BiasT(直流偏置器)是一種三端口網(wǎng)絡器件，三個端口分別是射頻端口RF、直流偏置端口DC和射頻直流端口RF&DC。因為這3個端口經(jīng)常以T的形狀排列，所以被稱為BiasT。

BiasT的DC端口由一個饋電電感組成，用于添加直流偏置，防止RF端口的交流信號泄露到供電系統(tǒng)，理想條件下，DC端不會對射頻端信號造成任何影響;RF端口由一個阻擋電容組成，用于輸入射頻信號，同時可以阻擋偏置端口的直流電壓;RF&DC端口連接到設備，該設備可以同時看到直流偏置電壓和射頻信號。如果BiasT內部器件選擇超寬帶、接近理想化、沒有諧振點的高頻電感和電容，那么當BiasT用于設置某些電子元件的直流偏置點時，不會干擾其他元件。

圖1-1BiasT內部結構示意圖

對BiasT來說，較為重要的指標是DC端偏置電壓與電流;RF端與DC端隔離度;RF帶寬、群時延、插入損耗和回波損耗等，接下來會分別講解每個指標的含義。

1.2.1 DC端偏置電流

DC端偏置電流是從DC端輸入，經(jīng)過電感的電流，主要受到DC端口電感能承受電流最大值的限制。DC端偏置電流的值越大代表指標越好。當實際電流超過偏置電流的上限時，DC端口的電感處于電流飽和狀態(tài)。BiasT的性能在這種狀態(tài)下會受到影響，器件可能會因電流過大而損壞，導致BiasT無法正常工作。

1.2.2 RF端與DC端隔離度

隔離度指的是電感阻止RF端口的射頻信號流向DC端口的能力，單位通常用dB表示。理論上隔離度越大越好。如果某個BiasT的隔離度指標較差，射頻信號會泄露進入供電系統(tǒng)，對系統(tǒng)性能造成影響。如圖1-2所示為RF端與DC端隔離度示意圖，圖中RF端口的輸入信號功率是40dBm，當隔離度為10dB的時候，在DC端接收到的信號功率為30dBm，相當于1W，可能會對供電系統(tǒng)造成不可修復的損傷;當隔離度為40dBm的時候，在DC端接收到的信號功率為0dBm，相當于1mW，不會對供電系統(tǒng)造成干擾或損傷。

圖1-2 RF端與DC端隔離度示意圖

1.2.3 插入損耗

BiasT的插入損耗是指在RF輸入端和RF&DC端之間的信號衰減量，單位通常用dB表示。插入損耗的表達公式：

(公式1)

其中Ut為發(fā)射信號電壓，Ur為接收信號電壓。

插入損耗可以用網(wǎng)絡分析儀的S21參數(shù)進行評估，插入損耗反映了系統(tǒng)傳輸路徑的情況，插入損耗的數(shù)值越小代表指標越好。如圖1-3所示為典型的BiasT的S21參數(shù)測試圖，從圖中可以看出在5GHz的頻點，BiasT的插損約為0.5dB;在30GHz的頻點，BiasT的插損約為1.3dB。0.5dB<1.3dB，說明5GHz的插損指標更好，插入損耗的絕對值值越小代表指標越好。

圖1-3 S21參數(shù)測試圖

1.2.4 RF帶寬

RF帶寬是上限3dB截止點和下限3dB截止點之間的頻率范圍，即BiasT的通頻帶。3dB頻率截止點是相對于通頻帶內平均功率衰減了3dB的點。RF的帶寬越寬越好。如果信號頻率范圍超出了BiasT的通頻帶，BiasT通頻帶外的信號就會被大量衰減。

圖1-4 RF帶寬示意圖

如圖1-4所示為RF帶寬示意圖，從圖中可知上限3dB截止點約為15GHz，下限3dB截止點約為7GHz，所以通頻帶從7GHz到15GHz。如果一個5GHz的信號輸入該設備，信號將會被衰減15dB，如果一個10GHz的信號輸入該設備，信號僅衰減1dB，即RF通頻帶內信號衰減少，通頻帶外信號大量衰減。可以得出，RF帶寬越大，允許正常通過的信號頻率范圍越大。

