一种宽频带高效率的微波整流器制造技术

本发明专利技术公开了一种宽频带高效率的微波整流器，包括上层微带结构、中间介质基板及底层金属地板，上层微带结构位于中间介质基板的上表面，底层金属地板位于中间介质基板的下表面，上层微带结构包括隔离电容、二极管、滤波电容、负载、输入端口、第六微带线、第七微带线及匹配网络，匹配网络由依次连接的第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线及第五微带线构成，隔离电容跨接在输入端口及第一微带线之间，二极管跨接在第五微带线及第六微带线之间，滤波电容与负载并联，且跨接在第六微带线及第七微带线之间。本发明专利技术通过调整匹配网络各微带线的结构及大小，使整流器在一个较大的频率范围内获得良好的转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及整流器领域，具体涉及一种宽频带高效率的微波整流器。
技术介绍
近年来，射频能量采集受到越来越多的重视。其中，高效率的整流器是能量采集中最重要的一环。它能够将接收到的射频信号转换为可被直接利用的直流信号。这些直流信号可以驱动各种各样的电子设备并被应用于太阳能卫星系统，无线传感器和生物医学设备等。目前，大量的学者已经针对整流器的效率提升方案展开研究并提出了许多不同的方案。为了让整流器在射频能量收集系统中能够收集更多有用的能量，宽频带和高效率是两个重要的性能指标。通常，可以利用阻抗匹配网络来获得更宽的工作带宽，利用新的设计技术可以提高工作的效率。在文献《Y.Han,O.Leitermann,D.A.Jackson,J.M.Rivas,and D.J.Perreault,“Resistance compression networks for radio-frequency power conversion,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.22,no.1,pp.41-53,Jan.2007.》中，使用电阻压缩网络使整流器在更宽的输入功率范围内获得高效率。在文献《C.Y.Song,Y.Huang,J.F.Zhou and J.W.Zhang“A high-efficiency broadband rectenna for ambient wireless energy harvesting,”IEEE Trans.Antennas and Propagation,vol.63,no.8,pp.3486–3495,Aug.2015.》中，使用双枝节阻抗匹配网络和二极管来拓宽整流的工作带宽。在文献《D.Wang.M.D.W and R.Negra,“Design of a broadband microwave rectifier from 40MHz to 4740MHz using high impedance inductor,”in 2014Asia-Pacific Microwave conference,Sendai,Japan,Nov.2014,pp.1010-1012.》中，该电路结构剔除了依赖于频率特性的匹配网络，而是使用了一个高阻抗的电感器来隔离射频信号和直流信号，这拓宽了整流器的工作带宽，然而其效率仅有40％到60％。在文献《H.Sakaki,K.Nishikawa,“Broadband rectifier design based on quality factor of input matching circuit,”2014 Asia-Pacific Microwave Conference,Sendai,Japan,Nov.2014,pp.1205-1207.》中，通过提高输入匹配网络的品质因子，整流器的效率提高到70％。但是其相对带宽仅仅只有18.5％。在大多数的研究里面，研究者更注重于分别提高整流器的效率和整流器的工作带宽，极少研究同时能够提高整流器效率和带宽的成果。然而，更宽的频带和更高的效率才能适应射频能量收集的要求，所以对其的研究是势在必行的。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种宽频带高效率的微波整流器。本专利技术在传统整流器的基础上，通过新加入的一段串联微带线、一段并联短路微带线和一段耦合微带线组成的匹配网络来调节整流器的输入阻抗，使其在一个较大的频率范围内均能获得良好的转换效率。本专利技术采用如下技术方案：一种宽频带高效率的微波整流器，包括上层微带结构、中间介质基板及底层金属地板，所述上层微带结构位于中间介质基板的上表面，底层金属地板位于中间介质基板的下表面，所述上层微带结构包括隔离电容、二极管、滤波电容、负载、输入端口、第六微带线、第七微带线及匹配网络，所述匹配网络由依次连接的第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线及第五微带线构成，所述隔离电容跨接在输入端口及第一微带线之间，所述二极管跨接在第五微带线及第六微带线之间，滤波电容与负载并联，且跨接在第六微带线及第七微带线之间。