Смещающий тройник — это трехпортовая сеть, используемая для установки точки смещения постоянного тока некоторых электронных компонентов без нарушения работы других компонентов. Смещающий тройник — это диплексер . Низкочастотный порт используется для установки смещения; высокочастотный порт пропускает радиочастотные сигналы, но блокирует уровни смещения; комбинированный порт подключается к устройству, которое видит как смещение, так и радиочастоту. Он называется тройником, потому что 3 порта часто располагаются в форме буквы T. [1 ]
Концептуально, смещающий тройник можно рассматривать как идеальный конденсатор , который пропускает переменный ток , но блокирует смещение постоянного тока , и идеальную катушку индуктивности , которая блокирует переменный ток, но пропускает постоянный ток. Хотя некоторые смещающие тройники можно сделать с помощью простого индуктора и конденсатора, широкополосные смещающие тройники значительно сложнее, поскольку практические компоненты имеют паразитные элементы .
Смещение тройников разработано для сред линий передачи. Обычно характеристическое сопротивление Z o составляет 50 Ом или 75 Ом. Сопротивление конденсатора ( X C ) выбирается намного меньше Z o , а сопротивление индуктора ( XL ) выбирается намного больше Z o :
где ω — угловая частота (в радианах в секунду), а f — частота (в герцах ).
Смещающие тройники предназначены для работы в диапазоне частот сигнала. Реактивные сопротивления выбираются так, чтобы оказывать минимальное влияние на самой низкой частоте.
Для широкополосных смещающих тройников индуктивное сопротивление должно быть большим по значению, даже на самой низкой частоте, поэтому размеры индуктора должны быть большими по размеру. Большой индуктор будет иметь паразитную емкость (которая создает его собственную резонансную частоту). На достаточно высокой частоте паразитная емкость представляет собой шунтирующий путь с низким импедансом для радиочастотного сигнала, и смещающий тройник становится неэффективным. Практические широкополосные смещающие тройники должны использовать сложные топологии схем, чтобы избежать шунтирующего пути. Вместо одного индуктора будет цепочка последовательно соединенных индукторов, каждый со своей собственной высокой резонансной частотой, в дополнение к более низким составным резонансам, общим между ними. Дополнительные резисторы и конденсаторы будут вставлены для предотвращения резонансов. [a] [2] Например, смещающий тройник Picosecond Pulse Labs модели 5580 работает от 10 кГц до 15 ГГц. [2] (стр. 3) Следовательно, простая конструкция потребует индуктивности не менее 800 мкГн ( X L около j 50 Ом на частоте 10 кГц), и эта катушка индуктивности должна выглядеть как катушка индуктивности на частоте 15 ГГц. Однако типичная коммерческая катушка индуктивности 820 мкГн имеет собственную резонансную частоту около 1,8 МГц — на четыре порядка ниже. [3]
Джонсон приводит пример широкополосного микрополоскового тройника смещения, охватывающего диапазон от 50 кГц до 1 ГГц, с использованием четырех последовательно соединенных индукторов (330 нГн, 910 нГн, 18 мкГн и 470 мкГн). [4] Его конструкция была заимствована из коммерческой тройника смещения. Он смоделировал паразитные значения элементов, смоделировал результаты и оптимизировал выбор компонентов. Чтобы показать преимущество дополнительных компонентов, Джонсон предоставил симуляцию тройника смещения, в котором использовались только индукторы и конденсаторы без подавления добротности . Джонсон приводит как смоделированные, так и фактические данные о производительности. [5] Жирарди скопировал и улучшил конструкцию Джонсона и указал на некоторые дополнительные проблемы конструкции. [6]
Смещающий тройник используется для вставки постоянного тока в сигнал переменного тока для питания удаленных антенных усилителей или других устройств. Обычно он располагается на приемном конце коаксиального кабеля для передачи постоянного тока от внешнего источника к коаксиальному кабелю, идущему к питаемому устройству. Смещающий «T» состоит из индуктора питания для подачи постоянного тока на разъем на стороне устройства и блокировочного конденсатора для предотвращения прохождения постоянного тока к приемнику . Радиочастотный сигнал подключается напрямую от одного разъема к другому только с блокировочным конденсатором последовательно. Внутренний блокировочный диод предотвращает повреждение смещения «T» при подаче обратного напряжения питания.
