一种双频段带阻滤波器及其制备方法与流程

1.本发明涉及无线通信器件及微加工技术领域，特别是涉及一种双频段带阻滤波器及其制备方法。


背景技术：

2.滤波器作为选频器件，在无线通信领域其主要作用是阻挡不需要的信号，使得目标频率的信号通过，从而提高信噪比以改善通信效果。传统的滤波器通常采用印刷电路板(pcb)技术制作，即在介质基板上印制35um厚的铜，使用该方法制作的滤波器很难满足轻薄且可弯曲即具有柔性的性能需求，因此不适合便携和可穿戴应用。而随着无线通信及物联网技术的高速发展，对轻薄、便携、可穿戴的电子设备的需求日益增长。因此，设计柔性轻薄的高性能滤波器，对可穿戴电子设备的发展及实用化具有重要意义。此外，现有的用于无线通信的滤波器，多数只能实现单频滤波。而随着通信频率的增加，可用通信频带增加，双频段器件适用范围更广。
3.基于上述问题，如何设计薄、轻、柔性可穿戴的用于无线通信频段的双频段带阻滤波器成为本领域亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提出一种结构简单，易于实现的双频段带阻滤波器。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种双频段带阻滤波器及其制备方法，其特征在于：所述滤波器为周期性结构，包括m
×
n个单元，相邻单元无间距，m、n均为大于等于2的正整数，m可以小于、等于或大于n；
7.所述单元包括两层谐振层和介质夹层；沿着波入射方向，依次为第一谐振层、介质夹层、第二谐振层；
8.所述谐振层的材料为ti3c2t
x mxene；所述介质夹层的材料为聚酰亚胺(pi)；
9.所述第一谐振层和第二谐振层的厚度可以相等，也可以不相等，但均在2um和10um之间；
10.所述单元的介质夹层为正方形；
11.所述第一谐振层的周期性排列的图案为在正方形的四条边的中心分别镂空四个半圆形；所述第一谐振层的周期性排列的图案的边长略小于介质层的边长；
12.所述第二谐振层的周期性排列的图案为两个条形于各自的中心正交而成；两个条形等大，且均位于第二谐振层的中心，且与介质夹层两条垂直的边平行；
13.所述滤波器在2.52ghz和4.9ghz两个频率附近谐振深度约35db，并在这两个频率附近各有一个阻带；所述滤波器在2.61
‑
4.10ghz和4.68
‑
5.55ghz范围内对电磁波的插入损耗超过
‑
10db；所述滤波器在3.25
‑
3.76ghz和4.79
‑
5.05ghz范围内对电磁波的插入损耗超过
‑
20db；
14.首先，在聚酰亚胺(pi)基底上旋涂12um厚的正光刻胶以形成厚度均匀的胶膜；
15.其次，依次曝光、显影后得到所需要的团案；
16.然后，旋涂分散液，静置；待分散液中液体成分蒸发完毕后，基底上全是ti3c2t
x
mxene固态薄膜后，烘烤3分钟；mxene薄膜的厚度小于等于10um；在基片上依次涂覆戊酮、乙二醇，然后静置等待这两种溶液中的溶剂自然蒸发完毕；
17.最后，去除正光刻胶，得到所述的双频段带阻滤波器；
18.所述显影使用是az400k显影液与水按照1:4的体积配比稀释后浓度为3％的硼酸钾溶液；
19.所述去除正光刻胶使用的刻蚀液是按照1g草酸铵、1.66g甘氨酸、0.005g十二烷基苯黄、1ml 25％浓度的双氧水加100ml水溶液的配比配制的溶液；
20.所述去除正光刻胶的最佳时间为11分钟。
21.可选的，所述基底的厚度范围为50
‑
200um。
22.可选的，所述单元的边长为3cm。
23.可选的，所述第一谐振层周期性图案的边长为2.9cm，半圆形镂空的半径为0.8cm。。
24.可选的，所述第二谐振层两个条形的长度为2.8cm，宽度为0.4cm。
25.可选的，所述正光刻胶是az4562。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.本发明中通过使用聚酰亚胺(pi)基底使得滤波器具有柔性，使用ti3c2t
x
mxene使得滤波器在不损失滤波性能的前提下具备轻薄的结构特点，本发明滤波器具有两个工作频段，其结构简单新颖，具有良好的频率选择性；本发明中的制备方法工艺简单，无需复杂昂贵的加工设备，易于实现。
附图说明
28.图1为本发明实施例双频段带阻滤波器单个单元的结构示意图；
29.图2为本发明实施例双频段带阻滤波器单个单元阵列的侧视图；
30.图3为本发明实施例双频段带阻滤波器单个单元的第一谐振层结构示意图；
31.图4为本发明实施例双频段带阻滤波器单个单元的第二谐振层结构示意图；
32.图5为本发明实施例双频段带阻滤波器的传输响应图；
33.图6为本发明实施例双频段带阻滤波器的不同谐振层的传输响应图；
34.图7为本发明实施例双频段带阻滤波器的制备方法示意图。