第四微带线的末端通过金属化过孔连接到底层金属地板，第七微带线的末端通过金属化过孔连接到底层金属地板。所述第五微带线为串联微带线，其长度为中心频率的四分之一波长，所述第四微带线为并联短路微带线，其长度为中心频率的四分之一波长，第一微带线、第二微带线及第三微带线具体为短路耦合微带线，其等效长度为中心频率的四分之一波长。所述第一微带线和第三微带线相互平行，第二微带线分别与第一微带线及第三微带线垂直。本专利技术的有益效果：本专利技术可以通过调整新加入的匹配电路中微带线的结构及大小，使整流器在一个较大的频率范围内获得良好的转换效率。附图说明图1是本专利技术一种宽频带高效率的微波整流器的结构图；图2是本实施例的尺寸标注示意图；图3是本实施例在输入功率为12.8dBm的S11的测试图；图4是本实施例在输入功率为12.8dBm的转换效率的仿真和测试图；图5是本实施例在输入功率范围为3dBm到14.1dBm的转换效率的仿真和测试图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，一种宽频带高效率的微波整流器，包括上层微带结构、中间介质基板及底层金属地板，所述上层微带结构位于中间介质基板的上表面，底层金属地板位于中间介质基板的下表面，所述上层微带结构包括隔离电容9、二极管10、滤波电容11、负载12、输入端口1、第六微带线7、第七微带线8及匹配网络，所述匹配网络由依次连接的第一微带线2、第二微带线3、第三微带线4、第四微带线5及第五微带线6构成，所述隔离电容9跨接在输入端口1及第一微带线2之间，所述二极管10的正极与第五微带线6连接，所述二极管10的负极与第六微带线7连接，滤波电容11与负载12并联，且跨接在第六微带线7及第七微带线8之间。所述第四微带线5的末端通过金属化过孔连接到底层金属地板，第七微带线8的末端通过金属化过孔连接到底层金属地板。所述第一微带线2和第三微带线4相互平行，第二微带线3分别与第一微带线2及第三微带线4垂直。第五微带线6设置为串联微带线，其长度为中心频率的四分之一波长，用于实现其右端电路的输入阻抗以中心频率为基准向两边偏移呈现共轭状态，第四微带线5设置为并联短路微带线，其长度为中心频率的四分之一波长，用于实现抵消其右端电路输入阻抗的虚部，第一微带线2、第二微带线3及第三微带线4设置为短路耦合微带线，其等效长度为中心频率的四分之一波长，用于实现其右端电路的输入阻抗和源阻抗匹配。通过调整匹配网络各微带线的结构及大小，可以使整流器在一个较大的频率范围内获得良好的转换效率。本实施例中一种宽频带高效率的微波整流器尺寸标注图如图2所示，以下仅仅为本专利技术的一个实例。本实例中所用的中间介质基板为罗杰斯4003，其厚度为1.575mm，介电常数为3.38，损耗角正切值为0.002，微带线厚度为35um。具体电路尺寸选择如下：输入端口1长度L1＝4.3mm，线宽W1＝1mm，第一微
带线2长度L2＝19.15mm，线宽W2＝4.3mm，第二微带线3长度L3＝0.6mm，线宽W3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频带高效率的微波整流器，其特征在于，包括上层微带结构、中间介质基板及底层金属地板，所述上层微带结构位于中间介质基板的上表面，底层金属地板位于中间介质基板的下表面，所述上层微带结构包括隔离电容、二极管、滤波电容、负载、输入端口、第六微带线、第七微带线及匹配网络，所述匹配网络由依次连接的第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线及第五微带线构成，所述隔离电容跨接在输入端口及第一微带线之间，所述二极管跨接在第五微带线及第六微带线之间，滤波电容与负载并联，且跨接在第六微带线及第七微带线之间。

【技术特征摘要】
1.一种宽频带高效率的微波整流器，其特征在于，包括上层微带结构、中间介质基板及底层金属地板，所述上层微带结构位于中间介质基板的上表面，底层金属地板位于中间介质基板的下表面，所述上层微带结构包括隔离电容、二极管、滤波电容、负载、输入端口、第六微带线、第七微带线及匹配网络，所述匹配网络由依次连接的第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线及第五微带线构成，所述隔离电容跨接在输入端口及第一微带线之间，所述二极管跨接在第五微带线及第六微带线之间，滤波电容与负载并联，且跨接在第六微带线及第七微带线之间。2.根据权利要求1所述的一种宽频带高效率的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：章秀银，林跃龙，林杰凯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44