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Fernspeiseweiche

An den Antennen montierte, abgesetzte Vorverstärker oder Empfangskonverter benötigen eine Gleichspannungsversorgung. Um eine zusätzliche Gleichspannungsversorgungsleitung einzusparen, kann die Versorgungsspannung auch über das Koaxialkabel, parallel zum HF-Signal, übertragen werden, ohne dass sich die beiden Signale gegenseitig stören. Zur Einspeisung der Gleichspannung in das Koaxialkabel wird deshalb eine Fernspeiseweiche oder englisch BIAS-T eingesetzt. Die Abbildung NEA-10.16.1 zeigt eine QO-100 Station mit Fernspeiseweiche zur Spannungsversorgung des Vorverstärkers (LNB).

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Abbildung NEA-10.16.1: QO-100 Station mit Fernspeiseweiche zur Spannungsverorgung des LNBs

AD322: Zu welchem Zweck wird ein Bias-T (Fernspeiseweiche) eingesetzt?

Technisch kann dieser Aufbau, wie in Abbildung NEA-10.16.2 dargestellt, mit einer sehr einfachen Schaltung realisiert werden. Die Fernspeiseweiche (BIAS-T) besteht neben den Anschlüssen lediglich aus zwei Kondensatoren und einer Induktivität. Diese Schaltung haben wir bereits beim MMIC kennengelernt, dessen Versorgungsspannung über den Ausgang mit einem BIAS-T eingespeist wird.

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Kurzzusammenfassung: Schaltplan mit zwei horizontalen Leitungen, oben ein Pfad von „RX“ über den Kondensator „C1“ zu „LNA“, der in der Mitte über eine vertikale Spule mit einer unteren Leitung verbunden ist, die rechts zu „DC“ führt und links über den Kondensator „C2“ an Masse gekoppelt ist. 2) Detaillierte Beschreibung: Links oben ist ein Anschluss mit Massezeichen und der Beschriftung „RX“; von dort führt eine horizontale Leitung nach rechts durch einen in Serie liegenden Plattenkondensator mit der Beschriftung „C1“. Direkt rechts von „C1“ befindet sich ein Knoten (schwarzer Punkt), von dem die obere Leitung weiter nach rechts zu einem zweiten Anschluss mit Massezeichen und der Beschriftung „LNA“ läuft. Vom Knoten nach „C1“ führt eine vertikale Spule (Induktivität) nach unten zu einem zweiten Knoten auf einer unteren, waagerechten Leitung. Diese untere Leitung ist links über einen Plattenkondensator mit der Beschriftung „C2“ an ein Massezeichen angeschlossen (C2 liegt zwischen Leitung und Masse). Rechts endet die untere Leitung in einem rechteckigen Kasten mit der Beschriftung „DC“; dort ist sie an einen oberen Anschluss im Kasten geführt, darunter ist im Kasten ein weiterer Anschluss als Massezeichen dargestellt. Alle Verbindungsstellen sind durch schwarze Punkte markiert; Bauteilwerte sind nicht angegeben.
Abbildung NEA-10.16.2: Fernspeiseweiche (BIAS-T)

AD323: Was stellt die folgende Schaltung dar?
Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Kurzzusammenfassung: Schaltplan mit zwei horizontalen Leitungen, oben ein Pfad von „RX“ über den Kondensator „C1“ zu „LNA“, der in der Mitte über eine vertikale Spule mit einer unteren Leitung verbunden ist, die rechts zu „DC“ führt und links über den Kondensator „C2“ an Masse gekoppelt ist. 2) Detaillierte Beschreibung: Links oben ist ein Anschluss mit Massezeichen und der Beschriftung „RX“; von dort führt eine horizontale Leitung nach rechts durch einen in Serie liegenden Plattenkondensator mit der Beschriftung „C1“. Direkt rechts von „C1“ befindet sich ein Knoten (schwarzer Punkt), von dem die obere Leitung weiter nach rechts zu einem zweiten Anschluss mit Massezeichen und der Beschriftung „LNA“ läuft. Vom Knoten nach „C1“ führt eine vertikale Spule (Induktivität) nach unten zu einem zweiten Knoten auf einer unteren, waagerechten Leitung. Diese untere Leitung ist links über einen Plattenkondensator mit der Beschriftung „C2“ an ein Massezeichen angeschlossen (C2 liegt zwischen Leitung und Masse). Rechts endet die untere Leitung in einem rechteckigen Kasten mit der Beschriftung „DC“; dort ist sie an einen oberen Anschluss im Kasten geführt, darunter ist im Kasten ein weiterer Anschluss als Massezeichen dargestellt. Alle Verbindungsstellen sind durch schwarze Punkte markiert; Bauteilwerte sind nicht angegeben.

