一种宽输入功率范围的高效率整流电路制造技术

本发明专利技术公开了一种宽输入功率范围的高效率整流电路，该整流电路包括顶层微带结构、中间介质基板和底层金属底板，顶层微带结构设置于中间介质基板的上表面，底层金属底板设置于中间介质基板的下表面；顶层微带结构包括输入端口、隔直电容、小功率整流单元、大功率整流单元、低通滤波网络和输出端口。本发明专利技术仅使用三段微带线，通过并联小功率整流单元和大功率整流单元，采用自适应动态分配功率策略，实现了宽功率范围的整流，并且保持了较高的整流效率。

【技术实现步骤摘要】
一种宽输入功率范围的高效率整流电路
本专利技术属于高效率整流电路
，具体涉及一种宽输入功率范围的高效率整流电路。
技术介绍
在无线能量传输系统中，整流电路是非常重要的组成部分。整流电路可以将微波能量转化为直流能量给电子设备充电。随着无线技术的发展，整流电路也被广泛用于能量回收中。在无线能量传输系统中，整流电路的效率直接关系到整个系统的效率，因此保持微波到直流的高效率转换是整流电路的最基本要求。由于接收天线接收到的能量不是恒定的，宽输入功率动态范围的整流电路越来越受到关注。因此，设计宽动态范围的高效率整流电路十分重要。然而，由于整流二极管的非线性特性，使得设计宽动态范围的高效率整流电路变得困难。为了解决这个问题，一些研究团队已经在该领域做了相关工作，提出了不同的设计方法。在文献《Y.Y.Xiao,Z.-X.Du,andX.Y.Zhang,“High-efficiencyrectifierwithwideinputpowerrangebasedonpowerrecycling,”IEEETrans.CircuitsSyst.II,Exp.Briefs,vol.65,no.6,pp.744–748,Jun.2018.》中，设计者在电路中引入了一个耦合器来获得回收反射能量的效果，从而实现宽功率动态范围的整流。从两个主整流单元反射回来的能量会被注入第三个整流单元，以此来保持高效率。在文献《M.-D.Wei,Y.-T.Chang,D.Wang,C.-H.Tseng,andR.Negra,“BalancedRFrectifierforenergyrecoverywithminimizedinputimpedancevariation,”IEEETrans.Microw.TheoryTechn.,vol.65,no.5,pp.1598–1604,May2017.》中，一个带有巴伦结构的整流电路被用来回收消耗在电阻上的能量，巴伦结构可以有效地减少整流电路对输入功率的敏感度。在文献《V.Marian,C.Vollaire,J.Verdier,andB.Allard,“Potentialsofanadaptiverectennacircuit,”IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,vol.10,pp.1393–1396,Dec.2011.》中，介绍了一个新奇的宽动态范围整流电路。该电路由多个子整流电路组成，不同整流单元对应不同的输入功率。在已有的大多数研究里面，研究者要么侧重高效率的整流电路研究，要么侧重宽动态范围整流电路的研究，忽略了整流电路应该同时具有高效率和宽动态范围两种特性。在无线能量传输中，更高的效率和更宽的输入功率动态范围才能满足实际需求，因此对其的研究具有十分重要的应用价值。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种通过自适应动态分配功率实现宽动态范围的高效率整流电路。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种宽输入功率范围的高效率整流电路，包括顶层微带结构、中间介质基板和底层金属底板，所述顶层微带结构设置于中间介质基板的上表面，所述底层金属底板设置于中间介质基板的下表面；所述顶层微带结构包括输入端口、隔直电容、小功率整流单元、大功率整流单元、低通滤波网络和输出端口，所述隔直电容跨接在输入端口和低通滤波网络的输入端上，所述小功率整流单元和大功率整流单元分别设置在低通滤波网络输入端两侧，所述低通滤波网络的输出端与输出端口连接。进一步地，所述输入端口和输出端口分别采用第一微带线和第二微带线。进一步地，所述低通滤波网络包括第三微带线、滤波电容和第四微带线，所述第三微带线的输入端通过跨接的隔直电容与第一微带线连接，所述第三微带线的输出端与第二微带线连接，所述滤波电容跨接在第四微带线和第二微带线上，所述第四微带线的末端通过金属化过孔连接底层金属底板。进一步地，所述第三微带线为串联微带线，其长度设置为中心频率的四分之一波长。进一步地，所述大功率整流单元包括第五微带线、第一二极管和第六微带线，所述第五微带线垂直于第三微带线并与其输入端一侧连接，所述第一二极管跨接在第五微带线和第六微带线上，所述第六微带线的末端通过金属化过孔连接底层金属底板。