CN106301011B - 一种基于双频阻抗匹配的微带整流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双频阻抗匹配的微带整流电路，包括整流电路，还包括有输入接头、双频阻抗匹配电路和谐波抑制电路，所述整流电路包括两条整流支路，所述谐波抑制电路包括两条谐波抑制支路，两条整流支路的输出端分别与两条谐波抑制支路的输入端连接；其中输入接头的输出端与双频阻抗匹配电路的输入端连接，双频阻抗匹配电路的输出端分别与两条整流支路的输入端连接。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、采用改进的π形微带线匹配方式，实现双频匹配效果，提高能量利用率；2、采用对称的差分结构和并联电容抑制二次谐波，缩小电路尺寸，提高集成度；3、采用四倍压的差分整流电路，提高直流负载输出电压。
Description
技术领域
本发明涉及无线能量传输领域，更具体地，涉及一种基于双频阻抗匹配的微带整流电路。
背景技术
无线输能技术，是指电能不通过物理电线的方式进行传输，而是利用微波进行无传输的技术。微波能量以其可移动性、绿色免费，且不受昼夜环境影响等优势，得到广泛的研究。随着半导体技术等的发展，无线输能技术在低功率应用领域得到广泛发展，尤其在便携式无线电子设备等方面。
无线设备之间的无线通信，如无线电信基站和移动电话等，使得周围环境中充满着射频能量。因此，可以收集环境中被浪费的射频能量，并重新利用，来供各种低功耗设备工作。环境中微波的频率分布比较广泛，主要分布在800-900MHz（GSM900等）、1.7-2.7GHz（GSM1800、WiFi等）。可收集利用的频率分布非常广泛，但传统的射频整流电路通常只工作在一个频段，此外带宽较小、效率低、尺寸大，因此，设计一种能工作在多频段、高宽带的射频整流电路是非常有意义的。
发明内容
本发明为解决以上现有技术的难题，提供了一种能够工作在双频段的微带整流电路，且经实验证明，应用该整流电路能够显著地提高能量转换效率，减少损耗。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种基于双频阻抗匹配的微带整流电路，包括整流电路，还包括有输入接头、双频阻抗匹配电路和谐波抑制电路，所述整流电路包括两条整流支路，所述谐波抑制电路包括两条谐波抑制支路，两条整流支路的输出端分别与两条谐波抑制支路的输入端连接；其中输入接头的输出端与双频阻抗匹配电路的输入端连接，双频阻抗匹配电路的输出端分别与两条整流支路的输入端连接。
上述方案中，由于增设了双频阻抗匹配电路，因此使得整流电路能够在2个频段上实现阻抗匹配，因此整流电路能够工作在两个频段，提高整流效率和能量的利用率。
优选地，所述双频阻抗匹配电路包括第一矩形枝节短路微带线、第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线、第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线、第二矩形枝节开路微带线；其中第一矩形串联微带线的一端与输入接头连接，第一矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的一端连接；第一矩形串联微带线的另一端、第二矩形串联微带线的一端与第一矩形枝节短路微带线的一端连接，第一矩形枝节短路微带线的另一端接地；所述第一矩形枝节开路微带线、第二矩形枝节开路微带线的一端与第三矩形串联微带线的一端连接，第三矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的另一端连接，第二矩形串联微带线的另一端与两条整流支路的输入端连接；所述第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线设置在同一方向上，第一矩形枝节短路微带线的设置方向与第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线的设置方向相垂直；所述第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线设置在同一方向上，第二矩形枝节开路微带线的设置方向与第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线的设置方向相垂直。
上述方案中，对于双频阻抗匹配电路，本发明采用改进的π形微带线匹配方式，多枝节微带线结构的匹配网络有利于在多个频率上实现阻抗匹配。本发明的改进的π形微带线匹配网络，是以传统的π形匹配网络为基础，通过增加微带线枝节数达到高效匹配和减小尺寸的效果。改进的π形微带线匹配网络，能在两个频率上实现阻抗匹配，输入阻抗都能匹配至50欧姆，射频能量经过匹配网络后再到达两个支路进行整流。
