CN212992223U - 一种宽带低功率射频能量整流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽带低功率射频能量整流器，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是由微带线TL1、微带短路枝节TL2、微带线TL3、微带短路枝节TL4、微带线TL5、微带短路枝节TL6、微带线TL7构成多枝节匹配网络，以及电感L；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，构成了单级全波整流电路。整流器工作在1.68‑2.42GHz，覆盖了2G、3G、4G频段。在‑15dBm的输入功率下整流效率达到27%，在‑10dBm的输入功率下整流效率达到37%。本实用新型具有高宽带、高效率、结构简单、制作成本低、低功率密度整流的优点，具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及整流器技术领域，尤其涉及一种宽带低功率射频能量整流器。
背景技术
随着无线通信技术的发展，实际环境中的射频电磁波能量几乎可以不受环境和时间条件的限制持续不断的被人类所利用。环境射频能量收集系统一般由天线和整流器组成，整流器作为该系统的关键部分，针对环境中的射频能量密度较低这一现状，如何设计出高效的接收射频能量以及高效的转换射频能量的整流器成为当下研究的主要问题。为了扩展系统的使用范围，例如为可穿戴设备进行供电时，需要考虑到对人体所产生的辐射，同时为了实现对环境中的射频能量进行收集转换，设计了一款可以在低功率条件下工作的宽带射频能量整流器。
实用新型内容
本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种宽带低功率射频能量整流器，通过优化多枝节匹配网络以及选用合适的电感L实现高宽带、高效率、结构简单易于制作的目的，整流电路中二极管选用拥有低导通电压的SMS7630肖特基二极管并采用SOT-23封装以满足在低功率密度环境下的工作条件。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种宽带低功率射频能量整流器，所述宽带低功率射频能量整流器由宽带阻抗匹配网络及整流电路组成，其中宽带阻抗匹配网络包括由微带线TL1右端先与微带短路枝节TL2并联、再与微带线TL3左端串联，微带线TL3右端先与微带短路枝节TL4并联、再与微带线TL5左端串联，微带线TL5右端先与微带短路枝节TL6并联、再与微带线TL7串联的微带线串并联结构(其中微带短路枝节TL2、TL4、TL6分别接地)，以及电感L,微带线串并联结构中微带线TL1左端串联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左端与微带线串并联结构中的微带线TL7右端串联，电容C1右端端分别与二极管D2的阳极、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与宽带阻抗网络中的电感L一端连接，电感L另一端接地，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构成单级全波整流电路。
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，采用SOT-23封装。
微带线TL1、微带短路枝节TL2、微带线TL3、微带短路枝节TL4、微带线TL5、微带短路枝节TL6、微带线TL7构成多枝节匹配网络。
本实用新型的优点是：
本实用新型工作在1.68-2.42GHz。基于传统的倍压整流电路，通过引入谐振电感从而引入一个可调的谐振点，该谐振点通过与整流电路的固有谐振频点及匹配电路的谐振频点进行耦合，实现宽带低功率整流电路，从而形成宽带匹配。
本实用新型能够在1.68-2.42GHz(覆盖了2G、3G、4G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对低功率设备进行供电。当输入功率在-15dBm时，其拥有36％的整流效率，输出电压达到140mV,当输入功率在-10dBm时，其拥有37％的整流效率，输出电压达到300mV。
本实用新型具有高宽带、高效率、结构简单、制作成本低、低功率密度整流的优点，具有很高的实用价值。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
图2是本实用新型在输入功率-15dBm和-10dBm时反射参数|S11|示意图。
图3是本实用新型在-15dBm输入功率下的整流模块的输入阻抗仿示意图。
图4是本实用新型具体实施结构参数示意图。
图5是本实用新型在输入功率-15dBm和-10dBm时整流效率随频率变化示意图。
