WO2023110212A1 - Multi-band high-frequency rectifier circuit and method for producing a multi-band high-frequency rectifier circuit - Google Patents

Multi-band high-frequency rectifier circuit and method for producing a multi-band high-frequency rectifier circuit Download PDF

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WO2023110212A1
WO2023110212A1 PCT/EP2022/080766 EP2022080766W WO2023110212A1 WO 2023110212 A1 WO2023110212 A1 WO 2023110212A1 EP 2022080766 W EP2022080766 W EP 2022080766W WO 2023110212 A1 WO2023110212 A1 WO 2023110212A1
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WO
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frequency
rectifier circuit
stub
band high
circuit
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PCT/EP2022/080766
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Inventor
Muh-Dey Wei
Renato Negra
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Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/248—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set provided with an AC/DC converting device, e.g. rectennas

Definitions

  • the invention relates to a multiband high-frequency rectifier circuit having the features of the preamble of claim 1 and a method for producing the same.
  • WPT wireless power transmission
  • a rectifier circuit is one of the key elements in energy harvesting. Rectifier circuits attempt to convert and reuse and/or store ambient energy or transmitted energy to DC power. In a rectifier circuit, a non-linear component such as B. a Schottky barrier diode or a transistor is used. An input matching network is required to achieve high conversion efficiency. A conventional rectifier circuit typically supports only one operating frequency band at a time to maximize conversion efficiency. For harvesting/recycling Ambient power, many single-band rectifier circuits are needed to cover different operating frequency bands.
  • Input matching networks used in conventional rectifier circuits while effective, are matched to a single operating frequency band. Therefore, simultaneous dual-band/multi-band high-frequency rectification circuits have been proposed to reduce the cost and size of these circuits.
  • Known simultaneous dual-band/multi-band input matching networks for this have hitherto been implemented using a very high-order network, which typically results in low efficiency and increases the circuit size. In addition, a high-order network is complicated and difficult to design.
  • the invention is now based on the object of improving the efficiency of a multiband high-frequency rectifier circuit.
  • the task is solved by a multiband high-frequency rectifier circuit.
  • the multi-band high-frequency rectification circuit has a non-linear rectification element.
  • the multi-band high-frequency rectifier circuit also has a stub.
  • the non-linear rectifying element is designed to convert high-frequency signals according to a plurality of spaced apart operating frequency bands, preferably simultaneously, into a DC voltage signal, for example exactly one DC voltage signal or a predetermined DC voltage signal.
  • One end of the non-linear rectifying element is terminated with the stub, preferably to ground.
  • the stub is designed and/or arranged together with the non-linear rectifying element to match an input impedance of the multi-band high-frequency rectifying circuit at the other end of the non-linear rectifying element (2) according to the plurality of operating frequency bands.
  • This makes it possible to use several operating frequency bands simultaneously in a single compact rectifier circuit or to harvest them in terms of energy.
  • One of the most important advantages is the high efficiency for each operating frequency band at the same time, through the use of a stub line adapted to several operating frequency bands. This has a very positive effect on the production costs, since it is no longer the case that several rectifier circuits or rectifying elements are required at the same time to generate energy from several operating frequency bands, but only one.
  • stub line follows the English term stub, and designates a line that is only connected at one end, which is either open or short-circuited at the other end.
  • line is understood here to mean a high-frequency waveguide.
  • the multi-band high-frequency rectifier circuit can be part of or a monolithic integrated circuit. Likewise, the multi-band high-frequency rectifier circuit can be a separate chipped/packaged individual component.
  • a length of the stub may be greater than Xth/8, Xth/6, or Xth/4 with respect to a minimum or maximum carrier wavelength of the plurality of operating frequency bands.
  • the length of the stub may be greater than Xth/8, Xth/6, or Xth/4 with respect to a center wavelength of the plurality of operating frequency bands.
  • the center wavelength of the multiple operating frequency bands refers to a wavelength between the maximum and minimum carrier wavelengths of the multiple operating frequency bands.
  • the width of the stub can change gradually over the length of the stub, for example monotonically, in particular increasing or decreasing.
  • multi-frequency matching can be provided without the need for a complex front-end matching network. This can reduce the complexity of the input matching network.
  • the stub may be a tapered line.
  • a degree of taper of the line can change gradually over the length of the stub line and can be defined by an operating frequency band spacing of the multiple operating frequency bands and/or by a number of operating frequency bands to be used by the multiple operating frequency bands and/or by a respective operating frequency bandwidth of the multiple operating frequency bands.