优选地，所述双频阻抗匹配电路包括第一矩形枝节短路微带线、第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线、第三矩形串联微带线、第一扇形枝节开路微带线、第二扇形枝节开路微带线；其中第一矩形串联微带线的一端与输入接头连接，第一矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的一端连接；第一矩形串联微带线的另一端、第二矩形串联微带线的一端与第一矩形枝节短路微带线的一端连接，第一矩形枝节短路微带线的另一端接地；所述第一扇形枝节开路微带线、第二扇形枝节开路微带线的一端与第三矩形串联微带线的一端连接，第三矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的另一端连接，第二矩形串联微带线的另一端与两条整流支路的输入端连接；所述第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线设置在同一方向上，第一矩形枝节短路微带线的设置方向与第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线的设置方向相垂直；所述第二扇形枝节开路微带线、第一扇形枝节开路微带线设置在同一方向上，第三矩形串联微带线的设置方向与第二扇形枝节开路微带线、第一扇形枝节开路微带线的设置方向相垂直。
上述方案中，为了拓展频率带宽，改进的π形微带线匹配电路中部分矩形枝节改为扇形枝节，实现双频阻抗匹配。
优选地，所述两条整流支路中，其中一条整流支路包括二极管D1、二极管D2和电容C，其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路的输出端连接，电容C的另一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接，二极管D1的阴极与其中一条谐波抑制支路的输入端连接，二极管D2的阳极接地；另一条整流支路包括二极管D3、二极管D4和电容C，其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路的输出端连接，电容C的另一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接，二极管D3的阴极接地，二极管D4的阳极与另一条谐波抑制支路的输入端连接。
本发明的差分整流电路中单支路采用二倍压整流结构，差分的二倍压整流结构能够实现四倍压整流电压输出，相比于传统的差分整流电路中单支路常采用的单管整流结构，输出整流电压翻倍增加。
优选地，所述谐波抑制支路包括并联电容Cf、第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线，其中并联电容Cf的一端与整流支路的输出端连接，并联电容Cf的另一端接地；第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线设置在同一侧，第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线与整流支路的输出端连接；所述并联电容Cf用于抑制高频和低频的二次谐波；第一扇形结构微带线用于抑制低频的三次谐波；第二扇形结构微带线用于抑制高频的三次谐波。
谐波抑制电路采用并联电容和扇形结构微带线进行谐波抑制。采用这种结构的是优势在于，经过整流后两个支路上的基频信号等大反相而得以抵消，因而谐波抑制只需考虑射频能量的二次和三次谐波。本发明采用并联电容和两个弧度为120度的扇形结构微带线进行谐波抑制，并联电容抑制高频能量和低频能量的二次谐波，两个扇形结构微带线分别抑制低频能量和高频能量的三次谐波。
优选地，所述输入接头为SMA公母头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用改进的π形微带线匹配方式，实现双频匹配效果，提高能量利用率；
2、采用对称的差分结构和并联电容抑制二次谐波，缩小电路尺寸，提高集成度；
3、采用四倍压的差分整流电路，提高直流负载输出电压。
附图说明
图1为整流电路的结构示意图。
图2为图1的整流电路的等效电路图。
图3为整流电路的另一种优选方案的结构示意图。
图4为图3的整流电路的等效电路图。
图5为图1的整流电路的S11参数的曲线图。
图6为图3的整流电路的S11参数的曲线图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1、2所示，基于双频阻抗匹配的微带整流电路包括整流电路1，还包括有输入接头、双频阻抗匹配电路2和谐波抑制电路3，所述整流电路1包括两条整流支路11，所述谐波抑制电路3包括两条谐波抑制支路31，两条整流支路11的输出端分别与两条谐波抑制支路31的输入端连接；其中输入接头的输出端与双频阻抗匹配电路2的输入端连接，双频阻抗匹配电路2的输出端分别与两条整流支路11的输入端连接。
上述方案中，由于增设了双频阻抗匹配电路2，因此使得整流电路1能够在2个频段上实现阻抗匹配，因此整流电路1能够工作在两个频段，提高整流效率和能量的利用率。
在具体的实施过程中，如图1所示，双频阻抗匹配电路2包括第一矩形枝节短路微带线21、第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23、第三矩形串联微带线24、第一矩形枝节开路微带线25、第二矩形枝节开路微带线26；其中第一矩形枝节开路微带的一端与输入接头连接，第一矩形串联微带线22的另一端与第二矩形串联微带线23的一端连接；第一矩形串联微带线22的另一端、第二矩形串联微带线23的一端与第一矩形枝节短路微带线21的一端连接，第一矩形枝节短路微带线21的另一端接地；所述第一矩形枝节开路微带线25、第二矩形枝节开路微带线26的一端与第三矩形串联微带线24的一端连接，第三矩形串联微带线24的另一端与第二矩形串联微带线23的另一端连接，第二矩形串联微带线23的另一端与两条整流支路11的输入端连接；所述第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23设置在同一方向上，第一矩形枝节短路微带线21的设置方向与第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23的设置方向相垂直；所述第三矩形串联微带线24、第一矩形枝节开路微带线25设置在同一方向上，第二矩形枝节开路微带线26的设置方向与第三矩形串联微带线24、第一矩形枝节开路微带线25的设置方向相垂直。