Ein BIAS-T erkennt man daran, dass auf der einen Seite das HF-Signal zum Empfänger (RX) geführt wird, während auf der anderen Seite ein Vorverstärker oder Empfangskonverter (LNA) angeschlossen ist. Zusätzlich wird über den DC-Anschluss eine Versorgungsgleichspannung eingespeist. Diese Gleichspannung gelangt über die Induktivität auf den Innenleiter des Koaxialkabels und versorgt so den angeschlossenen LNA. Die Induktivität wirkt dabei für Hochfrequenz hochohmig, sodass das HF-Signal nicht in die Spannungsversorgung abfließt.

Der Koppelkondensator $C_1$ verhindert, dass die eingespeiste Gleichspannung zum Empfängereingang gelangt. Ohne den Kondensator $C_1$ könnte die Versorgungsspannung daher gegen Masse kurzgeschlossen werden.

AD324: Zu welchem Zweck dient $C_1$ in dem dargestellten Bias-T?
Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Kurzzusammenfassung: Schaltplan mit zwei horizontalen Leitungen, oben ein Pfad von „RX“ über den Kondensator „C1“ zu „LNA“, der in der Mitte über eine vertikale Spule mit einer unteren Leitung verbunden ist, die rechts zu „DC“ führt und links über den Kondensator „C2“ an Masse gekoppelt ist. 2) Detaillierte Beschreibung: Links oben ist ein Anschluss mit Massezeichen und der Beschriftung „RX“; von dort führt eine horizontale Leitung nach rechts durch einen in Serie liegenden Plattenkondensator mit der Beschriftung „C1“. Direkt rechts von „C1“ befindet sich ein Knoten (schwarzer Punkt), von dem die obere Leitung weiter nach rechts zu einem zweiten Anschluss mit Massezeichen und der Beschriftung „LNA“ läuft. Vom Knoten nach „C1“ führt eine vertikale Spule (Induktivität) nach unten zu einem zweiten Knoten auf einer unteren, waagerechten Leitung. Diese untere Leitung ist links über einen Plattenkondensator mit der Beschriftung „C2“ an ein Massezeichen angeschlossen (C2 liegt zwischen Leitung und Masse). Rechts endet die untere Leitung in einem rechteckigen Kasten mit der Beschriftung „DC“; dort ist sie an einen oberen Anschluss im Kasten geführt, darunter ist im Kasten ein weiterer Anschluss als Massezeichen dargestellt. Alle Verbindungsstellen sind durch schwarze Punkte markiert; Bauteilwerte sind nicht angegeben.

Die Induktivität dient dazu, die Versorgungsgleichspannung in die Leitung einzuspeisen, während sie für Hochfrequenz einen hohen Widerstand darstellt. Dadurch kann die Gleichspannung zum LNA gelangen, ohne dass das HF-Signal in die Spannungsversorgung abfließt. Der Kondensator $C_2$ leitet verbleibende Hochfrequenzanteile gegen Masse ab. Dadurch wird verhindert, dass HF-Signale in die Spannungsversorgung einkoppeln.

