四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统

本发明是对我们的在先申请cn2023110322937、cn2023114285689、cn2024105274139的进一步改进，具体涉及一种四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统及其制作方法。

背景技术：

1、在我们的在先申请中，已经提出了发明专利申请cn2024105274139 “柔性数字编码多状态可调谐带通滤波器”，在该专利申请中，可调谐带通滤波器具有两种状态可切换使用。这里本发明是其进一步改进。相关的背景介绍可参考我们的在先申请申请cn2023110322937、cn2023114285689、cn2024105274139，这里不再重复。

2、在本发明中，我们通过使用多个oects的开关组合，实现了四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统，其在四种不同状态下分别具有不同的中心频率、插入损耗（il）、3db带宽、相对带宽（fbw），为实际使用提供了更高的灵活性，同时系统具有自修复功能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统，且无需外部电源供电，系统具有自修复功能。

2、实现本发明目的的具体技术方案是：

3、所述全柔性带通滤波器系统包括至少两个有机电化学晶体管（oects）、两个柔性锌离子电池（fzibs）、柔性带通滤波器，有机电化学晶体管（oects）、柔性锌离子电池（fzibs）、柔性带通滤波器集成在同一柔性衬底上，实现全柔性集成四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器；至少两个有机电化学晶体管（oects）作为压控开关，设置在柔性带通滤波器中，用于改变柔性带通滤波器的拓扑结构及微波特性；通过控制至少两个有机电化学晶体管（oects）的开关状态实现所述柔性带通滤波器在第一状态、第二状态、第三状态、第四状态间切换；

4、有机电化学晶体管（oects）作为压控开关，设置在柔性带通滤波器中，用于改变柔性带通滤波器的拓扑结构及微波特性；所述柔性带通滤波器分别处于第一状态（00）、第二状态（10）、第三状态（01）、第四状态（11）时，具有不同的中心频率、插入损耗（il）、3db带宽、相对带宽（fbw）。

5、在这里，开关单元的开状态定义为0，关状态定义为1。

6、所述有机电化学晶体管（oects）是一种三端薄膜器件，由栅极、源极、漏极、电解液以及连接源极和漏极的通道组成；所述有机电化学晶体管（oects）分为离子电路和电子电路，离子电路描述了离子在栅极-电解质-通道结构中的流动；电子电路根据欧姆定律描述了源-通道-漏极结构中电子电荷的流动；在有机电化学晶体管（oects）中，源-通道-漏极展现为电控制的电阻r。

7、在本发明中，oects的工作原理是，当施加正栅极偏置时，晶体管的沟道允许来自电解质的带正电荷的离子(n+)进入。这些离子被来自聚苯乙烯磺酸盐（pss）的磺酸阴离子补偿，晶体管关闭，因为空穴电流无法通过通道。oects的“on”和“off”两种状态可以正好对应数字电路中的0和1，通过将这些可调单元配置为0或1，柔性带通滤波器也具有数字动态编码的能力。

8、当有机电化学晶体管（oects）打开时，通道有效地延长滤波器的谐振器路径；当有机电化学晶体管（oects）关闭时，通道有效地隔离信号，使滤波器的谐振器路径更短。

9、在我们的发明中，有机电化学晶体管（oects）的开关特性取决于使用有机混合电子-离子导体（omiecs）作为通道材料。这是由于它们独特的氧化还原调节、电荷调制能力、可加工性和体积电导率的变化。所有这些都使基于有机混合电子-离子导体（omiecs）的oects能够实现低导通电阻和高开关比。同时，oects优异的机械柔性、重量轻、制造工艺简单、可模塑性优越，使得oects非常适合作为射频开关简单集成在射频/微波电子器件中，并应用于人体可穿戴系统。

10、另一方面，现有各类可调谐器件仍然需要通过外部稳定的开关电压进行调谐。因此，集成柔性电源是实现全柔性集成系统的关键技术。在本发明中提出了一种柔性、可调谐的四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统，该全柔性带通滤波器系统基于oects的柔性可调谐带通滤波器与柔性锌离子电池（fzibs）集成在一个柔性衬底上。

11、为实现自修复功能，在本发明中，所述柔性衬底依次由第一子衬底薄膜、中间隔离薄膜、第二子衬底薄膜叠合构成复合层薄膜结构；第一子衬底薄膜的面向中间隔离薄膜的一面和第二子衬底薄膜的面向中间隔离薄膜的一面均周期性设置有沟槽，第一子衬底薄膜的沟槽与第二子衬底薄膜的沟槽排布方向呈现一定夹角；第一子衬底薄膜的沟槽内注入有ab胶的a胶；第二子衬底薄膜的沟槽内注入有ab胶的b胶；当所述全柔性带通滤波器系统由于弯折、揉搓、扭曲等形变作用而导致柔性带通滤波器出现裂纹时，中间隔离薄膜在裂纹处破开，第一子衬底薄膜的b面的沟槽内的a胶与第二子衬底薄膜的a面的沟槽的b胶融合、粘结、固化，起到自动修复的作用。

