CN116247948A - 一种通信整流协同的后向反馈整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信整流协同的后向反馈整流电路，通过三端口定向耦合模块将外部接收天线输入其内的基频信号输出至整流模块中，并将整流模块反射回来的倍频信号反射回外部发射天线中进行发射，三端口定向耦合模块仅使用三个端口就完成了的输入的基频信号和反射的倍频信号的隔离，从而只需要设置一个整流模块就能实现基频信号和倍频信号的传输，避免了整流模块的重复使用，在整流模块中，通过不等分功分器、基频匹配电路、倍频匹配电路、高功率整流器、低功率整流器以及直通滤波器实现整流功能、解调功能以及倍频反射功能；优点是结构简单，尺寸较小，且在输入信号功率失配的情况下依旧具备高转换倍频效率。

Description

一种通信整流协同的后向反馈整流电路

技术领域

本发明涉及反馈整流电路，尤其是涉及一种通信整流协同的后向反馈整流电路。

背景技术

近些年，随着物联网(Internet of things,IOT)的兴起，越来越多的传感节点需要供电。无线传感器是物联网传感节点的一个重要部分，为无线传感器提供能量，是物联网设计和规划的关键点。无线能量传输(Wireless Power transfer,WPT)技术通过电磁波输能，其优点是：传输距离远，结构简单，成本低廉。由此，通过射频整流电路将天线收到的射频能量转化为可存储的直流电能从而为传感节点供电的技术得到了广泛的研究。

无线携能通信(Simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)是WPT中的一项新兴技术。它在为无线网络设备供能的同时进行通信。其通过网络传输功率和信息的能力不仅能帮助无线网络设备高效通信，而且可以延长基站附近无线网络设备的寿命。在IOT场景下，绝大部分的无线网络设备都具有低功耗、低成本、功能简单、布设较广的特点。因此，以牺牲一部分通信性能为代价，进一步降低无线网络设备成本和功耗，并减少无线网络设备布设和维护成本的方法是可行的。基于幅度调制和非相干解调的SWIPT系统可以使用集成式接收机同时进行能量和数字信号的传输，其核心模块为整流模块，用于输出电能以及基带信号(模拟信号)。整流模块由于只需要用微带线搭建简单的整流以及滤波电路就可以实现，其在IOT场景下的应用前景非常广泛。目前，国内外对于无线携能通信的研究主要集中于软件层面的动态功率分配策略上，在硬件电路，尤其是在信能一体化的整流电路上的研究存在较大空白。

SWIPT中的高效传输和空分多址等技术通常要求天线具备高增益和高定向性的特点。因此，面对移动的IOT设备，天线之间存在失配的可能。天线间的对准一旦失配，将导致接收机无法获得天线的波束能量，从而使能量传输效率以及通信可靠性的急剧下降，并可能对干扰其他IOT设备造成干扰。目前的SWIPT系统通常只进行固定功率、固定方向的信息和能量传输，因此设计出可以反馈接收功率以进行天线对准的SWIPT系统中的接收机就显得尤为重要。利用整流器产生的倍频信号对输入信号进行反馈是一项常用的技术，该技术无需产生额外的功耗即可产生反馈信号，由于反馈信号和接收机的接收功率呈正相关，因此可被用于天线的对准。

现有的具备反馈功能的整流电路通常由定向耦合模块、两个完全相同的整流模块以及直通滤波器构成，定向耦合器模块具有输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口这四个端口，其中，输入端口连接接收天线，直通端口和耦合端口连接两个整流模块，隔离端口连接发射天线由于额外增加了一个整流模块的原因，现有的具备反馈功能的整流电路的尺寸较大，以致输入其内的输入信号的功率区间上升3dB，有效传输距离缩短。此外，由于整流器件具有非线性特性，现有的具备反馈功能的整流电路在输入其内的输入信号功率失配的情况下，其倍频转换效率会迅速下降，严重限制反馈信号的读取距离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，尺寸较小，且在输入信号功率失配的情况下依旧具备高转换倍频效率的通信整流协同的后向反馈整流电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种通信整流协同的后向反馈整流电路，包括三端口定向耦合模块以及整流模块，所述的三端口定向耦合模块用于将外部接收天线输入其内的基频信号输出至所述的整流模块中，并用于将所述的整流模块反射回来的倍频信号反射回外部发射天线中进行发射，所述的整流模块用于将所述的三端口耦合模块输出至其处的基频信号转换为直流信号、基带信号和倍频信号，其中直流信号输出给外部储能元件，为外部储能元件提供充电电能，倍频信号反射给所述的三端口定向耦合模块，基带信号发送给外部模数转换器，外部模数转换器将基带信号转换为数字信号；所述的整流模块具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的三端口定向耦合模块具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的整流模块的输入端和所述的三端口定向耦合模块的第一输出端连接，所述的整流模块的第一输出端用于连接储能元件，所述的整流模块的第二输出端用于和外部模数转换器连接；所述的三端口定向耦合模块的输入端用于和接收天线连接，所述的三端口定向耦合模块的第二输出端用于和发射天线连接；所述的整流模块包括不等分功分器、基频匹配电路、倍频匹配电路、高功率整流器、低功率整流器以及直通滤波器，所述的不等分功分器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的基频匹配电路具有输入端和输出端，所述的倍频整流电路具有输入端和输出端，所述的高功率整流器具有输入端和输出端，所述的低功率整流器具有输入端和输入端，所述的直通滤波器具有输入端和输出端，所述的不等分功分器的输入端为所述的整流模块的输入端，所述的不等分功分器的第一输出端与所述的基频匹配电路的输入端相连接，所述的不等分功分器的第二输出端与所述的倍频匹配电路的输入端相连接，所述的基频匹配电路的输出端与所述的高功率整流器的输入端相连接，所述的高功率整流器的输出端为所述的整流模块的第一输出端，所述的倍频匹配电路的输出端与所述的低功率整流器的输入端相连接，所述的低功率整流器的输出端与所述的直通滤波器的输入端相连接，所述的直通滤波器的输出端为所述的整流模块的第二输出端；所述的不等分功分器用于将所述的三端口定向耦合模块输出至其处的基频信号分为功率不相等的两路基频信号，将两路基频信号中，功率较大的称为第一路基频信号，功率较小的称为第二路基频信号，所述的不等分功分器将第一路基频信号输出至所述的基频匹配电路，第二路基频信号输出至所述的倍频匹配电路，所述的基频匹配电路对所述的不等分功分器以及所述的高功率整流器进行阻抗匹配，将所述的高功率整流器的输入阻抗在基频处匹配到50欧姆，第一路基频信号能够通过所述的基频匹配电路后传输至所述的高功率整流器，所述的倍频匹配电路将所述的不等分功分器以及所述的低功率整流器在倍频处进行阻抗匹配，将所述的低功率整流器的输入阻抗在倍频处匹配到50欧姆，第二路基频信号能够通过所述的倍频匹配电路后传输至所述的低功率整流器以及倍频信号能够通过所述的倍频匹配电路后传输至所述的不等分功分器，所述的高功率整流器用于将传输至其处的第一路基频信号转化为直流信号输出至储能元件，所述的低功率整流器用于将传输至其处的第二路基频信号转化为基带信号和倍频信号后传输至所述的直通滤波器，所述的直通滤波器用于将传输至其处的倍频信号反向传输至所述的低功率整流器中，并将传输至其处的基带信号传输至外部模数转换器中，当所述的低功率整流器接收到所述的直通滤波器反向传输至其处的倍频信号时，所述的低功率整流器将倍频信号传输至所述的倍频匹配电路中，所述的倍频匹配电路将倍频信号传输至所述的不等分功分器中，所述的不等分功分器将倍频信号传输至所述的三端口定向耦合器中，所述的三端口耦合器通过其第二输出端将倍频信号传输至发射天线中。

