一种双频段极化敏感带阻滤波器及其制备方法
阅读说明：本技术 一种双频段极化敏感带阻滤波器及其制备方法 (Dual-band polarization sensitive band-stop filter and preparation method thereof ) 是由 阮久福 孟子凡 邹睿智 兰凤 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双频段极化敏感带阻滤波器及其制备方法,滤波器包括：M×N个由谐振层及介质基底组成的相同单元,谐振层由周期性排列的E字型阵列组成,谐振层和介质基底的材料分别是Ti3C2Tx和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；制备方法为依次在基底上旋涂光刻胶、光刻、旋涂Ti3C2Tx分散液及去除光刻胶胶膜。本发明滤波器结构简单,具有良好的频率选择性,且对不同的极化电磁波具有不同的频率响应；制备方法工艺简单,易于实现。(The invention discloses a dual-band polarization sensitive band-stop filter and a preparation method thereof, wherein the filter comprises: m x N identical units composed of resonance layer and medium substrate, the resonance layer is composed of periodically arranged E-shaped array, the materials of resonance layer and medium substrate are Ti3C2Tx and polyethylene terephthalate (PET); the preparation method comprises the steps of spin coating photoresist on a substrate, photoetching, spin coating Ti3C2Tx dispersion liquid and removing the photoresist film in sequence. The filter has simple structure, good frequency selectivity and different frequency responses to different polarized electromagnetic waves; the preparation method has simple process and is easy to realize.)
技术领域
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极化敏感带阻滤波器及其制备方法。
背景技术
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。还有，目前的滤波器器件多是对称结构，对极化不敏感。而在某些特定场合，需要区分TE和TM这两种不同的极化电磁波。
基于上述问题，如何设计薄、轻、柔性可穿戴的用于无线局域网频段的双频段极化敏感带阻滤波器成为本领域亟需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要提出一种结构简单，易于实现的双频段极化敏感带阻滤波器。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双频段极化敏感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，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；
所述单元包括谐振层和基底；沿着波入射方向，依次为谐振层，基底；
所述单元的边长为4cm；
所述谐振层的材料为Ti3C2TxMXene；所述基底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；
所述谐振层的厚度在2um和10um之间；
所述谐振层包括E型贴片，第一直角梯形条，第二直角梯形条，第三直角梯形条和第四直角梯形条；所述E型贴片由三个横边和1个竖边组成；所述三个横边等大，即三条横边的长度和宽度相等；所述第一直角梯形条和第三直角梯形条水平设置在E型贴片上方和下方，且与下底与E型贴片相连，第二直角梯形条和第四直角梯形条竖直设置在E型贴片左方，且下底与E型贴片相连；所述第一直角梯形条下底与第二直角梯形条直角边相连，第三直角梯形条下底与第四直角梯形条直角边相连；所述第一直角梯形条与第三直角梯形条等大，第二直角梯形条与第四直角梯形条等大；
所述E型贴片的3个横边长度为1.85cm，宽度为0.40cm，竖边为2.80cm，宽度为0.35cm；
所述第一直角梯形条和所述第三直角梯形条的上底为0.85cm，下底为1.05cm，高为0.25cm；
所述第二直角梯形条和所述第四直角梯形条的上底为0.65cm，下底为0.80cm，高为0.25cm；
所述滤波器在2.4GHz和4.9GHz两个频率附近谐振深度约30dB，并在这两个频率附近各有一个阻带；所述滤波器在2.2-2.55GHz和4.83-4.99GHz范围内对电磁波的插入损耗超过-10dB；所述滤波器在2.33-2.43GHz和4.89-4.93GHz范围内对电磁波的插入损耗超过-20dB。
所述滤波器对不同极化的电磁波即TE极化和TM极化的电磁波具有不同的频率响应。
首先，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上旋涂12um厚的正光刻胶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；
最后，去除正光刻胶，得到所述的双频段极化敏感带阻滤波器；
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。
可选的，所述基底的厚度范围为50-200um。
可选的，所述正光刻胶是AZ4562。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种双频段极化敏感带阻滤波器及其制备方法，通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底使得滤波器具有柔性；使用密度小而具有类金属特性的Ti3C2TxMxene材料代替金属作为谐振层材料，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，且对不同的极化电磁波具有不同的频率响应；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
图1为本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器单个单元的结构示意图；
图2为本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器4×4单元阵列的正视图；
图3为本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器4×4单元阵列的侧视图；
图4为本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器单个单元的谐振层结构示意图；
图5为本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器的传输响应图；
图6为本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器的TE模式下的不同极化角下的传输响应；
图7为本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器的TM模式下的不同极化角下的传输响应；
图8为本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器的制备方法示意图。
其中，1、基底，2、谐振层，3、E型贴片，4、第一直角梯形条，5、第二直角梯形条，6、第三直角梯形条，7、第四直角梯形条。
具体实施方式
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。
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。
本发明提供了一种双频段极化敏感带阻滤波器及其制备方法，所述双频段极化敏感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＝4。
如图1和图2所示，基底1的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，谐振层2的材质为二维材料Ti3C2Tx。
如图3所示，基底1的厚度b为100um，谐振层2的厚度a为4.3um。
如图4所示，所述谐振层2包括：E型贴片3、第一直角梯形条4、第二直角梯形条5、第三直角梯形条6、第四直角梯形条7，所述第一直角梯形条4和第三直角梯形条6水平设置在E型贴片3上方和下方且与下底与E型贴片3相连，第二直角梯形条5和第四直角梯形条7竖直设置在E型贴片3左方且下底与E型贴片3相连；所述第一直角梯形条4下底与第二直角梯形条5直角边相连，第三直角梯形条6下底与第四直角梯形条7直角边相连。
本实施例中所述单个单元的边长D为4cm；所述E型贴片的3个横长d为1.85cm，宽度w1为0.40cm，竖长l为2.80cm，宽度w2为0.35cm；所述第一与第三直角梯形条的上底f1为0.85cm，下底g1为1.05cm，高w3为0.25cm；所述第二与第四直角梯形条的上底f2为0.65cm，下底g2为0.80cm，高w3为0.25cm。
如图5所示，本发明实施例滤波器的第一个阻带的中心频率为2.4GHz，插入损耗为-34dB，相对带宽为14％；第二个阻带的中心频率为4.9GHz，插入损耗为-30dB，相对带宽为3％。
如图6和图7所示的TE模式和TM模式下不同极化角度下的传输响应，本发明实施例滤波器对于不同的极化角度具有敏感性，也就是说本发明所述滤波器是极化敏感的，即对不同极化的电磁波具有不同的传输响应。
如图8所示的本发明实施例双频段极化敏感带阻滤波器的制备方法，首先，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)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Ti3C2Tx固态薄膜后，烘烤3分钟；Ti3C2Tx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，得到所述的双频段极化敏感带阻滤波器；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。
本实施例中的双频段极化敏感带阻滤波器，具有两个工作频段，其-10dB以下的工作频段分别为2.2-2.55GHz和4.83-4.99GHz，其-20dB以下的工作频段分别为2.33-2.43GHz和4.89-4.93GHz，谐振频点分别是2.4GHz和4.9GHz，插入损耗分别可达到-34dB和-30dB，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极化敏感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。
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。
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