进一步地，所述第五微带线为串联微带线，其长度设置为中心频率的四分之一波长。进一步地，所述第六微带线为短路微带线，其长度设置为中心频率的八分之一波长。进一步地，所述小功率整流单元包括第七微带线和第二二极管，所述第七微带线设置于第三微带线输入端另一侧，所述第二二极管跨接在第七微带线和第三微带线上，所述第七微带线的末端通过金属化过孔连接底层金属底板。进一步地，所述第七微带线为短路微带线，其长度设置为中心频率的八分之一波长。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术仅使用三段微带线，通过并联小功率整流单元和大功率整流单元，采用自适应动态分配功率策略，当输入信号功率较小时小功率整流单元工作，当输入信号功率较大时大功率整流单元工作，实现了实现宽功率范围的整流，并且保持了较高的整流效率。附图说明图1为本专利技术的宽输入功率范围的高效率整流电路结构示意图；图2为本专利技术实施例中高效率整流电路尺寸标注图；图3为本专利技术实施例中输入功率范围为0dBm到30dBm时流入大功率整流单元和小功率整流单位的功率曲线图；图4为本专利技术实施例中输入功率范围为0dBm到30dBm时小功率整流单元和大功率整流单元单独工作与本专利技术整流电路工作三种情况下的整流效率示意图；图5为本专利技术实施例中输入功率范围为0dBm到30dBm时本专利技术在不同输入功率值下的转换效率的仿真和实测结果图。其中附图标记为：1、第一微带线，2、隔直电容，3、第二微带线，4、第三微带线，5、滤波电容，6、第四微带线，7、第五微带线，8、第一二极管，9、第六微带线，10、第二二极管，11、第七微带线。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种宽输入功率范围的高效率整流电路，包括顶层微带结构、中间介质基板和底层金属底板，顶层微带结构设置于中间介质基板的上表面，底层金属底板设置于中间介质基板的下表面。上述顶层微带结构包括输入端口、隔直电容2、小功率整流单元、大功率整流单元、低通滤波网络和输出端口，隔直电容2跨接在输入端口和低通滤波网络的输入端上，小功率整流单元和大功率整流单元分别设置在低通滤波网络输入端两侧，低通滤波网络的输出端与输出端口连接。本专利技术通过并联小功率整流单元和大功率整流单元来实现宽功率范围的整流，并且保持较高的整流效率。在本专利技术的一个可选实施例中，输入端口采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽输入功率范围的高效率整流电路，其特征在于，包括顶层微带结构、中间介质基板和底层金属底板，所述顶层微带结构设置于中间介质基板的上表面，所述底层金属底板设置于中间介质基板的下表面；所述顶层微带结构包括输入端口、隔直电容(2)、小功率整流单元、大功率整流单元、低通滤波网络和输出端口，所述隔直电容跨接在输入端口和低通滤波网络的输入端上，所述小功率整流单元和大功率整流单元分别设置在低通滤波网络输入端两侧，所述低通滤波网络的输出端与输出端口连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽输入功率范围的高效率整流电路，其特征在于，包括顶层微带结构、中间介质基板和底层金属底板，所述顶层微带结构设置于中间介质基板的上表面，所述底层金属底板设置于中间介质基板的下表面；所述顶层微带结构包括输入端口、隔直电容(2)、小功率整流单元、大功率整流单元、低通滤波网络和输出端口，所述隔直电容跨接在输入端口和低通滤波网络的输入端上，所述小功率整流单元和大功率整流单元分别设置在低通滤波网络输入端两侧，所述低通滤波网络的输出端与输出端口连接。


2.根据权利要求1所述的宽输入功率范围的高效率整流电路，其特征在于，所述输入端口和输出端口分别采用第一微带线(1)和第二微带线(3)。


3.根据权利要求2所述的宽输入功率范围的高效率整流电路，其特征在于，所述低通滤波网络包括第三微带线(4)、滤波电容(5)和第四微带线(6)，所述第三微带线(4)的输入端通过跨接的隔直电容(2)与第一微带线(1)连接，所述第三微带线(4)的输出端与第二微带线(3)连接，所述滤波电容(5)跨接在第四微带线(6)和第二微带线(3)上，所述第四微带线(6)的末端通过金属化过孔连接底层金属底板。


4.根据权利要求3所述的宽输入功率范围的高效率整流电路，其特征在于，所述第三微带线(4)为串联微带线，其长度设置为中心频率的四分之一波长。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长军，何忠奇，朱铧丞，杨阳，黄卡玛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51