CN114497946A - 一种宽带宽输入微波整流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种宽带宽输入微波整流电路，属于通信技术领域。该整流电路包括微带线结构、介质基板和金属地。所述的微带线结构和金属地分别印刷在介质基板的上表面和下表面。微带线结构由一个输入端口、一个宽带宽输入匹配网络、一个低功率整流单元和一个高功率整流单元组成。宽带宽输入匹配网络由四段微带线组成，实现了两个整流单元与源阻抗的匹配，使更多的功率被传输到后端的低功率整流单元和高功率整流单元中。当输入功率较低时，更多的输入功率被分配到低功率整流单元；当输入功率较高时，更多的功率将被分配到高功率整流单元。由此扩展了整流电路的输入功率范围。不仅如此，该匹配网络还实现了整流电路在宽频带上的阻抗匹配。

Description

一种宽带宽输入微波整流电路
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种宽带宽输入微波整流电路。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，人们的生活环静中充满了电磁波，如果能将这些电磁能量回收，就地取能，就可以摆脱电子设备的寿命由电池决定的限制。因此，射频能量收集在科学研究方面得到了极大的关注。各种RF-收集设备也广泛应用于医疗，智能家居，电动汽车，消费电子和无人机续航中。如今一些整流器已经可以在窄带范围内，获得很高的转换效率。然而随着5G和物联网技术的崛起，越来越多的频带被应用于无线通信当中，电磁能量分布在多个频带之中，因此，为了使得可以收集的能量最大化，设计宽带整流器变得日趋重要。此外，由于环境中的能量功率密度宽跨越一个很宽的功率范围。因此，设计能够工作在宽输入功率范围的整流器也十分重要。综上所述，研究能够同时工作于宽频和宽输入功率范围的整流电路具有很大的挑战和实际意义。此时，整流器的能量转换效率应该在输入功率和频率的情况下保持稳定。
发明内容
本发明的目的是提出一种宽带宽输入微波整流电路，以实现在宽带宽输入功率范围内将收集的射频能量进行整流的目的。所述发明由微带线结构、介质基板128和下表面金属地127组成。其中微带线结构又由一个输入端口Ⅰ、一个宽带宽输入匹配网络Ⅱ、一个高功率整流单元Ⅲ和一个低功率整流单元Ⅳ组成。当输入功率较低时，更多的能量被分配给低功率整流单元Ⅳ；当输入功率较高时更多的功率被分配给高功率整流单元。宽带宽输入匹配网Ⅱ络在在宽频带和宽输入功率范围内实现了与源阻抗的阻抗匹配。
本发明的目的是这样实现的：包括微带线结构、介质基板128和下表面金属板127。其中微带线结构主要由一个输入端口Ⅰ、一个宽带宽输入匹配网络Ⅱ、一个高功率整流单元Ⅲ和一个低功率整流单元Ⅳ构成。
进一步地，所述的输入端口Ⅰ由由第一微带线101、第二微带线102与第三微带线103构成。其中，第一微带线101、第二微带线102用于固定SMA接头，射频能量由第三微带线103流入整流电路。
进一步地，所述的宽带宽输入匹配网络Ⅱ由第四微带线104、第五微带线105、第六微带线106和第七微带线107构成。第四微带线104和第七微带线107连接到第三微带线103。因此，能量从三者的连接处一分为二。第四微带线104、第五微带线105和第六微带线106依次相连，形成阶梯阻抗匹配。
进一步地，所述的高功率整流单元Ⅲ，由整流部分、谐波抑制部分和负载部分组成。其中整流部分包括第一肖特基二极管114、第二电感115。第一肖特基二极管114起到将射频信号转换为直流信号的作用。由于肖特基二极管在输入功率和频带范围内主要呈现电容型，该特性会降低整流效率。因此采用一个匹配电感115在工作频带和输入功率范围内抵消二极管带来的电容性，提高整流效率。谐波抑制部分由第二电容112和第一电感110构成。该部分的作用在于使输出的直流波形更加平滑和将基频和二极管整流时产生的高次谐波返回到第一肖特基二极管114中进行再次整流。负载部分由第一负载电阻113构成，它可以将整流后的直流能量进行收集和利用。整流部分、谐波抑制部分和负载部分由第八微带线109、第九微带线111和第十微带线116连接起来。高功率整流单元Ⅲ通过第一电容110与第六微带线106的连接，进而连接到宽带宽输入匹配网络Ⅱ。在输入功率较高时，所述的高功率整流单元Ⅲ将会获得更多的能量。
