CN108736584A - 一种输入功率范围可重构型整流电路 - Google Patents

一种输入功率范围可重构型整流电路 Download PDF

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牟辰
刘宏梅
王钟葆
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Abstract

本发明公开了一种输入功率范围可重构型整流电路，包括介质基板，所述介质基板上设置有耦合度可重构耦合器、第一整流支路和第二整流支路，所述耦合度可重构耦合器与第一整流支路和第二整流支路相连接。该电路通过耦合度可重构耦合器的选通开关作用产生强耦合输输出或弱耦合输出，在强耦合输出下输入端能量大部分传输至耦合端，第二整流支路工作；在弱耦合输出下输入端能量大部分传输至直通端，第一整流支路工作，从而实现在较宽的输入功率范围内具有高整流效率，同时具有损耗低、低成本易加工特点，适用于广泛推广。

Description

一种输入功率范围可重构型整流电路
技术领域
本发明涉及微波整流电路，尤其涉及一种输入功率范围可重构型整流电路。
背景技术
微波整流技术作为一种具有广泛应用前景的技术，近年来越来越受到人们的重视。整流电路能够替代传统有源设备的终端有耗负载，将本应被负载浪费掉的能量进行收集并转化为直流电，通过反馈网络为前端有源电路提供偏置，提高电路的稳定性和效率。因此整流电路的效率直接决定有源设备的性能。
随着现代技术的发展，有源设备的功率大小不一，为扩大整流电路的适用性，需展宽整流电路在高效率下的输入功率范围。为此，国内外学者提出了不同的解决办法：其中一种为采用阻抗压缩网络实现整流电路的匹配，通过降低输入阻抗对输入功率的敏感性，实现宽输入功率范围，但该技术的设计公式较复杂；第二种为通过开关切换具有不同输入功率范围的整流电路枝节，实现宽输入功率范围内整流，但会引入额外的损耗；第三种为采用反射功率回收网络，提高输入功率范围，但该技术对阻抗匹配度要求较高，且可提高的输入功率范围有限。
发明内容
为扩大整流电路在高效率下的输入功率范围，同时减小电路损耗，提高电路灵活性，本发明提出一种输入功率范围可重构型整流电路，具体方案为包括介质基板，所述介质基板上设置有耦合度可重构耦合器、第一整流支路和第二整流支路，所述耦合度可重构耦合器与第一整流支路和第二整流支路相连接；所述耦合度可重构耦合器包括平行耦合微带线，所述平行耦合微带线的两端连接有第一跨接电容和第二跨接电容，所述平行耦合微带线的中部连接有跨接变容二极管，所述平行耦合微带线上还连接有用于调节该耦合度可重构耦合器的耦合度的第一耦合度可重构电路和第二耦合度可重构电路、以及为跨接变容二极管供电的偏置电路；所述第一整流支路包括第一匹配网络、第一整流二极管、第一滤波电容和第一负载，所述第一匹配网络与第一整流二极管相连接，所述第一整流二极管与第一滤波电容和第一负载相连接，所述第二整流支路包括第二匹配网络、第二整流二极管、第二滤波电容和第二负载，所述第二匹配网络与第二整流二极管相连接，所述第二整流二极管与第二滤波电容和第二负载相连接。
所述耦合度可重构耦合器还包括隔直电容、隔离端匹配负载、输入端微带线、隔离端微带线、耦合端微带线和直通端微带线；所述直通端微带线与第一整流支路相连接，所述耦合端微带线与第二整流支路相连接，所述隔离端微带线与隔直电容相连接，所述隔直电容与隔离端匹配负载相连接。
所述第一匹配网络包括特性阻抗为Z1的传输线、短路支节和特性阻抗为Z2的传输线，所述第二匹配网络包括特性阻抗为Z3的传输线、短路支节和特性阻抗为Z4的传输线。
所述第一整流二极管的阳极与特性阻抗为Z2的传输线相连接，所述第一整流二极管的阴极与第一滤波电容和第一负载相连接，所述第二整流二极管的阳极与特性阻抗为Z4的传输线相连接，所述第二整流二极管的阴极与第一滤波电容和第一负载相连接。
所述第一整流二极管与第二整流二极管工作的输入功率范围不同，所述第一负载与第二负载的阻值不同，所述第一滤波电容和第二滤波电容的容值相同。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种输入功率范围可重构型整流电路，该电路的输入功率范围的可重构由耦合度可重构耦合器通过切换耦合度实现，因此该电路结构简单输入功率范围较大能量转化效率较高、适用性较强。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。