上述方案中，对于双频阻抗匹配电路2，本发明采用改进的π形微带线匹配方式，多枝节微带线结构的匹配网络有利于在多个频率上实现阻抗匹配。本发明的改进的π形微带线匹配网络，是以传统的π形匹配网络为基础，通过增加微带线枝节数达到高效匹配和减小尺寸的效果。改进的π形微带线匹配网络，能在两个频率上实现阻抗匹配，输入阻抗都能匹配至50欧姆，射频能量经过匹配网络后再到达两个支路进行整流。
在具体的实施过程中，如图3、4所示，双频阻抗匹配电路2可采用另一种方案：
所述双频阻抗匹配电路2包括第一矩形枝节短路微带线21、第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23、第三矩形串联微带线24、第一扇形枝节开路微带线27、第二扇形枝节开路微带线28；其中第一矩形枝节开路微带的一端与输入接头连接，第一矩形串联微带线22的另一端与第二矩形串联微带线23的一端连接；第一矩形串联微带线22的另一端、第二矩形串联微带线23的一端与第一矩形枝节短路微带线21的一端连接，第一矩形枝节短路微带线21的另一端接地；所述第一扇形枝节开路微带线27、第二扇形枝节开路微带线28的一端与第三矩形串联微带线24的一端连接，第三矩形串联微带线24的另一端与第二矩形串联微带线23的另一端连接，第二矩形串联微带线23的另一端与两条整流支路11的输入端连接；所述第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23设置在同一方向上，第一矩形枝节短路微带线21的设置方向与第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23的设置方向相垂直；所述第二扇形枝节开路微带线28、第一扇形枝节开路微带线27设置在同一方向上，第三矩形串联微带线24的设置方向与第二扇形枝节开路微带线28、第一扇形枝节开路微带线27的设置方向相垂直。
上述方案中，为了拓展频率带宽，改进的π形微带线匹配电路中部分矩形枝节改为扇形枝节，实现双频阻抗匹配。
在具体的实施过程中，如图1~4所示，所述两条整流支路11中，其中一条整流支路11包括二极管D1、二极管D2和电容C，其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路2的输出端连接，电容C的另一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接，二极管D1的阴极与其中一条谐波抑制支路31的输入端连接，二极管D2的阳极接地；另一条整流支路11包括二极管D3、二极管D4和电容C，其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路2的输出端连接，电容C的另一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接，二极管D3的阴极接地，二极管D4的阳极与另一条谐波抑制支路31的输入端连接。
本发明的差分整流电路1中单支路采用二倍压整流结构，差分的二倍压整流结构能够实现四倍压整流电压输出，相比于传统的差分整流电路中单支路常采用的单管整流结构，输出整流电压翻倍增加。
在具体的实施过程中，如图1~4所示，所述谐波抑制支路31包括并联电容Cf、第一扇形结构微带线32、第二扇形结构微带线33，其中并联电容Cf的一端与整流支路11的输出端连接，并联电容Cf的另一端接地；第一扇形结构微带线32、第二扇形结构微带线33设置在同一侧，第一扇形结构微带线32、第二扇形结构微带线33与整流支路11的输出端连接；所述并联电容Cf用于抑制高频和低频的二次谐波；第一扇形结构微带线32用于抑制低频的三次谐波；第二扇形结构微带线33用于抑制高频的三次谐波。
谐波抑制电路3采用并联电容和扇形结构微带线进行谐波抑制。采用这种结构的是优势在于，经过整流后两个支路上的基频信号等大反相而得以抵消，因而谐波抑制只需考虑射频能量的二次和三次谐波。本发明采用并联电容和两个弧度为120度的扇形结构微带线进行谐波抑制。
实施例2
本实施例对实施例1所提供的整流电路的S11参数进行了测试，具体测试的结果如图5、6所示，由图可知，双频微带整流电路的工作频率在875MHz和1.83GHz，在该两个频率上的回波损耗（S11）都能达到局部最小，也即双频阻抗匹配网络能够同时在对应的工作频率上实现阻抗匹配，对应工作频率的能量输入实现最大化。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于双频阻抗匹配的微带整流电路，包括整流电路，其特征在于：还包括有输入接头、双频阻抗匹配电路和谐波抑制电路，所述整流电路包括两条整流支路，所述谐波抑制电路包括两条谐波抑制支路，两条整流支路的输出端分别与两条谐波抑制支路的输入端连接；其中输入接头的输出端与双频阻抗匹配电路的输入端连接，双频阻抗匹配电路的输出端分别与两条整流支路的输入端连接；
所述双频阻抗匹配电路的具体方案为方案一或方案二中之一：
