CN107659168A - 一种整流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种整流电路，该发明包括从上至下依次排布的微带单元、基板和金属地层；其中微带单元包括顺次连接的匹配电路、整流二极管、输出滤波器以及负载阻抗，所述匹配电路由两组开路支节构成，每组分为上下对应的两个或四个单支节，其形状大小均一致，每一开路支节经整流二极管连接到输出滤波器上；微带单元接到金属地层均采用金属化过孔方式，金属化过孔采用微带工艺固定在基板上；该整流电路尺寸小，采用微带线结构成本低廉，结构简单、易于加工，易于与其他器件或设备集成，可提高无线能量传输***中整流电路的性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种整流电路。
背景技术
随着人们对新能源的需求以及无线技术的迅速发展，无限能量传输的应用领域日益广泛。无线能量传输是指能量从能量源传输到电负载的一个过程，这个过程摆脱了传统的电线传输而是通过自由空间来实现的。无线能量传输***主要机理是将直流能量转化为微波能量通过发射天线进行能量发射，接收天线接收到能量后通过整流电路进行整流，把接收到的射频能量重新转换为设备可以使用的直流电能。随着无线通信技术的迅速发展，越来越多的通信频段开始被开发与研究，传统的单频整流电路由于频率的单一性在应用上受到很多限制，尤其是在存在多种电磁信号的复杂环境下，频率宽带整流电路开始受到人们的关注并得到广泛的应用。
为了实现整流电路的频率宽带，目前已经出现了多种新的技术来实现频率宽带。其中包括设计三路子整流电路，每个子整流电路进行两个频点的匹配的方法，但是电路包括大量的集总元件且电路尺寸较大，且仅仅能够针对几个单一的频段进行高效率的整流；另一种是采用了continuous Class F的方法，类似于continuous Class F放大器的宽带设计思路，同样存在电路尺寸较大，而且频率带宽范围偏小等问题。
发明内容
本发明提供一种整流电路，该电路可实现提高无线能量传输***中整流电路的性能。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种整流电路，包括从上至下依次排布的微带单元、基板和金属地层；其中微带单元包括顺次连接的匹配电路、整流二极管、输出滤波器以及负载阻抗，所述匹配电路由两组开路支节构成，每组分为上下对应的两个单支节，其形状大小均一致，每一开路支节经整流二极管连接到输出滤波器上；微带单元接到金属地层均采用金属化过孔方式，金属化过孔采用微带工艺固定在基板上。
进一步地，所述输出滤波器是贴片电容。
在另一种优选的方案中：
一种整流电路，包括从上至下依次排布的微带单元、基板和金属地层；其中微带单元包括顺次连接的匹配电路、整流二极管、输出滤波器以及负载阻抗，所述匹配电路由四组开路支节构成，每组分为上下对应的两个单支节，其形状大小均一致，每一开路支节经整流二极管连接到输出滤波器上；微带单元接到金属地层均采用金属化过孔方式，金属化过孔采用微带工艺固定在基板上。
进一步地，所述输出滤波器由3个半径不同的扇形贴片单元顺次连接构成，三个扇形夹角相同。
优选地，上述两个方案中基板为介质材料基板，其中该整流电路采用的介质材料厚度为0.813mm的Rogers RO4003C材料，其介电常数为3.38。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明包括从上至下依次排布的微带单元、基板和金属地层；其中微带单元包括顺次连接的匹配电路、整流二极管、输出滤波器以及负载阻抗，所述匹配电路由两组开路支节构成，每组分为上下对应的两个或四个单支节，其形状大小均一致，每一开路支节经整流二极管连接到输出滤波器上；微带单元接到金属地层均采用金属化过孔方式，金属化过孔采用微带工艺固定在基板上；该整流电路尺寸小，采用微带线结构成本低廉，结构简单、易于加工，易于与其他器件或设备集成，可提高无线能量传输***中整流电路的性能。
附图说明
图1为本发明实施例侧面结构示意图；
图2为本发明高输入功率频率宽带的整流电路实施例尺寸标注图；
图3为本发明低输入功率频率宽带的整流电路实施例尺寸标注图；
图4为本发明实施例所提出的高输入功率频率宽带的整流电路在输入功率为17dBm时，在集总元件匹配、微带线匹配仿真与实测的整流电路的整流效率对比图；
图5为本发明实施例所提出的低输入功率频率宽带的整流电路在输入功率为0dBm时，在集总元件匹配、微带线匹配仿真与实测的整流电路的整流效率对比图。
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；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1-3所示，一种整流电路，包括从上至下依次排布的三层结构：第一层为微带单元101，第二层为基板102，第三层为金属地层103；其中第一层微带单元101为加载有分立元件和金属化过孔的整流电路200；微带单元101包括顺次连接的匹配电路、整流二极管、输出滤波器以及负载阻抗；
