一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路制造技术

本发明专利技术公开了一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述底层金属地板印制在中间介质基板的下表面，其特征在于，所述上层微带结构由一个反射功率回收网络分别与第一整流支路II及第二整流支路III相连构成。当输入功率发生变化导致整流电路阻抗失配时，本发明专利技术采用的反射功率回收网络有利于将两个整流支路产生的反射波收集起来,并传输回到整流支路中重新利用，进而提高整流效率，因而能拓宽整流电路的工作功率范围。

【技术实现步骤摘要】
一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路
本专利技术涉及一种微波整流电路，具体涉及一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路。
技术介绍
无线能量传输的思想自从电力被发现以来就已经存在。在19世纪后期，尼古拉·特斯拉描述了在两点之间自由地传输能量而不需要物理连接对人类无与伦比的重要性。它打破了传统的通过电缆传播电能的方式，把能量转化为电磁波的形式从发射端发射出来，在空间中将其传播到接收端，开辟了一种新的能量传播方式。一方面，无线能量传输可用于空间太阳能发电(SSP)或太阳能卫星(SPS)。另一方面，无线能量传输可用于非接触式射频识别、电动车辆和移动设备等的无线充电。此外，由于采用远程供电的无线设备能移除大电池，使设备体积更小，这种尺寸和重量的减小有利于增加一些概念设计的可行性，例如极薄的、柔性的显示器，基于隐形眼镜的增强现实(AR)技术和智能微尘等。对于无线能量传输系统来说，整流电路是其中重要的一环。整个系统的能量传输效率很大程度上取决于整流电路的效率，因此，很多研究致力于提高整流电路的效率，以此提高整个无线能量传输系统的性能。然而，在微波输能系统中，接收端的整流天线接收到的功率并不是恒定不变的，而是会受到传输路径上的损耗、多径反射等的影响，接收到的电磁波会发生变化。当整流电路的输入功率发生变化的时候，由于整流装置的非线性，其输入阻抗会发生很大的变化，引起阻抗失配并降低整流效率。传统的整流电路都是优化设计在特定的输入功率下，功率变化时整流效率易受影响。因此，整流电路在其他输入功率下效率下降非常快。为了解决上述问题，国内外的学者们提出了几种不同的方法，其中最直接的方法是采用功率控制系统，切换电路的工作状态。在文献《V.Marian,B.Allard,C.Vollaire,andJ.Verdier,“Strategyformicrowaveenergyharvestingfromambientfieldorafeedingsource,”IEEETrans.PowerElectron.,vol.27,no.11,pp.4481-4491,Nov.2012.》中，首先设计串联、并联和桥式三种结构的整流支路，在三个不同的功率范围分别实现高整流效率。然后通过功率检测电路连接这三个整流电路，在输入功率变化时候可以切换开关选择这三种整流状态，从而在较宽输入功率范围内实现高整流效率。然而这种方法需要加入控制电路，会引入额外的电路损耗、尺寸和设计复杂度。在文献《T.W.Barton,J.Gordonson,andD.J.Perreault,“Transmissionlineresistancecompressionnetworksandapplicationstowirelesspowertransfer,”IEEEJ.Emerg.Sel.TopicsPowerElectron.,vol.3,no.1,pp.252-260,Mar.2015.》和《S.H.Abdelhalem,P.S.Gudem,andL.E.Larson,“AnRF-DCconverterwithwide-dynamic-rangeinputmatchingforpowerrecoveryapplications,”IEEETrans.CircuitsSyst.II,Exp.Briefs,vol.60,no.6,pp.336-340,Jun.2013.》中都介绍了能覆盖宽输入功率范围的自适应整流电路来获取射频能量，但是上述文章中设计的电路效率较低。
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采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路。本专利技术由一个反射功率回收网络连接两个整流支路构成。当输入功率发生变化时，整流支路由于整流二极管的非线性特性，会导致阻抗失配从而产生反射波。通过在输入端口接入反射功率回收网络，这部分反射波能被收集并传输回到整流支路中重新利用，进而提高整流效率，拓宽整流电路的工作功率范围。不仅如此，通过输入端的反射功率回收网络、整流支路匹配网络的开路枝节谐振器和输出端的谐波抑制网络的共同作用，射频能量被限制在反射功率回收网络和谐波抑制网络之间，有利于二极管充分整流，提高整流效率。本专利技术采用如下技术方案：一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述底层金属地板印制在中间介质基板的下表面，其特征在于，所述上层微带结构由一个反射功率回收网络I、第一整流支路II及第二整流支路III构成，所述反射功率回收网络I分别与第一整流支路II及第二整流支路III相连；所述反射功率回收网络I由输入端口I/P和依次垂直连接的第一、第二、第三、第四微带线1、2、3、4构成；其中第一微带线1和第四微带线4的交界处连接输入端口I/P；第一微带线1和第二微带线2的交界处作为第一输出端口，所述第一输出端口与第一整流支路II相连；第二微带线2和第三微带线3的交界处作为第二输出端口，所述第二输出端口与第二整流支路III相连；第三微带线3和第四微带线4的交界处空载，用于将来自两个整流支路的反射波全反射回整流支路中回收利用以提高整流效率；所述第一整流支路II由第一匹配网络、第一整流部分、第一谐波抑制网络及第一负载端构成；所述第二整流支路III由第二匹配网络、第二整流部分、第二谐波抑制网络及第二负载端构成。所述第一匹配网络由用于阻抗转换的第五、第六微带线(5、6)、抑制二次谐波的第七微带线7和隔直流通交流的第一电容8构成，所述第六微带线6和第七微带线7分别垂直连接在第五微带线5的两侧，所述第六微带线6末端通过金属化过孔连接底层金属地板，所述第五微带线连接第一输出端口，所述第五微带线5与第一电容8的一端连接；所述第一整流部分由第九微带线9、第一整流管10和第十一微带线11依次连接构成，所述第一整流管10正极与第十一微带线11相连，负极与第一谐波抑制网络相连，第十一微带线11通过金属化过孔连接底层金属地板，所述第九微带线9与第一电容8的另一端连接；所述第一谐波抑制网络由第十二微带线12和垂直加载在第十二微带线12一侧的第十三、第十四和第十五微带线13、14、15构成；所述第一整流支路II的负载端由第一电阻16和第十七微带线17构成，所述第一电阻16连接在第十二微带线12与第十七微带线17之间，所述第十七微带线17通过金属化过孔连接底层金属地板。所述第二匹配网络由用于阻抗转换的第十八、第十九微带线18、19、抑制二次谐波的第二十微带线20和隔直流通交流的第二电容21构成，所述第十九微带线19和第二十微带线20分别垂直连接在第十八微带线18的两侧，所述第十九微带线19末端通过金属化过孔连接底层金属地板，所述第十八微带线连接第二输出端口，所述第二电容21的一端与第十八微带线连接；所述第二整流部分由第二十二微带线22、第二整流管23和第二十四微带线24构成，所述第二整流管23正极与第二十四微带线24相连，其负极与第二谐波抑制网络相连，第二十四微带线24通过金属化过孔连接底层金属地板；所述第二十二微带线22与第二电容21的另一端连接；所述第二谐波抑制网络由第二十五微带线25本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述底层金属地板印制在中间介质基板的下表面，其特征在于，所述上层微带结构由一个反射功率回收网络(I)、第一整流支路(II)及第二整流支路(III)构成，所述反射功率回收网络(I)分别与第一整流支路(II)及第二整流支路(III)相连；所述反射功率回收网络(I)由输入端口(I/P)和依次垂直连接的第一、第二、第三、第四微带线(1、2、3、4)构成；其中第一微带线(1)和第四微带线(4)的交界处连接输入端口(I/P)；第一微带线(1)和第二微带线(2)的交界处作为第一输出端口，所述第一输出端口与第一整流支路(II)相连；第二微带线(2)和第三微带线(3)的交界处作为第二输出端口，所述第二输出端口与第二整流支路(III)相连；第三微带线(3)和第四微带线(4)的交界处空载，用于将来自两个整流支路的反射波全反射回整流支路中回收利用以提高整流效率；所述第一整流支路(II)由第一匹配网络、第一整流部分、第一谐波抑制网络及第一负载端构成；所述第二整流支路(III)由第二匹配网络、第二整流部分、第二谐波抑制网络及第二负载端构成。...