1.2.5 回波損耗

回波損耗(return loss)又被稱為反射損耗，是傳輸線端口的反射波功率與入射波功率之比，以對數(shù)形式表示，單位是dB，一般是負值，可以用網(wǎng)絡分析儀的S11和S22參數(shù)進行評估。回波損耗是用來衡量鏈路阻抗不匹配情況的指標，回波損耗不合格，意味著數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)處在阻抗失配狀態(tài)。回波損耗的數(shù)值越低代表回波損耗越小，信號反射量與信號失真越少。一般情況，回波損耗保持在-20dB到-40dB之間，其公式如下：

(公式2)

其中，RL為return loss的縮寫，P反射指的是反射信號的功率，P入射指的是入射信號的功率。

如圖1-5所示為典型的BiasT回波損耗參數(shù)測試圖。圖中可以看出，在25GHz頻點時回波損耗=-10dB，說明反射了1/10的功率;在5GHz頻點時回波損耗為-20dB，代表反射了1%的功率，即回波損耗數(shù)值越小越好。

圖1-5 S11參數(shù)測試圖

1.2.6 群時延

群時延即系統(tǒng)在某頻率處的相位(相移)對于頻率的變化率。寬帶信號經(jīng)過媒質傳輸路徑或設備中的線性元件時，其各個頻譜分量的相速不同，元器件對各頻譜分量的響應也不一樣,這都會引起到達接收端的信號因各頻率分量的相移或時延不同而產(chǎn)生相位關系的紊亂,即相位失真。理想的群時延曲線應該是一條沒有波動的直線。群時延的振動幅度越小越好。

對于BiasT來說，群時延變化越小，信號的影響也就越小。假如某接入系統(tǒng)的BiasT群時延變化很大，會導致信號的相位失真，在示波器上可以觀測到明顯的相移。

圖1-6為某BiasT群時延測試圖。

圖1-6 群時延測試圖

BiasT可應用于從芯片到測試測量設備與系統(tǒng)的所有領域。BiasT主要應用于對晶體管或放大器電路供電，對電光調制器和激光器進行驅動。

1.3.1 寬帶放大器

BiasT可以用于寬帶放大器的饋電，是一項十分成熟的應用。輸出端需要供電的放大器要求添加BiasT，給放大器提供穩(wěn)定的工作條件。

圖1-7 放大器與BiasT示意圖

如圖1-7所示需要偏置器的放大器電路示意圖。圖中，在放大器的輸出端添加了BiasT，用于輸出端饋電。

當放大器需要添加BiasT進行饋電的時候，重點關注BiasT的某些指標：BiasT通頻帶、RF端輸入功率最大值、S21參數(shù)、S22參數(shù)、S11參數(shù)、上升下降時間和抖動等。

選購BiasT的時候，第一步應該確定放大器的頻率范圍與BiasT的頻率范圍。如圖1-8所示為放大器與BiasT連接的頻帶示意圖，圖中放大器的頻率范圍從40kHz到40GHz，BiasT的頻率范圍從50kHz到18GHz，兩者連接后，通帶為兩者頻率范圍的重疊部分。在BiasT的帶外如18GHz到40GHz，信號會有很大的損耗，無法達到放大器的預期效果。所以在選擇BiasT的時候要確保BiasT的通頻帶范圍要大于等于寬帶放大器的頻率范圍。

圖1-8 放大器與BiasT頻率范圍示意圖

選購BiasT的第二步，查看放大器最大輸出功率，對比BiasT的RF端輸入功率最大值。圖1-9為放大器最大輸入功率與BiasT示意圖，圖中放大器輸出最大功率值為60dBm，而BiasT的最大輸入功率只有30dBm，最終的輸出端無法得到預期的60dBm的輸出，并且放大器輸出的信號功率也有可能損傷該BiasT器件，所以在選購BiasT的時候，要確保BiasT最大輸入功率值要大于放大器的最大輸出功率值。