匹配电路由两组开路支节构成，每组分为上下对应的两个单支节，其形状大小均一致；其中，第一组单支节长度为L3，宽度为W2，第二个单支节长度为L5，宽度为W3；输出滤波器由贴片电容实现。该电路工作在高输入功率频率宽带。
实施例2
一种整流电路，包括从上至下依次排布的三层结构：第一层为微带单元101，第二层为基板102，第三层为金属地层103；其中第一层微带单元101为加载有分立元件和金属化过孔的整流电路200；微带单元101包括顺次连接的匹配电路、整流二极管、输出滤波器以及负载阻抗。
匹配电路由四组开路支节构成，每组分为上下对应的两个单支节，其形状大小均一致；其中，第一组单支节长度为L3，宽度为W3；第一组单支节长度为L5，宽度为W5；第一组单支节长度为L7，宽度为W7；第一组单支节长度为L9，宽度为W9；输出滤波器由3个扇形贴片单元构成，第一个扇形半径为R1，第二个扇形半径为R2，第三个扇形半径为R3，三个扇形夹角均为θ。该电路工作在低输入功率频率宽带。
微带单元101接到金属地层103均采用金属化过孔方式，金属化过孔采用微带工艺固定在基板上102，基板102为介质材料基板102，其中整流电路采用的介质材料厚度为0.813mm的Rogers RO4003C材料，其介电常数为3.38。
金属地层103为铺满良导体的金属地层103。
所述整流二极管为HSMS286b肖特基二极管(Avago技术公司)。
该整流电路能够在输入功率为17dBm的时候在0.5GHz到3GHz的频率范围内实现大于50％的整流效率，最高效率能够达到66％。
该整流电路能够在输入功率为0dBm的时候在1.3GHz到2.8GHz的频率范围内实现大于40％的整流效率，最高效率能够达到60.2％。
该整流电路采用的是倍压整流的结构，利用MATLAB软件针对该电路模型进行理论计算，可以得到电路输入阻抗在一定功率下随工作频率变化的曲线，且倍压结构使得整流电路的输入阻抗变化缓慢，这为之后频率宽带的整流电路的设计提供了很好的基础。然后使用ADS仿软件利用源牵引的方法得到在不同频率点下最优效率时的输入阻抗值，利用实频法进行匹配电路的设计，最后进行整体电路的调试，最终完成电路设计。
该电路工作在高输入功率频率宽带的电路工作参数为：L1＝5mm,W1＝0.6mm,L2＝3mm,L3＝1.2mm,W2＝0.6mm,L4＝3.5mm,W4＝0.5mm,L5＝1.4mm,W3＝1.6mm,L6＝1.6mm,W5＝0.7mm。其中各个参数在不同工作频率整流电路中数字不同。
该电路工作在低输入功率频率宽带的电路工作参数为：L1＝5mm,W1＝2mm,L2＝3mm,L3＝2.8mm,W3＝2mm,L4＝3.5mm,L5＝3mm,W5＝1.5mm,L6＝3.5mm,L7＝4mm,W7＝2mm,L8＝3.5mm,L9＝2mm,W9＝1.2mm,L10＝9.6mm,W10＝0.4mm,R1＝25.1mm,R2＝14.8mm,R3＝6.5mm,θ＝120°。其中各个参数在不同工作频率整流电路中数字不同。
如图4、5，所用的基板材料为Rogers RO4003C，介电常数为3.38，基板厚度为0.813mm的真实环境下通过网络分析仪、信号发生器及万用表测得。通过以上仿真和测试对比图可以发现，仿真和实测曲线的吻合度较高。
通过所测得的良好结果，表明本发明的方案切实可行。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种整流电路，其特征在于，包括从上至下依次排布的微带单元(101)、基板(102)和金属地层(103)；其中微带单元(101)包括顺次连接的匹配电路、整流二极管、输出滤波器以及负载阻抗，所述匹配电路由两组开路支节构成，每组分为上下对应的两个单支节，其形状大小均一致，每一开路支节经整流二极管连接到输出滤波器上；微带单元(101)接到金属地层(103)均采用金属化过孔方式，金属化过孔采用微带工艺固定在基板(102)上。
2.根据权利要求1所述的整流电路，其特征在于，所述输出滤波器是贴片电容。
3.一种整流电路，其特征在于，包括从上至下依次排布的微带单元(101)、基板(102)和金属地层(103)；其中微带单元(101)包括顺次连接的匹配电路、整流二极管、输出滤波器以及负载阻抗，所述匹配电路由四组开路支节构成，每组分为上下对应的两个单支节，其形状大小均一致，每一开路支节经整流二极管连接到输出滤波器上；微带单元(101)接到金属地层(103)均采用金属化过孔方式，金属化过孔采用微带工艺固定在基板(102)上。
4.根据权利要求3所述的整流电路，其特征在于，所述输出滤波器由3个半径不同的扇形贴片单元顺次连接构成，三个扇形夹角相同。
5.根据权利要求1或3任意一项所述的整流电路，其特征在于，所述基板(102)为介质材料基板(102)，其中该整流电路采用的介质材料厚度为0.813mm的Rogers RO4003C材料，其介电常数为3.38。
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