一种多路的宽输入功率范围的射频整流器制造技术

本发明专利技术涉及一种多路的宽输入功率范围的射频整流器，包括工作在不同输入功率范围的多条整流支路和直流负载，所述多条整流支路均包括阻抗匹配电路、整流电路和低通滤波电路，其中阻抗匹配电路依次通过整流电路、低通滤波电路与直流负载跨接。

【技术实现步骤摘要】
一种多路的宽输入功率范围的射频整流器
本专利技术涉及射频能量传输
，更具体地，涉及一种多路的宽输入功率范围的射频整流器。
技术介绍
随着集成电路与半导体技术的发展，电子器件尺寸小型化，微系统因其体积小，重量轻等优点得到大量应用。但传统微系统由电池供电，使用寿命有限，资源浪费严重。借助电磁波或者电磁场进行能量传输的无线能量传输系统（WPT：WirelessPowerTransmission）可以取代电池为微系统供电，极大地提高微系统的使用寿命。MPT系统的关键部分是接收模块的整流天线（Rectenna），尤其是整流器（Rectifier），其工作性能很大程度影响MPT系统的微波能量传输效率。在无线输能过程中，由于传输路径和多径反射等影响，整流端接收到的功率会发生较大的变化，整流效率很难得到保证。但现有的整流器存在的缺点之一是有效工作状态下输入功率范围小，只能维持在某一小输入功率范围内的高整流效率，而在其他输入功率范围内的整流效率较低，很难适应接收功率变化的实际情况。为了解决该问题，业界提出了几种不同的方法：1）采用功率控制系统，切换电路的工作状态，根据不同的输入功率切换开关选择不同整流支路；2）采用场效应管控制分支整流电路；3）采用不等分功率分配的并行双路整流电路等。方法1和方法2需要使用一定数量的场效应管或控制电路，器件本身造成的损耗较大，增加了电路损耗。而方法3可以减少能量损耗，但是支路之间联合性较差，电阻分立，无法统一到负载端，能量利用不便。同时，只能采用两个支路的联合方式限制了功率范围的进一步扩宽，鲁棒性较差。
技术实现思路
为解决上述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种多路的宽输入功率范围的射频整流器，该射频整流器采用无源结构，有效避免电路的额外损耗，同时该拓扑结构具备较高的调整灵活性，可以根据实际输入功率需要调整支路特性或增加支路，对整流器进行扩展和改进，实现较大功率范围内的高整流效率。该整流器基于WiFi频段设计，具有结构简单、尺寸小、质量小的特点，因而适用范围广。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种多路的宽输入功率范围的射频整流器，包括工作在不同输入功率范围的多条整流支路和直流负载，所述多条整流支路均包括阻抗匹配电路、整流电路和低通滤波电路，其中阻抗匹配电路依次通过整流电路、低通滤波电路与直流负载跨接。上述方案中，所述整流器采用多路合并的结构实现宽输入功率范围内的高效整流。该结构由多个整流支路并联而成，每个整流支路对应一段输入功率范围内的输入功率，当整流器的输入功率属于某个功率范围内时，其中一个整流支路，称为工作支路的输入阻抗被匹配至50Ω附近，其它整流支路在这个输入功率范围内的输入阻抗匹配至偏离50Ω的高阻抗值。因此，在这个输入功率范围内，整流器接收的能量能够充分馈入工作支路，进行高效率整流。根据该工作原理，进行整流器设计时，可以根据输入功率范围需要，对电路结构进行针对性修改，比如整流支路的数量，工作功率覆盖范围，以及适用于不同功率范围的二极管，再通过阻抗匹配电路，使得每个整流支路在其对应的工作功率范围内都能实现高整流效率，而在其它支路实现高阻抗值的非工作状态。优选地，所述整流器还包括有能量输入接口，能量输入接口与多条整流支路的阻抗匹配电路连接。所述能量输入接口连接前级微带接收天线，微波能量由该输入接口馈入，进入对应的整流支路进行整流，整流所得的直流能量进入直流负载。本专利技术所述整流器支路数量并不限于两支路，但为下文叙述方便，所述多支路整流器以两支路的简化结构作为示例进行描述，两支路分别称为第一整流支路与第二整流支路。所述第一整流支路主要工作是对低输入功率范围内的微波能量进行高效整流，该整流支路由顺次依次连接的第一阻抗匹配电路、第一整流电路和第一低通滤波器构成；所述第二整流支路主要工作是对高输入功率范围内的微波能量进行高效整流，该整流支路由顺次依次连接的第二阻抗匹配电路、第二整流电路和第二低通滤波器构成。所述第一低通滤波器和第二低通滤波器被直流负载跨接，直流负载可以同时获取两个整流支路的直流能量。所述第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路可采用集总参数元件或分布参数元件进行设计，使得针对低输入功率范围的微波能量进行整流的第一整流支路在低输入功率范围内的输入阻抗在50Ω附近，在高输入功率范围内的输入阻抗是尽可能偏离50Ω的大高阻抗。