12、本发明还提出了一种前述的四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统的制作方法，所述方法包括如下步骤：

13、s0、利用计算机设计和模拟，得到具有不同的中心频率、插入损耗（il）、3db带宽、相对带宽（fbw）的四状态的全柔性带通滤波器的图案；

14、s1、预先准备柔性聚酰亚胺薄膜；

15、s2、根据预先设计的图案，将银纳米颗粒油墨打印在柔性聚酰亚胺薄膜上；

16、s3、将薄膜在120℃下固化，形成柔性滤波器的微波功能结构；

17、s4、通过丝网印刷技术在柔性聚酰亚胺薄膜上制备有机电化学晶体管（oects）；

18、s5、通过丝网印刷和热引发工艺在柔性聚酰亚胺薄膜上制备柔性锌离子电池（fzibs）。

19、本发明的四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器与fzibs的集成显示了高度的平面集成。平面状态下的测试结果与仿真结果吻合较好，验证了可调原理和设计方法。弯曲试验和循环试验表明，柔性可调滤波器具有良好的机械柔韧性和稳定性。这些令人鼓舞的结果允许进一步开发使用oects作为射频开关的高性能可调谐滤波器。

20、声明：作为对我们的在先申请cn2023110322937、cn2023114285689、cn2024105274139的进一步改进，其中所记载的原始内容视为本发明的一部分，我们保留将其部分或全部内容引入本申请的权利。为节约篇幅，本申请中不作重复记载。

技术特征：

1.一种四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统，其特征在于：

2.一种四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统，其特征在于：

3.一种四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统，其特征在于：

4.如权利要求1或2或3所述的全柔性带通滤波器系统，其特征在于：所述全柔性带通滤波器的第一状态（00）、第二状态（10）、第三状态（01）、第四状态（11）具有不同的中心频率、插入损耗（il）、3db带宽、相对带宽（fbw）。

5.如权利要求1或3所述的全柔性带通滤波器系统，其特征在于：所述夹角介于15°与75°之间；

6.如权利要求4所述的全柔性带通滤波器系统，其特征在于：所述全柔性带通滤波器的四状态数字编码调谐功能具体如下：

7.如权利要求1或2或3所述的全柔性带通滤波器系统，其特征在于：所述柔性带通滤波器分别在不同的位置设置有两个节点组，第一节点组用于连接第一开关单元，第二节点组用于连接第二开关单元，通过控制第一开关单元和第一开关单元的开关状态组合来改变柔性带通滤波器的拓扑结构及微波特性；

8.如权利要求1或2或3所述的全柔性带通滤波器系统，其特征在于：所述有机电化学晶体管（oects）为三端薄膜器件，由栅极、源极、漏极、电解液以及连接源极和漏极的通道组成；所述有机电化学晶体管（oects）分为离子电路和电子电路，离子电路描述了离子在栅极-电解质-通道结构中的流动；电子电路根据欧姆定律描述了源-通道-漏极结构中电子电荷的流动；在有机电化学晶体管（oects）中，源-通道-漏极展现为电控制的电阻r；

9.如权利要求1或2所述的全柔性带通滤波器系统，其特征在于：(聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸)pedot:pss作为有机电化学晶体管（oects）的活性材料，有机电化学晶体管（oects）工作在耗尽模式，当没有栅极电压时，空穴电流流过通道，使有机电化学晶体管（oects）接通；当施加正栅极偏置时，空穴电流不能流过导致晶体管关闭的通道，使得微带线的电长度减小；通过改变有机电化学晶体管（oects）的工作状态来改变所述柔性带通滤波器的微波工作特性；

10.一种如权利要求1-9任一项所述的四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统的制作方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

11.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于：

技术总结本发明涉及一种四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统。该滤波器由有机电化学晶体管（OECTs）调谐，并与柔性锌离子电池（FZIBs）集成，实现无需外部电源或微波电子器件工作的可调谐功能。通过使用多个OECTs的开关组合，实现了四状态数字编码可调谐全柔性带通滤波器系统，其在四种不同状态下分别具有不同的中心频率、插入损耗（IL）、3dB带宽、相对带宽（FBW），为实际使用提供了更高的灵活性，同时系统具有自修复功能。本发明具有平面集成度高、稳定性好等优点。技术研发人员：王志亮,郭鹏,刘宏宇,季心洁,李翔,曾翔,倪康琪受保护的技术使用者：南通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21