CN104767011B - 基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器，用于解决现有带阻滤波器无法实现温度调控的技术问题。技术方案是包括基底和至少一个开口环，所述开口环的任意一边有开口，所述基底上表面正中开有凹槽，凹槽长边与基底长边平行，凹槽短边与基底短边平行，凹槽长边和凹槽短边的尺寸分别与开口环的边长和厚度相同，凹槽里嵌有开口环，开口环的开口朝上。开口环面与入射电磁波平行时，在平行电磁波的激励下开口环中产生感应电流，开口环等效为谐振电路。在谐振点附近频域，开口环对外部电磁场表现出带阻滤波特性。由于导电橡胶的电阻率会随着温度的升高而变大，从而实现对滤波器性能的调控，同时多单元阵列也能实现温度调控的滤波功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种带阻滤波器，特别是涉及一种基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器。
背景技术
带阻滤波器是指能通过大多数频率分量，但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。
参照图7，文献“Microwave filters with improved stopband based on sub-wavelength resonators.Microwave Theory and Techniques,2005,53(6):1997-2006.”公开了一种通过在50Ω微带传输线接地板上蚀刻出方形开口谐振环来实现带阻滤波功能的滤波器。这种滤波器的介质基板91是覆铜板，带阻滤波器件由蚀刻方形开口谐振环凹槽的微带传输线接地板覆铜片92构成。此项工作研究了开口环的等效电路，将其等效为一谐振电路，由环间等效电容和形成电流环的等效电感组成。在入射电磁波的激励下整个方形开口环构型等效为一个谐振回路并产生谐振。在谐振点附近频域，由于方形开口环会对外部电磁场表现出带通或带阻特性，其对外部电场的响应特性可以通过改变相应结构尺寸来控制。然而，对这种滤波器的调控仅仅能通过更改设计尺寸来实现，在尺寸不变的条件下无法实现温度调控，因此在应用中受到了诸多限制。
发明内容
为了克服现有带阻滤波器无法实现温度调控的不足，本发明提供一种基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器。该带阻滤波器包括基底和至少一个开口环，所述开口环的任意一边有开口，所述基底上表面正中开有凹槽，凹槽长边与基底长边平行，凹槽短边与基底短边平行，凹槽长边和凹槽短边的尺寸分别与开口环的边长和厚度相同，凹槽里嵌有开口环，开口环的开口朝上。开口环面与入射电磁波平行时，在平行电磁波的激励下开口环中产生感应电流，开口两边则积累等量相反电荷，这样整个开口环等效为谐振电路。在谐振点附近频域，开口环对外部电磁场表现出带阻滤波特性。由于导电橡胶的电阻率会随着温度的升高而变大，在温度变化的条件下开口环产生的感应电流也会受到影响，于是对外部电磁场的滤波特性就会改变，从而实现温度对滤波器性能的调控。该带阻滤波器滤波性能的改变取决于外部温度的变化，不依赖于尺寸的改变，同时单个组成单元与多单元阵列均能实现温度调控的滤波功能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器，其特点是包括基底1和至少一个开口环2，所述开口环2的任意一边有开口，所述基底1上表面正中开有凹槽，凹槽长边与基底1长边平行，凹槽短边与基底1短边平行，凹槽长边和凹槽短边的尺寸分别与开口环2的边长和厚度相同，凹槽里嵌有开口环2，开口环2的开口朝上。
所述基底1的材料是聚乙烯泡沫。
所述基底1的厚度H为3.00mm。
所述开口环2的材料是导电橡胶。
所述导电橡胶中导电介质为铜镀银颗粒。
所述开口环2的尺寸：边长p＝5.00mm，厚度t＝0.50mm，开口宽度g＝1.00mm，线宽w＝1.00mm。
所述基底1与多个开口环2组成多单元阵列，开口环2等距离向基底1短边方向延伸分布。
本发明的有益效果是：该带阻滤波器包括基底和至少一个开口环，所述开口环的任意一边有开口，所述基底上表面正中开有凹槽，凹槽长边与基底长边平行，凹槽短边与基底短边平行，凹槽长边和凹槽短边的尺寸分别与开口环的边长和厚度相同，凹槽里嵌有开口环，开口环的开口朝上。开口环面与入射电磁波平行时，在平行电磁波的激励下开口环中产生感应电流，开口两边则积累等量相反电荷，这样整个开口环等效为谐振电路。在谐振点附近频域，开口环对外部电磁场表现出带阻滤波特性。由于导电橡胶的电阻率会随着温度的升高而变大，在温度变化的条件下开口环产生的感应电流也会受到影响，于是对外部电磁场的滤波特性就会改变，从而实现温度对滤波器性能的调控。该带阻滤波器滤波性能的改变取决于外部温度的变化，不依赖于尺寸的改变，同时单个组成单元与多单元阵列均能实现温度调控的滤波功能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器的结构示意图。