  • the stub may be a line having a length less than X/2 or X/4 with respect to the longest carrier wavelength of the multiple operating frequency bands.
  • the stub line can be a line having stepped impedances.
  • an impedance can change stepwise starting from the nonlinear rectifying element along the stub line.
  • a number of stages of the line having stage impedances can be determined by an operating frequency band spacing of the multiple operating frequency bands and/or by a number of operating frequency bands to be used from the multiple operating frequency bands and/or by a respective operating frequency bandwidth of the multiple operating frequency bands.
  • the line may taper or widen toward or away from the nonlinear rectifying element.
  • a multi-band high-frequency rectifier circuit can be provided that is compact and inexpensive to manufacture.
  • the non-linear rectifying element and the stub may be arranged in series.
  • the stub line may be short-circuited.
  • the stub is shorted on the side opposite the end of the non-linear rectifying element.
  • the stub line can be designed using stripline technology.
  • the short-circuit connection of the stub can be implemented as one via or several vias arranged in series.
  • the via or vias may provide an electrically conductive connection between the stub and ground of the circuit board.
  • the ground of the circuit board can be the same ground of the multi-band high-frequency rectification circuit.
  • the ground of the printed circuit board can be arranged, for example over the entire surface, on a first side (bottom) of the printed circuit board, which lies opposite a second side (top side) of the printed circuit board, on which the stub line is arranged. The first and second sides of the circuit board can thus point in opposite directions.
  • the stripline technology can be implemented as a microstrip, stripline, slot line and/or coplanar line.
  • the lines can be planar, preferably printed lines.
  • the stub may form a planar metal surface that may be connected directly between the non-linear rectifying element and ground.
  • the non-linear rectifying element may be a transistor or a diode having one end, for example its anode or cathode, connected to the stub.
  • the multi-band high-frequency rectifier circuit can have a high-frequency choke.
  • One end of the high-frequency choke can be connected to the other end of the nonlinear rectifying element, in particular to the end of the nonlinear rectifying element that is not connected to the stub line.
  • the other end of the high-frequency choke can form an output connection of the multi-band high-frequency rectifier circuit or be electrically conductively connected directly to it.
  • the other end of the high-frequency choke may also be connected to a ground-terminated smoothing capacitor and to a ground-terminated load.
  • the smoothing capacitor can also be connected upstream of the high-frequency choke, so that the smoothing capacitor is connected directly to one end of the high-frequency choke and/or is connected in parallel to the nonlinear rectifying element and the stub line, in particular to both in parallel to ground. This last-mentioned parallel circuit can also be implemented without using the high-frequency choke.
  • the multi-band high-frequency rectifier circuit can have an input matching network.
  • the input matching network may consist of a plurality of stubs.
  • the input matching network can be designed to bring about an impedance matching between one antenna and the other end of the non-linear rectifying element, in particular not connected to the stub line, in accordance with the plurality of operating frequency bands.
  • the multi-band high frequency rectifier circuit may include a DC blocking capacitor.
  • the DC blocking capacitor may precede the non-linear rectifying element.
  • the DC blocking capacitor can be connected to the other end of the non-linear rectifying element.
  • the DC blocking capacitor may be upstream or downstream of the input matching network.
  • the antenna can be part of the multi-band high-frequency rectification circuit.
  • the DC blocking capacitor can be connected between the other end of the non-linear rectifying element and the antenna, for example directly, or connected between the input matching network and the antenna, for example directly.
  • the above object is also achieved by a wireless energy transfer, WPT, transceiver or WPT receiver for energy harvesting.
  • the WPT transmitter/receiver has a payload circuit and a supply circuit.
  • the useful circuit can be a processor unit for executing the functions of the WPT transceiver and/or a transmitter unit, receiver unit or transceiver unit.
  • the transmitting unit, receiving unit or transceiver unit can have the antenna already mentioned above. This allows the same antenna to be used for both communication and energy harvesting. A separate antenna can also be used.
  • the WPT transceiver may include a multi-band radio frequency rectifier circuit as described above.
  • the WPT transmitter/receiver can be designed to convert the high-frequency signals received via the antenna into the DC voltage signal and to feed the supply circuit with the DC voltage signal.
  • the supply circuit can be primary and/or secondary Have memory cells with which the harvested energy from the DC voltage signal can be stored.
  • the supply circuit can be designed to supply the useful circuit with the previously stored energy, for example the transmitter unit, receiver unit or transceiver unit provided for communication or information transmission.
  • the above object is also achieved by a method for manufacturing a multi-band high-frequency rectifier circuit.
  • the method comprises providing a substrate, for example a cornerstone of the circuit board mentioned above.
