本发明属于微波射频器件技术领域,尤其涉及一种用于电磁能量收集的宽带整流电路。
背景技术:
电磁能量收集,就是利用天线接收环境中的电磁波能量,并转换为直流电,直接为装置供电或是为电池充电。随着无线通信技术的发展,移动通信基站大量建设,wifi、蓝牙等无线网络得到了广泛应用,然而这些设备向空间辐射的大部分电磁能量并未使用,将这些电磁能量收集起来加以利用,对于提高能源的利用率,实现节能减排具有重要意义。
整流电路是电磁能量收集系统的关键部件,其作用是将天线接收的电磁能量转化为直流电。一方面,整流电路要求具有较高的射频直流转换效率,以实现能量的高效利用。另一方面,由于输入整流电路的电磁能量来源较广,包括无线电广播、无线局域网、手机通讯设备等,因此,要求整流电路能工作在多频段,或是宽频段。目前公开的整流电路或是只工作在单一频点,或是工作在多频段,很少有工作在较宽频段的。当整流电路工作在较宽频段时,能收集到更多不同频率的电磁能量,从而提高输出的直流功率。
技术实现要素:
本发明的目的是提出一种用于电磁能量收集的宽带整流电路,克服现有整流电路只能工作在有限频段的缺点。
本发明的技术方案是:一种用于电磁能量收集的宽带整流电路,介质基片1下表面完全被金属层覆盖,上表面的金属层包括输入微带线2,第一、第二、第三、第四匹配线4、7、10、13,第一、第二、第三接地高阻线6、9、12,第二电容14的接地焊盘15,直流输出线16,上表面金属层焊接有第一、第二、第三肖特基二极管5、8、11;第一、第二、第三接地高阻线6、9、12的一端为焊盘,用于焊接肖特基二极管,另一端为带有接地通孔的焊盘;输入微带线2的特性阻抗是50欧姆,其右端与第一匹配线4的通过第一电容3连接,第一匹配线4呈l形,其右端向下弯折,并与第一肖特基二极管5,第一接地高阻线6依次相连,同时也与第二匹配线7的一端相连,第一肖特基二极管5的阳极接第一接地高阻线6,阴极接第一匹配线4;第二匹配线7的右端向上弯折,左端向下弯折,其下端与第二肖特基二极管8,第二接地高阻线9依次相连,同时也与第三匹配线10的一端相连,第二肖特基二极管8的阳极接第二接地高阻线9,阴极接第二匹配线7,第二接地高阻线9呈螺旋电感形,以减小电路面积;第三匹配线10呈l形,其左端向上弯折,其右端与第三肖特基二极管11,第三接地高阻线12依次相连,同时也与第四匹配线13的一端相连,第三肖特基二极管11的阳极接第三接地高阻线12,阴极接第三匹配线10,第三接地高阻线12向上伸出并向右弯折;第四匹配线13呈l形,其右端向上弯折,与第二电容14,接地焊盘15依次相连,并与直流输出线16相连。
本发明的技术方案的原理是:电磁波信号从输入微带线2进入,第一电容3的作用是使电磁波信号能通过,而整流得到的直流电不能通过,第一、第二、第三、第四匹配线4、7、10、13能对肖特基二极管的阻抗和负载进行匹配,第一、第二、第三接地高阻线6、9、12用于消除第一、第二、第三肖特基二极管5、8、11的容性阻抗分量,肖特基二极管能将基波信号转化为谐波和直流分量,第二电容15能对整流得到的直流信号进行滤波,消除谐波产生的波纹,直流输出线16接负载。整个电路对部分微带线进行弯折,以减小电路的体积。
本发明的优点和有益效果:
本发明的整流电路带宽较宽,能覆盖大现今大部分手机工作频段,2.45ghz的wifi工作频段,能高效地将这些电磁波能量转化为直流能量。此外,本发明采用印制电路板工艺,便于批量化生产,成本低,加工一致性好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明在不同的输入功率下s参数的测试曲线;
图3是本发明在不同的输入功率下效率随频率变化的测试曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明:一种用于电磁能量收集的宽带整流电路,介质基片1下表面完全被金属层覆盖,上表面的金属层包括输入微带线2,第一、第二、第三、第四匹配线4、7、10、13,第一、第二、第三接地高阻线6、9、12,第二电容14的接地焊盘15,直流输出线16,上表面金属层焊接有第一、第二、第三肖特基二极管5、8、11;第一、第二、第三接地高阻线6、9、12的一端为焊盘,用于焊接肖特基二极管,另一端为带有接地通孔的焊盘;输入微带线2的特性阻抗是50欧姆,其右端与第一匹配线4的通过第一电容3连接,第一匹配线4呈l形,其右端向下弯折,并与第一肖特基二极管5,第一接地高阻线6依次相连,同时也与第二匹配线7的一端相连,第一肖特基二极管5的阳极接第一接地高阻线6,阴极接第一匹配线4;第二匹配线7的右端向上弯折,左端向下弯折,其下端与第二肖特基二极管8,第二接地高阻线9依次相连,同时也与第三匹配线10的一端相连,第二肖特基二极管8的阳极接第二接地高阻线9,阴极接第二匹配线7,第二接地高阻线9呈螺旋电感形,以减小电路面积;第三匹配线10呈l形,其左端向上弯折,其右端与第三肖特基二极管11,第三接地高阻线12依次相连,同时也与第四匹配线13的一端相连,第三肖特基二极管11的阳极接第三接地高阻线12,阴极接第三匹配线10,第三接地高阻线12向上伸出并向右弯折;第四匹配线13呈l形,其右端向上弯折,与第二电容14,接地焊盘15依次相连,并与直流输出线16相连。
为进一步说明上述技术方案的可实施性,下面给出一个具体设计实例,一种用于电磁能量收集的宽带整流电路,介质基片使用厚度为0.8mm,相对介电常数为2.55的f4b基片,肖特基二极管为sms7630。当负载为800欧姆时,输入功率为-10dbm到5dbm时,电路s11参数在1.2ghz到2.7ghz均小于-10db,如图2所示。射频-直流转换效率的测试结果如图3所示,输入功率为0dbm时,从1.2ghz到2.8ghz,射频-直流转换效率均大于50%,因此,该整流电路具有宽带特性。此外,在2ghz处,输入功率为5dbm时,整流效率高达61%,显示出了较高的整流效率。