所述的三端口定向耦合模块包括第一端口、第二端口、第三端口、第一矩形微带线、第二矩形微带线、第三矩形微带线、第四矩形微带线、第五矩形微带线以及第六矩形微带线，所述的第一矩形微带线的一端、所述的第六矩形微带线的一端与所述的第一端口相连接，所述的第一矩形微带线的另一端、所述的第二矩形微带线的一端和所述的第三矩形微带线的一端相连接；所述的第二矩形微带线的另一端开路，所述的第三矩形微带线的另一端与所述的第四矩形微带线的一端相连接；所述的第四矩形微带线的另一端、所述的第五矩形微带线的一端和所述的第二端口相连接，所述的第五矩形微带线的另一端、所述的第六矩形微带线的另一端和所述的第三端口相连接，所述的第一端口为所述的三端口定向耦合模块的输入端，所述的第二端口为所述的三端口定向耦合模块的第一输出端，所述的第三端口为所述的三端口定向耦合模块的第二输出端。该三端口定向耦合模块将其输入端输入的基频信号分为两路，使输入端输入的基频信号在第一输出端等幅反相，相互抵消，在第二输出端等幅同相，相互叠加并输出，使第一输出端输出的倍频信号分为两路，第一路倍频信号被第二微带线阻隔并反射至第二输出端，第二路则直接输出至第二输出端中，由此，该三端口定向耦合模块只需要接入单个整流模块就完成了输入的基频信号和反射的倍频信号的隔离的功能，避免了整流模块的重复使用，简化了整流电路的结构，使其尺寸小型化，紧凑。

所述的不等分功分器包括第七矩形微带线、第八矩形微带线、第九矩形微带线、第十矩形微带线和第十一矩形微带线，所述的第七矩形微带线的一端为所述的不等分功分器的输入端，所述的第七矩形微带线的另一端、所述的第八矩形微带线的一端以及所述的第十矩形微带线的一端相连，所述的第八矩形微带线的另一端与与所述的第九矩形微带线的一端相连接，所述的第十矩形微带线的另一端与所述的第十一矩形微带线的一端相连接，所述的第九矩形微带线的另一端为所述的不等分功分器的第一输出端，所述的第十一矩形微带线的另一端为所述的不等分功分器的第二输出端。该不等分功分器通过将输入信号分为两路，第九矩形微带线的阻抗在基频频段为50Ω，第十一矩形微带线的阻抗在倍频频段为50Ω，完成了输入基频信号的不等分分流，并使反射的倍频信号能通过。

所述的基频匹配电路包括第十二矩形微带线、第十三矩形微带线、第十四矩形微带线、第十五矩形微带线和第十六矩形微带线，所述的第十二矩形微带线的一端为所述的基频匹配电路的输入端，所述的第十二矩形微带线的另一端、所述的第十三矩形微带线的一端以及所述的第十四矩形微带线的一端相连，所述的第十四矩形微带线的另一端、所述的第十五矩形微带线的一端和所述的第十六矩形微带线的一端相连接，所述的第十六矩形微带线的另一端为基频匹配电路的输出端，所述的第十三矩形微带线的另一端和所述的第十五矩形微带线的另一端均开路，所述的第十三矩形微带线以及所述的第十五矩形微带线均为开路枝节线。该基频匹配电路采用了双枝节阻抗匹配网络，第十三矩形微带线作为枝节线将后续电路匹配到基频频段，第十五矩形微带线作为枝节线起到降低阻抗的功能，从而减小了由输入信号功率扰动产生的整流模块的阻抗变化对整体整流电路的影响。提高了整流电路的整流效率。

所述的倍频匹配电路包括第十七矩形微带线、第十八矩形微带线和第十九矩形微带线，所述的第十七矩形微带线的一端为所述的倍频匹配电路的输入端，所述的第十七矩形微带线的另一端、所述的第十八矩形微带线的一端以及所述的第十九矩形微带线的一端相连，所述的第十九矩形微带线的另一端为所述的倍频匹配电路的输出端，所述的第十八矩形微带线的另一端开路，所述的第十八矩形微带线为开路枝节线。倍频匹配电路采用了单枝节阻抗匹配网络，第十八矩形微带线作为枝节线将阻抗在倍频频段匹配到50Ω，结构简单。

