5.3.2 阶梯阻抗低通滤波器原理图的设计
1.创建原理图视窗
创建工作空间q505中，新建一个阶梯阻抗低通滤波器的原理图视窗e1。
2.利用LineCalc计算工具完成对微带线的计算
在原理图设计中，提供了多种计算工具，使用者可以利用计算工具提供的图形化界面进行设计。ADS中的计算工具LineCalc可以对不同类型的传输线进行计算，对于微带线来说，可以进行物理尺寸和电参数之间的计算。
（1）在原理图e1中，执行菜单命令Tool→LineCalc→Start LineCalc，弹出LineCalc/untitled窗口，如图5.31所示。
图5.31 LineCalc窗口的初始状态
（2）在LineCalc窗口，如果已知传输线的特性阻抗和相移，可以计算微带线的宽度和长度。下面计算特性阻抗为15Ω、相移为29.3度的微带线的宽度和长度。在LineCalc窗口设置如下。
◆ Type选择为MLIN，意为计算微带线
◆ Er=2.7，表示微带线基板的相对介电常数为2.7
◆ Mur=l，表示微带线的相对磁导率为1
◆ H=1mm，表示微带线基板的厚度为1mm
◆ Hu=1.0e+033mm，表示微带线的封装高度为1.0e+033mm
◆ T=0.05mm，表示微带线的导体层厚度为0.05mm
◆ Cond=5.8E+7，表示微带线导体的电导率为5.8E+7
◆ TanD=0.0003，表示微带线的损耗角正切为0.0003
◆ Rough=0mm，表示微带线表面粗糙度为0mm
◆ Freq=3GHz，表示计算时采用频率3GHz
◆ Z0=15 ohm，表示特性阻抗采用15Ω
◆ E_Eff=29.3 deg，表示微带线的长度采用29.3度相移
上述设置完成后，单击LineCalc窗口中的Synthesize按钮，显示出如下计算结果。如图5.32所示
① W=12.86mm，表示微带线的宽度为12.86mm
② L=5.15mm，表示微带线的长度为5.15mm
图5.32
（3）继续使用LineCalc窗口进行计算，需要计算的数据如下：
①特性阻抗为120Ω、相移为29.4度时，微带线的宽度和长度
②特性阻抗为15Ω、相移为43.7度时，微带线的宽度和长度
③特性阻抗为50Ω时，微带线的宽度。
（4）滤波器的阶数为5阶，也即滤波器由5段传输线构成。通过上述计算得到了微带线阶梯阻抗低通滤波器的尺寸，微带线的宽度和长度见表5.3
表5.3 计算微带线的尺寸
节 | 等效的元件 | 特性阻抗（Ω） | 相移(度) | 微带线宽度（mm） | 微带线长度（mm） |
1 | 并联电容 | 15 | 29.3 | 12.86 | 5.15 |
2 | 串联电感 | 120 | 29.4 | 0.40 | 5.81 |
3 | 并联电容 | 15 | 43.7 | 12.86 | 7.68 |
4 | 串联电感 | 120 | 29.4 | 0.40 | 5.81 |
5 | 并联电容 | 15 | 29.3 | 12.86 | 5.15 |
系统阻抗 | 50 | 2.63 | |||
3.设计原理图
在原理图视窗e1中，根据图5.30和表5.3，使用微带线搭建阶梯阻抗低通滤波器原理图电路。
（1）在原理图的元件面板列表上，选择微带线TLines-Microstrip元件面板。在微带线元件面板上，选择MLIN共5次插入原理图的画图区。MLIN是一段长度的微带线，可以设置这段微带线的宽度W和长度L 。5个MLIN的数值分别设置如下：
① TL1微带线设置为宽度W=12.86mm，长度L=5.15mm
② TL2微带线设置为宽度W=0.40mm，长度L=5.81mm
③ TL3微带线设置为宽度W=12.86mm，长度L=7.68mm
④ TL4微带线设置为宽度W=0.40mm，长度L=5.81mm
⑤ TL5微带线设置为宽度W=12.86mm，长度L=5.15mm
（2）在微带线元件面板上选择MSTEP,6次插入原理图的画图区。MSTEP是徽带线阶梯结，可以设置微带线阶梯结的宽度W1和宽度W2 。6个MSTEP的数值分别设置如下：
① MSTEP1微带线阶梯结设置为宽度W1=2.63mm,宽度W2=12.86mm
② MSTEP2微带线阶梯结设置为宽度W1=12.86mm，宽度W2=0.40mm
③ MSTEP3微带线阶梯结设置为宽度W1=0.40mm，宽度W2=12.86mm
④ MSTEP4微带线阶梯结设置为宽度W1=12.86mm，宽度W2=0.40mm
⑤ MSTEP5微带线阶梯结设置为宽度W1=0.40mm，宽度W2=12.86mm
⑥ MSTEP6微带线阶梯结设置为宽度W1=12.86mm，宽度W2=2.63mm
（3）单击工具栏中的连线按钮，将前面原理图中的5个MLIN和6个MSTEP用导线连接起来，连接方式如图5.33所示。
图5.33 连接5个MLIN和6个MSTEP
（4）在微带线元件面板上，选择MSUB插入原理图的画图区。在画图区中双击MSUB，弹出Microstrip Substrate对话框，在Microstrip Substrate对话框中对微带线进行设置。
（5）为熟悉ADS中的计算工具，下面查验微带线TL1的电参数。
①单击原理图上的TL1，表示要计算TL1的电参数。
②执行菜单命令Tools→LineCalc→Send Selected Component To LineCalc，经过几秒钟的计算后，弹出LineCalc窗口。
③微带线的参数已经赋值到LineCalc窗口中。微带线的宽带W和长度L也已经赋值到LineCalc窗口中。
④在LineCalc窗口中，将频率设置为3GHz，然后单击LineCalc窗口中的Analyze按钮，在LineCalc窗口中显示出微带线的电参数，微带线TL1的特性阻抗为14.998Ω、相移为29.299度。如图5.34所示
图5.34
（6）在S参数仿真元件面板上，选择负载终端Term,2次插入原理图中，定义负载终端Term1为输入端口，负载终端Term2为输出端口。在原理图工具栏中单击接地按钮，将地线（GROUND）2次插入原理图，让负载终端Term接地。
（7）单击工具栏中的连线按钮，将原理图中的负载终端Term和低通滤波器连接起来，连接方式如图5.35所示。
图5.35 带有终端负载的低通滤波器原理图
4.原理图仿真
（1）在仿真之前，首先设置S参数仿真控件。在S参数仿真元件面板上，选择S参数仿真控件SP插入原理图的画图区。完成S参数仿真控件设置
（2）现在可以对原理图仿真了。在原理图工具栏中单击仿真按钮，运行仿真，仿真结束后，数据显示视窗自动弹出。在数据显示视窗中，用矩形图的方式显示。如图3.36所示 
图3.36 阶梯阻抗低通滤波器原理图仿真结果
（3）由图3.36可以看出，S21曲线在3GHz和6GHz处的值如下。
①在3GHz处, S21为-10.421dB
②在6GHz处, S2l为-38.598dB
可以看出，在3GHz处不满足技术指标。