CN102255527A - 一种新型的微波互调整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的微波互调整流电路，其特点是在于微带整流电路印刷在单层双面印刷电路板上，底面均为接地板；微波源(1)输入并与隔直电容(2)相连；二极管整流微带电路部分(3)连接在隔直电容(2)与并联接地电容I(4)之间；输出端分支两路：一路经低通滤波电路(5)输出至直流负载I(6)，另一路经带通滤波电路(7)进入回收支路；回收支路整流部分(8)连接在带通滤波电路(7)和并联接地电容II(9)之间；回收支路输出至直流负载II(10)。利用互调差频回收支路解决因互调等因素引起的低频能量损失的问题，有效地解决传统整流电路在互调效应上的弊端，提高射频能量到直流电的转换效率。

Description

一种新型的微波互调整流电路

技术领域

本发明涉及一种新型的微波互调整流电路，属于微波能量传输领域。用于接收的微波能量转化成直流电。

背景技术

随着世界经济的快速发展，能源和环境问题日益突出。各领域都积极响应能源开发战略，以太阳能、风能、生物能等形式为主的技术是目前解决能源问题的主要方案。受环境、气候、地域等因素的限制，大多解决方案都有着大大小小的瑕疵。20世纪初，微波能源逐渐进入研究人员的视野，由航天技术和微波输能技术共同组成的“太阳能电站”方案得以实现。微波新能源具有高效率、无污染且不受气候限制等优点。1968年，Peter Glaser博士首先提出了空间太阳能电站(SPS：Solar Power Satellite)的构想，就是将大型SPS设备运送到地球同步轨道，用收集来的太阳能转化成微波能量输送回地球。微波能量传输(MPT：Microwave Power Transmission)作为空间太阳能电站的一个关键技术，在整个系统中起着至关重要的作用。微波能量传输系统是指把电能转化为微波能量后，根据我们的需要把能量输送到指定的区域，然后通过整流装置进一步转化成电能，解决了能量在目前通过高压电等运送方式中的大量能源浪费的问题。平面印刷整流电路是目前实现微波能量传输系统广泛采用的电路形式，这种形式易于与系统其它电路结构集成。

目前，微波能量传输技术在低功率应用领域已得到广泛发展。射频识别器(RFID：RadioFrequency Identification)作为典型应用之一，正展现出诱人的前景。针对此技术的相关应用不存在能源寿命的问题。为实现空间太阳能电站系统，微波能量传输技术的高功率领域研究也必不可少。

整流天线与整流电路共同组成阵列，用于接收高功率的微波输入。高功率微波源一般是由多个真空器件或者固态器件构成，采用功率合成的方法实现。由此，多个源器件之间频率偏差将影响整流电路的转换效率，在整流电路中主要体现在非线性二极管上。两个频率f₁、f₂的信号共同作用于非线性器件上(假定f₂＞f₁)，会出现互调效应，产生一系列新的频率分量。针对整流电路，影响最为主要的就是一阶分量，即和频分量(f₁+f₂)、差频分量(f₁-f₂)。和频分量可以被原有滤波电路回收，但传统整流电路并没有针对互调差频分量进行电路设计，从而造成了能量损失。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种新型的微波互调整流电路，其特点是在整流电路要求获得高射频-直流转换效率时，就必须尽可能地回收各频率分量的信号，以解决因互调等因素引起的低频能量损失的问题。

本发明的目的由以下技术方案实现。

新型的微波互调整流电路，包括微带整流电路和互调差频信号回收支路。其特点在于微带整流电路印刷在单层双面印刷电路板上，底面均为接地板；微波源输入并与隔直电容相连；二极管整流微带电路部分连接在隔直电容与并联接地电容I之间；输出端分支两路：一路经低通滤波电路输出至直流负载I，另一路经带通滤波电路进入回收支路；回收支路整流部分连接在带通滤波和并联接地电容II之间；回收支路输出至直流负载II。