同时，针对高输入功率范围内的微波能量进行整流的第二整流支路在高输入功率范围内的输入阻抗在50Ω附近，在低输入功率范围内的输入阻抗是尽可能偏离50Ω的大高阻抗。两整流支路的简化电路中采用集总参数元件的L型匹配结构，该结构由一个串联电容和一个并联电感构成。第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路实现前级电路分别与第一整流电路、第二整流电路进行阻抗匹配，使低输入功率范围内的微波能量能够充分地馈入到第一整流电路，高输入功率范围内的微波能量能够充分地馈入到第二整流电路。为了实现不同整流支路产生的电压可以进行叠加，所述第一整流电路和第二整流电路均采用倍压整流电路结构，每个整流电路由一个电容和两个二极管构成。分别称为二极管D1、二极管D2和电容A2，其中电容A2的负极连接到阻抗匹配电路的输出端；二极管D2的阴极与电容A2的正极连接，其阳极接地；电容A3的阳极与电容A2的正极连接，其阴极与低通滤波电路连接。所述整流电路结构具有输出电平高、差分输出和输出电压可叠加而不会产生相互干扰的优点，因而适合多个整流支路合并的场合。所述二极管为肖特基二极管，其具有低功耗、大电流、反向恢复时间短、正向导通电压低等优点，因而适合微波整流的场合。本专利技术中，第一整流电路、第二整流电路分别选用低、高反向击穿电压的肖特基二极管，故第一整流支路可对低输入功率范围的微波能量进行高效整流，而第二整流支路可对高输入功率范围的微波能量进行高效整流。两路合并则可实现对较宽输入功率范围内的微波能量保持较高的整流效率。所述第一低通滤波电路、第二低通滤波电路包括包括电容A3，电容A3的一端与二极管D1的阴极连接，电容A3的另一端接地。其主要工作是阻隔整流电路产生的基频及谐波分量，使负载获得较为纯净的直流能量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1）本专利技术提供的整流电器可以实现宽输入功率范围内的高效整流，鲁棒性强，应用场景多样；2）本专利技术提供的整流器可以根据实际需要进行扩展和改进，对整流支路数量，覆盖输入功率范围和使用不同功率的二极管等因素进行针对性设计，实现宽输入功率范围的高效整流；3）本专利技术提供的整流器是基于2.45GHz的WiFi频段，频率高，尺寸小，适用范围广，易于推广。附图说明图1为宽输入功率的整流器拓扑图。图2为双支路简化的结构拓扑图。图3为整流器回波损耗的比较图。图4为整流器整流效率的比较图。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，宽功率输入的高效整流器拓扑包括接收天线1，多个整流支路2，直流负载3，接收天线1接收微波能量，然后把接收的微波能量传输到整流支路2，整流支路2把微波能量转换为直流能量，传输到直流负载3。其中，整流支路2包括阻抗匹配网络4，整流电路5和低通滤波器6，三者顺次连接。上述方案中，整流支路2会根据不同整流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路的宽输入功率范围的射频整流器，其特征在于：包括工作在不同输入功率范围的多条整流支路和直流负载，所述多条整流支路均包括阻抗匹配电路、整流电路和低通滤波电路，其中阻抗匹配电路依次通过整流电路、低通滤波电路与直流负载跨接。

【技术特征摘要】
1.一种多路的宽输入功率范围的射频整流器，其特征在于：包括工作在不同输入功率范围的多条整流支路和直流负载，所述多条整流支路均包括阻抗匹配电路、整流电路和低通滤波电路，其中阻抗匹配电路依次通过整流电路、低通滤波电路与直流负载跨接。2.根据权利要求1所述的多路的宽输入功率范围的射频整流器，其特征在于：所述整流器还包括有能量输入接口，能量输入接口与多条整流支路的阻抗匹配电路连接。3.根据权利要求1所述的多路的宽输入功率范围的射频整流器，其特征在于：所述整流器包括两条整流支路，分别为第一整流支路和第二整流支路，所述第一整流支路用于对低输入功率范围内的微波能量进行整流，第二整流支路用于对高输入功率范围内的微波能量进行整流。4.根据权利要求1~3任一项所述的多路的宽输入功率范围的射频整流器，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，吴宙真，区俊辉，路崇，安德烈·安德烈尼克，陈超，
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