CN110190685B - 一种用于电磁能量收集的宽带整流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电磁能量收集的宽带整流电路，解决整流电路带宽覆盖不足的问题。该整流电路中介质基片(1)下表面完全被金属层覆盖，上表面的金属层包括输入微带线(2)，第一、第二、第三、第四匹配线(4)、(7)、(10)、(13)，第一、第二、第三接地高阻线(6)、(9)、(12)，第二电容(14)的接地焊盘(15)，直流输出线(16)，此外，上表面金属层焊接有第一、第二、第三肖特基二极管(5)、(8)、(11)，第一、第二电容(3)、(14)。

Description

一种用于电磁能量收集的宽带整流电路
技术领域
本发明属于微波射频器件技术领域，尤其涉及微波射频器件中的整流电路。
背景技术
电磁能量收集，就是利用天线接收环境中的电磁波能量，并转换为直流电，直接为装置供电或是为电池充电。随着无线通信技术的发展，移动通信基站大量建设，WiFi、蓝牙等无线网络得到了广泛应用，然而这些设备向空间辐射的大部分电磁能量并未使用，将这些电磁能量收集起来加以利用，对于提高能源的利用率，实现节能减排具有重要意义。
整流电路是电磁能量收集系统的关键部件，其作用是将天线接收的电磁能量转化为直流电。一方面，整流电路要求具有较高的射频直流转换效率，以实现能量的高效利用。另一方面，由于输入整流电路的电磁能量来源较广，包括无线电广播、无线局域网、手机通讯设备等，因此，要求整流电路能工作在多频段，或是宽频段。目前公开的整流电路或是只工作在单一频点，或是工作在多频段，很少有工作在较宽频段的。当整流电路工作在较宽频段时，能收集到更多不同频率的电磁能量，从而提高输出的直流功率。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于电磁能量收集的宽带整流电路，克服现有整流电路只能工作在有限频段的缺点。
本发明的技术方案是：一种用于电磁能量收集的宽带整流电路，介质基片1下表面完全被金属层覆盖，上表面的金属层包括输入微带线2，第一、第二、第三、第四匹配线4、7、10、13，第一、第二、第三接地高阻线6、9、12，第二电容14的接地焊盘15，直流输出线16，上表面金属层焊接有第一、第二、第三肖特基二极管5、8、11；第一、第二、第三接地高阻线6、9、12的一端为焊盘，用于焊接肖特基二极管，另一端为带有接地通孔的焊盘；输入微带线2的特性阻抗是50欧姆，其右端与第一匹配线4的通过第一电容3连接，第一匹配线4呈L形，其右端向下弯折，并与第一肖特基二极管5，第一接地高阻线6依次相连，同时也与第二匹配线7的一端相连，第一肖特基二极管5的阳极接第一接地高阻线6，阴极接第一匹配线4；第二匹配线7的右端向上弯折，左端向下弯折，其下端与第二肖特基二极管8，第二接地高阻线9依次相连，同时也与第三匹配线10的一端相连，第二肖特基二极管8的阳极接第二接地高阻线9，阴极接第二匹配线7，第二接地高阻线9呈螺旋电感形，以减小电路面积；第三匹配线10呈L形，其左端向上弯折，其右端与第三肖特基二极管11，第三接地高阻线12依次相连，同时也与第四匹配线13的一端相连，第三肖特基二极管11的阳极接第三接地高阻线12，阴极接第三匹配线10，第三接地高阻线12向上伸出并向右弯折；第四匹配线13呈L形，其右端向上弯折，与第二电容14，接地焊盘15依次相连，并与直流输出线16相连。
本发明的技术方案的原理是：电磁波信号从输入微带线2进入，第一电容3的作用是使电磁波信号能通过，而整流得到的直流电不能通过，第一、第二、第三、第四匹配线4、7、10、13能对肖特基二极管的阻抗和负载进行匹配，第一、第二、第三接地高阻线6、9、12用于消除第一、第二、第三肖特基二极管5、8、11的容性阻抗分量，肖特基二极管能将基波信号转化为谐波和直流分量，第二电容15能对整流得到的直流信号进行滤波，消除谐波产生的波纹，直流输出线16接负载。整个电路对部分微带线进行弯折，以减小电路的体积。
本发明的优点和有益效果：
本发明的整流电路带宽较宽，能覆盖大现今大部分手机工作频段，2.45GHz的WiFi工作频段，能高效地将这些电磁波能量转化为直流能量。此外，本发明采用印制电路板工艺，便于批量化生产，成本低，加工一致性好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明在不同的输入功率下S参数的测试曲线
图3是本发明在不同的输入功率下效率随频率变化的测试曲线
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：一种用于电磁能量收集的宽带整流电路，介质基片1下表面完全被金属层覆盖，上表面的金属层包括输入微带线2，第一、第二、第三、第四匹配线4、7、10、13，第一、第二、第三接地高阻线6、9、12，第二电容14的接地焊盘15，直流输出线16，上表面金属层焊接有第一、第二、第三肖特基二极管5、8、11；第一、第二、第三接地高阻线6、9、12的一端为焊盘，用于焊接肖特基二极管，另一端为带有接地通孔的焊盘；输入微带线2的特性阻抗是50欧姆，其右端与第一匹配线4的通过第一电容3连接，第一匹配线4呈L形，其右端向下弯折，并与第一肖特基二极管5，第一接地高阻线6依次相连，同时也与第二匹配线7的一端相连，第一肖特基二极管5的阳极接第一接地高阻线6，阴极接第一匹配线4；第二匹配线7的右端向上弯折，左端向下弯折，其下端与第二肖特基二极管8，第二接地高阻线9依次相连，同时也与第三匹配线10的一端相连，第二肖特基二极管8的阳极接第二接地高阻线9，阴极接第二匹配线7，第二接地高阻线9呈螺旋电感形，以减小电路面积；第三匹配线10呈L形，其左端向上弯折，其右端与第三肖特基二极管11，第三接地高阻线12依次相连，同时也与第四匹配线13的一端相连，第三肖特基二极管11的阳极接第三接地高阻线12，阴极接第三匹配线10，第三接地高阻线12向上伸出并向右弯折；第四匹配线13呈L形，其右端向上弯折，与第二电容14，接地焊盘15依次相连，并与直流输出线16相连。
为进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例，一种用于电磁能量收集的宽带整流电路，介质基片使用厚度为0.8mm，相对介电常数为2.55的F4B基片，肖特基二极管为SMS7630。当负载为800欧姆时，输入功率为-10dBm到5dBm时，电路S11参数在1.2GHz到2.7GHz均小于-10dB，如图2所示。射频-直流转换效率的测试结果如图3所示，输入功率为0dBm时，从1.2GHz到2.8GHz，射频-直流转换效率均大于50％，因此，该整流电路具有宽带特性。此外，在2GHz处，输入功率为5dBm时，整流效率高达61％，显示出了较高的整流效率。

