一种基于制造技术

本发明专利技术涉及一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于GaN HEMT的宽带高效率整流电路


[0001]本专利技术属于无线能量传输
，特别是涉及一种基于
GaN HEMT
的宽带高效率整流电路
。

技术介绍

[0002]无线能量传输
(Wireless Power Transmission,WPT)
无需物理电缆，通过电场
、
磁场
、
电磁波
、
超声波或激光实现空间点对多点之间能量的无线传递，目前得益于微波具有良好的鲁棒性和性价比致使微波无线输能
(Microwave Power Transmission,MPT)
成为远距离
WPT
的一种主流技术方案而被广泛研究
。
[0003]微波输能系统由电源
、
微波功率源
、
发射天线
/
阵列
、
接受天线
/
阵列
、
整流电路单元
/
整流电路阵列和电源管理单元构成，其中整流电路负责将射频信号转为直流信号并传输给特定负载
/
执行机构，从而让整个系统实现远距离微波输能
。
随着微波输能系统的发展，对大功率和高效率等指标有了更高要求，目前商用的
Si
基
、GaAs
基高功率微波整流二极管的功率容量较低，通过整流二极管阵列
/
功率分配网络可提高功率容量，但系统效率较低，因此亟需开展大功率整流电路关键技术的研究
。
[0004]期刊文献“一种小型化的大功率微波整流电路”(
期刊名：空间电子技术，
2020
年第
17
期
02
卷
104
‑
108
页
)
报道了一款基于肖特基二极管阵列的微波整流电路
。
文献给出的整流电路由8个整流二极管相互串并联，为了使高次谐波不从微波整流电路的输入端口返回到接收天线，在微波整流电路的输入端口处加入结构简单的四分之一波长并联短路枝节作为输入滤波器，该并联短路枝节在基频时等效为开路，二倍频时等效为短路
。
因此，四分之一波长并联短路枝节能够无损地使基波通过，而将二次谐波全部反射
。
[0005]随着微波输能系统的发展，整流电路作为其中的重要一环，近年来朝着宽带
、
大功率和高效率的方向不断发展，传统的二极管整流电路已不再适用大功率整流电路
。
关于整流电路，使用肖特基二极管作为整流装置的研究已经进行了数十年，其整流效率能达到
70
％
‑
90
％，然而当输入功率超过
10W
时，尽管可以使用
GaN
肖特基二极管实现，但不得不组合多个整流电路完成，整流效率也因功分损耗而受到影响
。
因此在大功率场合，二极管整流电路较庞大的电路面积和整流效率的损耗已不再是最佳选择
。
[0006]综上所述，现有的整流电路大多采用二极管来进行设计，而现有的
Si
基
、GaAs
基整流二极管功率容量较小，虽然可通过整流二极管阵列
/
功率分配网络来提高整流电路功率容量，但导致电路尺寸大
、
整流效率的损失，限制了大功率高效率整流技术的发展
。