图6是本实用新型在输入功率-15dBm和-10dBm时的负载电压示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种宽带低功率射频能量整流器，所述宽带低功率射频能量整流器由宽带阻抗匹配网络及整流电路组成，其中宽带阻抗匹配网络包括由微带线TL1右端先与微带短路枝节TL2并联、再与微带线TL3左端串联，微带线TL3右端先与微带短路枝节TL4并联、再与微带线TL5左端串联，微带线TL5右端先与微带短路枝节TL6并联、再与微带线TL7串联的微带线串并联结构(其中微带短路枝节TL2、TL4、TL6分别接地)，以及电感L,微带线串并联结构中微带线TL1左端串联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左端与微带线串并联结构中的微带线TL7右端串联，电容C1右端端分别与二极管D2的阳极、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与宽带阻抗网络中的电感L一端连接，电感L另一端接地，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构成单级全波整流电路。
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，采用SOT-23封装。
微带线TL1、微带短路枝节TL2、微带线TL3、微带短路枝节TL4、微带线TL5、微带短路枝节TL6、微带线TL7构成多枝节匹配网络。
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(电感L)、Part2(含微带线TL5、微带短路枝节TL6和微带线TL7)和Part3(含微带线TL1、微带短路枝节TL2和微带线TL3以及微带短路枝节TL4)三个部分。整流电路部分由电容C1和电容C2、二极管D1和二极管D2、负载RL组成。其中二极管D1和二极管D2为SMS7630肖特基二极管，电容C1和电容C2是容值大小为100pF的GRM18电容，电感L的值为10nH，负载电阻RL的值为2kΩ。反射参数|S11|如图2所示，本实用新型的反射参数|S11|在1.68-2.42GHz的频带上均达到-10dBm以下，可说明其可实现宽频带上的阻抗匹配。
本实用新型在-15dBm输入功率下的整流模块的输入阻抗仿真结果如图3所示，可说明阻抗实现共轭。
本实用新型具体实施结构参数示意图如图4所示，制作微带线的介质基板采用厚度为1.575mm厚的Rogers5880板材(相对介电常数εr＝2.2，损耗正切角tan(δ)＝0.0009)。其具体参数为：L1＝11mm,W1＝12.89mm,L2＝18m,W2＝1.7mm,W3＝0.9mm,L4＝12mm,W4＝1.5mm,L5＝14.6mm,W5＝2.2mm,L6＝2.7mm,W6＝1.6mm,L7＝4.3mm,W7＝3.3mm,L8＝5.6mm,W8＝9.5mm,L9＝5.6mm,W9＝8.3mm,L10＝34.8mm,L11＝32.7mm,L12＝20.7mm,L13＝6.8mm,L14＝30.7mm,L15＝5.2mm,L16＝17mm。
采用上述结构及几何尺寸通过ADS仿真软件进行优化。在输入功率分别为-15dBm和-10dBm时，整流效率随频率变化如图5所示。仿真结果表明该整流器可以实现高宽带和高效率的性能特点。在-15dBm及-10dBm输入功率下的输出电压曲线如图6所示,仿真结果表明该整流器可以满足低功率密度环境的整流条件。
Claims (3)
1.一种宽带低功率射频能量整流器，其特征在于：包括有宽带阻抗匹配网络和整流电路，所述的宽带阻抗匹配网络包括有微带线串并联结构和电感L，所述的微带线串并联结构包括有微带线TL1、微带线TL3、微带线TL5、微带线TL7、微带短路枝节TL2、微带短路枝节TL4和微带短路枝节TL6，所述的微带线TL1右端先与微带短路枝节TL2并联、再与微带线TL3左端串联，微带线TL3右端先与微带短路枝节TL4并联、再与微带线TL5左端串联，微带线TL5右端先与微带短路枝节TL6并联、再与微带线TL7串联，微带短路枝节TL2、TL4、TL6分别接地，微带线串并联结构中微带线TL1左端串联AC交流源后接地；所述的整流电路包括电容C1和电容C2、二极管D1、二极管D2和负载RL，电容C1左端与所述的微带线TL7右端串联，电容C1右端分别与二极管D2的阳极、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与所述电感L一端连接，电感L另一端接地，二极管D2的阴极分别与电容C2一端和负载RL的一端连接，电容C2另一端接地，负载RL另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种宽带低功率射频能量整流器，其特征在于：所述的整流电路中，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，并采用SOT-23封装。
3.根据权利要求1所述的一种宽带低功率射频能量整流器，其特征在于：所述的整流电路为单级全波整流电路。
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| CN114497946A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种宽带宽输入微波整流电路 |
| CN115276264A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-01 | 重庆邮电大学 | 一种宽频带高效率射频能量收集整流电路 |
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