Claims (1)

1.一种用于电磁能量收集的宽带整流电路，其特征在于：介质基片(1)下表面完全被金属层覆盖，上表面的金属层包括输入微带线(2)，第一、第二、第三、第四匹配线(4)、(7)、(10)、(13)，第一、第二、第三接地高阻线(6)、(9)、(12)，第二电容(14)的接地焊盘(15)，直流输出线(16)，上表面金属层焊接有第一、第二、第三肖特基二极管(5)、(8)、(11)；第一、第二、第三接地高阻线(6)、(9)、(12)的一端为焊盘，用于焊接肖特基二极管，另一端为带有接地通孔的焊盘；输入微带线(2)的特性阻抗是50欧姆，其右端与第一匹配线(4)的通过第一电容(3)连接，第一匹配线(4)呈L形，其右端向下弯折，并与第一肖特基二极管(5)，第一接地高阻线(6)依次相连，同时也与第二匹配线(7)的一端相连，第一肖特基二极管(5)的阳极接第一接地高阻线(6)，阴极接第一匹配线(4)；第二匹配线(7)的右端向上弯折，左端向下弯折，其下端与第二肖特基二极管(8)，第二接地高阻线(9)依次相连，同时也与第三匹配线(10)的一端相连，第二肖特基二极管(8)的阳极接第二接地高阻线(9)，阴极接第二匹配线(7)，第二接地高阻线(9)呈螺旋电感形，以减小电路面积；第三匹配线(10)呈L形，其左端向上弯折，其右端与第三肖特基二极管(11)，第三接地高阻线(12)依次相连，同时也与第四匹配线(13)的一端相连，第三肖特基二极管(11)的阳极接第三接地高阻线(12)，阴极接第三匹配线(10)，第三接地高阻线(12)向上伸出并向右弯折；第四匹配线(13)呈L形，其右端向上弯折，与第二电容(14)，接地焊盘(15)依次相连，并与直流输出线(16)相连。
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