基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器及加工方法技术

一种基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器及加工方法，滤波功分器包括由金属材料制成的地板，以及设置在地板上的介质层；介质层上设置有谐振层，谐振层包括多模谐振结构、功分结构以及石墨烯纳米板，多模谐振结构包括开路短截线和水平短截线，功分结构包括十字微带线和阶梯阻抗耦合线，阶梯阻抗耦合线设置两对且对称连接在十字微带线末端的上下两侧表面，两对阶梯阻抗耦合线之间连接隔离电阻；多模谐振结构对称设置两对且与两对阶梯阻抗耦合线相连，石墨烯纳米板分别位于阶梯阻抗耦合线以及开路短截线旁侧。本发明专利技术整体结构分为石墨烯

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器及加工方法


[0001]本专利技术属于微波器件
，具体涉及一种基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器及加工方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的快速发展，微波射频通信技术在日常生活中也得到了越来越广泛的运用，因此无线射频通信系统的稳定性和有效性变得越来越重要，各类无线微波射频通信技术的发展主要依赖于微波器件高性能、低成本、集成化和小型化。滤波器和功分器是微波射频无线通信系统中两种应用非常频繁的无源器件，它们都可以广泛应用于天线阵列、倍频器以及混频器等微波电路中。石墨烯在微波频率方面具有许多重要特性，如柔韧性、全向电阻和可调电阻率。利用电阻率可调的特性，石墨烯也被广泛应用于许多微波器件中，如天线、吸收器和衰减器。可控的电导率使得石墨烯在可调谐器件的设计中具有巨大的潜力，尤其是在衰减器中。以前的工作已经设计和分析了一些基于石墨烯材料的可调谐衰减器，例如“一种基于石墨烯的基片集成波导动态可调”(申请号：201710569085.9，申请公布号：CN 107196028 A)公开了一种基于石墨烯的基片集成波导动态可调衰减器。
[0003]现有的这种衰减器由基片集成波导和插在介质中的石墨烯三明治结构构成，可以通过调节石墨烯的电导率、石墨烯的长度以及石墨烯三明治结构间的距离来调节衰减器的衰减量和衰减量的动态调控范围。但是，这种衰减器没有附加功能。随着现代微波器件的发展，多功能性和高集成度变得越来越重要。现有的滤波器、功分器和衰减器常常作为单独的器件以级联方式应用到无线通信系统之中，然而采用这样方式形成的电路结构往往会不可避免地产生额外的插入损耗，以及占用不必要的电路尺寸，大大地限制了系统的小型化。因此，迫切需要将滤波、功分和衰减集成在一起，从而形成小型化、多功能化的器件。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器及加工方法，器件结构简单，能够实现器件的小型化和多功能化。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0006]一种基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器，包括由金属材料制成的地板，以及设置在地板上的介质层；所述介质层上设置有谐振层，所述谐振层包括多模谐振结构、功分结构以及石墨烯纳米板，所述多模谐振结构包括开路短截线和水平短截线，功分结构包括十字微带线和阶梯阻抗耦合线，阶梯阻抗耦合线设置两对且对称连接在十字微带线末端的上下两侧表面，两对阶梯阻抗耦合线之间连接隔离电阻；所述多模谐振结构对称设置两对且与两对阶梯阻抗耦合线相连，所述石墨烯纳米板分别位于所述阶梯阻抗耦合线以及所述开路短截线旁侧。
[0007]作为一种优选方案，所述地板以及所述多模谐振结构、功分结构采用金属材料铜制成；介质层采用Rogers RO4003材料制成，介质层的尺寸与地板相同，地板为方形。
[0008]作为一种优选方案，所述介质层的介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027，层厚为0.813mm。
[0009]作为一种优选方案，所述的开路短截线和水平短截线相互垂直，开路短截线与阶梯阻抗耦合线平行。
[0010]作为一种优选方案，所述石墨烯纳米板设置四块，包括位于两对阶梯阻抗耦合线旁侧的第一石墨烯纳米板和第二石墨烯纳米板，以及位于两对开路短截线旁侧的第三石墨烯纳米板和第四石墨烯纳米板，四块石墨烯纳米板均位于阶梯阻抗耦合线与开路短截线之间区域。
[0011]作为一种优选方案，四块石墨烯纳米板的大小和厚度相同，第一石墨烯纳米板和第二石墨烯纳米板位置对称，第三石墨烯纳米板和第四石墨烯纳米板的位置对称。
[0012]作为一种优选方案，所述的阶梯阻抗耦合线由第一分支和第二分支组成复合阶梯型结构，第一分支和第二分支的底部台阶面平行且顶部台阶面重叠，阶梯阻抗耦合线由介质层的上下两侧边延伸而出。
[0013]作为一种优选方案，所述隔离电阻的阻值为560Ω。