圖1-9 1dB壓縮點與BiasT圖

選購BiasT的第三步，查看放大器增益(GAIN)，對比BiasT的S21參數(shù)指標。

經(jīng)過前兩步的篩選，可以保證BiasT能夠應用于放大器。BiasT給放大器饋電，兩者在同一傳輸鏈路中，最終的增益是兩者S21參數(shù)的疊加。如圖1-10所示為放大器與BiasT在傳輸鏈路中的示意圖。當放大器增益為10dB，BiasT的插損為-1dB時，最終輸出的增益為9dB。選擇BiasT的時候要關注S21參數(shù)的最大插損，將放大器增益與BiasT插損疊加得出最終輸出的增益值，用以判斷是否符合使用要求。

圖1-10 S21參數(shù)疊加示意圖

選購BiasT的第四步，對比各廠家BiasT的S22、S11參數(shù)。圖1-11展示了信號進入BiasT與信號從BiasT向外輸出時回波損耗的情況，當放大器的輸出進入BiasT的時候，實際輸入進去的功率P傳輸=Pin-P反射，P反射越大則S11參數(shù)越大，實際傳輸進入BiasT的信號強度越小。同樣，P傳輸=Pout+P反射，P反射越大則S22參數(shù)越大，實際從BiasT輸出的信號強度越小。所以S11、S22參數(shù)越小越好。

圖1-11 S22、S11示意圖

選購BiasT第五步，查看各廠家BiasT的上升時間/下降時間與抖動，因為放大器和BiasT在同一條信號鏈路之中，上升下降時間和抖動會累積疊加，公式為：

(公式3)

Tr1為BiasT的上升時間，Tr2為放大器的上升時間，下降時間和抖動與此類似。

所以只需要關注BIas-tee的上升下降時間與抖動的數(shù)值，數(shù)值越小代表指標越好。

1.3.2 電光調制器驅動

BiasT可以用于電光調制器的直流偏置端口，是一項十分成熟的應用，BiasT已成為電光調制器的必備組件。在電光調制過程中，BiasT扮演著至關重要的角色。如圖1-13所示為BiasT驅動電光調制器的示意圖，BiasT的RF端作為調制器的數(shù)據(jù)輸入源，DC端作為MZM偏置調節(jié)的供電輸入，RF&DC端把信號輸入調制器，完成電光調制。可以看出沒有BiasT就無法完成電光調制器的調制。

圖1-13BiasT與電光調制器示意圖

電光調制器的直流偏置端口電壓和電光帶寬是電光調制器的關鍵指標，應與之對比的指標是BiasT的頻率范圍。比如某款電光調制器的電光帶寬是0.15GHz至10GHz，如果BiasT的頻率范圍是從10MHz到4.2GHz，那么在4.2GHz到10GHz之間的頻率范圍將無法正常調制。

1.3.3 激光器驅動

BiasT可以用于驅動激光器，是一種成熟的應用。激光器對過電流、過電壓以及靜電干擾極為敏感。因此，需要穩(wěn)定的工作條件與可靠的數(shù)據(jù)輸入，目前主流的解決辦法是使用BiasT進行激光器驅動。圖1-14為 BiasT與激光器驅動示意圖，激光器所需驅動電流通過偏置器DC端注入，所需的通信數(shù)據(jù)通過RF端口注入。

圖1-14BiasT與激光器驅動示意圖

激光器有以下幾個關鍵指標：閾值電流、操作電流、操作電壓、調制頻率。當考慮到激光器的調制頻率時，需要關注的是BiasT的頻率范圍，假如激光器的調制頻率范圍是>100MHz,而BiasT的頻率范圍是從500MHz到40GHz。那么從100MHz到500MHz頻率之間的信號會被急劇衰減，導致這一段的信號無法正常輸入到激光器中，無法實現(xiàn)調制的目的。可以得出結論，應當選取頻率范圍大于激光器的調制頻率的BiasT。

當考慮到激光二極管的閾值電流和工作電流的時候，需要關注的BiasT的指標是DC端最大電流值。激光二極管閾值電流就是激光二極管可以產(chǎn)生激光的最小電流值，當電流低于閾值電流時，激光器無法發(fā)射激光。當BiasT的最大電流值大于激光二極管的工作電流時，激光二極管可以正常工作。