  • the substrate can be made, for example, from a ceramic, glass fiber reinforced PTFE, aluminum oxide or glass fiber reinforced epoxy resin.
  • the method includes providing, on the substrate, a non-linear rectifying element.
  • the non-linear rectifying element is designed to convert high-frequency signals into a DC voltage signal according to a plurality of spaced-apart operating frequency bands.
  • the method includes providing, on the substrate, a metal layer to form a stub.
  • the stub can be produced by an etching step.
  • the rectifying element can also be mounted on the circuit board by bonding or soldering.
  • a fabrication example may be a monolithically fabricated multi-band high-frequency rectifier circuit.
  • the substrate can be a monocrystalline semiconductor material, for example silicon or germanium.
  • the non-linear rectifying element can be provided via doping or epitaxy on the surface of the substrate material, for example as a diode or transistor.
  • the remaining elements, for example the stub line(s), resistors, capacitors, can be manufactured by layer application.
  • the method includes terminating, in particular to ground, one end of the non-linear rectifying element with the stub.
  • the stub is configured to match an input impedance of the multi-band high-frequency rectifying circuit at the other end of the non-linear rectifying element according to the multiple operating frequency bands.
  • the invention relates to a simultaneous dual-band/multi-band rectifier circuit to reduce the cost and size of conventional rectifier circuits.
  • the problem with a conventional simultaneous multi-band high-frequency rectifier circuit is that it is less efficient than a single-band rectifier circuit. With the solution presented here, a very good compromise between efficiency, operating frequency bands and costs can be achieved.
  • the concept proposed here is better in that it includes fewer matching components, resulting in low losses and compact dimensions. This results in improved conversion efficiency of the multi-band high frequency rectifier circuit proposed herein, while at the same time reducing size and cost.
  • the improved efficiency can mean that the rectifier circuit has to be charged for a shorter period of time.
  • the circuit architecture proposed herein for a simultaneous dual-band/multi-band rectifier circuit can serve two or more operating frequency bands simultaneously without sacrificing efficiency.
  • the very compact circuit architecture of the multi-band high-frequency rectifier circuit can be easily adopted.
  • the multiband high-frequency rectifier circuit can be designed, for example, for a dual band, for example 2.4/5.8 GHz, or a triple band, for example 2.4/3.5/5.8 GHz. Other variations are also possible.
  • the multi-band high-frequency rectifier circuit can also explicitly use bands according to new standards, for example low, mid, or high band in 5G NR. It will be appreciated by those skilled in the art that the explanations set forth herein may be implemented using hardware circuitry, software means, or a combination thereof.
  • the software means may be associated with programmed microprocessors or a general purpose computer, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and/or DSPs (Digital Signal Processors).
  • the multi-band high-frequency rectifier circuit or the WPT transceiver can be used in part as a computer, a logic circuit, an FPGA (Field Programmable Gate Array), a processor (e.g. comprising a microprocessor, a microcontroller (pC) or a vector processor), a core (in German: core, can be integrated in the processor or used by the processor) and/or a CPU (English: Central Processing Unit; in German: central processing unit). ; multiple processor cores are possible).
  • a processor e.g. comprising a microprocessor, a microcontroller (pC) or a vector processor
  • a core in German: core, can be integrated in the processor or used by the processor
  • a CPU International Processing Unit; in German: central processing unit). ; multiple processor cores are possible).
  • the display device herein shall not be limited to the above.
  • a component is “connected”, “terminated” or “switched” to another component, this may mean that it is directly connected, terminated or directly connected thereto; it should be noted, however, that there may be another component in between.
  • a component is said to be “directly connected,” “directly terminated,” or “directly connected” to another component, it means that there are no other components in between.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a multiband high-frequency rectifier circuit
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method for producing a
  • Multi-band high frequency rectifier circuit Multi-band high frequency rectifier circuit.
  • FIG. 1 The proposed architecture of a multi-band high-frequency rectifier circuit is shown in FIG. 1 below. For this purpose, a production method for this in the sense of FIG. 2 is described.
  • the multi-band high-frequency rectifier circuit 1 is essentially based on the idea of a rectifier circuit with inductive matching that achieves high efficiency for a single operating frequency band.
  • a simultaneously controlled impedance network is used in the multi-band high-frequency rectifier circuit 1, which is connected in series with the non-linear rectifying element 2 and terminates this to ground.
  • the simultaneously controlled impedance network has an inductive effect.
  • the simultaneously controlled impedance network can be a printed wire.
  • At least this simultaneously controlled impedance network has the stub 3 .