进一步地，所述的低功率整流单元Ⅳ，由第三电容117、第十一微带线118、第三电感119、第十二微带线120、第四电容121、第二负载电阻122、第二肖特基二极管123、第四电感124和第十三微带线125组成。低功率整流单元Ⅳ通过第三电容117与第七微带线107的连接实现了与宽带宽输入匹配网络Ⅱ的连接。第三电容117同时还起到了低通滤波器的作用，其作用在于只允许基频通过，抑制高次谐波，防止第二肖特基二极管123在整流时产生的高次谐波被前端的辐射器辐射出去而造成能量损失。第二肖特基二极管123和第四电感124组成整流部分，第四电感124可以抵消第二肖特基二极管123在工作范围内的电容性。在特定的功率下，有最佳的第二负载电阻122，可以将得到的直流能量收集利用。第三电感119和第四电容121共同构成低功率整流单元Ⅳ的直通滤波器结构，实现了平滑输出直流和将基频与高次谐波反射回二极管再次整流，以提高微波-直流转换效率。在输入功率较低时，所述的低功率整流单元Ⅳ将获得更多的能量。
进一步地，所述的金属接地过孔126被加载到第一微带线101、第二微带线102、第十微带线116和第十三微带线125上，以实现微带线结构的接地需要。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种宽带宽输入微波整流电路，利用宽带宽输入匹配网络Ⅱ实现了整个整流电路在宽频带和宽输入功率范围上的阻抗匹配，并采用匹配电感抵消二极管在工作时呈现的电容特性，进而提高了能量转换的效率，同时减小了整流电路的尺寸。使用拥有不同最佳输入功率范围的子整流单元，拓展了整流电路的输入功率工作范围。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
图2是本发明的正面结构示意图。
图3是本发明的背面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的目的是这样实现的：如图一所示，一种宽带宽输入微波整流电路包括两个分别适用于高低功率的整流单元和一个宽带宽输入匹配网络Ⅱ。在不同的输入功率下，两个子整流单元将被分配占比不同的能量。根据并联电路的功率分配原则——两个单元分配到的功率与整流单元的电阻成反比。因此，当输入功率较低时，低功率整流单元Ⅳ应于源阻抗匹配，高功率整流单元Ⅲ应呈高阻抗状态。相反，当输入功率较高时，低功率整流单元Ⅳ应表现为高阻抗，而高功率整流单元Ⅲ与源阻抗相匹配。在实际设计时，高低两个整流单元会存在输入功率范围相重叠的部分，合理地选择两个整流单元的分界功率范围，可以实现当输入功率小于分界功率，分配到低功率整流单元Ⅳ的功率远大于分配到高功率整流单元Ⅲ的功率。当输入功率大于分界功率时，分配到高功率整流单元Ⅲ的功率远大于分配到低功率整流单元Ⅳ的功率。此外合理的分界功率范围也可以使得整流电路工作在最大输入功率范围内。
所述的宽带宽输入微波整流电路由印刷在材料为F4B的介质基板128上表面的微带线结构与印刷在下表面的金属地127组成。微带线结构由一个输入端口Ⅰ，一个宽带宽输入匹配网络Ⅱ和高功率整流单元Ⅲ和低功率整流单元Ⅳ连接构成。射频能量通过固定在第一位带线101、第二微带线102和金属地127之间的SMA接头经输入端口Ⅰ进入整流电路。宽带宽输入匹配网路由四段微带线组合而成。其中第四微带线104、第五微带线105和第六微带线106用于连接高功率整流单元Ⅲ，进而实现高功率整流单元Ⅲ与源阻抗之间的匹配。而第七微带线107用于连接低功率整流单元Ⅳ与一个宽带宽输入匹配网络Ⅱ，实现了两者在工作范围内的阻抗匹配。在本设计中以三段微带线实现高功率整流单元Ⅲ的阻抗匹配，而用一段微带线实现低功率整流单元Ⅳ的阻抗匹配，其原因在于当两个整流单元均实现最佳阻抗匹配时，在分界功率处的匹配将显著降低，无法在宽带宽输入范围内实现阻抗匹配。因此，选择一个整流单元作为主整流单元，将更多的资源倾斜给该整流单元，可以实现整个整流电路在宽带宽输入范围内的阻抗匹配。在本设计中选择高功率整流单元Ⅲ为主整流单元，适当降低低功率整流单元Ⅳ的阻抗匹配。这样选择的原因在于，当输入功率过低时，整流器的工作性能会显著降低，高功率整流单元Ⅲ的输入功率工作范围大于低功率整流单元Ⅳ。
