de polarização) e um indutor ideal que bloqueia o AC, mas permite que a CC passe. O “tee” no nome é derivado da aparência do diagrama, não da funcionalidade do circuito.

P: Onde o tee de viés é usado?
UM: A aplicação mais difundida é alimentar o amplificador de baixo ruído (LNA) em uma banda de satélite, como um consumidor VSAT (terminal de abertura muito pequeno) para TV via satélite ou acesso à Internet, usando um cabo coaxial que carrega o sinal de RF e a energia, uma execução extra de cabo é eliminada, economizando custos simplificadores. Em vez de precisar de um cabo separado para energia, a energia necessária é “sobreposta” ao cabo coaxial, que carrega o sinal de RF.

P: Este é o único aplicativo?
UM: Não, muitas das outras aplicações são menos visíveis ou aparentes. As camisadas de viés são usadas dentro de um sistema em que um subcircuito de RF precisa de uma tensão de “viés” para a operação adequada (daí o nome “Tee de polarização). O uso de uma camiseta de polarização permite o mesmo traço de fio ou bordo do circuito para transportar os dois, diminuindo e simplificando os layouts e diminuindo as restrições de layout.

P: Olhando para aquele diagrama esquemático simples com apenas um indutor e capacitor, esse é o fim da história de viés?
UM: No mundo da RF, nada é tão simples na prática quanto parece em princípio. Primeiro, os valores de componentes passivos devem ser dimensionados para lidar com a banda de frequência esperada e a largura de banda. Além disso, eles devem ser dimensionados para lidar com os níveis de potência que podem variar de minúsculo a muitos watts. Finalmente, há o impacto das inevitáveis ​​parasitas, que estão sempre presentes.

P: Qual é a diferença entre uma banda estreita e uma camiseta de viés de banda larga?
UM: As camisés de viés são projetadas para operar em uma variedade de frequências de sinal; As reatâncias são escolhidas para ter um impacto mínimo na menor frequência. À medida que a largura de banda do tee de viés aumenta, seus valores e parasitas têm mais influência, que devem ser levados em consideração no design e na fabricação.

P: Quais são as implicações de design desse dilema?
UM: Existem muitos. Por exemplo, o indutor não deve exibir nenhuma ressonância nas frequências operacionais, mas essa é uma restrição de design difícil.

P: Qual é uma solução para esse aspecto do desempenho mais amplo da largura de banda?
UM: O indutor deve ser comparado à banda de interesse. Uma maneira de fazer isso é usar uma série de indutores de valores menores a maiores. No entanto, isso é caro e traz outras questões relacionadas a mais parasitas. Além disso, colocar três ou quatro indutores em série significa que uma banda mais ampla pode ser coberta, mas as perdas de DC associadas aumentam.

P: O que mais pode ser feito?
UM: Engenheiros inteligentes recorreram ao uso de indutores espirais cônicos, que aparecem eletricamente como uma série de indutores escalonados para diferentes frequências, juntamente com etapas de capacitores parasitários, como mostrado em Figura 2.

A forma cônica limita os efeitos da capacitância perdida e cria efetivamente uma série de indutores de banda estreita, resultando em alta impedância sobre uma largura de banda muito ampla. Um único indutor cônico pode substituir uma série de múltiplos indutores de banda estreita.

Observe que os indutores cônicos não são novos e são conhecidos desde os “primeiros dias” – Nikolai Tesla os usou em alguns de seus projetos. A fabricação de volume desses indutores em pequenos tamanhos, no entanto, é um desenvolvimento moderno.

P: Os designers precisam projetar, modelar e fabricar suas unidades de tee de viés?
UM: Absolutamente não. Apesar de seu esquema e aparência simples, eles são complicados com muitas sutilezas. Por exemplo, as camisetas práticas de RF de banda larga e microondas usam topologias especiais de circuito para evitar o caminho de derivação, o que afetaria o desempenho. Essas camisetas de viés usam uma série de indutores, capacitores adicionais e resistores para evitar ressonâncias.

P: Quais são algumas das versões de viés-tee em uso padrão?
UM: As camisés de viés estão disponíveis comercialmente em dezenas de fornecedores. Alguns oferecem uma gama de produtos focada direcionada a uma classe estreita de aplicativos. Por outro lado, outros possuem um extenso portfólio de camisetas de viés que abrangem bandas estreitas de RF, sistemas de banda larga, uma variedade de níveis de potência e vários tipos de pacotes. Os volumos são montados na superfície ou têm pinos de solda. As versões de conectores incluem SMA fêmea, 2,4 mm, 2,92 mm, 3,5 mm e tipo N. (BNC mais antigo e até os conectores SO-239 também estão disponíveis.) As classificações máximas de tensão estão tipicamente entre 24 e 100 volts, enquanto as faixas máximas de corrente CC também estão disponíveis de 200 miliams a 7 amps, embora unidades fora desses rankes também estejam disponíveis.

P: Que tipos de embalagem são usados ​​para camisetas de viés?
UM: A embalagem é uma função da faixa de frequência e dos níveis de potência. Alguns são oferecidos como pequenos pacotes blindados completos com conectores de RF de vários tipos, como visto em Figura 3enquanto outros estão disponíveis como pequenos dispositivos de contagem de superfície. Mesmo quando os componentes “ímpares”, como indutores cônicos com fios voadores, são usados, a camiseta completa é geralmente embalada em uma pequena caixa de plástico ou epóxi para uso em uma placa de circuito impressa (PCB), assim como qualquer outra tecnologia de montagem de superfície (SMT).

Muitos dos maiores – aqueles pelo menos alguns centímetros de cada lado e com conectores de RF integral – têm suas informações de conexão impressas diretamente em seu corpo, como visto em Figura 4. Isso está em nítido contraste com o mistério associado ao ICS com chumbo de orifício e superfície.

P: E a impedância, o que é sempre um problema nos componentes de RF?
UM: Os fornecedores comerciais de teias de viés os oferecem nas versões de 50 ohm e 75 ohm para atender às necessidades dos dois grupos de aplicativos de RF diferentes. Observe que 50 ohms geralmente são usados ​​para a maioria dos aplicativos sem fio, enquanto 75 ohms são usados ​​para muitos aplicativos relacionados a vídeo e herdados.

P: Quais parâmetros definem o tee de viés para o designer?
UM: Eles são os vistos para muitos componentes de RF:

• Frequência de RF mais baixa
• Frequência de operação superior
• Corrente máxima de entrada de RF
• Perda de inserção de RF (dB)
• Isolamento da porta DC (dB)
• Manuseio de energia em cada porta
• Vswr
• Estilo de pacote

Resumo

As camisés de viés fornecem uma função CC e RF funcionalmente simples, mas muito úteis. Como em todos os dispositivos de RF, o desafio é a transição do conceito para a implementação física. Os fornecedores oferecem uma ampla gama de unidades padrão que são totalmente caracterizadas em várias faixas de frequência, vãos, níveis de potência e opções de embalagem. As referências têm informações de aplicação e produto de alguns desses fornecedores.

Referências

RF/microondas viés de camisetas da teoria à práticaMini-circuitos
O que é um tee de preconceito?Tudo rf
Tees de viésControle de espectro
O que é um conceito de design de tee de viés?Quora
Tees de viés (viés ts)Pasternack
Capacidades de manipulação de potência dos indutoresCoilcraft
Resolvendo problemas de isolamento de RF com indutores de RFCoilcraft
O que é um indutor cônico?Coilcraft
Tee de preconceitoWikipedia

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