一种具有带通特性及宽输入功率范围的整流电路制造技术

本发明专利技术涉及一种具有带通特性及宽输入功率范围的整流电路，包括具有带通特性的功分器和与功分器连接的两个子整流电路，其中所述子整流电路包括匹配电路、整流二极管、直流滤波器和阻抗负载，匹配电路的两端分别与功分器、整流二极管的阳极连接，整流二极管的阴极与直流滤波器连接，直流滤波器与阻抗负载连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波能量传输系统领域，更具体地，涉及一种具有带通特性及宽输入功率范围的整流电路。
技术介绍
随着人们对新能源的需求以及无线技术的迅速发展，无线能量传输的应用领域日益广泛。无线能量传输是指能量从能量源传输到电负载的一个过程，这个过程摆脱了传统的电线传输而是通过自由空间来实现的。无线能量传输系统主要机理是将直流能量转化为微波能量通过发射天线进行能量发射，接收天线接收到能量后通过整流电路进行整流，然后把接收到的射频能量重新转换为设备可以使用的直流电能。在无线能量传输系统中，整流电路的性能是整个系统效率的关键。一般的整流电路仅仅能够在一个较窄的输入功率范围内保持较高的效率，这样在无线能量传输过程中往往会造成能量的浪费，另外在无限能量传输过程中，在对指定频段的电磁波进行整流的同时，往往会吸收其他通信频段的电磁波，对无线通信信号强度造成影响。为了改善整流电路的输入功率范围，目前已经出现了多种新的技术来实现宽输入功率。其中包括给整流二极管并联一个场效应管的方法，这种方法能够较大程度上扩宽输入功率范围，但是工作频率较低，在无线能量传输以及无线能量收集场合大规模应用不太实际；另一种技术提出通过开关连接几种整流拓扑结构来实现宽输入功率范围整流，但是复杂的功率传感器和开关电路增加了电路的成本和复杂度以及给加工制作带来了困难，很难实现大规模推广。之前对整流电路的改善主要集中在拓宽输入功率范围和拓宽接收频率等方面。考虑到实际应用方面，从来没有提出一种方法能够拓宽输入功率范围以及同时实带通特性。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服传统整流电路仅仅能够在一个较窄的输入功率范围内保持较高的效率的问题，提出了一种能够拓宽输入功率范围以及同时实现具有带通特性的整流电路，从而提高无线能量传输系统中整流电路的性能。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种具有带通特性及宽输入功率范围的整流电路，包括具有带通特性的功分器和与功分器连接的两个子整流电路，其中所述子整流电路包括匹配电路、整流二极管、直流滤波器和阻抗负载，匹配电路的两端分别与功分器、整流二极管的阳极连接，整流二极管的阴极与直流滤波器连接，直流滤波器与阻抗负载连接。上述方案中，由于整流二极管非线性而产生的谐波能够被反射而重新整流，因此使得整流电路能够在更宽的功率范围内达到较高的整流效率。同时，通过配备具有带通特性的功分器，使得整流电路具有带通特性，在对指定频段信号整流的同时不会影响其他通信频段的信号。优选地，所述功分器包括圆形贴片、阻抗匹配线B2、阻抗匹配线B4、阻抗匹配线B6、端口线B1、端口线B3和端口线B5，圆形贴片上沿其径向方向分别开设有狭槽C2、狭槽C3、狭槽C6、狭槽C1、狭槽C4和狭槽C5，狭槽C2与狭槽C3之间、狭槽C2与狭槽C6之间、狭槽C3与狭槽C6之间的夹角为120°；狭槽C1开设在狭槽C2与狭槽C3之间，且狭槽C1与狭槽C2、狭槽C3之间的夹角为30°；狭槽C4开设在狭槽C2与狭槽C6之间，且狭槽C4与狭槽C2、狭槽C6之间的夹角为30°；狭槽C5开设在狭槽C3与狭槽C6之间，且狭槽C5与狭槽C3、狭槽C6之间的夹角为30°；阻抗匹配线B2设置在狭槽C2内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B2的一端与圆形贴片连接；阻抗匹配线B4设置在狭槽C6内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B4的一端与圆形贴片连接；阻抗匹配线B6设置在狭槽C3内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B6的一端与圆形贴片连接；端口线B1设置在狭槽C1内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B1的一端与圆形贴片连接；端口线B3设置在狭槽C4内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B3的一端与圆形贴片连接，阻抗匹配线B3的另一端与其中一个子整流电路的匹配电路连接；端口线B5设置在狭槽C5内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B5的一端与圆形贴片连接，阻抗匹配线B5的另一端与另一个子整流电路的匹配电路连接；所述圆形贴片上开设有两个金属过孔D1和D2。上述方案中，具有带通特性的功分器通过圆形贴片以及过孔和开槽等方式来实现带通特性，比如，开设狭槽C1、狭槽C4、狭槽C5和狭槽C6用来匹配电路，狭槽C2和狭槽C3用来延长信号的路径，降低TM21模的频率；通过阻抗匹配线B2和阻抗匹配线B6增加一个传输模式，同时通过阻抗匹配线B2，阻抗匹配线B4，阻抗匹配线B6引入传输零点；端口线B1为信号的输入端口，端口线B3和B5作为功分器的输出端口分别连接两个子整流电路。