本实施例中一种宽带宽输入微波整流电路的正反结构分别如图2和3所示，以下仅仅为本发明的一个实例，在本实例中第一肖特基二极管114采用Agilent Technologies公司生产的HSMS282B，第二肖特基二极管123采用Agilent Technologies公司生产的HSMS2860。第一电容108和第三电容117均为村田公司生产的GRM18系列的15pF电容，第一电感110和第三电感119均为村田公司生产的LQW18系列22nH电感。第二电容112和第四电容121均为村田公司生产的GRM18系列100pF电容。第二电感和第四电感分别为村田公司生产的LQW18系列4.7nH和15nH电感。第一电阻113为200欧姆，第二电阻122为1600欧姆。所用的介质基板128为F4B，其介电常数为2.2，损耗正切为0.002，厚度为0.762mm。具体电路尺寸选择如下：第一微带线101和第二微带102长为3mm，宽为2.2mm；第三微带线103长为6.6mm，宽为1.9mm；第四微带线104长为3mm，宽为0.3mm；第五微带线105长为4.35mm，宽为0.6mm；第六微带线106长为10mm，宽为2.5mm；第七微带线107长为2.7mm，宽为1.9mm；第八微带线109和第十一微带线118长为2.2mm，宽为1.9mm；第九微带线111和第十二微带线120长为1mm，宽为1.9mm；第十微带线116和第十三微带线125为两个尺寸相同的阶梯结构。电路整体尺寸为30mm*14.5mm。
综上，本发明公开了一种宽带宽输入微波整流电路，属于通信技术领域。该整流电路包括微带线结构、介质基板和金属地。所述的微带线结构和金属地分别印刷在介质基板的上表面和下表面。微带线结构由一个输入端口、一个宽带宽输入匹配网络、一个低功率整流单元和一个高功率整流单元组成。宽带宽输入匹配网络由四段微带线组成，实现了两个整流单元与源阻抗的匹配，使更多的功率被传输到后端的低功率整流单元和高功率整流单元中。当输入功率较低时，更多的输入功率被分配到低功率整流单元；当输入功率较高时，更多的功率将被分配到高功率整流单元。由此扩展了整流电路的输入功率范围。不仅如此，该匹配网络还实现了整流电路在宽频带上的阻抗匹配。

Claims (6)

1.一种宽带宽输入微波整流电路，其特征在于：包括微带线结构、介质基板(128)及其下表面的金属地(127)，微带线结构和金属地(127)分别印刷在介质基板(128)的上、下表面，微带线结构包括输入端口(Ⅰ)、宽带宽输入匹配网络(Ⅱ)、高功率整流单元(Ⅲ)和低功率整流单元(Ⅳ)。
2.根据权利要求1所述的一种宽带宽输入微波整流电路，其特征在于：输入端口(Ⅰ)包括第一微带线(101)、第二微带线(102)与第三微带线(103)，第三微带线(103)用于传输功率，第一微带线(101)和第二微带线(102)用于固定SMA接头。
3.根据权利要求1所述的一种宽带宽输入微波整流电路，其特征在于：宽带宽输入匹配网络(Ⅱ)包括四段微带传输线，分别为第四微带线(104)、第五微带线(105)、第六微带线(106)和第七微带线(107)。该部分在宽频带与宽输入实现了与源阻抗的阻抗匹配。
4.根据权利要求1所述的一种宽带宽输入微波整流电路，其特征在于：所述高功率整流单元(Ⅲ)包括第一电容(108)、第八微带线(109)、第一电感(110)、第九微带线(111)、第二电容(112)、第一负载电阻(113)、第一肖特基二极管(114)、第二电感(115)和第十微带线(116)，第一电容(108)构成低通滤波器，防止二极管产生的高频分量被天线辐射而造成能量损失，第二电容(112)和第一电感(110)共同组成直通滤波器，起到在输出端起到平滑输出直流并将基频和高次谐波反射回第一肖特基二极管(114)进行再次整流的作用，第二电感(115)用于抵消第一肖特基二极管(114)在工作时带来的容抗，第六微带线(106)与高功率整流单元(Ⅲ)连接在一起。