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzbeschreibung: Obenansicht eines 3D-Renderings einer grünen Leiterplatte mit zwei runden Koaxialanschlüssen links (J1, „RF“) und rechts (J2, „RF + DC“), einer breiten Leiterbahn dazwischen sowie mehreren beschrifteten SMD-Bauteilen und einer zweipoligen DC-Stiftleiste. Detailbeschreibung: Rechteckige, dunkelgrüne Leiterplatte mit gelblichen Lötaugen und mehreren kleinen Befestigungsbohrungen nahe den Rändern. Links und rechts sitzt jeweils ein silberner, runder Flansch‑Koaxanschluss; unter ihnen sind „J1“ (links) mit der Aufschrift „RF“ und „J2“ (rechts) mit der Aufschrift „RF + DC“ aufgedruckt. Zwischen den Anschlüssen verläuft mittig eine breite horizontale Leiterbahn. Auf und über dieser Leiterbahn sind SMD-Bauteile platziert und beschriftet: nahe der linken Hälfte „C1“, in der Mitte ein weißes, quaderförmiges Bauteil „L1“, darüber zwei kleine SMDs „C2“ und „C3“. Oberhalb davon befindet sich ein zweipoliger Stiftleistenanschluss „J3“ mit aufgestecktem Jumper; darüber steht „DC“, links davon „VCC“ und rechts „GND“. Der Hintergrund zeigt einen hellen Farbverlauf, unten links ist eine kleine 3D-Achsenanzeige mit roten, grünen und blauen Pfeilen zu sehen.
Abbildung NEA-10.16.3: BIAS - T Platine - mit KiCAD erstellt
So könnte die praktische Umsetzung des abgebildeten Schaltbildes in eine Platine aussehen. $C_2$ und $C_3$ sind Abblockkondensatoren für unterschiedliche Frequenzbereiche, damit die Funktion über einen großen Frequenzbereich gewährleistet ist. $L_1$ dient zur Zuführung der Gleichspannung und muss für den Laststrom gezielt dimensioniert werden. Der Abblockkondensator $C_2$ auf der Gleichspannungseite soll HF-Spannung unterdrücken. Er muss so gewählt werden, dass er bei der HF-Nutzfrequenz einen Blindwiderstand kleiner 1 Ω darstellt.

Die Spule zwischen DC-Seite (Gleichspannungsseite z. B. $\qty{12}{\volt}$) und der HF-Seite (z. B. $\qty{10}{\giga\hertz}$ Empfangssignal) soll Hochfrequenzanteile nicht zur DC-Seite durchlassen. Es handelt sich deshalb um eine Drosselspule, die bei der Nutzfrequenz hochohmig wirken muss (z. B. $X_L = \qty{10}{\kilo\ohm}$). Durch diese Drosselspule fließt der Versorgungstrom für den Vorverstärker oder Konverter (LNA). Der Drahtdurchmesser der Drosselspule muss so groß sein, dass der Versorgungsgleichstrom keine Erwärmung der Drosselspule bewirkt. Anders ausgedrückt: Die Spule muss eine entsprechende Strombelastbarkeit aufweisen.

AD325: Was ist bei der Dimensionierung der Spule in dem dargestellten Bias-T zu beachten?
Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Kurzzusammenfassung: Schaltplan mit zwei horizontalen Leitungen, oben ein Pfad von „RX“ über den Kondensator „C1“ zu „LNA“, der in der Mitte über eine vertikale Spule mit einer unteren Leitung verbunden ist, die rechts zu „DC“ führt und links über den Kondensator „C2“ an Masse gekoppelt ist. 2) Detaillierte Beschreibung: Links oben ist ein Anschluss mit Massezeichen und der Beschriftung „RX“; von dort führt eine horizontale Leitung nach rechts durch einen in Serie liegenden Plattenkondensator mit der Beschriftung „C1“. Direkt rechts von „C1“ befindet sich ein Knoten (schwarzer Punkt), von dem die obere Leitung weiter nach rechts zu einem zweiten Anschluss mit Massezeichen und der Beschriftung „LNA“ läuft. Vom Knoten nach „C1“ führt eine vertikale Spule (Induktivität) nach unten zu einem zweiten Knoten auf einer unteren, waagerechten Leitung. Diese untere Leitung ist links über einen Plattenkondensator mit der Beschriftung „C2“ an ein Massezeichen angeschlossen (C2 liegt zwischen Leitung und Masse). Rechts endet die untere Leitung in einem rechteckigen Kasten mit der Beschriftung „DC“; dort ist sie an einen oberen Anschluss im Kasten geführt, darunter ist im Kasten ein weiterer Anschluss als Massezeichen dargestellt. Alle Verbindungsstellen sind durch schwarze Punkte markiert; Bauteilwerte sind nicht angegeben.

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