本发明涉及无线能量传输领域,更具体地,涉及一种基于双频阻抗匹配的微带整流电路。
背景技术:
无线输能技术,是指电能不通过物理电线的方式进行传输,而是利用微波进行无传输的技术。微波能量以其可移动性、绿色免费,且不受昼夜环境影响等优势,得到广泛的研究。随着半导体技术等的发展,无线输能技术在低功率应用领域得到广泛发展,尤其在便携式无线电子设备等方面。
无线设备之间的无线通信,如无线电信基站和移动电话等,使得周围环境中充满着射频能量。因此,可以收集环境中被浪费的射频能量,并重新利用,来供各种低功耗设备工作。环境中微波的频率分布比较广泛,主要分布在800-900MHz(GSM900等)、1.7-2.7GHz(GSM1800、WiFi等)。可收集利用的频率分布非常广泛,但传统的射频整流电路通常只工作在一个频段,此外带宽较小、效率低、尺寸大,因此,设计一种能工作在多频段、高宽带的射频整流电路是非常有意义的。
技术实现要素:
本发明为解决以上现有技术的难题,提供了一种能够工作在双频段的微带整流电路,且经实验证明,应用该整流电路能够显著地提高能量转换效率,减少损耗。
为实现以上发明目的,采用的技术方案是:
一种基于双频阻抗匹配的微带整流电路,包括整流电路,还包括有输入接头、双频阻抗匹配电路和谐波抑制电路,所述整流电路包括两条整流支路,所述谐波抑制电路包括两条谐波抑制支路,两条整流支路的输出端分别与两条谐波抑制支路的输入端连接;其中输入接头的输出端与双频阻抗匹配电路的输入端连接,双频阻抗匹配电路的输出端分别与两条整流支路的输入端连接。
上述方案中,由于增设了双频阻抗匹配电路,因此使得整流电路能够在2个频段上实现阻抗匹配,因此整流电路能够工作在两个频段,提高整流效率和能量的利用率。
优选地,所述双频阻抗匹配电路包括第一矩形枝节短路微带线、第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线、第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线、第二矩形枝节开路微带线;其中第一矩形串联微带线的一端与输入接头连接,第一矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的一端连接;第一矩形串联微带线的另一端、第二矩形串联微带线的一端与第一矩形枝节短路微带线的一端连接,第一矩形枝节短路微带线的另一端接地;所述第一矩形枝节开路微带线、第二矩形枝节开路微带线的一端与第三矩形串联微带线的一端连接,第三矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的另一端连接,第二矩形串联微带线的另一端与两条整流支路的输入端连接;所述第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线设置在同一方向上,第一矩形枝节短路微带线的设置方向与第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线的设置方向相垂直;所述第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线设置在同一方向上,第二矩形枝节开路微带线的设置方向与第三矩形串联微带线、第一矩形枝节开路微带线的设置方向相垂直。
上述方案中,对于双频阻抗匹配电路,本发明采用改进的π形微带线匹配方式,多枝节微带线结构的匹配网络有利于在多个频率上实现阻抗匹配。本发明的改进的π形微带线匹配网络,是以传统的π形匹配网络为基础,通过增加微带线枝节数达到高效匹配和减小尺寸的效果。改进的π形微带线匹配网络,能在两个频率上实现阻抗匹配,输入阻抗都能匹配至50欧姆,射频能量经过匹配网络后再到达两个支路进行整流。
优选地,所述双频阻抗匹配电路包括第一矩形枝节短路微带线、第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线、第三矩形串联微带线、第一扇形枝节开路微带线、第二扇形枝节开路微带线;其中第一矩形串联微带线的一端与输入接头连接,第一矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的一端连接;第一矩形串联微带线的另一端、第二矩形串联微带线的一端与第一矩形枝节短路微带线的一端连接,第一矩形枝节短路微带线的另一端接地;所述第一扇形枝节开路微带线、第二扇形枝节开路微带线的一端与第三矩形串联微带线的一端连接,第三矩形串联微带线的另一端与第二矩形串联微带线的另一端连接,第二矩形串联微带线的另一端与两条整流支路的输入端连接;所述第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线设置在同一方向上,第一矩形枝节短路微带线的设置方向与第一矩形串联微带线、第二矩形串联微带线的设置方向相垂直;所述第二扇形枝节开路微带线、第一扇形枝节开路微带线设置在同一方向上,第三矩形串联微带线的设置方向与第二扇形枝节开路微带线、第一扇形枝节开路微带线的设置方向相垂直。
