一种提升微波整流器带宽的二极管容抗补偿方法技术

本发明专利技术属于微波能量传输技术领域，公开了一种提升微波整流器带宽的二极管容抗补偿方法，整流电路原理框图自左向右依次为输入端口(1)、隔直电容(2)、宽带阻抗变换器(3)、高感值电感(4)、二极管(5)、补偿型滤波电容(6)及负载(7)。该电路采用补偿型滤波电容(6)寄生电感在自谐振频率后的感抗抵消二极管(5)的容抗，有效降低整流支路端口输入阻抗的虚部并大幅缩小其变化范围，使端口输入阻抗在宽带内更容易匹配到系统特征阻抗，进而降低了失配损耗，扩展了整流器的带宽。该容抗补偿方法充分利用了滤波电容的寄生效应，无需附加电路，具有设计简单、结构紧凑及插入损耗低等优势，可广泛应用于微波能量传输系统中，用以提升微波整流器的工作带宽。的工作带宽。的工作带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种提升微波整流器带宽的二极管容抗补偿方法


[0001]本专利技术属于微波能量传输
，具体涉及一种提升微波整流器带宽的二极管容抗补偿方法。

技术介绍

[0002]随着物联网的不断发展，传统有线电源与电池已无法满足未来分布式无线传感器节点高续航、小型化及易维护等供电需求，而微波输能由于具备传输距离远、体积小易集成、安装难度低等优势，其可以为物联网传感器节点提供一对多远距离持续性无线供电，因此，微波输能系统在未来可广泛应用物联网传感器、无人机及便携式电子设备，具有巨大的应用前景和研究价值。微波整流器作为微波输能系统接收端中将微波转换成直流的关键器件，其转换效率直接影响着整个系统的效率。随着移动通信技术的演进，现如今4G与5G等多种制式并存，微波信号源趋向多频带甚至宽带工作，而微波整流器则被要求工作在多频带或宽带以提高信号源设备的适用性，同时降低因信号源频率改变所造成的阻抗失配损耗。目前多频微波整流器存在设计复杂、结构不紧凑、插入损耗高及带宽窄等缺点，轻微的频率偏移将造成转换效率急剧降低，而宽带微波整流器对频率偏移不敏感的特性使其更适用于微波输能系统。
[0003]国内外研究人员提出了多种设计方法用以提高微波整流器的有效整流带宽。目前实现宽带整流器的技术手段可分为三类：频率自适应、阻抗自适应、宽带阻抗变换器。频率自适应法通过并联多个单频带支路以实现宽带整流，但多支路紧凑性低且插入损耗高，从而转换效率受限。阻抗自适应法采用两级倍压结构进行整流，第一级为第二级提供自适应直流电压，保证了第二级输入阻抗在宽频带内缓慢变化从而实现宽带整流，但其设计参数依赖软件优化，设计复杂。宽带阻抗变换器的参数可解析求取且设计步骤明确，因此其常用于宽带微波整流器设计中，但使用的前提是端口输入阻抗具有较小的虚部，而端口输入阻抗的虚部往往直接取决于整流二极管的容抗，因此，补偿二极管容抗有利于缩小端口输入阻抗虚部的动态范围，使宽带阻抗匹配更容易实现。目前，补偿二极管容抗的方法主要有微带线等效电抗补偿与集总电感补偿，微带线补偿法由于引入了终端接地微带线，存在结构不紧凑及插入损耗高等缺点，而集总电感补偿法虽然满足了紧凑性需求，但其仍需采用集总电容接地，引入了额外的插入损耗。因此，设计一种基于新型二极管容抗补偿法的高转换效率、插入损耗低、结构紧凑、设计简单的超宽带微波整流器，具有重要的研究价值和应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服现有超宽带微波整流器存在的结构复杂不紧凑、设计难度高及有效整流带宽窄等问题，提出一种提升微波整流器带宽的二极管容抗补偿方法，该法中滤波电容在高频段的感抗被用于补偿二极管的容抗，有效地缩小了整流支路端口输入阻抗虚部的动态范围，使得宽带阻抗匹配更容易实现，从而得到高转换效率、结构紧凑、设计简单的
超宽带微波整流器。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种提升微波整流器带宽的二极管容抗补偿方法，整流电路自左向右依次为输入端口(1)、隔直电容(2)、宽带阻抗变换器(3)、高感值电感(4)、二极管(5)、补偿型滤波电容(6)及负载(7)，其特征在于：所述补偿型滤波电容(6)并联在二极管(5)阴极与负载(7)之间用以抵消二极管的容抗，所述高感值电感(4)并联在宽带阻抗变换器(3)与二极管(5)阳极之间为直流信号提供短路到地通路，所述宽带阻抗变换器(3)跨接在隔直电容(2)与二极管(5)阳极之间用以实现宽带阻抗匹配。
