一种适用于低输入功率的微波整流电路

本发明属于通信，具体涉及一种适用于低输入功率的微波整流电路。

背景技术：

1、近年来，5g技术推动了人工智能(ai)、物联网(iot)的迅猛发展，成为智能家居、智慧城市、智慧农业、智慧工厂发展的重要引擎。作为各行业智能化的重要支点，大量低功耗、小型化的无线传感器网络(wsn)、射频识别设备(rfid)、智能终端设备已密集的分布在各种环境当中。而对于大量的低功耗器件，铺设大量电线或电池供电都会增加供电成本和人工成本，并且存在安全隐患。由于蜂窝移动基站和射频(rf)信号塔等电源的广泛应用，空间中充斥着大量的射频能量。微波能量收集技术可以有效的收集空间中的射频能量，并为这些低功耗设备提供直流电源。此外，由于环境中射频信号的功率谱相对较低，典型功率密度为2μw/m2–10mw/m2。因此整流器需要在低输入功率范围内具有出色的微波-直流转换性能。综上所述，研究能够在低功率下高效率工作的整流电路具有很大的挑战和实际意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种适用于低输入功率的微波整流电路，以实现在低输入功率范围内将天线收集的微波能量转化成直流能量的目的。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种适用于低输入功率的微波整流电路，包括：微带线结构、介质基板及其下表面的金属地，微带线结构和金属地分别印刷在介质基板的上、下表面，微带线结构包括：依次连接的输入模块、阻抗匹配网络、无源增压网络、谐波反馈网络和输出模块。

4、作为优选，阻抗匹配网络由接地电感、终端断路传输线和串联传输线组成，实现整流单元与源阻抗的匹配。

5、作为优选，无源增压网络基于耦合传输线来实现，通过调节耦合传输线两端的长和宽来增大电路的电压幅度。

6、作为优选，谐波反馈网络利用交指耦合线引入谐波能量，并利用耦合传输线对谐波幅度进行增大，在回收谐波能量的同时对电路波形进行整形。

7、作为优选，所述输入模块由第一微带线、第二微带线和第一电容构成；其中，第一微带线一端用于固定sma接头，另外一端连接第二微带线；第二微带线一端连接第一微带线，另一端焊接第一电容；第一电容一端焊接在第二微带线，另一端焊接在阻抗匹配网络中的第四微带线。

8、作为优选，所述阻抗匹配网络由第三微带线、第四微带线、第五微带线和第一电感构成；其中，第三微带线为断路微带线，一端断路，另一端连接第四微带线；第四微带线为串联微带线，上端连接第三微带线，下端段焊接第一电感，左端焊接输入模块中的第一电容，右端连接无源增压网络中的第六微带线；第一电感一端焊接在第四微带线，另一端焊接在第五微带线；第五微带线为短路微带线，一端焊接第一电感，另一端通过第一金属化过孔连接底层金属底板。

9、作为优选，所述无源增压网络由第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线构成；其中，第六微带线一端连阻抗匹配网络中的第四微带线，另一端连接第七微带线；第七微带线一端连接第六微带线，另一端连接第八微带线；第八微带线一端连接第七微带线，另一端连接第九微带线；第九微带线一端连接第八微带线，另一端连接第十微带线；第十微带线一端连接第九微带线，另一端连接谐波反馈网络ⅳ中的第十一微带线。

10、作为优选，所述谐波反馈网络由第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线；其中，第十一微带线左端连接无源增压网络中的第十微带线，右端连接第十二微带线，上端焊接第一肖特基二极管的输入端；第十二微带线一端连接第十一微带线，另一端连接第十三微带线；第十三微带线一端连接第十二微带线，另一端连接第十四微带线；第十四微带线一端连接第十三微带线，另一端连接第十五微带线；第十五微带线一端连接第十四微带线，另一端连接输出模块中的第十六微带线。

11、作为优选，所述输出模块由第十六微带线、第十七微带线、第十八微带线、第十九微带线、第二电容和第一负载构成；其中，第十六微带线上端连接第十七微带线，下端焊接第一肖特基二极管的输出端，右端连接第十五微带线；第十七微带线一端连接第十六微带线，另一端连接第十八微带线；第十八微带线一端连接第十七微带线，另一端焊接第二电容和第一负载；第二电容一端焊接在第十八微带线，另一端焊接在第十九微带线；第一负载一端焊接在第十八微带线，另一端焊接在第十九微带线；第十九微带线为短路微带线，一端焊接第二电容和第一负载，另一端通过第二金属化过孔连接底层金属底板。

