本发明属于微波毫米波滤波器技术领域，具体涉及一种基于fsir的多零点传输特性滤波器的设计。
背景技术：
微波毫米波带通滤波器是通信系统以及雷达系统的重要组件，其功能在无线接收机中显得尤为重要，此外，微波带通滤波器还是微波毫米波系统中许多设计问题的关键与核心，如变频器、倍频器、频率源和多路通信等。电磁波频谱是有限的，必须按不同应用加以分配；而滤波器既可以用来限定大功率发射机在规定频段内的辐射，又可以用来防止接收机受到工作频带以外的干扰。为了滤除上述电路中的干扰信号，需要使用高选择性的带通滤波器，这些滤波器使得系统对外界或内部杂波信号具有免疫能力；具体表现为带通滤波器的低损耗、高边带抑制、宽阻带等性能。在保证带通滤波器的高性能的情况下，为了适应系统小型化的需要，带通滤波器的小型化成为必须要考虑的问题。综上所诉，基于高边带抑制、宽阻带特性的小型化带通滤波器越来越成为滤波器设计领域的研究热点。
过去的滤波器设计要么只具有高边带抑制特性，要么只具有宽阻带特型；能把两者有机结合的滤波器设计凤毛麟角，而且都是在波导滤波器设计中出现，但是波导滤波器不能够进行平面化二维集成，而且其体积和重量也是严重制约系统应用的重要因数。
技术实现要素：
本发明的目的是为了在同一个滤波器中实现高边带抑制和宽阻带特性的结合，提出了一种基于fsir的多零点传输特性滤波器，在保证滤波器高边带抑制和宽阻带特性的基础上，通过fsir技术实现滤波器尺寸的高度小型化。
本发明的技术方案为：基于fsir的多零点传输特性滤波器，包括底层镀铜层、中间层印制板基板以及顶层镀铜层；底层镀铜层与顶层镀铜层分别覆盖于中间层印制板基板的两面；底层镀铜层为接地的全镀铜层；顶层镀铜层包括：
两个半波长fsir，即第一半波长fsir与第二半波长fsir；
四个1/4波长fsir，即第一1/4波长fsir、第二1/4波长fsir、第三1/4波长fsir与第四1/4波长fsir；
两个馈口，即第一馈口与第二馈口；
以及一个金属化通孔，其设置于顶层镀铜层中心，贯穿顶层镀铜层、中间层印制板基板以及底层镀铜层并接地。
第一馈口与第二馈口分别位于顶层镀铜层两端，且以金属化通孔为中心对称设置；第一馈口与第一半波长fsir电连接，第二馈口与第二半波长fsir电连接；第一半波长fsir与第二半波长fsir呈左右对称设置；第一半波长fsir分别与第一1/4波长fsir、第二1/4波长fsir磁耦合连接，第二半波长fsir分别与第三1/4波长fsir、第四1/4波长fsir磁耦合连接。
四个1/4波长fsir均位于顶层镀铜层中心位置并通过金属化通孔接地；第一1/4波长fsir与第四1/4波长fsir磁耦合连接，并呈左右对称设置；第二1/4波长fsir与第三1/4波长fsir磁耦合连接，并呈左右对称设置；第一1/4波长fsir与第二1/4波长fsir电磁混合耦合连接，并呈上下对称设置；第三1/4波长fsir与第四1/4波长fsir电磁混合耦合连接，并呈上下对称设置。
底层镀铜层和顶层镀铜层的厚度均为0.035mm，中间层印制板基板采用厚度为0.508mm的罗杰斯5880介质材料制成。
本发明的有益效果是：本发明在具有高性能优势的情况下，滤波器结构也很简单，可以采用简易印制电路板工艺批量制造，并且加工精度可以很好的控制，成品率很高，保证了低成本的优势。本发明可大规模应用于通信、雷达以及其它无线系统中，如lmds、mmds、4g、5g、海事雷达等。
进一步地，第一馈口与第二馈口均采用渐变线形式的馈口。
上述进一步方案的有益效果是：两端的馈口采用渐变线形式，以利于扩展滤波器带宽和平滑通带。
进一步地，半波长fsir通过将半波长sir的传输线进行折叠制成，1/4波长fsir通过将1/4波长sir的传输线进行折叠制成。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用fsir，本发明可以极大地减小滤波器的尺寸，滤波器实际尺寸为12.3mm×10.4mm，转换为导波波长量度计算为0.21λg(导波波长)×0.18λg，较传统滤波器尺寸减小约96％。
进一步地，两个半波长fsir和四个1/4波长fsir共同构成6条传输路径：
路径1：第一半波长fsir-第一1/4波长fsir-第四1/4波长fsir-第二半波长fsir；
路径2：第一半波长fsir-第二1/4波长fsir-第三1/4波长fsir-第二半波长fsir；
路径3：第一半波长fsir-第一1/4波长fsir-第四1/4波长fsir-第三1/4波长fsir-第二半波长fsir；
路径4：第一半波长fsir-第一1/4波长fsir-第二1/4波长fsir-第三1/4波长fsir-第二半波长fsir；
路径5：第一半波长fsir-第二1/4波长fsir-第三1/4波长fsir-第四1/4波长fsir-第二半波长fsir；
路径6：第一半波长fsir-第二1/4波长fsir-第一1/4波长fsir-第四1/4波长fsir-第二半波长fsir。
路径3、路径4、路径5和路径6由于路径内自身的电磁混合耦合，各产生一个传输零点；路径1和路径2由于路径交叉耦合，产生一个传输零点；路径3和路径4由于路径交叉耦合，产生一个传输零点；路径5和路径6由于路径交叉耦合，产生一个传输零点。