图2是图1中开口环的示意图。
图3是图1中基底的示意图。
图4是基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器多单元阵列立体示意图。
图5是本发明实施例制作的基于导电橡胶材料温度可调带阻滤波器的透射反射频谱。
图6是本发明实施例制作的基于导电橡胶材料温度可调带阻滤波器在温度调控下的透射反射频谱。
图7是背景技术带阻滤波器的结构示意图。
图中，1-基底；2-开口环；91-介质基板；92-覆铜片。
具体实施方式
以下实施例参照图1-6。
本发明基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器包括基底1和至少一个开口环2，所述开口环2的任意一边有开口，所述基底1上表面正中开有凹槽，凹槽长边与基底1长边平行，凹槽短边与基底1短边平行，凹槽长边和凹槽短边的尺寸分别与开口环2的边长和厚度相同，凹槽里嵌有开口环2，开口环2的开口朝上，组成温度可调滤波器的基本单元。导电橡胶材料中填充导电介质为铜镀银颗粒。
所述基底1与多个开口环2组成多单元阵列，开口环2等距离向基底1短边方向延伸分布。
基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器工作原理如下：由于导电橡胶的到底安特性，在电磁场的激励下，开口环2中产生感应电流其等效电感L，开口环2两边的开口上则积累等量相反电荷，其等效为电容C。这样整个开口环2等效为LC谐振电路，其电路模型的谐振频率可由等效电感电容电路分析
在谐振点频率ω0附近，开口环2会对外部电磁场表现出带阻特性，因此基于导电橡胶的方形开口环结构具备了带阻滤波功能。
开口环2中导电橡胶的导电行为取决于填充导电粒子形成的有效导电链。当外部环境温度上升时，导电橡胶内部有效导电链逐渐减少，继而导致导电橡胶电阻率升高。对于导电橡胶开口环而言，其等效电感L会增大，同时对外部电磁场的滤波能力减弱。从而实现了温度对滤波功能的调控。
应用实施例：将裁成方形结构的导电橡胶开口环嵌入到一侧带有凹槽的泡沫基底中，组成温度可调滤波器的基本单元。聚乙烯泡沫基底1尺寸：宽度D＝3.00mm，高度H＝3.00mm，长度L＝10.16mm，开槽深度V＝1.5mm。开口环2尺寸：边长p＝5.00mm；厚度t＝0.50mm；宽度g＝1.00mm；线宽w＝1.00mm。该基本单元以晶格常数N＝3.00mm沿磁场方向排布获得温度可调滤波器件。
从图5中可以看出，本实施例制备的温度可调带阻滤波器在电磁波的激励下，透射谱在10.0GHz附近出现了谐振峰，滤波频宽为0.5GHz；从图6中可以看出，带阻滤波器的滤波特性随着环境温度的变化而改变：环境温度从-20℃度升高到60℃，滤波器件的滤波带宽逐渐变窄滤波能力减弱，当环境温度升高至100℃时，带阻滤波器的滤波特性消失。因此，本实例与文献案例相比可以实现带阻滤波器的温度调控功能。
发明人对泡沫基底开槽深度1.5mm和导电橡胶开口环厚度0.5mm进行了实验，取得了良好的效果。
Claims (6)
1.一种基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器，其特征在于：包括基底(1)和至少一个开口环(2)，所述开口环(2)的一边有开口，所述基底(1)上表面正中开有凹槽，凹槽长边与基底(1)长边平行，凹槽短边与基底(1)短边平行，凹槽长边和凹槽短边的尺寸分别与开口环(2)的边长和厚度相同，凹槽里嵌有开口环(2)，开口环(2)的开口朝上；所述开口环(2)的材料是导电橡胶。
2.根据权利要求1所述的基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器，其特征在于：所述基底(1)的材料是聚乙烯泡沫。
3.根据权利要求1或2所述的基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器，其特征在于：所述基底(1)的厚度H为3.00mm。
4.根据权利要求1所述的基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器，其特征在于：所述导电橡胶中导电介质为铜镀银颗粒。
5.根据权利要求1所述的基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器，其特征在于：所述开口环(2)的尺寸：边长p＝5.00mm，厚度t＝0.50mm，开口宽度g＝1.00mm，线宽w＝1.00mm。
6.根据权利要求1所述的基于导电橡胶材料的温度可调带阻滤波器，其特征在于：所述基底(1)与多个开口环(2)组成多单元阵列，开口环(2)等距离向基底(1)短边方向延伸分布。
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