所述的高功率整流器包括第二十矩形微带线、第二十一矩形微带线、第二十二矩形微带线、第二十三矩形微带线、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管，所述的第一二极管和所述的第二二极管均为肖特基二极管，所述的第一电容的一端为所述的高功率整流器的输入端，所述的第一电容的另一端与所述的第二十矩形微带线的一端相连接，所述的第二十矩形微带线的另一端、所述的第一二极管的阳极以及所述的第二二极管的阴极相连接，所述的第二二极管的阳极接地，所述的第一二极管的阴极与所述的第二十一矩形微带线的一端相连接，所述的第二十一矩形微带线的另一端、所述的第二十二矩形微带线的一端和所述的第二十三矩形微带线的一端相连接，所述的第二十二矩形微带线的另一端与所述的第二电容的一端相连接，所述的第二电容的另一端接地，所述的第二十三矩形微带线的另一端为所述的高功率整流器的输出端。该高功率整流器的采用具有较高的阈值电压和较低的导通电压的肖特基二极管和微带线相结合，而在输入信号具有高功率时具有较高的整流效率。

所述的低功率整流器包括第二十四矩形微带线以及第三二极管，所述的第三二极管为肖特基二极管，所述的第三二极管的阳极为所述的低功率整流器的输入端，所述的第三二极管的阴极与所述的第二十四矩形微带线的一端连接，所述的第二十四矩形微带线的另一端为所述的低功率整流器的输出端。该低功率整流器采用具有较高的最大反向电流的肖特基二极管结合微带线实现，在低功率输入情况下能产生更高的倍频功率，同时具有更低的导通电压，因此高功率整流器在输入信号功率失配时保持正常工作。

所述的直通滤波器包括第二十五矩形微带线、第二十六矩形微带线、第二十七矩形微带线、第二十八矩形微带线、第二十九矩形微带线、第三十矩形微带线以及第三电容，所述的第二十五矩形微带线的一端为所述的直通滤波器的输入端，所述的第二十五矩形微带线的另一端、所述的第二十六矩形微带线的一端、所述的第二十七矩形微带线的一端和所述的第二十八矩形微带线的一端相连接，所述的第二十八矩形微带线的另一端、所述的第二十九矩形微带线的一端和所述的第三十矩形微带线的一端相连接，所述的第二十九矩形微带线的另一端与所述的第三电容的一端相连接，所述的第三电容的另一端接地，所述的第三十矩形微带线的另一端为所述的直通滤波器的输出端，所述的第二十六矩形微带线的另一端和所述的第二十七矩形微带线的另一端均为开路，所述的第二十六矩形微带线以及所述的第二十七的矩形微带线均为开路枝节线。该直通滤波器中，通过设置第二十六矩形微带线的长度等于基频波长的四分之一即可实现基频信号的输入功能，通过设置第二十七矩形微带线的长度等于倍频波长的四分之一即可实现倍频信号的发射功能，防止其对后续电路造成影响，并提高倍频信号的反射功率。

将所述的第一矩形微带线、所述的第二矩形微带线、所述的第三矩形微带线、所述的第四矩形微带线、所述的第五矩形微带线、所述的第六矩形微带线、所述的第七矩形微带线、所述的第八矩形微带线、所述的第九矩形微带线、所述的第十矩形微带线、所述的第十一矩形微带线、所述的第十二矩形微带线、所述的第十三矩形微带线、所述的第十四矩形微带线、所述的第十五矩形微带线、所述的第十六矩形微带线、所述的第十七矩形微带线、所述的第十八矩形微带线、所述的第十九矩形微带线、所述的第二十矩形微带线、所述的第二十一矩形微带线、所述的第二十二矩形微带线、所述的第二十三矩形微带线、所述的第二十四矩形微带线、所述的第二十五矩形微带线、所述的第二十六矩形微带线、所述的第二十七矩形微带线、所述的第二十八矩形微带线、所述的第二十九矩形微带线和所述的第三十矩形微带线的一端至另一端所在方向称为其长度方向，与其长度方向垂直方向称为其宽度方向，所述的第一矩形微带线的长度为8.4mm，宽度为2.2mm，所述的第二矩形微带线的长度为5.7mm，宽度为1mm，所述的第三矩形微带线的长度为8.4mm，宽度为2.2mm，所述的第四矩形微带线的长度为13.8mm，宽度为2.2mm，所述的第五矩形微带线的长度为18.6mm，宽度为1mm，所述的第六矩形微带线的长度为13.8mm，宽度为2.2mm，所述的第七矩形微带线的长度为1.78mm，宽度为4mm，所述的第八矩形微带线的长度为8.2mm，宽度为2.37mm，所述的第九矩形微带线的长度为2.37mm，宽度为2.37mm，所述的第十矩形微带线的长度为7.82mm，宽度为1mm，所述的第十一矩形微带线的长度为1.55mm，宽度为1mm，所述的第十二矩形微带线的长度为6.27mm，宽度为1.74mm，所述的第十三矩形微带线的长度为12mm，宽度为3mm，所述的第十四矩形微带线的长度为3mm，宽度为1.74mm，所述的第十五矩形微带线的长度为6.33mm，宽度为2.3mm，所述的第十六矩形微带线的长度为6.12mm，宽度为1.74mm，所述的第十七矩形微带线的长度为6mm，宽度为1.6mm，所述的第十八矩形微带线的长度为15.4mm，宽度为3mm，所述的第十九矩形微带线的长度为1.68mm，宽度为16.75mm，所述的第二十矩形微带线的长度为6.33mm，宽度为1.74mm，所述的第二十一矩形微带线的长度为3mm，宽度为1.74mm，所述的第二十二矩形微带线的长度为3mm，宽度为1.74mm，所述的第二十三矩形微带线的长度为3mm，宽度为1.74mm，所述的第二十四矩形微带线的长度为1mm，宽度为1.78mm，所述的第二十五矩形微带线的长度为2.5mm，宽度1.78mm，所述的第二十六矩形微带线的长度为8.8mm，宽度为1.78mm，所述的第二十七矩形微带线的长度为6.1mm，宽度为1.78mm，所述的第二十八矩形微带线的长度为4mm，宽度为1.78mm，所述的第二十九矩形微带线的长度为4mm，宽度为1.78mm，所述的第三十矩形微带线的长度为4mm，宽度为1.78mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过三端口定向耦合模块将外部接收天线输入其内的基频信号输出至整流模块中，并将整流模块反射回来的倍频信号反射回外部发射天线中进行发射，三端口定向耦合模块仅使用三个端口就完成了的输入的基频信号和反射的倍频信号的隔离，从而只需要设置一个整流模块就能实现基频信号和倍频信号的传输，避免了整流模块的重复使用，简化了整流电路的结构，使其尺寸小型化，紧凑化，同时，在整流模块中，不等分功分器将输入的基频信号分配至两条支路中，使基频信号分别用于整流和解调两个用途，基频匹配电路将高功率整流器的阻抗在基频频段匹配至50Ω，并将基频信号传输至高功率整流电路中，高功率整流器将输入的基频信号以较高的整流效率输出为直流信号，实现整流功能，倍频匹配电路将低功率整流器的阻抗在倍频频段匹配至50Ω，最小化反射的倍频信号的损耗，并将少量基频信号传输至低功率整流器，低功率整流器将输入的基频信号信号转化为高转换效率的倍频信号以及基带信号，使电路实现解调功能，由于低功率整流器工作于高功率整流器的功率失配区间，其在输入整流模块的基频信号功率失配时依然能够输出解调信号，并保持较高的倍频转换效率，直通滤波器将输入的倍频信号反射回低功率整流器中，并输出基带信号，实现倍频反射功能，由此本发明在实现整流、解调、倍频信号反射功能的同时，结构简单，尺寸较小，且在基频信号功率失配的情况下依旧具备高倍频转换效率的优势。