上述方案中,为了拓展频率带宽,改进的π形微带线匹配电路中部分矩形枝节改为扇形枝节,实现双频阻抗匹配。
优选地,所述两条整流支路中,其中一条整流支路包括二极管D1、二极管D2和电容C,其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路的输出端连接,电容C的另一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接,二极管D1的阴极与其中一条谐波抑制支路的输入端连接,二极管D2的阳极接地;另一条整流支路包括二极管D3、二极管D4和电容C,其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路的输出端连接,电容C的另一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接,二极管D3的阴极接地,二极管D4的阳极与另一条谐波抑制支路的输入端连接。
本发明的差分整流电路中单支路采用二倍压整流结构,差分的二倍压整流结构能够实现四倍压整流电压输出,相比于传统的差分整流电路中单支路常采用的单管整流结构,输出整流电压翻倍增加。
优选地,所述谐波抑制支路包括并联电容Cf、第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线,其中并联电容Cf的一端与整流支路的输出端连接,并联电容Cf的另一端接地;第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线设置在同一侧,第一扇形结构微带线、第二扇形结构微带线与整流支路的输出端连接;所述并联电容Cf用于抑制高频和低频的二次谐波;第一扇形结构微带线用于抑制低频的三次谐波;第二扇形结构微带线用于抑制高频的三次谐波。
谐波抑制电路采用并联电容和扇形结构微带线进行谐波抑制。采用这种结构的是优势在于,经过整流后两个支路上的基频信号等大反相而得以抵消,因而谐波抑制只需考虑射频能量的二次和三次谐波。本发明采用并联电容和两个弧度为120度的扇形结构微带线进行谐波抑制,并联电容抑制高频能量和低频能量的二次谐波,两个扇形结构微带线分别抑制低频能量和高频能量的三次谐波。
优选地,所述输入接头为SMA公母头。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、采用改进的π形微带线匹配方式,实现双频匹配效果,提高能量利用率;
2、采用对称的差分结构和并联电容抑制二次谐波,缩小电路尺寸,提高集成度;
3、采用四倍压的差分整流电路,提高直流负载输出电压。
附图说明
图1为整流电路的结构示意图。
图2为图1的整流电路的等效电路图。
图3为整流电路的另一种优选方案的结构示意图。
图4为图3的整流电路的等效电路图。
图5为图1的整流电路的S11参数的曲线图。
图6为图3的整流电路的S11参数的曲线图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1、2所示,基于双频阻抗匹配的微带整流电路包括整流电路1,还包括有输入接头、双频阻抗匹配电路2和谐波抑制电路3,所述整流电路1包括两条整流支路11,所述谐波抑制电路3包括两条谐波抑制支路31,两条整流支路11的输出端分别与两条谐波抑制支路31的输入端连接;其中输入接头的输出端与双频阻抗匹配电路2的输入端连接,双频阻抗匹配电路2的输出端分别与两条整流支路11的输入端连接。
上述方案中,由于增设了双频阻抗匹配电路2,因此使得整流电路1能够在2个频段上实现阻抗匹配,因此整流电路1能够工作在两个频段,提高整流效率和能量的利用率。
在具体的实施过程中,如图1所示,双频阻抗匹配电路2包括第一矩形枝节短路微带线21、第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23、第三矩形串联微带线24、第一矩形枝节开路微带线25、第二矩形枝节开路微带线26;其中第一矩形枝节开路微带的一端与输入接头连接,第一矩形串联微带线22的另一端与第二矩形串联微带线23的一端连接;第一矩形串联微带线22的另一端、第二矩形串联微带线23的一端与第一矩形枝节短路微带线21的一端连接,第一矩形枝节短路微带线21的另一端接地;所述第一矩形枝节开路微带线25、第二矩形枝节开路微带线26的一端与第三矩形串联微带线24的一端连接,第三矩形串联微带线24的另一端与第二矩形串联微带线23的另一端连接,第二矩形串联微带线23的另一端与两条整流支路11的输入端连接;所述第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23设置在同一方向上,第一矩形枝节短路微带线21的设置方向与第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23的设置方向相垂直;所述第三矩形串联微带线24、第一矩形枝节开路微带线25设置在同一方向上,第二矩形枝节开路微带线26的设置方向与第三矩形串联微带线24、第一矩形枝节开路微带线25的设置方向相垂直。