方案一：所述双频阻抗匹配电路包括第一矩形枝节短路微带线、第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线、第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线、第二矩形枝节开路微带线；其中第一矩形串联微带线的一端与输入接头连接，第一矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的一端连接；第一矩形串联微带线的另一端、第二矩形串联微带线的一端与第一矩形枝节短路微带线的一端连接，第一矩形枝节短路微带线的另一端接地；所述第一矩形枝节开路微带线、第二矩形枝节开路微带线的一端与第三矩形串联微带线的一端连接，第三矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的另一端连接，第二矩形串联微带线的另一端与两条整流支路的输入端连接；所述第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线设置在同一方向上，第一矩形枝节短路微带线的设置方向与第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线的设置方向相垂直；所述第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线设置在同一方向上，第二矩形枝节开路微带线的设置方向与第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线的设置方向相垂直；
方案二：所述双频阻抗匹配电路包括第一矩形枝节短路微带线、第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线、第三矩形串联微带线、第一扇形枝节开路微带线、第二扇形枝节开路微带线；其中第一矩形串联微带线的一端与输入接头连接，第一矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的一端连接；第一矩形串联微带线的另一端、第二矩形串联微带线的一端与第一矩形枝节短路微带线的一端连接，第一矩形枝节短路微带线的另一端接地；所述第一扇形枝节开路微带线、第二扇形枝节开路微带线的一端与第三矩形串联微带线的一端连接，第三矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的另一端连接，第二矩形串联微带线的另一端与两条整流支路的输入端连接；所述第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线设置在同一方向上，第一矩形枝节短路微带线的设置方向与第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线的设置方向相垂直；所述第二扇形枝节开路微带线、第一扇形枝节开路微带线设置在同一方向上，第三矩形串联微带线的设置方向与第二扇形枝节开路微带线、第一扇形枝节开路微带线的设置方向相垂直。
2.根据权利要求1所述的基于双频阻抗匹配的微带整流电路，其特征在于：所述两条整流支路中，其中一条整流支路包括二极管D1、二极管D2和电容C，其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路的输出端连接，电容C的另一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接，二极管D1的阴极与其中一条谐波抑制支路的输入端连接，二极管D2的阳极接地；另一条整流支路包括二极管D3、二极管D4和电容C，其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路的输出端连接，电容C的另一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接，二极管D3的阴极接地，二极管D4的阳极与另一条谐波抑制支路的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于双频阻抗匹配的微带整流电路，其特征在于：所述谐波抑制支路包括并联电容Cf、第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线，其中并联电容Cf的一端与整流支路的输出端连接，并联电容Cf的另一端接地；第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线设置在同一侧，第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线与整流支路的输出端连接；所述并联电容Cf用于抑制高频和低频的二次谐波；第一扇形结构微带线用于抑制低频的三次谐波；第二扇形结构微带线用于抑制高频的三次谐波。
4.根据权利要求3所述的基于双频阻抗匹配的微带整流电路，其特征在于：所述第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线的弧度为120°。
5.根据权利要求1~4任一项所述的基于双频阻抗匹配的微带整流电路，其特征在于：所述输入接头为SMA公母头。
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