附图说明

图1为本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路的原理框图；

图2为本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路的三端口定向耦合模块的电路图；

图3为本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路的整流模块的电路图；

图4为本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路的三端口定向耦合模块的输入端和第一输出端之间插入损耗、隔离度仿真和实测的对比图；

图5为本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路的三端口定向耦合模块的输入端和第二输出端之间插入损耗、隔离度仿真和实测的对比图；

图6为本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路的整流效率仿真与实测的对比图；

图7为本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路的输出倍频功率与倍频转换损耗仿真与实测的对比图；

图8为本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路输出的基带信号的实测图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：如图1所示，一种通信整流协同的后向反馈整流电路，包括三端口定向耦合模块以及整流模块，三端口定向耦合模块用于将外部接收天线输入其内的基频信号输出至整流模块中，并用于将整流模块反射回来的倍频信号反射回外部发射天线中进行发射，整流模块用于将三端口耦合模块输出至其处的基频信号转换为直流信号、基带信号和倍频信号，其中直流信号输出给外部储能元件，为外部储能元件提供充电电能，倍频信号反射给三端口定向耦合模块，基带信号发送给外部模数转换器，外部模数转换器将基带信号转换为数字信号；整流模块具有输入端、第一输出端和第二输出端，三端口定向耦合模块具有输入端、第一输出端和第二输出端，整流模块的输入端和三端口定向耦合模块的第一输出端连接，整流模块的第一输出端用于连接储能元件，整流模块的第二输出端用于和外部模数转换器连接；三端口定向耦合模块的输入端用于和接收天线连接，三端口定向耦合模块的第二输出端用于和发射天线连接；整流模块包括不等分功分器、基频匹配电路、倍频匹配电路、高功率整流器、低功率整流器以及直通滤波器，不等分功分器具有输入端、第一输出端和第二输出端，基频匹配电路具有输入端和输出端，倍频整流电路具有输入端和输出端，高功率整流器具有输入端和输出端，低功率整流器具有输入端和输入端，直通滤波器具有输入端和输出端，不等分功分器的输入端为整流模块的输入端，不等分功分器的第一输出端与基频匹配电路的输入端相连接，不等分功分器的第二输出端与倍频匹配电路的输入端相连接，基频匹配电路的输出端与高功率整流器的输入端相连接，高功率整流器的输出端为整流模块的第一输出端，倍频匹配电路的输出端与低功率整流器的输入端相连接，低功率整流器的输出端与直通滤波器的输入端相连接，直通滤波器的输出端为整流模块的第二输出端；不等分功分器用于将三端口定向耦合模块输出至其处的基频信号分为功率不相等的两路基频信号，将两路基频信号中，功率较大的称为第一路基频信号，功率较小的称为第二路基频信号，不等分功分器将第一路基频信号输出至基频匹配电路，第二路基频信号输出至倍频匹配电路，基频匹配电路对不等分功分器以及高功率整流器进行阻抗匹配，将高功率整流器的输入阻抗在基频处匹配到50欧姆，第一路基频信号能够通过基频匹配电路后传输至高功率整流器，倍频匹配电路将不等分功分器以及低功率整流器在倍频处进行阻抗匹配，将低功率整流器的输入阻抗在倍频处匹配到50欧姆，第二路基频信号能够通过倍频匹配电路后传输至低功率整流器以及倍频信号能够通过倍频匹配电路后传输至不等分功分器，高功率整流器用于将传输至其处的第一路基频信号转化为直流信号输出至储能元件，低功率整流器用于将传输至其处的第二路基频信号转化为基带信号和倍频信号后传输至直通滤波器，直通滤波器用于将传输至其处的倍频信号反向传输至低功率整流器中，并将传输至其处的基带信号传输至外部模数转换器中，当低功率整流器接收到直通滤波器反向传输至其处的倍频信号时，低功率整流器将倍频信号传输至倍频匹配电路中，倍频匹配电路将倍频信号传输至不等分功分器中，不等分功分器将倍频信号传输至三端口定向耦合器中，三端口耦合器通过其第二输出端将倍频信号传输至发射天线中。