[0014]作为一种优选方案，通过调节所述石墨烯纳米板的表面阻抗来调节滤波功分器的衰减量。
[0015]一种所述基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器的加工方法，包括以下步骤：
[0016]将石墨烯溶液沉积在阶梯阻抗耦合线以及开路短截线旁侧，制备石墨烯纳米板；
[0017]通过控制偏置电压调节阶梯阻抗耦合线或开路短截线旁侧石墨烯纳米板的阻值大小；
[0018]通过调整对应位置石墨烯纳米板的阻抗，控制滤波功分器的通带衰减大小。
[0019]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
[0020]本专利技术滤波功分器的可调衰减性能由石墨烯纳米板提供，整体结构从上到下依次可以分为石墨烯
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谐振层、介质层和地板共三层，结构简单。多模谐振结构包括开路短截线和水平短截线，它成功完成了频率选择功能，同时提供了良好的场聚集效果。功分结构由十字微带线和阶梯阻抗耦合线组成，提供了功率分配功能。为了实现更好的电场衰减，本专利技术将石墨烯加载在具有较大电场的地方，石墨烯纳米板分别位于阶梯阻抗耦合线以及开路短截线旁侧，负责电场的可控调节，作为可调电阻器工作。输入能量会逐渐消耗在并联加载的石墨烯纳米板上，避免调整过程中输入阻抗不匹配。两对阶梯阻抗耦合线之间连接隔离电阻，具有可调衰减的滤波功分器在介质层上制造谐振层，成本较低，便于PCB工艺大规模生产。本专利技术的加工过程简单，并且可以将滤波、功分和衰减集成在一起，形成小型化、多功能化的器件。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下面描述中的附图是本专利技术的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器的谐振层俯视示意图；
[0024]图3是石墨烯的表面阻抗随偏置电压变化的曲线图；
[0025]图4是本专利技术滤波功分器的传输系数随着石墨烯表面阻抗的变化图；
[0026]图5是本专利技术滤波功分器的反射系数随着石墨烯表面阻抗的变化图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0028]基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也都属于本专利技术保护的范围。
[0029]参见图1，本专利技术实施例基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器包括地板3以及设置在地板3上的介质层2，介质层2上设置有谐振层1，谐振层1和地板3都采用采用金属材料铜，谐振层1的厚度为0.018mm，地板3的尺寸为23mm*48mm。介质层2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器，其特征在于，包括由金属材料制成的地板(3)，以及设置在地板(3)上的介质层(2)；所述介质层(2)上设置有谐振层(1)，所述谐振层(1)包括多模谐振结构(4)、功分结构(5)以及石墨烯纳米板(6)，所述多模谐振结构(4)包括开路短截线和水平短截线，功分结构(5)包括十字微带线和阶梯阻抗耦合线，阶梯阻抗耦合线设置两对且对称连接在十字微带线末端的上下两侧表面，两对阶梯阻抗耦合线之间连接隔离电阻(7)；所述多模谐振结构(4)对称设置两对且与两对阶梯阻抗耦合线相连，所述石墨烯纳米板(6)分别位于所述阶梯阻抗耦合线以及所述开路短截线旁侧。2.根据权利要求1所述基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器，其特征在于，所述地板(3)以及所述多模谐振结构(4)、功分结构(5)采用金属材料铜制成；介质层(2)采用Rogers RO4003材料制成，介质层(2)的尺寸与地板(3)相同，地板(3)为方形。3.根据权利要求2所述基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器，其特征在于，所述介质层(2)的介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027，层厚为0.813mm。4.根据权利要求1所述基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器，其特征在于，所述的开路短截线和水平短截线相互垂直，开路短截线与阶梯阻抗耦合线平行。5.根据权利要求1所述基于石墨烯纳米板具有可调衰减的滤波功分器，其特征在于，所述石墨烯纳米板(6)设置四块，包括位于两对阶梯阻抗耦合线旁侧的第一石墨烯纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心怡，林磊，陈建忠，赵雨桐，
申请(专利权)人：福建华海传音科技有限公司，
类型：发明
国别省市：