一种小型超宽带高效率整流电路

本发明涉及射频整流电路，尤其涉及一种小型超宽带高效率整流电路。

背景技术：

1、随着工业自动化、植入式医疗系统、物联网、无线传感器网络等新兴技术的迅速发展，这些领域对小型化、低功耗电子设备的需求正在不断攀升。目前，小型低功耗电子设备主要依靠电池供电。然而，大量的废旧电池会增加环境污染，且在一些条件恶劣的环境下进行人工更换电池也较为艰难。此外，电池的植入会增加无线电子设备的体积，使其不能满足某些设备小型化、轻量化的要求；其次，电池寿命有限，大规模地更换电子设备的电池会造成人力、物力的浪费，这些缺点在一定程度上阻碍了上述新兴技术的发展。

2、射频能量收集技术可以实现对环境中的电磁波进行采集，进而转化为可用的直流电能。随着通信设备广泛应用，环境中不同频段的电磁能量日益增多，这就使得射频能量收集技术有望代替传统电池供电方式，实现对低功耗设备环保、高效地充电。射频能量采集系统主要由发射端和接收端组成，发射端的能量主要来自通信设备，如移动通信系统、wi-fi基站、无线路由器、电视广播基站等。接收端由接收天线、阻抗匹配网络、整流电路、dc-dc升压模块和能量储存单元组成。电磁波以大气为媒介进行传播，天线接收电磁波并传输给整流电路，其中的阻抗匹配网络能够将天线接收到的能量最大程度上传递给整流电路。整流电路通过半波、全波等整流方式将射频能量转换为直流能量，并通过升压模块升压，最终储存到电源管理单元中。

3、整流电路最重要的指标是射频-直流转换效率和工作频带。宽带整流电路设计的核心是降低天线到整流电路宽频带上的回波损耗，现有宽带整流电路设计难点在于难以维持宽频带下天线端与整流电路的阻抗共轭匹配。由于频率越高，分布参数和集总参数元件的寄生参数影响越明显，从而使阻抗剧烈变化，阻抗匹配程度下降。现有宽带整流电路无法在超宽频带下维持稳定高效工作。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目标是提供一种小型超宽带高效率整流电路，能够在超宽频带下维持稳定高效工作。

2、本发明所采用的技术方案是：一种小型超宽带高效率整流电路，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属板，其中：

3、所述上层微带结构印制在所述中间介质基板的上表面；

4、所述底层金属地板印制在所述中间介质基板的下表面；

5、所述上层微带结构由依次连接的宽带阻抗匹配网络和整流网络构成；

6、所述宽带阻抗匹配网络包括第一微带线和第一耦合线；

7、所述整流网络包括整流模块、宽阻带模块和负载模块；

8、所述第一微带线的输入端与输入信号源连接；所述第一微带线的输出端与所述第一耦合线的输入端连接；所述第一耦合线的输出端与所述整流网络连接。

9、进一步，所述整流模块包括第一电容、第二微带线、第一整流管、第三微带线和第二整流管，其中：

10、所述第一电容的输入端与所述第一耦合线的输出端连接；所述第一电容的输出端与所述第二微带线的输入端连接；所述第二微带线的输出端与所述第一整流管的阴极、所述第二整流管的阳极连接；所述第一整流管的阳极与所述第三微带线的输入端连接；所述第二整流管的阴极与所述宽阻带模块连接；所述第三微带线的输出端通过金属化过孔与所述底层金属地板连接。

11、进一步，所述宽阻带模块包括第四微带线、第五微带线、第一电感、第六微带线、第七微带线和第八微带线，其中：

12、所述第四微带线的输入端与所述第二整流管的阴极连接；所述第四微带线的输出端与所述第五微带线的输入端连接；所述第五微带线的输出端与所述第一电感的输入端连接；所述第一电感的输出端与所述第六微带线的输入端连接；所述第六微带线的输出端与所述第七微带线的输入端垂直连接；所述第七微带线的输出端与所述第八微带线的输入端垂直连接；所述第八微带线的输出端与所述负载模块连接。

13、进一步，所述负载模块包括第一电阻和第九微带线，其中：

14、所述第一电阻的输入端与所述第八微带线的输出端连接；所述第一电阻的输出端与所述第九微带线的输入端连接；所述第九微带线的输出端通过金属化过孔与所述底层金属地板连接。

15、进一步，所述第一电容为隔直流通交流电容；所述第一电感为隔交流通直流电感。

16、本发明的有益效果是：本发明采用倍压整流结构提高输出电压；运用微带线和电感提出的宽阻带模块有利于抑制二、三及更高次谐波的输出，并降低输出纹波；最后通过耦合线对输入阻抗调控，能够在不同频带电磁波入射的情况下实现宽带阻抗匹配及较高的整流效率；且具有结构简单、效率波动范围小的优势。

17、附图说明

18、图1是本发明一种小型超宽带高效率整流电路的结构图；

19、图2是本发明一种小型超宽带高效率整流电路的原理示意图；

20、图3是本发明具体实施例在输入功率为16dbm时，整流电路在不同频带下的回波损耗仿真和测试结果图；

21、图4是本发明具体实施例在输入功率p＝16dbm、10dbm、5dbm下，整流电路在不同频率下的效率仿真和测试结果图；

22、图5是本发明具体实施例在工作频率f＝1.6ghz、2.4ghz、5.8ghz时，整流电路在不同输入功率下的效率测试结果图；

23、图6是本发明具体实施例分别在工作频率f＝2.4ghz、5.8ghz，且输入功率在p＝16dbm、10dbm、5dbm下整流电路效率随负载变化的测量结果图；

技术特征：

1.一种小型超宽带高效率整流电路，其特征在于，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属板，其中：

2.根据权利要求1所述一种小型超宽带高效率整流电路，其特征在于，所述整流模块包括第一电容、第二微带线、第一整流管、第三微带线和第二整流管，其中：

3.根据权利要求2所述一种小型超宽带高效率整流电路，其特征在于，所述宽阻带模块包括第四微带线、第五微带线、第一电感、第六微带线、第七微带线和第八微带线，其中：

4.根据权利要求3所述一种小型超宽带高效率整流电路，其特征在于，所述负载模块包括第一电阻和第九微带线，其中：

5.根据权利要求4所述一种小型超宽带高效率整流电路，其特征在于，所述第一电容为隔直流通交流电容；所述第一电感为隔交流通直流电感。

技术总结本发明公开了一种小型超宽带高效率整流电路，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构印制在所述中间介质基板的上表面；所述底层金属地板印制在所述中间介质基板的下表面；所述上层微带结构由依次连接的宽带阻抗匹配网络和整流网络构成；所述宽带阻抗匹配网络包括第一微带线和第一耦合线；所述整流网络包括整流模块、宽阻带模块和负载模块；所述第一微带线的输入端与输入信号源连接；所述第一微带线的输出端与所述第一耦合线的输入端连接；所述第一耦合线的输出端与所述整流网络连接。本发明能够在超宽频带下维持稳定高效工作。本发明可广泛应用于射频整流电路技术领域。技术研发人员：刘建,龙浩轩受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14