实施例二：本实施例与实施例基本相同，区别在于：

如图2所示，本实施例中，三端口定向耦合模块包括第一端口port1、第二端口port2、第三端口port3、第一矩形微带线TL1、第二矩形微带线TL2、第三矩形微带线TL3、第四矩形微带线TL4、第五矩形微带线TL5以及第六矩形微带线TL6，第一矩形微带线TL1的一端、第六矩形微带线TL6的一端与第一端口port1相连接，第一矩形微带线TL1的另一端、第二矩形微带线TL2的一端和第三矩形微带线TL3的一端相连接；第二矩形微带线TL2的另一端开路，第三矩形微带线TL3的另一端与第四矩形微带线TL4的一端相连接；第四矩形微带线TL4的另一端、第五矩形微带线TL5的一端和第二端口port2相连接，第五矩形微带线TL5的另一端、第六矩形微带线TL6的另一端和第三端口port3相连接，第一端口port1为三端口定向耦合模块的输入端，第二端口port2为三端口定向耦合模块的第一输出端，第三端口port3为三端口定向耦合模块的第二输出端。

如图3所示，本实施例中，不等分功分器包括第七矩形微带线TL7、第八矩形微带线TL8、第九矩形微带线TL9、第十矩形微带线TL10和第十一矩形微带线TL11，第七矩形微带线TL7的一端为不等分功分器的输入端，第七矩形微带线TL7的另一端、第八矩形微带线TL8的一端以及第十矩形微带线TL10的一端相连，第八矩形微带线TL8的另一端与与第九矩形微带线TL9的一端相连接，第十矩形微带线TL10的另一端与第十一矩形微带线TL11的一端相连接，第九矩形微带线TL9的另一端为不等分功分器的第一输出端，第十一矩形微带线TL11的另一端为不等分功分器的第二输出端。

如图3所示，本实施例中，基频匹配电路包括第十二矩形微带线TL12、第十三矩形微带线TL13、第十四矩形微带线TL14、第十五矩形微带线TL15和第十六矩形微带线TL16，第十二矩形微带线TL12的一端为基频匹配电路的输入端，第十二矩形微带线TL12的另一端、第十三矩形微带线TL13的一端以及第十四矩形微带线TL14的一端相连，第十四矩形微带线TL14的另一端、第十五矩形微带线TL15的一端和第十六矩形微带线TL16的一端相连接，第十六矩形微带线TL16的另一端为基频匹配电路的输出端，第十三矩形微带线TL13的另一端和第十五矩形微带线TL15的另一端均开路，第十三矩形微带线TL13以及第十五矩形微带线TL15均为开路枝节线。

如图3所示，本实施例中，倍频匹配电路包括第十七矩形微带线TL17、第十八矩形微带线TL18和第十九矩形微带线TL19，第十七矩形微带线TL17的一端为倍频匹配电路的输入端，第十七矩形微带线TL17的另一端、第十八矩形微带线TL18的一端以及第十九矩形微带线TL19的一端相连，第十九矩形微带线TL19的另一端为倍频匹配电路的输出端，第十八矩形微带线TL18的另一端开路，第十八矩形微带线TL18为开路枝节线。

如图3所示，本实施例中，高功率整流器包括第二十矩形微带线TL20、第二十一矩形微带线TL21、第二十二矩形微带线TL22、第二十三矩形微带线TL23、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1和第二二极管D2均为型号为HSMS2862的肖特基二极管，第一电容C1的一端为高功率整流器的输入端，第一电容C1的另一端与第二十矩形微带线TL20的一端相连接，第二十矩形微带线TL20的另一端、第一二极管D1的阳极以及第二二极管D2的阴极相连接，第二二极管D2的阳极接地，第一二极管D1的阴极与第二十一矩形微带线TL21的一端相连接，第二十一矩形微带线TL21的另一端、第二十二矩形微带线TL22的一端和第二十三矩形微带线TL23的一端相连接，第二十二矩形微带线TL22的另一端与第二电容C2的一端相连接，第二电容C2的另一端接地，第二十三矩形微带线TL23的另一端为高功率整流器的输出端。

如图3所示，本实施例中，低功率整流器包括第二十四矩形微带线TL24以及第三二极管D3，第三二极管D3为型号为SMS7630的肖特基二极管，第三二极管D3的阳极为低功率整流器的输入端，第三二极管D3的阴极与第二十四矩形微带线TL24的一端连接，第二十四矩形微带线TL24的另一端为低功率整流器的输出端。

如图3所示，本实施例中，直通滤波器包括第二十五矩形微带线TL25、第二十六矩形微带线TL26、第二十七矩形微带线TL27、第二十八矩形微带线TL28、第二十九矩形微带线TL29、第三十一矩形微带线TL30以及第三电容C3，第二十五矩形微带线TL25的一端为直通滤波器的输入端，第二十五矩形微带线TL25的另一端、第二十六矩形微带线TL26的一端、第二十七矩形微带线TL27的一端和第二十八矩形微带线TL28的一端相连接，第二十八矩形微带线TL28的另一端、第二十九矩形微带线TL29的一端和第三十一矩形微带线TL30的一端相连接，第二十九矩形微带线TL29的另一端与第三电容C3的一端相连接，第三电容C3的另一端接地，第三十一矩形微带线TL30的另一端为直通滤波器的输出端，第二十六矩形微带线TL26的另一端和第二十七矩形微带线TL27的另一端均为开路，第二十六矩形微带线TL26以及第二十七的矩形微带线均为开路枝节线。