上述进一步方案的有益效果是：本发明通过多路径耦合和电磁混合耦合产生了多个传输零点，多个传输零点结合，使得本发明既具有高矩形系数(40db带宽除以1db带宽)也就是高边带抑制，达到1.98，同时也具有宽阻带特性，带外30db衰减阻带宽度达到3倍中心频率。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的基于fsir的多零点传输特性滤波器结构示意图。
图2所示为本发明实施例提供的基于fsir的多零点传输特性滤波器耦合拓扑结构图。
图3所示为本发明实施例提供的滤波器窄带仿真结果和测试结果示意图。
图4所示为本发明实施例提供的滤波器宽带仿真结果和测试结果示意图。
附图标记说明：1-第一半波长fsir、2-第一1/4波长fsir、3-第二1/4波长fsir、4-第三1/4波长fsir、5-第四1/4波长fsir、6-第二半波长fsir、7-第一馈口、8-第二馈口、9-金属化通孔。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
本发明实施例提供了一种基于fsir的多零点传输特性滤波器，包括底层镀铜层、中间层印制板基板以及顶层镀铜层。底层镀铜层与顶层镀铜层分别覆盖于中间层印制板基板的两面。本发明实施例中，底层镀铜层和顶层镀铜层的厚度均为0.035mm，中间层印制板基板采用厚度为0.508mm的罗杰斯5880介质材料制成。
其中，如图1所示，底层镀铜层为接地的全镀铜层，顶层镀铜层包括：
两个半波长fsir(foldingsteppedimpedanceresonator，折叠阶跃阻抗谐振器)，即第一半波长fsir1与第二半波长fsir6。
四个1/4波长fsir，即第一1/4波长fsir2、第二1/4波长fsir3、第三1/4波长fsir4与第四1/4波长fsir5。
两个馈口，即第一馈口7与第二馈口8。
以及一个金属化通孔9，其设置于顶层镀铜层中心，贯穿顶层镀铜层、中间层印制板基板以及底层镀铜层并接地，用于产生电磁混合耦合。
其中，半波长fsir通过将半波长sir(steppedimpedanceresonator，阶跃阻抗谐振器)的传输线进行折叠制成，1/4波长fsir通过将1/4波长sir的传输线进行折叠制成。谐振器用半波长fsir和1/4波长fsir是为了改善阻带特性以及极大地减小滤波器的尺寸，本发明实施例中，滤波器实际尺寸为12.3mm×10.4mm，转换为导波波长量度计算为0.21λg(导波波长)×0.18λg，较传统滤波器尺寸减小约96％。两端的馈口采用渐变线形式，以利于扩展滤波器带宽和平滑通带。
第一馈口7与第二馈口8分别位于顶层镀铜层两端，且以金属化通孔9为中心对称设置。第一馈口7与第一半波长fsir1电连接，第二馈口8与第二半波长fsir6电连接。第一半波长fsir1与第二半波长fsir6呈左右对称设置。第一半波长fsir1分别与第一1/4波长fsir2、第二1/4波长fsir3磁耦合连接，第二半波长fsir6分别与第三1/4波长fsir4、第四1/4波长fsir5磁耦合连接。
四个1/4波长fsir均位于顶层镀铜层中心位置并通过金属化通孔9接地。第一1/4波长fsir2与第四1/4波长fsir5磁耦合连接，并呈左右对称设置。第二1/4波长fsir3与第三1/4波长fsir4磁耦合连接，并呈左右对称设置。第一1/4波长fsir2与第二1/4波长fsir3电磁混合耦合连接，并呈上下对称设置。第三1/4波长fsir4与第四1/4波长fsir5电磁混合耦合连接，并呈上下对称设置。
本发明实施例的基于fsir的多零点传输特性滤波器，其耦合拓扑结构如图2所示，中间的4个谐振器(2,3,4,5)为1/4波长fsir，两端的两个谐振器(1,6)为半波长fsir；最左端7为第一馈口，最右端8为第二溃口，m表示磁耦合(实线)，e表示电耦合(虚线)。则两个半波长fsir和四个1/4波长fsir共同构成6条传输路径，分别为：
路径1：1-2-5-6，路径2：1-3-4-6，路径3：1-2-5-4-6，路径4：1-2-3-4-6，路径5：1-3-4-5-6，路径6：1-3-2-5-6。
其中，路径1和路径2，路径3和路径4，路径5和路径6分别形成一对多路径交叉耦合，根据一对多路径交叉耦合可以得到一个传输零点的原理，可以得到3个传输零点。同时，路径3、路径4、路径5和路径6中均具有一段电磁混合耦合传输路径(2-3或4-5)，根据一个电磁混合耦合路径产生一个传输零点的原理，则路径3-路径6总共可以产生4个传输零点。最终可以从本耦合拓扑结构产生7个传输零点。多个传输零点结合，使得本发明既具有高矩形系数(40db带宽除以1db带宽)也就是高边带抑制，达到1.98，同时也具有宽阻带特性，带外30db衰减阻带宽度达到3倍中心频率。
如图3所示为本发明实施例提供的基于fsir的多零点传输特性滤波器的窄带仿真结果和测试结果，如图4所示为的本发明实施例提供的基于fsir的多零点传输特性滤波器的宽带仿真结果和测试结果。图3右上角为滤波器的实物照片，可以从图中尺寸看出该滤波器很小。图4中有7个传输零点，可以印证图2的分析结果。并且可以直观的从图3和图4中看出，此滤波器具有优异的边带抑制效果和阻带抑制效果，具体数据如表1所示。
表1
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。