CN207926292U - 一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器 - Google Patents

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李民权
吴颖波
刘艳阳
黄七杰
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Abstract

本实用新型公开了一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器，包括宽带阻抗匹配网络及整流电路，其中宽带阻抗匹配网络包括微带线TL2、微带线TL3和微带线TL1构成的微带线串联结构，以及电感L1，整流电路包括电容C1和电容C2、二极管D1和二极管D2、负载RL，整流电路为单阶全波整流电路。本实用新型整流器能够在1.7‑2.5GHz的宽频带上对环境射频能量进行整流并将其转化为直流电为低功率设备供电，具有高宽带、高效率、设计简单，制造成本低的优点，具有很高的工程实用价值。

Description

一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器
技术领域
本实用新型涉及整流器领域，具体是一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器。
背景技术
射频电磁波能量是普遍存在的环境能量资源，其几乎不受环境和时间因素的限制,能够持续不间断提供能量。其次，电子微系统的功耗越来越低，使环境射频能量收集应用成为可能。环境射频能量收集系统一般由天线和整流器组成，其中整流器是该系统的关键。虽然目前已经有不少单一频带整流器也可取得较好的效果，但是若能同时对多个频带的环境射频信号进行收集，则其能量来源更可靠。然而多数多频和宽带整流器需要多个整流支路来实现多频或宽带阻抗匹配网络，设计过程复杂，且由于需要数倍于单支路整流器的元器件，导致其制作费用较高。
实用新型内容 本实用新型的目的为克服上述现有的问题，提供一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器。通过优化宽带匹配网络的结构达到高宽带、高效率、结构简单、易于制造的优点。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器，其特征在于：包括宽带阻抗匹配网络及整流电路，其中宽带阻抗匹配网络包括由依次串联的微带线TL2、微带线TL3和微带线TL1构成的微带线串联结构，以及电感L，微带线串联结构中微带线TL2端连接AC交流源后接地，整流电路包括电容C1和电容C2、二极管D1和二极管D2、负载RL，电容C1一端与微带线串联结构中微带线TL1端连接，电容C1另一端分别与二极管D2的阳极、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极接地，二极管D2的阴极分别与电容C2一端、负载RL一端连接，电容C2另一端与宽带阻抗匹配网络中的电感L一端连接，电感L另一端接地，负载RL另一端接地。
所述的一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器，其特征在于：电容C1和电容C2、二极管D1和二极管D2、负载RL构成单阶全波整流电路。
所述的一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器，其特征在于：整流电路中，二极管D1和二极管D2分别选用拥有低导通电压的SMS7630肖特基二极管。
本实用新型工作在1.7-2.5GHz，通过控制四个不同频点（1.7GHz、1.8GHz、2.4GHz、2.5GHz）的阻抗，使得电路在1.8GHz与2.4GHz处实现双频匹配。通过通带之间的耦合，进而实现在整个频带上的阻抗稳定，从而实现宽带匹配。
本实用新型宽带阻抗匹配网络中，电感L和微带线TL1的作用是让该整流器的输入阻抗在1.7-2.5GHz上阻抗实部保持不变，虚部关于中心频点2.1GHz奇对称。其中L用于改善输入阻抗的斜率，使其尽量保持稳定，TL1使得整流器在1.7GHz与2.5GHz处的输入阻抗共轭。
本实用新型宽带阻抗匹配网络中，微带线TL2和TL3的作用是让该整流器在1.8GHz与2.4GHz处实现双频阻抗匹配产生通带，进而实现在1.7-2.5GHz区间的宽带整流。
本实用新型中整流电路属于单阶全波整流电路，二极管选用拥有低导通电压的SMS7630肖特基二极管以实现低输入功率密度环境下的整流。
本实用新型整流器能够在1.7-2.5GHz（覆盖GSM-1800/4G、3G/UMTS-2100、WLAN 等频段）的宽频带上对环境射频能量进行整流并将其转化为直流电为低功率设备供电。当输入功率在-5dBm-6.6dBm时，其拥有超过40%的整流效率。
本实用新型具有高宽带、高效率、设计简单，制造成本低的优点，具有很高的工程实用价值。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
图2是本实用新型的反射参数|S11|示意图。
图3是本实用新型具体实施结构参数示意图。
图4是本实用新型在输入功率为-5dBm时整流效率随频率变化示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器，包括宽带阻抗匹配网络及整流电路，其中宽带阻抗匹配网络包括由依次串联的微带线TL2、微带线TL3和微带线TL1构成的微带线串联结构，以及电感L，微带线串联结构中微带线TL2端连接AC交流源后接地，整流电路包括电容C1和电容C2、二极管D1和二极管D2、负载RL，电容C1一端与微带线串联结构中微带线TL1端连接，电容C1另一端分别与二极管D2的阳极、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极接地，二极管D2的阴极分别与电容C2一端、负载RL一端连接，电容C2另一端与宽带阻抗匹配网络中的电感L一端连接，电感L另一端接地，负载RL另一端接地。
电容C1和电容C2、二极管D1和二极管D2、负载RL构成单阶全波整流电路。
整流电路中，二极管D1和二极管D2分别选用拥有低导通电压的SMS7630肖特基二极管。
本实用新型包括宽带阻抗匹配网络和整流电路。宽带阻抗匹配网络包括Part1（含电感L和微带线TL1）和Part2（含微带线TL2和TL3）两个部分。整流电路部分由电容C1、C2，二极管D1、D2，以及负载RL组成。其中二极管D1、D2为SMS7630肖特基二极管，电容C1、C2的值为100nF，电感L的值为200nH，负载电阻RL的值为1kΩ。反射参数|S11|如图2所示，本实用新型的反射参数|S11|在1.7-2.5GHz的宽频带上均达到-10dBm以下，可以看出其可以实现宽频带上的阻抗匹配。
本实用新型具体实施结构参数示意图如图3所示，制作微带线的介质基板采用厚度为1.575mm的Duriod Rogers5880板材 (相对介质常数εr=2.2, 损耗角正切tan(δ)=0.0009)。其具体参数为W0=1mm, L0=3mm, W1=0.5mm, L1=12.1mm, W2=8.9mm, L2=L3=27mm, W3=7.2mm。后端直流部分微带线尺寸可任意选取。
采用上述结构及几何尺寸采用ADS仿真软件进行优化。在输入功率为-5dBm时，整流效率随频率变化如图4所示。仿真结果表明该宽带整流器可以实现高宽带和高效率的性能特点。

Claims (3)

1.一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器，其特征在于：包括宽带阻抗匹配网络及整流电路，其中宽带阻抗匹配网络包括由依次串联的微带线TL2、微带线TL3和微带线TL1构成的微带线串联结构，以及电感L，微带线串联结构中微带线TL2端连接AC交流源后接地，整流电路包括电容C1和电容C2、二极管D1和二极管D2、负载RL，电容C1一端与微带线串联结构中微带线TL1端连接，电容C1另一端分别与二极管D2的阳极、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极接地，二极管D2的阴极分别与电容C2一端、负载RL一端连接，电容C2另一端与宽带阻抗匹配网络中的电感L一端连接，电感L另一端接地，负载RL另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器，其特征在于：电容C1和电容C2、二极管D1和二极管D2、负载RL构成单阶全波整流电路。
3.根据权利要求1所述的一种适用于环境射频能量收集的宽频带整流器，其特征在于：整流电路中，二极管D1和二极管D2分别选用拥有低导通电压的SMS7630肖特基二极管。
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