如图3所示，本实施例中，将第一矩形微带线TL1、第二矩形微带线TL2、第三矩形微带线TL3、第四矩形微带线TL4、第五矩形微带线TL5、第六矩形微带线TL6、第七矩形微带线TL7、第八矩形微带线TL8、第九矩形微带线TL9、第十矩形微带线TL10、第十一矩形微带线TL11、第十二矩形微带线TL12、第十三矩形微带线TL13、第十四矩形微带线TL14、第十五矩形微带线TL15、第十六矩形微带线TL16、第十七矩形微带线TL17、第十八矩形微带线TL18、第十九矩形微带线TL19、第二十矩形微带线TL20、第二十一矩形微带线TL21、第二十二矩形微带线TL22、第二十三矩形微带线TL23、第二十四矩形微带线TL24、第二十五矩形微带线TL25、第二十六矩形微带线TL26、第二十七矩形微带线TL27、第二十八矩形微带线TL28、第二十九矩形微带线TL29和第三十一矩形微带线TL30的一端至另一端所在方向称为其长度方向，与其长度方向垂直方向称为其宽度方向，第一矩形微带线TL1的长度为8.4mm，宽度为2.2mm，第二矩形微带线TL2的长度为5.7mm，宽度为1mm，第三矩形微带线TL3的长度为8.4mm，宽度为2.2mm，第四矩形微带线TL4的长度为13.8mm，宽度为2.2mm，第五矩形微带线TL5的长度为18.6mm，宽度为1mm，第六矩形微带线TL6的长度为13.8mm，宽度为2.2mm，第七矩形微带线TL7的长度为1.78mm，宽度为4mm，第八矩形微带线TL8的长度为8.2mm，宽度为2.37mm，第九矩形微带线TL9的长度为2.37mm，宽度为2.37mm，第十矩形微带线TL10的长度为7.82mm，宽度为1mm，第十一矩形微带线TL11的长度为1.55mm，宽度为1mm，第十二矩形微带线TL12的长度为6.27mm，宽度为1.74mm，第十三矩形微带线TL13的长度为12mm，宽度为3mm，第十四矩形微带线TL14的长度为3mm，宽度为1.74mm，第十五矩形微带线TL15的长度为6.33mm，宽度为2.3mm，第十六矩形微带线TL16的长度为6.12mm，宽度为1.74mm，第十七矩形微带线TL17的长度为6mm，宽度为1.6mm，第十八矩形微带线TL18的长度为15.4mm，宽度为3mm，第十九矩形微带线TL19的长度为1.68mm，宽度为16.75mm，第二十矩形微带线TL20的长度为6.33mm，宽度为1.74mm，第二十一矩形微带线TL21的长度为3mm，宽度为1.74mm，第二十二矩形微带线TL22的长度为3mm，宽度为1.74mm，第二十三矩形微带线TL23的长度为3mm，宽度为1.74mm，第二十四矩形微带线TL24的长度为1mm，宽度为1.78mm，第二十五矩形微带线TL25的长度为2.5mm，宽度1.78mm，第二十六矩形微带线TL26的长度为8.8mm，宽度为1.78mm，第二十七矩形微带线TL27的长度为6.1mm，宽度为1.78mm，第二十八矩形微带线TL28的长度为4mm，宽度为1.78mm，第二十九矩形微带线TL29的长度为4mm，宽度为1.78mm，第三十一矩形微带线TL30的长度为4mm，宽度为1.78mm。

对实施例二的通信整流协同的后向反馈整流电路进行仿真，其中三端口定向耦合模块的输入端和第一输出端之间插入损耗、隔离度仿真和实测的对比图如图4所示；三端口定向耦合模块的输入端和第二输出端之间插入损耗、隔离度仿真和实测的对比图如图5所示；整流效率仿真与实测的对比图如图6所示；输出倍频功率与倍频转换损耗仿真与实测的对比图如图7所示；输出的基带信号的实测图如图8所示。分析图4和图5可知，三端口定向耦合模块的S21、S32参数在工作频率为2.45GHZ处分别为-0.3dB、-29.2dB，在工作频率分别为4.9GHZ处分别为-17.5dB、-0.5dB。由此可见，在基频，即2.45GHz处，三端口定向耦合模块的输入端和第一输出端为通路，输入端与第二输出端可视为开路，在倍频，即4.9GHz处，三端口定向耦合模块的第一输出端与第二输出端之间为通路，第一输出端与输入端之间为断路。因此，三端口定向耦合模块可以实现隔离基频、倍频信号的功能。分析图6可知，本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路的总体整流效率为：在输入整流模块的基频信号的功率大于0dBm时整流效率大于45％，在输入整流模块的基频信号的功率大于5dBm时整流效率大于60％，在输入整流模块的基频信号的功率大于10dBm时整流效率大于75％，在输入整流模块的的基频信号的功率为13dBm时，在整流模块的整流效率为74.5％，由此可见，本发明的通信整流协同的后向反馈整流电路具有较高的整流效率。分析图7可知，本发明三端口定向耦合模块输出的倍频信号功率在输入整流模块的基频信号的功率为0dBm时为-15.6dBm，在输入整流模块的基频信号的功率为-5dBm时为-19.5dBm，在输入整流模块的基频信号的功率为-10dBm时为-23.9dBm，在输入整流模块的基频信号的功率为-15dBm时为-28.7dBm，由此可见，该整流电路具有较高的倍频转换效率，且满足输出的倍频信号与输入整流模块的基频信号功率间的单调关系。分析图8可知，整流模块的第二输出端可以输出基带波形。

Claims (9)

1.一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于包括三端口定向耦合模块以及整流模块，所述的三端口定向耦合模块用于将外部接收天线输入其内的基频信号输出至所述的整流模块中，并用于将所述的整流模块反射回来的倍频信号反射回外部发射天线中进行发射，所述的整流模块用于将所述的三端口耦合模块输出至其处的基频信号转换为直流信号、基带信号和倍频信号，其中直流信号输出给外部储能元件，为外部储能元件提供充电电能，倍频信号反射给所述的三端口定向耦合模块，基带信号发送给外部模数转换器，外部模数转换器将基带信号转换为数字信号；所述的整流模块具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的三端口定向耦合模块具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的整流模块的输入端和所述的三端口定向耦合模块的第一输出端连接，所述的整流模块的第一输出端用于连接储能元件，所述的整流模块的第二输出端用于和外部模数转换器连接；所述的三端口定向耦合模块的输入端用于和接收天线连接，所述的三端口定向耦合模块的第二输出端用于和发射天线连接；