二极管整流微带电路部分由渐变微带线、微带线I、微带线II、二极管I组成。

低通滤波电路由电感II和并联接地电容III组成。

带通滤波电路由电感I和电容组成。

回收支路整流部分由二极管II和二极管III组成。

新型的微波互调整流电路用于微波新能源领域，将接收的微波能量转化成直流电。

总之，本发明采用以下措施，对传统整流电路进行改进，使其解决互调效应带来的能量损失，即工作于多频信号同时输入的状态：

1.增加回收整流支路，连接在整流电路并联接地电容I的后端；

2.直流负载I的前端添加低通滤波器，截止频率低于互调差频频率；

3.回收整流支路的前端添加带通滤波器，中心频率在互调差频频率附近；

4.回收整流支路针对小信号输入进行设计。

这样的设计一方面不影响原有直流输出，另一方面可引导互调低频信号进入新支路进行再次整流。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.互调整流电路可在多个频率同时工作；

2.外加滤波电路可对互调差频信号进行再回收利用；

3.双路输出，对回收的互调差频信号单独进行整流，减少差频信号对原二极管整流的影响；

4.回收整流支路针对小信号输入进行设计，有利于提高对回收信号的整流效率，从而提高回收率；

附图说明

图1是微波互调整流电路框图

图2是微波互调整流电路实例原理图

图3是微波互调整流电路实例结构示意图

1.微波源，2.隔直电容，3.整流微带电路，4.接地电容I，5.低通滤波电路，6.直流负载I，7.带通滤波器，8.回收支路整流部分，9.接地电容II，10.直流负载II，11.渐变微带线，12.微带线I，13.微带线II，14.二极管I，15.电感I，16.电容，17.二极管II，18.二极管III，19.电感II，20.接地电容III。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例

如图1图2所述：微波能量(多频)从微波源1产生，经隔直电容2进入整流电路；渐变微带线11、微带线I 12、微带线II 13对整流电路进行匹配，以使更多的能量进入二极管I 14进行整流；二极管I 14的正极跨接在微带线I 12上，负极跨接在微带线II 13、渐变微带线11的连接处；非线性二极管产生出直流能量、互调和频及差频能量、高次谐波及基波能量；并联接地电容I 4连接在微带线I 12之后，将基波、高次谐波、互调和频能量反射回二极管I 14，再次整流；直流和互调差频能量流向两输出支路，其中直流能量通过由串联电感II 19、并联接地电容III20构成的低通滤波电路5，被直流负载I 6所收集，而互调差频能量通过由串联电感I 15、串联电容16构成的带通滤波器7；二极管II 17负极与二极管III 18正极同时跨接在串联电容16之后，二极管II 17正极接地，二极管III 18负极连接在并联接地电容II 9的另一侧；互调差频能量由17、18两个二极管进行整流，产生出直流、基波及高次谐波，其中基波和高次谐波被并联接地电容II 9反射回二极管17、18再次整流，直流能量被直流负载II 10所收集。

如图3所述：给出了实例的结构示意图，图示为顶面电路部分，底面均为接地板。黑色片状部分为金属，圆孔均为过孔连接到接地板。实例中，当输入50mW、间隔2MHz双频信号时，传统整流电路的射频-直流转换效率从67％降至53％。使用互调整流电路后，转换效率最大恢复至62％，即此微波互调整流电路具有高达66％的回收率。

Claims (6)

1.一种新型的微波互调整流电路，含有微带整流电路，其特征在于微带整流电路印刷在单层双面印刷电路板上，底面均为接地板；微波源(1)输入并与隔直电容(2)相连；二极管整流微带电路部分(3)连接在隔直电容(2)与并联接地电容I(4)之间；输出端分支两路：一路经低通滤波电路(5)输出至直流负载I(6)，另一路经带通滤波电路(7)进入回收支路；回收支路整流部分(8)连接在带通滤波电路(7)和并联接地电容II(9)之间；回收支路输出至直流负载II(10)。

2.如权利要求1所述新型的微波互调整流电路，其特征在于二极管整流微带电路部分(3)由渐变微带线(11)、微带线I(12)、微带线II(13)、二极管I(14)组成。

3.如权利要求1所述新型的互调整流电路，其特征在于低通滤波电路(5)由电感II(19)和并联接地电容III(20)组成。

4.如权利要求1所述新型的微波互调整流电路，其特征在于带通滤波电路(7)由电感I(15)和电容(16)组成。

5.如权利要求1所述新型的微波互调整流电路，其特征在于回收支路整流部分(8)由二极管II(17)和二极管III(18)组成。

6.如权利要求1所述新型的微波互调整流电路，其特征在于该微波互调整流电路用于微波新能源领域，将接收的微波能量转化成直流电。

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