一种基于WiFi频段的带谐波抑制的整流天线制造技术

本发明专利技术公开一种基于WiFi频段的具有谐波抑制的整流天线，包括工作在基于WiFi频段的具有谐波抑制的微带接收天线和微带差分整流电路，微带接收天线的输出端与微带差分整流电路的输入端连接；所述微带差分整流电路包括50欧姆阻抗线，支路T型阻抗匹配单元，支路整流单元，支路输出滤波器和负载；所述50欧姆阻抗线作为微带差分整流单元的输入接口的输入端，与接收天线的输出端连接，输入接口的输出端引出两条支路，两支路的输入端通过T型结连接，输出端分别依次通过支路阻抗匹配单元、支路整流单元、支路输出滤波器，最后与负载连接；所述支路整流单元的二极管反向连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线能量传输领域，是涉及一种微波能量传输系统接收端的整流天线，尤其涉及一种基于WiFi频段的带谐波抑制的整流天线。
技术介绍
微波能量传输(MPT，MicrowavePowerTransmission)是一种利用微波为载体，在真空或者自由空间中进行能量传输的新技术。相对于传统的有线能量传输技术，MPT技术在众多应用场景中，具有有线能量传输技术无法比拟的优势，以致近年来，MPT技术受到越来越广泛的关注，并被逐步应用于能量采集、射频识别、无线充电和传感器网络等众多领域。微波能量传输系统接收端的整流天线(Rectenna)，主要由接收天线(Antenna)与整流电路(Rectifier)两部分组成。整流天线是微波能量传输系统中，最关键部分之一，其工作性能将直接影响整个微波能量传输系统的效率。微波能量传输系统接收端的整流天线，其主要技术指标包括：接收天线的性能与整流电路的整流效率。天线是一种导行波与自由空间波之间转换器件或者换能器件，是任何无线系统必不可少的组成器件。由于微波能量传输系统接收端的整流电路，在整流过程中会产生一定的高次谐波分量。如果缺少谐波抑制处理，高次谐波分量会经由接收天线反向辐射，造成一定能量损失。同时，造成微波整流电路的整流效率下降，系统的整体性能下降。针对以上问题，传统的解决方案是在整流天线中，设计一个输入滤波器，对高次谐波分量做滤波处理。但输入滤波器的引入，往往伴随着较大的插入损耗，造成整流效率下降。
技术实现思路
本专利技术为解决上述缺陷和不足，提供了一种基于WiFi频段的具有谐波抑制的整流天线。为解决上述问题，本专利技术的技术方案是：一种基于WiFi频段的具有谐波抑制的整流天线，包括工作在基于WiFi频段的具有谐波抑制的微带接收天线和微带差分整流电路，微带接收天线的输出端与微带差分整流电路的输入端连接；所述微带差分整流电路包括阻抗线，支路T型阻抗匹配单元，支路整流单元，支路输出滤波器和负载；所述阻抗线与微带接收天线的输出端连接，并引出两条对称的支路，两支路通过T型结连接，且各支路分别依次通过支路阻抗匹配单元、支路整流单元和支路输出滤波器，最后与同一个负载连接；所述支路整流单元的二极管反向连接。本专利技术提供的整流天线的具体工作过程如下：微波能量经由T型结往两个支路流动，微波入射与二极管非线性工作状态产生的回流三次谐波由具有谐波抑制的天线抑制；两条构成对称的支路将微波能量分成两等分，使得二极管得到的功率变化幅度减为原来的二分之一，减小其阻抗变化幅度，提高系统的功率带宽；对称差分结构从负载端看，相当于将前级阻抗减小，跨接形成的差分输出电压比传统单个支路输出电压要高；差分电压输出跨接在直流负载上，相比传统单个支路负载减小了过孔环节，从而减小寄生参数影响，提高系统性能，降低实际加工难度与复杂度；由泰勒展开分析，在负载端偶次谐波分量相减可抵消，由此可见，差分结构有天然抑制偶次谐波的功能。优选地，所述支路输出滤波器包括小扇形滤波器和大扇形滤波器两部分，小扇形滤波器和大扇形滤波器用于阻隔5.8GHz的基频分量和支路整流单元整流过程中产生的高次谐波分量。优选地，所述微带接收天线采用聚四氟乙烯双面覆铜板，其介电常数ε＝2.28，介质损耗角正切tanδ＝0.0015。优选地，所述微带接收天线包括T型辐射面，地面，环形槽，馈电微带线和SMA头；其中，地面和环形槽构成天线的地平面，T型辐射面和馈电微带线构成天线的辐射单元，且馈电微带线位于环形槽的正上方，其中，SMA头的探针与馈电微带线连接，当微带接收天线接收到微波能量后，微波能量中的高次谐波分量经由地平面的环形槽滤除，再经由SMA头进行输出，进行下一步的处理。优选地，所述辐射单元横向剖面呈T型；所述地平面的横向剖面呈长方形。优选地，所述环形槽由四个水平排列的圆环构成，四个环形槽的圆心与馈电微带线的中心线对准。与现有的技术相比，本专利技术有如下优势：1)本专利技术提供的微带天线，具有谐波抑制作用，减小整流器输入三次谐波抑制滤波器的设计，降低设计难度，减小插损，结构更紧凑，整体性能更优。2)本专利技术提供的整流天线，是基于WiFi频段设计的，频率高、尺寸小，适用范围广，易于推广。