所述的整流模块包括不等分功分器、基频匹配电路、倍频匹配电路、高功率整流器、低功率整流器以及直通滤波器，所述的不等分功分器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述的基频匹配电路具有输入端和输出端，所述的倍频整流电路具有输入端和输出端，所述的高功率整流器具有输入端和输出端，所述的低功率整流器具有输入端和输入端，所述的直通滤波器具有输入端和输出端，所述的不等分功分器的输入端为所述的整流模块的输入端，所述的不等分功分器的第一输出端与所述的基频匹配电路的输入端相连接，所述的不等分功分器的第二输出端与所述的倍频匹配电路的输入端相连接，所述的基频匹配电路的输出端与所述的高功率整流器的输入端相连接，所述的高功率整流器的输出端为所述的整流模块的第一输出端，所述的倍频匹配电路的输出端与所述的低功率整流器的输入端相连接，所述的低功率整流器的输出端与所述的直通滤波器的输入端相连接，所述的直通滤波器的输出端为所述的整流模块的第二输出端；所述的不等分功分器用于将所述的三端口定向耦合模块输出至其处的基频信号分为功率不相等的两路基频信号，将两路基频信号中，功率较大的称为第一路基频信号，功率较小的称为第二路基频信号，所述的不等分功分器将第一路基频信号输出至所述的基频匹配电路，第二路基频信号输出至所述的倍频匹配电路，所述的基频匹配电路对所述的不等分功分器以及所述的高功率整流器进行阻抗匹配，将所述的高功率整流器的输入阻抗在基频处匹配到50欧姆，第一路基频信号能够通过所述的基频匹配电路后传输至所述的高功率整流器，所述的倍频匹配电路将所述的不等分功分器以及所述的低功率整流器在倍频处进行阻抗匹配，将所述的低功率整流器的输入阻抗在倍频处匹配到50欧姆，第二路基频信号能够通过所述的倍频匹配电路后传输至所述的低功率整流器以及倍频信号能够通过所述的倍频匹配电路后传输至所述的不等分功分器，所述的高功率整流器用于将传输至其处的第一路基频信号转化为直流信号输出至储能元件，所述的低功率整流器用于将传输至其处的第二路基频信号转化为基带信号和倍频信号后传输至所述的直通滤波器，所述的直通滤波器用于将传输至其处的倍频信号反向传输至所述的低功率整流器中，并将传输至其处的基带信号传输至外部模数转换器中，当所述的低功率整流器接收到所述的直通滤波器反向传输至其处的倍频信号时，所述的低功率整流器将倍频信号传输至所述的倍频匹配电路中，所述的倍频匹配电路将倍频信号传输至所述的不等分功分器中，所述的不等分功分器将倍频信号传输至所述的三端口定向耦合器中，所述的三端口耦合器通过其第二输出端将倍频信号传输至发射天线中。

2.根据权利要求1所述的一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于所述的三端口定向耦合模块包括第一端口、第二端口、第三端口、第一矩形微带线、第二矩形微带线、第三矩形微带线、第四矩形微带线、第五矩形微带线以及第六矩形微带线，所述的第一矩形微带线的一端、所述的第六矩形微带线的一端与所述的第一端口相连接，所述的第一矩形微带线的另一端、所述的第二矩形微带线的一端和所述的第三矩形微带线的一端相连接；所述的第二矩形微带线的另一端开路，所述的第三矩形微带线的另一端与所述的第四矩形微带线的一端相连接；所述的第四矩形微带线的另一端、所述的第五矩形微带线的一端和所述的第二端口相连接，所述的第五矩形微带线的另一端、所述的第六矩形微带线的另一端和所述的第三端口相连接，所述的第一端口为所述的三端口定向耦合模块的输入端，所述的第二端口为所述的三端口定向耦合模块的第一输出端，所述的第三端口为所述的三端口定向耦合模块的第二输出端。

3.根据权利要求1所述的一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于所述的不等分功分器包括第七矩形微带线、第八矩形微带线、第九矩形微带线、第十矩形微带线和第十一矩形微带线，所述的第七矩形微带线的一端为所述的不等分功分器的输入端，所述的第七矩形微带线的另一端、所述的第八矩形微带线的一端以及所述的第十矩形微带线的一端相连，所述的第八矩形微带线的另一端与与所述的第九矩形微带线的一端相连接，所述的第十矩形微带线的另一端与所述的第十一矩形微带线的一端相连接，所述的第九矩形微带线的另一端为所述的不等分功分器的第一输出端，所述的第十一矩形微带线的另一端为所述的不等分功分器的第二输出端。

4.根据权利要求1所述的一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于所述的基频匹配电路包括第十二矩形微带线、第十三矩形微带线、第十四矩形微带线、第十五矩形微带线和第十六矩形微带线，所述的第十二矩形微带线的一端为所述的基频匹配电路的输入端，所述的第十二矩形微带线的另一端、所述的第十三矩形微带线的一端以及所述的第十四矩形微带线的一端相连，所述的第十四矩形微带线的另一端、所述的第十五矩形微带线的一端和所述的第十六矩形微带线的一端相连接，所述的第十六矩形微带线的另一端为基频匹配电路的输出端，所述的第十三矩形微带线的另一端和所述的第十五矩形微带线的另一端均开路，所述的第十三矩形微带线以及所述的第十五矩形微带线均为开路枝节线。

5.根据权利要求1所述的一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于所述的倍频匹配电路包括第十七矩形微带线、第十八矩形微带线和第十九矩形微带线，所述的第十七矩形微带线的一端为所述的倍频匹配电路的输入端，所述的第十七矩形微带线的另一端、所述的第十八矩形微带线的一端以及所述的第十九矩形微带线的一端相连，所述的第十九矩形微带线的另一端为所述的倍频匹配电路的输出端，所述的第十八矩形微带线的另一端开路，所述的第十八矩形微带线为开路枝节线。