图1为本发明所述一种输入功率范围可重构型整流电路整体的结构示意图；
图2为本发明所述一种输入功率范围可重构型整流电路中耦合度可重构耦合器的结构示意图；
图3为本发明所述一种输入功率范围可重构型整流电路不同工作状态下输入端口的反射系数与输入功率关系曲线；
图4为本发明所述一种输入功率范围可重构型整流电路整流效率与输入功率的关系曲线。
图中：1、介质基板，2、耦合度可重构耦合器，3、第一整流支路，4、第二整流支路，5、第一耦合度可重构电路，6、第二耦合度可重构电路，7、偏置电路，8、平行耦合微带线，81、输入端微带线，82、隔离端微带线，83、耦合端微带线，84、直通端微带线，91、95、97、98、隔直电容，92、第一跨接电容，94、第四跨接电容，96、匹配负载，10、特性阻抗为Z1的传输线，11、短路支节，12、特性阻抗为Z2的传输线，13、第一整流二极管，14、第一滤波电容，15、第一负载，16、特性阻抗为Z3的传输线，17、短路支节，18、特性阻抗为Z4的传输线，19、第二整流二极管，20、第二滤波电容，21、第二负载。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1-图4所示的一种输入功率范围可重构型整流电路，包括介质基板1、耦合度可重构耦合器2、第一整流支路3和第二整流支路4。
进一步地，所述耦合度可重构耦合器2由平行耦合微带线8、第一跨接电容92、第二跨接电容94、跨接变容二极管93、第一耦合度可重构电路5、第二耦合度可重构电路6、给跨接变容二极管93供电的偏置电路7、隔直电容95、隔离端匹配负载96、输入端微带线81、隔离端微带线82、耦合端微带线83和直通端微带线84构成。同时还具有与隔直电容95相同的隔直电容如图中的标号91、95、97、98。
进一步地，所述第一整流支路3由第一匹配网络31、第一整流二极管13、第一滤波电容14及第一负载15构成。进一步地，所述第二整流支路4由第二匹配网络41、第二整流二极管19、第二滤波电容20及第二负载21构成。进一步地，所述耦合度可重构耦合器2的直通端微带线84与第一整流支路(3)相连接；所述耦合度可重构耦合器2的耦合端微带线83与第二整流支路4相连接。
进一步地，耦合度的调节通过控制第一耦合度可重构电路5、第二耦合度可重构电路6和跨接变容二极管93的电容值实现；所述跨接变容二极管93的电容值由偏置电路7控制。
进一步地，第一跨接电容92、第二跨接电容94设置于所述平行耦合微带线8的两端，跨接变容二极管93置于平行耦合微带线8的中部。所述第一匹配网络31由特性阻抗为Z1的传输线10、短路支节11和特性阻抗为Z2的传输线12构成。所述第二匹配网络41由特性阻抗为Z3的传输线16、短路支节17和特性阻抗为Z4的传输线18构成；
进一步地，所述第一整流二极管13的阳极与特性阻抗为Z2的传输线12相连，所述第一整流二极管13的阴极与第一滤波电容14和第一负载15相连；所述第二整流二极管19的阳极与特性阻抗为Z4的传输线18相连接，所述第二整流二极管19的阴极与第一滤波电容20和第一负载21相连接。进一步地，所述第一整流二极管13与第二整流二极管19工作的输入功率范围不同，所述第一负载15与第二负载21的阻值不同，所述第一滤波电容14和第二滤波电容20容值相同。进一步地，输入功率范围的可重构由耦合度可重构耦合器2通过切换耦合度实现。
进一步的，所述的耦合度可重构耦合器2中的直流电压源为DC1、DC2及DC3，隔直电容为C1及C4，旁路电容为C2、C3及C5，扼流电感为L1及L3，调谐电感为L2及L4，偏置电阻为R1、R2、R3及R4，开关二极管为D1及D2。由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种输入功率范围可重构型整流电路，通过耦合度可重构耦合器的选通开关作用产生强耦合输输出或弱耦合输出，在强耦合输出下输入端能量大部分传输至耦合端，第二整流支路工作；在弱耦合输出下输入端能量大部分传输至直通端，第一整流支路工作，从而实现在较宽的输入功率范围内具有高整流效率，同时具有损耗低、低成本易加工特点，适用于广泛推广。下面描述本发明的具体实施例。
