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8-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Design Bild 4:

Design Bild 4: Filter-Entwurf durch Nuhertz FilterSolutions Bild 5: In Microwave Office importiertes Design inklusive Bauteil-Werten, Bauformen, Leitungsgeometrie und Optimierungskriterien (nicht dargestellt) Bild 6: Toleranz-Analyse von S11 (links) und S21 (rechts) bei Annahme von 2-prozentigen C-Werten und 5-prozentigen L-Werten Bild 7: Vergleich ideale Bauteile (schwarz), Modelithics Global Models (magenta), Modelithics Global Models plus AXIEM (rot), Messung (blaue Punkte) deutlich werden. Die Synthese durch Nuhertz FilterSolutions liefert den Entwurf wie in Bild 4. Beim Export nach Microwave Office wird automatisch eine passende Streifenleitungsgeometrie erzeugt, so dass das Filter auch sinnvoll in ein Layout überführt werden kann (Bild 5). Ebenso kann FilterSolutions gleichzeitig eine Auswahl an Herstellern und Bauteil-Serien der diskreten Komponenten mit übergeben, unter Berücksichtigung der vorhandenen Standardwerte (E-Reihen). Weiterhin werden gleich Optimierungskriterien erstellt, die den Entwurfskriterien entsprechen. Damit können die ausgefeilten Optimierungsroutinen des Schaltungssimulators angewendet werden, um die Abweichungen, die aus Leitungsverlusten, Bondpads und Bauteil-Eigenresonanzen resultieren, wieder zu korrigieren. Microwave Office kann sich dabei auf die vorhandenen Standardwerte beschränken. Nach erfolgreicher Optimierung sollte sich eine Toleranzanalyse anschließen. Bild 6 zeigt die S-Parameter-Schar, die sich mit 2-prozentigen Kapazitäts- Streuungen und 5-prozentigen Induktivitäts-Streuungen ergibt. Mit Hilfe einer Ausbeute-Optimierung (siehe auch Modelithics Application Note #46: Improved Microwave Circuit Design Flow Through Passive Model Yield And Sensitivity Analysis) lässt sich herausfinden, ob es sich lohnt, in enger tolerierte Bauteile zu investieren Optional kann sich auch eine EM-Analyse anschließen, die notwendigen Vorbereitungen (EM Extraction Block) werden automatisch getroffen. Es zeigt sich, dass sich bei dieser relativ niedrigen Frequenz kaum merkliche Korrekturen ergeben. Beispiel: 5-GHz-Hochpass Im vorherigen Beispiel konnte gezeigt werden, dass es genügt, die ausgefeilten Bauteil-Modelle anstelle von idealen Cs und Ls zu verwenden, um zu hervorragender Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung zu gelangen. Dies kann immer dann angenommen werden, wenn die Leitungsgeometrien klein gegenüber der Wellenlänge sind und somit nur geringe elektromagnetische Verkopplungen auftreten. Im folgenden Beispiel ist dies nicht mehr der Fall. Betrachtet werden soll ein elliptisches Hochpass-Filter 5. Ordnung mit 5 GHz Eckfrequenz. FilterSolutions kann hier schon beim Export helfen, indem diskrete Elemente (mit 40 hf-praxis 8/2016

Design Bild 8: Synthese eines 5-GHz- Hochpasses mit idealen Elementen Hier zeigt sich schnell, dass die gegenseitigen Verkopplungen der Leitungselemente nicht mehr ignoriert werden können. Bild 10 zeigt einen Vergleich der drei Simulations-Methoden (MWO + ideale Modelle, MWO + Global Models und Axiem + Global Models). Erst die Kombination von ausgefeilten Bauteil-Modellen und EM-Co- Simulation ergibt gute Übereinstimmung mit der Messung. Zusammenfassung Bild 9: Nach AWR Microwave Office exportiertes Design, die Shunt- Resonatoren wurden durch Leitungen und Radial-Stubs ersetzt, die Serien-C werden durch Modelithics Global Models beschrieben niedrigem Q) durch Leitungselemente ersetzt werden. Bild 8 und 9 illustrieren dies. Durch die Kombination moderner Werkzeuge wie NI/AWR Microwave Office/ Axiem sowie Nuhertz FilterSolutions mit Modelithics‘ Global Models gelingen auch komplexe Filterentwurfs-Aufgaben auf Anhieb. Elektromagnetische Verkopplungen und Bauteil-Effekte sind heutzutage sicher beherrschbar. Weitere Informationen finden Sie bei: Modelithics Inc. (www.modelithics.com) Nuhertz Technologies (www.nuhertz.com) National Instruments/AWR (www. awrcorp.com) TACTRON Elektronik (www.tactron.de) Bild 10: Gegenüberstellung von S11 und S21, MWO + ideale Modelle (schwarz), MWO + Global Models (magenta), Axiem + Global Models (rot), Messung (blau) hf-praxis 8/2016 41

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