12、本发明利用阻抗匹配网络ⅱ实现了整个整流电路在低输入功率范围上的阻抗匹配，无源增压网络ⅲ提高了电路中的电压，减少了二极管上的能量损耗，谐波反馈网络ⅳ在回收二极管产生的谐波能量的同时对电路波形进行了整形，进一步提高整流器的转换效率。所提出的整流电路在低功率下拥有高转换效率。

技术特征：

1.一种适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，包括：微带线结构、介质基板及其下表面的金属地，微带线结构和金属地分别印刷在介质基板的上、下表面，微带线结构包括：依次连接的输入模块、阻抗匹配网络、无源增压网络、谐波反馈网络和输出模块。

2.如权利要求1所述的适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，阻抗匹配网络由接地电感、终端断路传输线和串联传输线组成，实现整流单元与源阻抗的匹配。

3.如权利要求2所述的适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，无源增压网络基于耦合传输线来实现，通过调节耦合传输线两端的长和宽来增大电路的电压幅度。

4.如权利要求3所述的适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，谐波反馈网络利用交指耦合线引入谐波能量，并利用耦合传输线对谐波幅度进行增大，在回收谐波能量的同时对电路波形进行整形。

5.如权利要求4所述的适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，所述输入模块由第一微带线、第二微带线和第一电容构成；其中，第一微带线一端用于固定sma接头，另外一端连接第二微带线；第二微带线一端连接第一微带线，另一端焊接第一电容；第一电容一端焊接在第二微带线，另一端焊接在阻抗匹配网络中的第四微带线。

6.如权利要求5所述的适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，所述阻抗匹配网络由第三微带线、第四微带线、第五微带线和第一电感构成；其中，第三微带线为断路微带线，一端断路，另一端连接第四微带线；第四微带线为串联微带线，上端连接第三微带线，下端段焊接第一电感，左端焊接输入模块中的第一电容，右端连接无源增压网络中的第六微带线；第一电感一端焊接在第四微带线，另一端焊接在第五微带线；第五微带线为短路微带线，一端焊接第一电感，另一端通过第一金属化过孔连接底层金属底板。

7.如权利要求6所述的适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，所述无源增压网络由第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线构成；其中，第六微带线一端连阻抗匹配网络中的第四微带线，另一端连接第七微带线；第七微带线一端连接第六微带线，另一端连接第八微带线；第八微带线一端连接第七微带线，另一端连接第九微带线；第九微带线一端连接第八微带线，另一端连接第十微带线；第十微带线一端连接第九微带线，另一端连接谐波反馈网络ⅳ中的第十一微带线。

8.如权利要求7所述的适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，所述谐波反馈网络由第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线；其中，第十一微带线左端连接无源增压网络中的第十微带线，右端连接第十二微带线，上端焊接第一肖特基二极管的输入端；第十二微带线一端连接第十一微带线，另一端连接第十三微带线；第十三微带线一端连接第十二微带线，另一端连接第十四微带线；第十四微带线一端连接第十三微带线，另一端连接第十五微带线；第十五微带线一端连接第十四微带线，另一端连接输出模块中的第十六微带线。

9.如权利要求8所述的适用于低输入功率的微波整流电路，其特征在于，所述输出模块由第十六微带线、第十七微带线、第十八微带线、第十九微带线、第二电容和第一负载构成；其中，第十六微带线上端连接第十七微带线，下端焊接第一肖特基二极管的输出端，右端连接第十五微带线；第十七微带线一端连接第十六微带线，另一端连接第十八微带线；第十八微带线一端连接第十七微带线，另一端焊接第二电容和第一负载；第二电容一端焊接在第十八微带线，另一端焊接在第十九微带线；第一负载一端焊接在第十八微带线，另一端焊接在第十九微带线；第十九微带线为短路微带线，一端焊接第二电容和第一负载，另一端通过第二金属化过孔连接底层金属底板。

技术总结
本发明公开一种适用于低输入功率的微波整流电路，包括：微带线结构、介质基板及其下表面的金属地，微带线结构和金属地分别印刷在介质基板的上、下表面，微带线结构包括：依次连接的输入模块、阻抗匹配网络、无源增压网络、谐波反馈网络和输出模块。采用本发明的技术方案，以实现在低输入功率范围内将天线收集的微波能量转化成直流能量的目的。

技术研发人员：王清华,周云飞,杨利霞,张小林,胡永兵,李迎松,车文荃
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13