[0007]进一步地，所述补偿型滤波电容(6)含有高的寄生电感值，同时其为微波提供短路到地通路，当工作频率高于补偿型滤波电容(6)的自谐振频率时，随频率增加而增大的寄生感抗被用于抵消二极管的容抗，有效降低整流支路端口输入阻抗的虚部并大幅缩小其变化范围，从而可进一步简单完成到系统特征阻抗的超宽带阻抗匹配。
[0008]进一步地，所述高感值电感(4)末端接地，其高感值对微波信号呈现高阻特性，从而阻断微波信号通过高感值电感(4)流向大地，但其对直流信号呈短路特性，为直流信号提供短路到地通路。
[0009]进一步地，所述宽带阻抗变换器(3)用于实现从整流支路端口输入阻抗到系统特征阻抗的超宽带匹配。
[0010]进一步地，所述输入端口(1)与宽带阻抗变换器(3)均印制在单层介质基板上表面，所述隔直电容(2)、高感值电感(4)、二极管(5)、补偿型滤波电容(6)及负载(7)均焊接在单层介质基板上表面。
[0011]本专利技术的有益效果在于：
[0012]1)有效抵消二极管容抗，易于实现超宽带阻抗匹配。本专利技术中滤波电容在自谐振频率后的感抗被用于抵消二极管的容抗，在高频段有效降低了整流支路端口输入阻抗的虚部并大幅缩小其变化范围，使得整流支路端口输入阻抗到系统特征阻抗的超宽带阻抗匹配更容易实现。
[0013]2)宽有效整流带宽，设计简单，结构紧凑。超宽带阻抗匹配降低了失配损耗，拓宽了微波整流器的有效整流带宽，降低了对频率偏移的敏感性，提高了对不同频率信号源设备的普适性。此外，本专利技术仅采用单个滤波电容就完成二极管容抗的抵消，设计简单且结构紧凑。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的电路原理框图。
[0015]图2是本专利技术实例的结构示意图。
[0016]图3是本专利技术实例的参数设置示意图。
[0017]图4是本专利技术实例的阻抗匹配示意图。
[0018]图5是本专利技术实例的回波损耗曲线图。
[0019]图6是本专利技术实例的频率扫描曲线图。
[0020]图7是本专利技术实例的功率扫描曲线图。
具体实施方式
[0021]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]图1为本专利技术的电路原理框图，整流电路自左向右依次为输入端口(1)、隔直电容(2)、宽带阻抗变换器(3)、高感值电感(4)、二极管(5)、补偿型滤波电容(6)及负载(7)。补偿型滤波电容(6)并联在二极管(5)阴极与负载(7)之间用以抵消二极管的容抗，高感值电感(4)并联在宽带阻抗变换器(3)与二极管(5)阳极之间为直流信号提供短路到地通路，宽带阻抗变换器(3)跨接在隔直电容(2)与二极管(5)阳极之间用以实现宽带阻抗匹配。
[0023]图2为本专利技术实例的结构示意图，本实例设计了一种基于电容寄生电感补偿技术的超宽带微波整流器，包括微带结构与电子元件；所述微带结构包括第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3、第四微带线4、第五微带线5、第六微带线6、第七微带线7及第八微带线8；所述电子元件包括隔直电容9、高感值电感10、二极管11、补偿型滤波电容12及负载13；所述第一微带线1为输入端口，第二微带线2、第三微带线3与第四微带线4共同组成宽带阻抗变换器，第五微带线5与第七微带线7是高感值电感10的焊盘且第七微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升微波整流器带宽的二极管容抗补偿方法，整流电路原理框图自左向右依次为输入端口(1)、隔直电容(2)、宽带阻抗变换器(3)、高感值电感(4)、二极管(5)、补偿型滤波电容(6)及负载(7)，其特征在于：所述补偿型滤波电容(6)并联在二极管(5)阴极与负载(7)之间用以抵消二极管的容抗，所述高感值电感(4)并联在宽带阻抗变换器(3)与二极管(5)阳极之间为直流信号提供短路到地通路，所述宽带阻抗变换器(3)跨接在隔直电容(2)与二极管(5)阳极之间用以实现宽带阻抗匹配。2.根据权利要求1所述的一种提升微波整流器带宽的二极管容抗补偿方法，其特征在于：所述补偿型滤波电容(6)含有高的寄生电感值，同时其为微波提供短路到地通路，当工作频率高于补偿型滤波电容(6)的自谐振频率时，随频率增加而增大的寄生感抗被用于抵消二极管的容抗，有效降低整流支路端口输入阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，杨灿业，刘旺，杜广星，李国林，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：