【技术特征摘要】
1.一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述底层金属地板印制在中间介质基板的下表面，其特征在于，所述上层微带结构由一个反射功率回收网络(I)、第一整流支路(II)及第二整流支路(III)构成，所述反射功率回收网络(I)分别与第一整流支路(II)及第二整流支路(III)相连；所述反射功率回收网络(I)由输入端口(I/P)和依次垂直连接的第一、第二、第三、第四微带线(1、2、3、4)构成；其中第一微带线(1)和第四微带线(4)的交界处连接输入端口(I/P)；第一微带线(1)和第二微带线(2)的交界处作为第一输出端口，所述第一输出端口与第一整流支路(II)相连；第二微带线(2)和第三微带线(3)的交界处作为第二输出端口，所述第二输出端口与第二整流支路(III)相连；第三微带线(3)和第四微带线(4)的交界处空载，用于将来自两个整流支路的反射波全反射回整流支路中回收利用以提高整流效率；所述第一整流支路(II)由第一匹配网络、第一整流部分、第一谐波抑制网络及第一负载端构成；所述第二整流支路(III)由第二匹配网络、第二整流部分、第二谐波抑制网络及第二负载端构成。2.根据权利要求1所述的一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路，其特征在于，所述第一匹配网络由用于阻抗转换的第五、第六微带线(5、6)、抑制二次谐波的第七微带线(7)和隔直流通交流的第一电容(8)构成，所述第六微带线(6)和第七微带线(7)分别垂直连接在第五微带线(5)的两侧，所述第六微带线(6)末端通过金属化过孔连接底层金属地板，所述第五微带线(5)连接第一输出端口，所述第五微带线(5)与第一电容(8)的一端连接；所述第一整流部分由第九微带线(9)、第一整流管(10)和第十一微带线(11)依次连接构成，所述第一整流管(10)正极与第十一微带线(11)相连，负极与第一谐波抑制网络相连，所述第十一微带线(11)通过金属化过孔连接底层金属地板，所述第九微带线(9)与第一电容(8)的另一端连接；所述第一谐波抑制网络由第十二微带线(12)和垂直加载在第十二微带线(12)一侧的第十三、第十四和第十五微带线(13、14、15)构成；所述第一整流支路(II)的负载端由第一电阻(16)和第十七微带线(17)构成，所述第一电阻(16)连接在第十二微带线(12)与第十七微带线(17)之间，所述第十七微带线(17)通过金属化过孔连接底层金属地板。3.根据权利要求1所述的一种采用反射功率回收网络的宽功率范围整流电路，其特征在于，所述第二匹配网络由用于阻抗转换的第十八、第十九微带线(18...

【专利技术属性】
技术研发人员：章秀银，杜志侠，胡斌杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44