Смещение тройников используется в различных приложениях, но обычно используется для подачи радиочастотного сигнала и (постоянного тока) питания на удаленное устройство, где использование двух отдельных кабелей невыгодно. [7] Смещение часто используется с фотодиодами (вакуумными и твердотельными), детекторами на микроканальных пластинах , транзисторами и триодами , так что высокие частоты от сигнала не просачиваются в общую шину питания. И наоборот, шум от источника питания не появляется на сигнальной линии. Другие примеры включают: Power over Ethernet , [8] [9] активные антенны, малошумящие усилители и понижающие преобразователи. [10]
Телефонная линия для обычного телефонного обслуживания и некоторые ранние микрофоны используют схему смещенного тройника — часто с гиратором, заменяющим индуктор — это позволяет тонкому кабелю всего с 2 проводниками передавать питание от системы к устройству и отправлять аудио с устройства обратно к системе. Современные микрофоны часто используют 3 проводника в схеме фантомного питания , очень похожей на схему смещенного тройника.
Существует несколько моделей косых футболок.
Конструкция горизонтальной планки T основана на жестком коаксиальном кабеле с воздухом в качестве диэлектрика. Радиус выбирается максимально большим, не допуская более высоких мод. Конструкция смещения «T» основана на том, что мощность выходит на удаленное устройство, но не видна базовой станции или приемнику. Это достигается с помощью конденсатора на выходном терминале RF, эффективно создавая открытую цепь для постоянного тока. [11] Входящий сигнал RF или сигнал с антенны является выходом для мощности постоянного тока. Этот входной каскад смещения «T» обычно состоит из полосового фильтра , малошумящего усилителя и смесителя, соединенного с локальным генератором. [11]
В какой-то момент из центрального проводника вырезается небольшой кусочек, поэтому образуется конденсатор, а низкие частоты блокируются. Преимущество такого конденсатора в том, что он почти невидим для более высоких частот. Чтобы пропускать частоты до 1 МГц, емкость должна быть увеличена. Диэлектрик типа NPO умножает емкость в 65 раз. Толщина конденсатора должна быть минимальной, не приводя к электрическому пробою в диэлектрике, это означает, что нужно избегать любых пиков в электрическом поле, а это означает гладкие электроды с закругленными краями и диэлектриком, выступающим между электродами (дизайн дверной ручки). Можно использовать стопку конденсаторов, но каждому конденсатору нужен доступ к поверхности внутреннего проводника, потому что если он спрятан за другим конденсатором, высокие частоты его не увидят, потому что электрическому полю нужно много времени, чтобы пройти через диэлектрик с высокой диэлектрической постоянной.
Небольшая катушка из тонкой проволоки с воздушным сердечником или сердечником из MnFeZn соединяет внутренний проводник одной из сторон конденсатора с портом a во внешнем проводнике, ведущем вниз по T. Частоты выше 1 ГГц попадают в катушку сбоку и прикладывают одинаковое электрическое поле ко всей катушке. Поэтому внутри катушки не возбуждаются более высокие моды. Из-за индуктивности катушки почти нет утечек тока из центрального проводника в порт. Частоты между 1 МГц и 1 ГГц просачиваются в этот порт, поэтому есть вторая катушка с конусообразным сердечником снаружи внешнего проводника, но внутри корпуса, чтобы избежать помех с другими компонентами. Этот конус действует как конический трансформатор линии передачи. Он начинается с высокого импеданса, поэтому большая часть мощности будет отражаться, но остальная часть будет проходить вниз по катушке, и есть некоторая утечка в низкочастотный порт.
Любые колебания в конденсаторе или катушке или в составной LC-цепи гасятся диэлектриком и сердечником. Также малая катушка должна иметь сопротивление около 10 Ом для дальнейшего гашения колебаний и предотвращения пульсации в передаваемом спектре.