5.根据权利要求1所述的一种宽带宽输入微波整流电路，其特征在于：所述低功率整流单元(Ⅳ)包括第三电容(117)、第十一微带线(118)、第三电感(119)、第十二微带线(120)、第四电容(121)、第二负载电阻(122)、第二肖特基二极管(123)、第四电感(124)和第十三微带线(125)，第一肖特基二极管(114)与第二肖特基二极管(123)为不同型号的二极管，第三电容(117)构成低通滤波器，防止第二肖特基二极管(123)产生的高频分量被天线辐射出去而造成能量损失，第四电容(121)和第三电感(119)共同组成直通滤波器，在输出端起到平滑输出直流并将基频和高次谐波反射回第二肖特基二极管(123)中进行再次整流，第四电感(124)用于抵消第二肖特基二极管(123)在工作时带来的容抗，第七微带线(107)与低功率整流单元(Ⅳ)连接在一起，第一负载电阻(113)与第二负载电阻(122)的阻值不同。
6.根据权利要求1所述的一种宽带宽输入微波整流电路，其特征在于：通过金属接地过孔(126)穿过介质基板(128)连接微带线结构和金属地(127)，金属接地过孔(126)被应用于第一微带线(101)、第二微带线(102)、第十微带线(116)和第十三微带线(125)上。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115313692A (zh) * 2022-07-05 2022-11-08 电子科技大学 基于集总元件及其寄生效应实现的小型化微波整流电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207926292U (zh) * 2018-03-09 2018-09-28 安徽大学 一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器
US20190067802A1 (en) * 2017-08-28 2019-02-28 Aeternum, LLC Rectenna
CN212992223U (zh) * 2020-09-02 2021-04-16 安徽大学 一种宽带低功率射频能量整流器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190067802A1 (en) * 2017-08-28 2019-02-28 Aeternum, LLC Rectenna
CN207926292U (zh) * 2018-03-09 2018-09-28 安徽大学 一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器
CN212992223U (zh) * 2020-09-02 2021-04-16 安徽大学 一种宽带低功率射频能量整流器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PENGDE WU等: "Design of a Wide Dynamic Range Rectifier Array Based on Adaptive Input-Power Distribution", 《URSI GASS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115313692A (zh) * 2022-07-05 2022-11-08 电子科技大学 基于集总元件及其寄生效应实现的小型化微波整流电路
CN115313692B (zh) * 2022-07-05 2024-04-09 电子科技大学 基于集总元件及其寄生效应实现的小型化微波整流电路

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