6.根据权利要求1所述的一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于所述的高功率整流器包括第二十矩形微带线、第二十一矩形微带线、第二十二矩形微带线、第二十三矩形微带线、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管，所述的第一二极管和所述的第二二极管均为肖特基二极管，所述的第一电容的一端为所述的高功率整流器的输入端，所述的第一电容的另一端与所述的第二十矩形微带线的一端相连接，所述的第二十矩形微带线的另一端、所述的第一二极管的阳极以及所述的第二二极管的阴极相连接，所述的第二二极管的阳极接地，所述的第一二极管的阴极与所述的第二十一矩形微带线的一端相连接，所述的第二十一矩形微带线的另一端、所述的第二十二矩形微带线的一端和所述的第二十三矩形微带线的一端相连接，所述的第二十二矩形微带线的另一端与所述的第二电容的一端相连接，所述的第二电容的另一端接地，所述的第二十三矩形微带线的另一端为所述的高功率整流器的输出端。

7.根据权利要求1所述的一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于所述的低功率整流器包括第二十四矩形微带线以及第三二极管，所述的第三二极管为肖特基二极管，所述的第三二极管的阳极为所述的低功率整流器的输入端，所述的第三二极管的阴极与所述的第二十四矩形微带线的一端连接，所述的第二十四矩形微带线的另一端为所述的低功率整流器的输出端。

8.根据权利要求1所述的一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于所述的直通滤波器包括第二十五矩形微带线、第二十六矩形微带线、第二十七矩形微带线、第二十八矩形微带线、第二十九矩形微带线、第三十矩形微带线以及第三电容，所述的第二十五矩形微带线的一端为所述的直通滤波器的输入端，所述的第二十五矩形微带线的另一端、所述的第二十六矩形微带线的一端、所述的第二十七矩形微带线的一端和所述的第二十八矩形微带线的一端相连接，所述的第二十八矩形微带线的另一端、所述的第二十九矩形微带线的一端和所述的第三十矩形微带线的一端相连接，所述的第二十九矩形微带线的另一端与所述的第三电容的一端相连接，所述的第三电容的另一端接地，所述的第三十矩形微带线的另一端为所述的直通滤波器的输出端，所述的第二十六矩形微带线的另一端和所述的第二十七矩形微带线的另一端均为开路，所述的第二十六矩形微带线以及所述的第二十七的矩形微带线均为开路枝节线。

9.根据权利要求1所述的一种通信整流协同的后向反馈整流电路，其特征在于将所述的第一矩形微带线、所述的第二矩形微带线、所述的第三矩形微带线、所述的第四矩形微带线、所述的第五矩形微带线、所述的第六矩形微带线、所述的第七矩形微带线、所述的第八矩形微带线、所述的第九矩形微带线、所述的第十矩形微带线、所述的第十一矩形微带线、所述的第十二矩形微带线、所述的第十三矩形微带线、所述的第十四矩形微带线、所述的第十五矩形微带线、所述的第十六矩形微带线、所述的第十七矩形微带线、所述的第十八矩形微带线、所述的第十九矩形微带线、所述的第二十矩形微带线、所述的第二十一矩形微带线、所述的第二十二矩形微带线、所述的第二十三矩形微带线、所述的第二十四矩形微带线、所述的第二十五矩形微带线、所述的第二十六矩形微带线、所述的第二十七矩形微带线、所述的第二十八矩形微带线、所述的第二十九矩形微带线和所述的第三十矩形微带线的一端至另一端所在方向称为其长度方向，与其长度方向垂直方向称为其宽度方向，所述的第一矩形微带线的长度为8.4mm，宽度为2.2mm，所述的第二矩形微带线的长度为5.7mm，宽度为1mm，所述的第三矩形微带线的长度为8.4mm，宽度为2.2mm，所述的第四矩形微带线的长度为13.8mm，宽度为2.2mm，所述的第五矩形微带线的长度为18.6mm，宽度为1mm，所述的第六矩形微带线的长度为13.8mm，宽度为2.2mm，所述的第七矩形微带线的长度为1.78mm，宽度为4mm，所述的第八矩形微带线的长度为8.2mm，宽度为2.37mm，所述的第九矩形微带线的长度为2.37mm，宽度为2.37mm，所述的第十矩形微带线的长度为7.82mm，宽度为1mm，所述的第十一矩形微带线的长度为1.55mm，宽度为1mm，所述的第十二矩形微带线的长度为6.27mm，宽度为1.74mm，所述的第十三矩形微带线的长度为12mm，宽度为3mm，所述的第十四矩形微带线的长度为3mm，宽度为1.74mm，所述的第十五矩形微带线的长度为6.33mm，宽度为2.3mm，所述的第十六矩形微带线的长度为6.12mm，宽度为1.74mm，所述的第十七矩形微带线的长度为6mm，宽度为1.6mm，所述的第十八矩形微带线的长度为15.4mm，宽度为3mm，所述的第十九矩形微带线的长度为1.68mm，宽度为16.75mm，所述的第二十矩形微带线的长度为6.33mm，宽度为1.74mm，所述的第二十一矩形微带线的长度为3mm，宽度为1.74mm，所述的第二十二矩形微带线的长度为3mm，宽度为1.74mm，所述的第二十三矩形微带线的长度为3mm，宽度为1.74mm，所述的第二十四矩形微带线的长度为1mm，宽度为1.78mm，所述的第二十五矩形微带线的长度为2.5mm，宽度1.78mm，所述的第二十六矩形微带线的长度为8.8mm，宽度为1.78mm，所述的第二十七矩形微带线的长度为6.1mm，宽度为1.78mm，所述的第二十八矩形微带线的长度为4mm，宽度为1.78mm，所述的第二十九矩形微带线的长度为4mm，宽度为1.78mm，所述的第三十矩形微带线的长度为4mm，宽度为1.78mm。

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