上述方案中,对于双频阻抗匹配电路2,本发明采用改进的π形微带线匹配方式,多枝节微带线结构的匹配网络有利于在多个频率上实现阻抗匹配。本发明的改进的π形微带线匹配网络,是以传统的π形匹配网络为基础,通过增加微带线枝节数达到高效匹配和减小尺寸的效果。改进的π形微带线匹配网络,能在两个频率上实现阻抗匹配,输入阻抗都能匹配至50欧姆,射频能量经过匹配网络后再到达两个支路进行整流。
在具体的实施过程中,如图3、4所示,双频阻抗匹配电路2可采用另一种方案:
所述双频阻抗匹配电路2包括第一矩形枝节短路微带线21、第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23、第三矩形串联微带线24、第一扇形枝节开路微带线27、第二扇形枝节开路微带线28;其中第一矩形枝节开路微带的一端与输入接头连接,第一矩形串联微带线22的另一端与第二矩形串联微带线23的一端连接;第一矩形串联微带线22的另一端、第二矩形串联微带线23的一端与第一矩形枝节短路微带线21的一端连接,第一矩形枝节短路微带线21的另一端接地;所述第一扇形枝节开路微带线27、第二扇形枝节开路微带线28的一端与第三矩形串联微带线24的一端连接,第三矩形串联微带线24的另一端与第二矩形串联微带线23的另一端连接,第二矩形串联微带线23的另一端与两条整流支路11的输入端连接;所述第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23设置在同一方向上,第一矩形枝节短路微带线21的设置方向与第一矩形串联微带线22、第二矩形串联微带线23的设置方向相垂直;所述第二扇形枝节开路微带线28、第一扇形枝节开路微带线27设置在同一方向上,第三矩形串联微带线24的设置方向与第二扇形枝节开路微带线28、第一扇形枝节开路微带线27的设置方向相垂直。
上述方案中,为了拓展频率带宽,改进的π形微带线匹配电路中部分矩形枝节改为扇形枝节,实现双频阻抗匹配。
在具体的实施过程中,如图1~4所示,所述两条整流支路11中,其中一条整流支路11包括二极管D1、二极管D2和电容C,其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路2的输出端连接,电容C的另一端与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极连接,二极管D1的阴极与其中一条谐波抑制支路31的输入端连接,二极管D2的阳极接地;另一条整流支路11包括二极管D3、二极管D4和电容C,其中电容C的一端与双频阻抗匹配电路2的输出端连接,电容C的另一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极连接,二极管D3的阴极接地,二极管D4的阳极与另一条谐波抑制支路31的输入端连接。
本发明的差分整流电路1中单支路采用二倍压整流结构,差分的二倍压整流结构能够实现四倍压整流电压输出,相比于传统的差分整流电路中单支路常采用的单管整流结构,输出整流电压翻倍增加。
在具体的实施过程中,如图1~4所示,所述谐波抑制支路31包括并联电容Cf、第一扇形结构微带线32、第二扇形结构微带线33,其中并联电容Cf的一端与整流支路11的输出端连接,并联电容Cf的另一端接地;第一扇形结构微带线32、第二扇形结构微带线33设置在同一侧,第一扇形结构微带线32、第二扇形结构微带线33与整流支路11的输出端连接;所述并联电容Cf用于抑制高频和低频的二次谐波;第一扇形结构微带线32用于抑制低频的三次谐波;第二扇形结构微带线33用于抑制高频的三次谐波。
谐波抑制电路3采用并联电容和扇形结构微带线进行谐波抑制。采用这种结构的是优势在于,经过整流后两个支路上的基频信号等大反相而得以抵消,因而谐波抑制只需考虑射频能量的二次和三次谐波。本发明采用并联电容和两个弧度为120度的扇形结构微带线进行谐波抑制。
实施例2
本实施例对实施例1所提供的整流电路的S11参数进行了测试,具体测试的结果如图5、6所示,由图可知,双频微带整流电路的工作频率在875MHz和1.83GHz,在该两个频率上的回波损耗(S11)都能达到局部最小,也即双频阻抗匹配网络能够同时在对应的工作频率上实现阻抗匹配,对应工作频率的能量输入实现最大化。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。