35.其中，1、第一谐振层，2、第二谐振层，3、介质夹层，4、第一谐振层的周期性图案，5、第一条形，6、第二条形。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实
施方式对本发明作进一步详细的说明。
38.本发明提供了一种双频段带阻滤波器及其制备方法，所述双频段带阻滤波器为周期性结构，由m
×
n个相同的单元组成，相邻单元间无间距，m、n均为大于等于2的整数，m可以小于、等于或大于n。在本实施例中，取m＝n。
39.如图1所示，本发明实施例双频段带阻滤波器单个单元由第一谐振层1、第二谐振层2和介质夹层3组成；第一谐振层1和第二谐振层2的材料均为二维材料ti3c2t
x
，介质夹层3的材料为聚酰亚胺(pi)；介质夹层3为正方形。
40.如图2所示，本发明实施例双频段带阻滤波器第一谐振层1的厚度a1为4.3um，第二谐振层2的厚度a2为4.3um，介质夹层3的厚度b为200um。
41.如图3所示，第一谐振层1由第一谐振层的周期性图案4组成，第一谐振层的周期性图案的边长略小于介质夹层的边长；第一谐振层的周期性图案四边分别有一个镂空的、半径为r的半圆形。
42.如图4所示，第二谐振层2包括：第一条形5、第二条形6，所述第一条形5和第二条形均位于第二谐振层的中心，且第一条型5和第二条形6垂直交叉于各自中心，第一条形5和第二条形6分别与介质夹层两条垂直的边平行，所述第一条形5和第二条形6等大。
43.本实施例中所述单个单元的边长p为3cm；所述第一谐振层的周期性图案4的边长d为2.9cm，镂空半圆形的半径r为0.8cm；所述第二谐振层的第一条形5和第二条形6的长度l为2.8cm，宽度w为0.4cm。
44.如图5所示，本发明实施例的滤波器的第一个阻带的中心频率为3.52ghz，插入损耗为
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42db，相对带宽为14％；第二个阻带的中心频率为4.9ghz，插入损耗为
‑
35db，相对带宽为5％。
45.如图6所示的本发明实施例的滤波器的第一谐振层和第二谐振层单独的传输响应，本发明所述滤波器是通过第一谐振层和第二谐振层之间相互耦合，使得中心谐振频率蓝移。
46.如图7所示，首先，在聚酰亚胺(pi)基底上旋涂12um厚的正光刻胶az4562以形成厚度均匀的胶膜；其次，依次曝光、显影后得到所需要的团案；然后，旋涂分散液，静置；待分散液中液体成分蒸发完毕后，基底上全是ti3c2t
x
固态薄膜后，烘烤3分钟；ti3c2t
x
薄膜的厚度小于等于10um；在基片上依次涂覆戊酮、乙二醇，然后静置等待这两种溶液中的溶剂自然蒸发完毕；最后，去除正光刻胶，得到所述的双频段带阻滤波器；所述显影使用是az400k显影液与水按照1:4的体积配比稀释后浓度为3％的硼酸钾溶液；所述去除正光刻胶使用的刻蚀液是按照1g草酸铵、1.66g甘氨酸、0.005g十二烷基苯黄、1ml 25％浓度的双氧水加100ml水溶液的配比配制的溶液；所述去除正光刻胶的最佳时间为11分钟。即可得到本发明实施例的滤波器。
47.本实施例中的双频段带阻滤波器，具有两个工作频段，其
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10db以下的工作频段分别为2.61
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4.10ghz和4.68
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5.55ghz，其
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20db以下的工作频段分别为3.25
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3.76ghz和4.79
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5.05ghz，谐振频点分别是3.52ghz和4.9ghz，插入损耗分别可达到
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42db和
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35db，其频率选择性能良好，具有良好的陡降特性，能够满足无线局域网电磁波信号的双频带滤波工作要求。本实施例中的双频段带阻滤波器的制备方法，工艺简单，无需复杂昂贵的加工设备，易于实现。
48.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。