3)本专利技术提供的对称差分结构，天然抑制偶次谐波，实际设计中只需要设计奇次谐波抑制，降低设计难度，减小插损。4)整流电路采用差分电压输出，整个设计无过孔，寄生参数小，系统性能好，输出电压高。5)本专利技术提供的整流天线，能量转换效率较高，因而能够满足小功率应用的要求。附图说明图1为整流天线的结构示意图。图2为微带接收天线的俯视图及纵向剖面图。图3为微带差分整流电路的结构示意图。图4为微带接收天线与传统微带接收天线的S11对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。实施例1如图1所示，整流天线包括微带接收天线1和微带差分整流电路2，两者通过接头3进行连接。当向微带接收天线1发射WiFi频段的微波时，微带接收天线1接收微波能量，同时，地平面的环形槽4滤除微波能量中的高次谐波分量，并通过接头3把微波能量传输到微带差分整流电路2。如图2所示，微带接收天线1包括T型辐射面5，环形槽4，地面6，馈电微带线7和SMA头8。其中，T型辐射面5和馈电微带线7构成天线的辐射单元9，地面6和环形槽4构成天线的地平面10，馈电微带线7作为微带线馈电单元和阻抗匹配网络。其中，SMA头8的探针与馈电微带线7连接。本实施例中，微带接收天线1采用聚四氟乙烯双面覆铜板，其介电常数ε＝2.28，介质损耗角正切tanδ＝0.0015，厚度为1.575mm。其中，辐射单元9横向剖面呈T型，其长为53.2mm，宽为20.2mm；所述地平面10的横向剖面呈长方形，其长为61.4mm，宽为40.4mm。环形槽4位于馈电微带线7正下方，由四个水平排列的圆环41、42、43、44构成，圆环41、42、43、44的圆心与馈电微带线7的中心线对准。如图3所示，微带差分整流电路2包括50欧姆阻抗线11、支路阻抗匹配单元12、支路整流单元13、支路输出滤波器14和负载15，其中50欧姆阻抗线11作为微带差分整流电路的输入接口的输入端，与接收天线1的输出端连接，输入接口的输出端引出两条支路，两支路的输入端通过T型结连接，输出端依次通过支路阻抗匹配单元12、支路整流单元13、支路输出滤波器14，与负载连接15。整流天线的具体工作原理如下：微带接收天线1接收低功率微波能量，同时，地平面的环形槽4滤除微波能量中的高次谐波分量，然后通过输出端的输出接口将微波能量传至微带差分整流电路2的输入接口，微波能量经由T型结往两个支路流动，经支路阻抗匹配单元12进入支路整流单元13整流，整流完成后通过输出滤波器14，滤除整流过程中产生的高次谐波分量，得到输出电压向同一个直流负载15供电。本实施例中，支路输出滤波器14包括小扇形滤波器和大扇形滤波器两部分，支路输出滤波器14的输入端与支路整流单元13的输出端连接，输出端与负载15连接。小扇形滤波器和大扇形滤波器用于阻隔5.8GHz的基频分量和支路整流单元13整流过程中产生的高次谐波分量。本实施例中，两条构成对称的支路将微波能量分成两等分，使得二极管得到的功率变化幅度减为原来的二分之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于WiFi频段的具有谐波抑制的整流天线，其特征在于，包括工作在基于WiFi频段的具有谐波抑制的微带接收天线和微带差分整流电路，微带接收天线的输出端与微带差分整流电路的输入端连接；所述微带差分整流电路包括阻抗线，支路T型阻抗匹配单元，支路整流单元，支路输出滤波器和负载；所述阻抗线与微带接收天线的输出端连接，并引出两条对称的支路，两支路通过T型结连接，且各支路分别依次通过支路阻抗匹配单元、支路整流单元和支路输出滤波器，最后与同一个负载连接；所述支路整流单元的二极管反向连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于WiFi频段的具有谐波抑制的整流天线，其特征在于，包括工作在基于WiFi频段的具有谐波抑制的微带接收天线和微带差分整流电路，微带接收天线的输出端与微带差分整流电路的输入端连接；所述微带差分整流电路包括阻抗线，支路T型阻抗匹配单元，支路整流单元，支路输出滤波器和负载；所述阻抗线与微带接收天线的输出端连接，并引出两条对称的支路，两支路通过T型结连接，且各支路分别依次通过支路阻抗匹配单元、支路整流单元和支路输出滤波器，最后与同一个负载连接；所述支路整流单元的二极管反向连接。2.根据权利要求1所述的整流天线，其特征在于，所述支路输出滤波器包括小扇形滤波器和大扇形滤波器两部分，小扇形滤波器和大扇形滤波器用于阻隔5.8GHz的基频分量和支路整流单元整流过程中产生的高次谐波分量。3.根据权利要求1所述的整流天线，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，付超，区俊辉，谢昭家，
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