Una coppia perfetta per l’ottimizzazione dei filtri: CST Studio Suite® e R&S®ZNB

CST® Filter Designer 3D, che fa parte del software di simulazione CST Studio Suite® di Dassault Systèmes, è uno strumento di sintesi completo per filtri e diplexer. Fornisce una gamma di soluzioni durante tutto il processo di progettazione di filtri risonatori accoppiati e anche oltre con la sua capacità di ottimizzazione basata su VNA. CST Filter Designer 3D assiste nell’ottimizzazione dell’hardware del filtro, riducendo significativamente il tempo necessario per ottimizzare un dispositivo onde soddisfare le specifiche previste. Uno strumento interessante per ottenere una lettura rapida dei dati per l’ottimizzazione di filtri in tempo reale è l’analizzatore di reti vettoriali R&S®ZNB di Rohde & Schwarz.

Impostazione dell’ottimizzazione VNA con CST Filter Designer 3D e R&S®ZNB
Fig. 1: Impostazione dell’ottimizzazione VNA con CST Filter Designer 3D e R&S®ZNB.

Attività da eseguire

I filtri/diplexer delle stazione base 4G/5G sono in genere dispositivi difficili da collaudare. Richiedono un’elevata reiezione fuori banda. I buchi nella funzioni di trasferimento in trasmissione, chiamate anche nulli, possono anche essere profondi 80 dB e oltre. La gamma dinamica e la velocità dell’analizzatore di reti vettoriali R&S®ZNB insieme a CST Studio Suite® di Dassault Systèmes rappresentano una soluzione perfetta per affrontare questo scenario.

Gamma dinamica dell'analizzatore R&S®ZNB (alla larghezza di banda di misura di 10 Hz).
Fig. 2: Gamma dinamica dell'analizzatore R&S®ZNB (alla larghezza di banda di misura di 10 Hz).

Soluzione Rohde & Schwarz

Per ottimizzazione un dispositivo nell'ambiente reale, CST Studio Suite® supporta connessioni USB, socket ed Ethernet per una vasta gamma di analizzatori di reti vettoriali di Rohde & Schwarz. Lo strumento R&S®ZNB è l’analizzatore di reti vettoriali leader per gli ambienti di produzione con particolare attenzione alla velocità, alla gamma dinamica e alla facilità d’uso. Combina un’elevata precisione di misura con una velocità eccezionale, superiore a 5 µs per punto. Ciò consente di ottenere tempi di sweep ridotti, ad es. 4 ms per 401 punti. Inoltre, l’analizzatore di reti vettoriali R&S®ZNB combina un’elevata capacità di gestione della potenza con elevata sensibilità e basso rumore di traccia. L’unità di base R&S®ZNB fornisce in genere 140 dB di gamma dinamica (a 10 Hz di larghezza di banda di misura), che supera altri prodotti comparabili sul mercato. I miglioramenti opzionali della gamma dinamica permetto di raggiungere una gamma dinamica fino a 150 dB (gamma dinamica reale senza ricevitori che vanno in compressione a coefficienti di trasmissione bassi).

Completamente integrato e facile da usare
Servono quattro passaggi per ottimizzare un filtro:

  • Calibrare l’analizzatore di reti vettoriali R&S®ZNB ed eseguire le misurazioni dei parametri S sul dispositivo in prova
  • Stabilire una connessione remota tra CST Filter Designer 3D in esecuzione su un PC e l’analizzatore di reti vettoriali R&S®ZNB. Il software legge automaticamente i dati misurati in tempo reale
  • In base alla topologia di filtro selezionata, il software estrae una matrice di accoppiamento dai parametri S misurati
  • Le barre di errore indicano in che misura gli accoppiamenti e le autorisonanze sono desintonizzati. Ciò fornisce le informazioni necessarie per ottimizzare l’hardware del filtro attraverso i suoi meccanismi di sintonizzazione come viti, condensatori variabili e diodi varactor.

Il modello di filtro è stato progettato con CST Filter Designer 3D e simulato con CST Studio Suite®. Dato un processo di produzione accurato, lo stesso risultato sarà ottenuto da misurazioni reali con l’analizzatore R&S®ZNB quando l’hardware è sintonizzato per abbinare la matrice di accoppiamento simulato.

L’ambiente 3D di CST Filter Designer è mostrato nella schermata seguente, con i parametri S misurati letti dall'analizzatore R&S®ZNB. Le barre di errore indicano in che misura ogni elemento della matrice si discosta dalla sintonizzazione ottimale.

Filtro con risonatori numerati.
Fig. 3: Filtro con risonatori numerati.

Applicazione

Filtro risonatore coassiale Combline
Il filtro ha una risposta del sesto ordine con due zeri di trasmissione appena sopra la banda passante. La topologia del filtro è costituita da due sezioni di tripletti in cascata. La Figura 3 mostra il dispositivo con le viti di sintonizzazione risonatore contrassegnate con numeri rossi.

Interfaccia utente 3D di CST Filter Designer che mostra la matrice di accoppiamento
Fig. 4: Interfaccia utente 3D di CST Filter Designer che mostra la matrice di accoppiamento.
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