同时通过金属过孔D1和D2，引入TM01模式。优选地，所述设置在狭槽内的阻抗匹配线和端口线其与狭槽左右两侧的圆形贴片之间留有间距。优选地，所述狭槽C2与狭槽C3的形状大小相等。优选地，所述狭槽C1、狭槽C5、狭槽C4的形状大小相等。优选地，所述阻抗匹配线B2、阻抗匹配线B6的形状大小相等。优选地，所述端口线B1、端口线B3和端口线B5的形状大小相等。优选地，所述匹配电路包括微带线和短路线，其中微带线的一端与端口线B3或端口线B5连接，另一端与整流二极管的阳极连接；短路线与微带线并联。优选地，所述直流滤波器包括整流电路工作频率下的四分之一波长线与三条开路线，每条开路线的长度分别为一次、二次、三次谐波的四分之一波长。优选地，所述整流二极管为肖特基二极管。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的具有带通特性及宽输入功率范围的整流电路能够实现在更宽输入功率范围下实现高效率整流；同时还具有带通特性，在对指定频段信号整流的同时不会影响其他通信频段的信号。附图说明图1为整流电路的整体结构示意图。图2为功分器的整体结构示意图。图3为功分器在2.45GHz工作频段仿真的S参数结果图。图4为本专利技术提供的整流电路与传统整流电路测试的S参数对比图。图5为本专利技术提供的整流电路的仿真和测试的S参数对比图。图6为本专利技术提供的整流电路的仿真和测试整流效率和S参数对比图。图7为本专利技术提供的整流电路的与传统整流电路测试的整流效率对比图。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专利技术做进一步的阐述。实施例1如图1所示，整流电路包括具有带通特性的功分器和与功分器连接的两个子整流电路，其中所述子整流电路包括匹配电路、整流二极管、直流滤波器和阻抗负载，匹配电路的两端分别与功分器、整流二极管的阳极连接，整流二极管的阴极与直流滤波器连接，直流滤波器与阻抗负载连接。其中，如图2所示，功分器包括圆形贴片、阻抗匹配线B2、阻抗匹配线B4、阻抗匹配线B6、端口线B1、端口线B3和端口线B5，圆形贴片的半径为R，圆形贴片上沿其径向方向分别开设有狭槽C2、狭槽C3、狭槽C6、狭槽C1、狭槽C4和狭槽C5，狭槽C2与狭槽C3之间、狭槽C2与狭槽C6之间、狭槽C3与狭槽C6之间的夹角为120°；狭槽C1开设在狭槽C2与狭槽C3之间，且狭槽C1与狭槽C2、狭槽C3之间的夹角为30°；狭槽C4开设在狭槽C2与狭槽C6之间，且狭槽C4与狭槽C2、狭槽C6之间的夹角为30°；狭槽C5开设在狭槽C3与狭槽C6之间，且狭槽C5与狭槽C3、狭槽C6之间的夹角为30°；阻抗匹配线B2设置在狭槽C2内，其设置方向沿圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有带通特性及宽输入功率范围的整流电路，其特征在于：包括具有带通特性的功分器和与功分器连接的两个子整流电路，其中所述子整流电路包括匹配电路、整流二极管、直流滤波器和阻抗负载，匹配电路的两端分别与功分器、整流二极管的阳极连接，整流二极管的阴极与直流滤波器连接，直流滤波器与阻抗负载连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有带通特性及宽输入功率范围的整流电路，其特征在于：包括具有带通特性的功分器和与功分器连接的两个子整流电路，其中所述子整流电路包括匹配电路、整流二极管、直流滤波器和阻抗负载，匹配电路的两端分别与功分器、整流二极管的阳极连接，整流二极管的阴极与直流滤波器连接，直流滤波器与阻抗负载连接。2.根据权利要求1所述的具有带通特性及宽输入功率范围的整流电路，其特征在于：所述功分器包括圆形贴片、阻抗匹配线B2、阻抗匹配线B4、阻抗匹配线B6、端口线B1、端口线B3和端口线B5，圆形贴片上沿其径向方向分别开设有狭槽C2、狭槽C3、狭槽C6、狭槽C1、狭槽C4和狭槽C5，狭槽C2与狭槽C3之间、狭槽C2与狭槽C6之间、狭槽C3与狭槽C6之间的夹角为120°；狭槽C1开设在狭槽C2与狭槽C3之间，且狭槽C1与狭槽C2、狭槽C3之间的夹角为30°；狭槽C4开设在狭槽C2与狭槽C6之间，且狭槽C4与狭槽C2、狭槽C6之间的夹角为30°；狭槽C5开设在狭槽C3与狭槽C6之间，且狭槽C5与狭槽C3、狭槽C6之间的夹角为30°；阻抗匹配线B2设置在狭槽C2内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B2的一端与圆形贴片连接；阻抗匹配线B4设置在狭槽C6内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B4的一端与圆形贴片连接；阻抗匹配线B6设置在狭槽C3内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B6的一端与圆形贴片连接；端口线B1设置在狭槽C1内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B1的一端与圆形贴片连接；端口线B3设置在狭槽C4内，其设置方向沿圆形贴片的径向方向，阻抗匹配线B3的一端与圆形贴片连接，阻抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑少勇，柳文举，李元新，向炳洁，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44