本实例的一种输入功率范围可重构型整流电路的工作中心频率为915MHz,第一整流支路采用低输入功率范围的整流二极管HSMS-2860，第一整流负载阻值为820Ω；第二整流支路采用高输入功率范围的整流二极管HSMS-2820，第二整流负载阻值为470Ω。耦合度可重构耦合器的耦合度分别选择为15dB和1dB，第一跨接电容92和第二跨接电容94均为3.6pF。
通过导通耦合度可重构支路，配合调节跨接变容二极管的电容值，从而实现耦合度可重构耦合器的两种不同工作状态，两种不同工作状态下整流电路各器件的参数及指标如下表所示：
图3示出了本发明所述的一种输入功率范围可重构型整流电路在不同的工作状态下反射系数与输入功率关系曲线图，在第一整流支路工作时反射系数低于-15dB的输入功率范围为-5dBm到13dBm，在第二整流支路工作时发射系数低于-15dB的输入功率范围为12dBm到30dBm。
图4示出了本发明所述的一种输入功率范围可重构型整流电路、在不同的工作状态下整流效率与输入功率的关系曲线，第一整流电路的输入功率范围(50％以上)与第二整流电路的输入功率范围(50％以上)的并集为整流电路的总输入功率范围，整流电路整流效率50％以上的输入功率范围为0dBm到28dBm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种输入功率范围可重构型整流电路,其特征在于包括：介质基板(1)，所述介质基板(1)上设置有耦合度可重构耦合器(2)、第一整流支路(3)和第二整流支路(4)，所述耦合度可重构耦合器(2)与第一整流支路(3)和第二整流支路(4)相连接；所述耦合度可重构耦合器(2)包括平行耦合微带线(8)，所述平行耦合微带线(8)的两端连接有第一跨接电容(92)和第二跨接电容(94)，所述平行耦合微带线(8)的中部连接有跨接变容二极管(93)，所述平行耦合微带线(8)上还连接有用于调节该耦合度可重构耦合器(2)的耦合度的第一耦合度可重构电路(5)和第二耦合度可重构电路(6)、以及为跨接变容二极管(93)供电的偏置电路(7)；所述第一整流支路(3)包括第一匹配网络(31)、第一整流二极管(13)、第一滤波电容(14)和第一负载(15)，所述第一匹配网络(31)与第一整流二极管(13)相连接，所述第一整流二极管(13)与第一滤波电容(14)和第一负载(15)相连接，所述第二整流支路(4)包括第二匹配网络(41)、第二整流二极管(19)、第二滤波电容(20)和第二负载(21)，所述第二匹配网络(41)与第二整流二极管(19)相连接，所述第二整流二极管(19)与第二滤波电容(20)和第二负载(21)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种输入功率范围可重构型整流电路，其特征还在于：所述耦合度可重构耦合器(2)还包括隔直电容(95)、隔离端匹配负载(96)、输入端微带线(81)、隔离端微带线(82)、耦合端微带线(83)和直通端微带线(84)；所述直通端微带线(84)与第一整流支路(3)相连接，所述耦合端微带线(83)与第二整流支路(4)相连接，所述隔离端微带线(82)与隔直电容(95)相连接，所述隔直电容(95)与隔离端匹配负载(96)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种输入功率范围可重构型整流电路，其特征还在于：所述第一匹配网络(31)包括特性阻抗为Z1的传输线(10)、短路支节(11)和特性阻抗为Z2的传输线(12)，所述第二匹配网络(41)包括特性阻抗为Z3的传输线(16)、短路支节(17)和特性阻抗为Z4的传输线(18)。
4.根据权利要求1所述的一种输入功率范围可重构型整流电路，其特征还在于：所述第一整流二极管(13)的阳极与特性阻抗为Z2的传输线(12)相连接，所述第一整流二极管(13)的阴极与第一滤波电容(14)和第一负载(15)相连接，所述第二整流二极管(19)的阳极与特性阻抗为Z4的传输线(18)相连接，所述第二整流二极管(19)的阴极与第一滤波电容(20)和第一负载(21)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种输入功率范围可重构型整流电路，其特征还在于：所述第一整流二极管(13)与第二整流二极管(19)工作的输入功率范围不同，所述第一负载(15)与第二负载(21)的阻值不同，所述第一滤波电容(14)和第二滤波电容(20)的容值相同。
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