技术实现思路

[0007]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种基于
GaN HEMT
的宽带高效率整流电路，利用
GaN HEMT
具有高电流密度
、
高击穿电压
、
高过渡频率
、
低寄生电容和低导通电阻等特性优点，结合逆时二元性原理提出一种功率容量大
、
效率高
、
且适用于瓦级大功率的宽带高效率整流电路；
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术提供如下技术方案，包括：
[0009]输入匹配网络
、
谐波抑制网络
、
直流输出电路
、
二次谐波抑制网络
、
稳流电路
、
射频结栅场效应晶体管
、
栅极匹配网络和栅极偏置电路；
[0010]所述输入匹配网络用于对接收的微波能量信号进行隔直处理，输出滤除直流分量的微波信号；
[0011]所述谐波抑制网络用于对二次谐波和三次谐波进行抑制，调节基波阻抗，拓展各次谐波阻抗的分布区间从而实现宽带特性；
[0012]所述直流输出电路用于将输入交流功率转变为直流功率进行输出；
[0013]所述二次谐波抑制网络用于对射频结栅场效应晶体管栅极的二次谐波进行抑制；
[0014]所述稳流电路用于防止整个电路产生振荡；
[0015]栅极匹配网络用于二次谐波抑制网络与接地端之间的阻抗匹配；
[0016]栅极偏置电路用于对射频结栅场效应晶体管的栅极提供直流偏压；
[0017]其中，所述输入匹配网络的输入端与宽带高效率整流电路的输入端串联；
[0018]所述谐波抑制网络的第一输入端与输入匹配网络的输出端串联；
[0019]所述谐波抑制网络的输出端与直流输出电路的输入端串联；
[0020]所述谐波抑制网络的第二输入端与射频结栅场效应晶体管的漏极串联；所述射频结栅场效应晶体管的源极接地；
[0021]所述射频结栅场效应晶体管的栅极依次与二次谐波抑制网络
、
稳流电路和栅极匹配网络串联；所述栅极匹配网络的输入端与栅极偏置电路串联；
[0022]所述直流输出电路的输出端与宽带高效率整流电路的输出端串联
。
[0023]优选地，所述输入匹配网络包括：依次串联的微带线
TL7、
微带线
TL8、
微带线
TL9、
电容
C1
和微带线
TL10
；
[0024]所述微带线
TL7
与输入匹配网络的输出端相连；所述微带线
TL10
与宽带高效率整流电路的输入端相连
。
[0025]优选地，所述谐波抑制网络包括：微带线
TL1
～
TL6、
扇形微带
Stub1
～
Stub3、
以及微带线
TL11
；
[0026]所述微带线
TL1
的一端与微带线
TL2
的一端
、
微带线
TL3
的一端和微带线
TL4
的一端相连；
[0027]所述微带线
TL2
的另一端与谐波抑制网络的输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
GaN HEMT
的宽带高效率整流电路，其特征在于，包括：输入匹配网络
、
谐波抑制网络
、
直流输出电路
、
二次谐波抑制网络
、
稳流电路
、
射频结栅场效应晶体管
、
栅极匹配网络和栅极偏置电路；所述输入匹配网络用于对接收的微波能量信号进行隔直处理，输出滤除直流分量的微波信号；所述谐波抑制网络用于对二次谐波和三次谐波进行抑制，调节基波阻抗，拓展各次谐波阻抗的分布区间从而实现宽带特性；所述直流输出电路用于将输入交流功率转变为直流功率进行输出；所述二次谐波抑制网络用于对射频结栅场效应晶体管栅极的二次谐波进行抑制；所述稳流电路用于防止整个电路产生振荡；栅极匹配网络用于二次谐波抑制网络与接地端之间的阻抗匹配；栅极偏置电路用于对射频结栅场效应晶体管的栅极提供直流偏压；其中，所述输入匹配网络的输入端与宽带高效率整流电路的输入端串联；所述谐波抑制网络的第一输入端与输入匹配网络的输出端串联；所述谐波抑制网络的输出端与直流输出电路的输入端串联；所述谐波抑制网络的第二输入端与射频结栅场效应晶体管的漏极串联；所述射频结栅场效应晶体管的源极接地；所述射频结栅场效应晶体管的栅极依次与二次谐波抑制网络
、
稳流电路和栅极匹配网络串联；所述栅极匹配网络的输入端与栅极偏置电路串联；所述直流输出电路的输出端与宽带高效率整流电路的输出端串联
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
GaN HEMT
的宽带高效率整流电路，其特征在于，所述输入匹配网络包括：依次串联的微带线
TL7、
微带线
TL8、
微带线
TL9、
电容
C1
和微带线
TL10
；所述微带线
TL7
与输入匹配网络的输出端相连；所述微带线
TL10
与宽带高效率整流电路的输入端相连
。3.
根据权利要求1所述的一种基于
GaN HEMT
的宽带高效率整流电路，其特征在于，所述谐波抑制网络包括：微带线
TL1
～
TL6、
扇形微带
Stub1
～
Stub3、
以及微带线
TL11
；所述微带线
TL1
的一端与微带线
TL2
的一端
、
微带线
TL3
的一端和微带线
TL4
的一端相连；所述微带线
TL2
的另一端与谐波抑制网络的输出端相连；所述微带线
TL3
的另一端与扇形微带
Stub1
相连；所述微带线
TL1
的另一端与微带线
TL11
的一端相连；所述微带线
TL11
的另一端与谐波抑制网络的第二输入端相连；所述微带线
TL4
的另一端与扇形微带
Stub3、
微带线
TL6
的一端和微带线
TL5
的一端相连；所述微带线
TL5
的另一端与扇形微带
Stub2
相连；所述微带线
TL6
的另一端与谐波抑制网络的第一输入端相连
。4.
根据权利要求1所述的一种基于
GaN HEMT
的宽带高效率整流电路，其特征在于，所述直流输出电路包括：微带线
TL23
～
TL27
和电容
C7
～
C9
；所述微带线
TL23
的一端与直流输出电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，昝林虓，李道通，牛中乾，欧祖强，乔进财，周攀，王磊，曾欣然，方西，温渊博，
申请(专利权)人：电子科技大学重庆微电子产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：