Das perfekte Duo für den Filterabgleich: CST Studio Suite® und R&S®ZNB

CST® Filter Designer 3D ist Teil der CST Studio Suite® Simulationssoftware von Dassault Systèmes und stellt ein vollständiges Synthesewerkzeug für Filter und Diplexer dar. Es bietet eine Reihe von Lösungen für jede Phase der Entwicklung gekoppelter Resonatorfilter, und dank der VNA-basierten Abgleichfunktionen sogar noch weitergehende Funktionalität. CST Filter Designer 3D unterstützt Sie beim Abgleich Ihrer Filterhardware und verkürzt die Zeit für die Optimierung Ihres Geräts entsprechend den gewünschten Spezifikationen erheblich. Der R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysator von Rohde & Schwarz ist eine attraktive Komponente in diesem Messaufbau. Er liefert schnelle Messergebnisse für den Echtzeit-Filterabgleich.

Messaufbau für den Filterabgleich mit CST Filter Designer 3D und dem R&S®ZNB.
Abb. 1: Messaufbau für den Filterabgleich mit CST Filter Designer 3D und dem R&S®ZNB.

Ihre Anforderung

4G-/5G-Basisstationsfilter und -diplexer sind typischerweise anspruchsvolle Messobjekte. Sie erfordern eine hohe Außerbandunterdrückung. Transmissionsnullstellen können bis zu 80 dB tief oder noch tiefer sein. Der R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysator mit seinem großen Dynamikbereich und der hohen Messgeschwindigkeit bildet zusammen mit der CST Studio Suite® von Dassault Systèmes ein Duo, das diese Herausforderungen perfekt meistert.

Dynamikbereich des R&S®ZNB (bei 10 Hz ZF-Bandbreite).
Abb. 2: Dynamikbereich des R&S®ZNB (bei 10 Hz ZF-Bandbreite).

Lösung von Rohde & Schwarz

Für einen praxisnahen Abgleich unterstützt die CST Studio Suite® USB-, Socket- und Ethernet-Schnittstellen für eine Reihe von Rohde & Schwarz Vektornetzwerkanalysatoren. Der R&S®ZNB ist der marktführende Vektornetzwerkanalysator für Produktionsumgebungen, bei denen hauptsächlich Geschwindigkeit, hohe Dynamik und einfache Bedienung gefordert sind. Er kombiniert hohe Messgenauigkeit mit herausragender Geschwindigkeit – pro Messpunkt werden weniger als 5 μs benötigt. Dies ermöglicht kurze Sweepzeiten, z. B. 4 ms für 401 Punkte. Darüber hinaus verbindet der R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysator hohe Aussteuerfestigkeit mit hoher Empfindlichkeit und geringem Messkurvenrauschen. Das R&S®ZNB Grundgerät bietet typischerweise einen Dynamikbereich von 140 dB (bei 10 Hz ZF-Bandbreite) und übertrifft damit vergleichbare Produkte auf dem Markt. Mittels Optionen lässt sich der Dynamikbereich auf bis zu 150 dB erhöhen (echter Dynamikbereich, ohne dass die Empfänger bei niedrigen Übertragungskoeffizienten in Kompression gehen).

Vollintegriert und einfach zu bedienen
Die Filterabgleich umfasst vier Schritte:

  • Kalibrieren des R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysators und Durchführung von S-Parameter-Messungen am Messobjekt
  • Herstellen einer Remote-Verbindung zwischen CST Filter Designer 3D (auf einem PC) und dem R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysator. Die Software liest die Messdaten automatisch in Echtzeit aus.
  • Basierend auf der gewählten Filtertopologie extrahiert die Software aus den gemessenen S-Parametern eine Koppelmatrix.
  • Fehlerbalken zeigen an, in welchem Maß Kopplungen und Eigenresonanzen verstimmt sind. Dies liefert die notwendige Information für die Optimierung der Filterhardware über Abgleichelemente wie Schrauben, variable Kondensatoren und Kapazitätsdioden.

Das Filtermodell wurde mit CST Filter Designer 3D erstellt und mit CST Studio Suite® simuliert. Einen präzisen Fertigungsprozess vorausgesetzt, liefern reale Messungen mit dem R&S®ZNB das gleiche Ergebnis, wenn die Hardware auf die simulierte Koppelmatrix abgeglichen wird.

Der Screenshot unten zeigt die CST Filter Designer 3D-Benutzerumgebung – die gemessenen S-Parameter werden aus dem R&S®ZNB ausgelesen. Die Fehlerbalken zeigen an, wie weit jedes Matrixelement von der optimalen Abstimmung abweicht.

Filter mit nummerierten Resonatoren.
Abb. 3: Filter mit nummerierten Resonatoren.

Applikation

Kombinations-Hohlleiterfilter
Es handelt sich um ein Filter 6. Ordnung mit zwei Transmissionsnullstellen direkt über dem Durchlassbereich. Die Filtertopologie weist zwei kaskadierte Tripletglieder auf. Abb. 3 zeigt das Filter mit rot nummerierten Resonator-Abgleichschrauben.

CST Filter Designer 3D-Benutzeroberfläche mit Darstellung der Koppelmatrix.
Abb. 4: CST Filter Designer 3D-Benutzeroberfläche mit Darstellung der Koppelmatrix.
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