  • the stub line 3 can be understood as a simultaneously controlled impedance network, since the stub line 3 implements multi-band matching at the same time.
  • the elements 2 and 3 can also be reversed.
  • the stub 3 could also be connected to ground before the non-linear rectifying element 2 .
  • the stub 3 may be a tapered line which may have one or more sections depending on the number of operating frequency bands.
  • the stub line 3 can be a long line, for example in a range between X./4 and X./8 long.
  • the stub may be a stepped impedance line.
  • the line width of the stub line 3 can be based on a standardized impedance system, for example a 50 ohm system. In this case, the stub line 3 can be a 50 ohm line on average.
  • the stub 3 may have an input impedance that varies over length (e.g., viewed toward ground).
  • a high-frequency choke (RFC: English for radio frequency choke) 4 can be connected directly to the connection node of the nonlinear rectifier element 2, which is opposite the connection node of the stub line 3 he brings.
  • the input high-frequency signals RF tu can thus not be transmitted to the DC side.
  • a smoothing capacitor CL can be used additionally or alternatively for this purpose. However, the smoothing capacitor CL in FIG. 1 can also be viewed as part of the load RL, at least as an imaginary part.
  • an input matching network 5 can optionally be used and thereby offer further freedom of design.
  • An input matching network 5 can thus be connected directly to the connection node of the non-linear rectifier element 2 .
  • the multi-band high-frequency rectification circuit 1 may also include a DC blocking capacitor Cm.
  • the DC voltage blocking capacitor Ci n can be provided as an alternative or in addition to the input matching network 5 .
  • the input matching network 5 can be connected between the DC blocking capacitor Cm and the connection node of the non-linear rectifying element 2 or the DC blocking capacitor Ci n can be directly connected to the connection node of the non-linear rectifying element 2 .
  • the DC blocking capacitor Cm is provided to suppress DC transmission from the DC side to the high-frequency side of the multi-band high-frequency rectifying circuit 1 .
  • the DC blocking capacitor Cm as shown in Fig. 1 can also be omitted.
  • the multi-band high-frequency rectifying circuit 1 may further have an antenna 6 for receiving the high-frequency signals.
  • the antenna 6 can be impedance-matched to the multi-bands or have several antennas 6 impedance-matched to the individual operating frequency bands.
  • the antenna 6 can at least be connected upstream of the connection node of the non-linear rectifier element 2.
  • the antenna 6 can be connected upstream of the direct voltage blocking capacitor Ci n .
  • the antenna 6 can be connected upstream of the input matching network 5 .
  • the DC voltage blocking capacitor Ci n can be connected upstream of at least the input matching network 5 and/or the connection node of the non-linear rectifier element 2 .
  • the input matching network 5 can be connected upstream of the connection node of the non-linear rectifier element 2 .
  • the nonlinear rectifying element 2 and the stub 3 are connected in series between the connection node of the nonlinear rectifying element 2 and ground.
  • the connection node of the non-linear rectifier element 2 can be connected upstream of the high-frequency choke RFC 4 and/or the smoothing capacitor CL and/or the load RL.
  • the high-frequency choke RFC 4 can be connected upstream of the smoothing capacitor CL and/or the load RL.
  • the smoothing capacitor CL can also be considered part of the load RL.
  • the smoothing capacitor CL can also be connected upstream of the high-frequency choke RFC 4 and/or the load RL. In this case, the load CL can also have a separate imaginary part.
  • the circuit is not restricted to the fact that a high-frequency choke RFC 4 must be connected to the connection node of the non-linear rectifier element 2 .
  • the multi-band high-frequency rectification circuit 1 can be manufactured as illustrated in FIG. The steps are not tied chronologically to the process shown. First, a circuit board substrate is provided S1. Then, on the substrate, a non-linear rectifying element is provided S2. The non-linear rectification element is responsible for the basic function of the multi-band high-frequency rectification circuit 1, namely to convert the high-frequency signals RFin into a DC voltage signal Vout according to a plurality of spaced operating frequency bands (see Fig. 1 above). Furthermore, a metal layer is then provided S3 on the substrate, for example removed. This metal layer can form the stub 3, for example by means of an etching step or a printing step.
  • one end of the non-linear rectifying element 2 is terminated with the stub line 3 S4, for example by means of stamping or drilling and subsequent metal removal, for example together with the removal of the metal layer in step S3.
  • the stub 3 has a function of matching an input impedance of the multi-band high-frequency rectification circuit 1 at the other end (the connection node described above) of the non-linear rectification element 2 according to the plural operating frequency bands.

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Abstract

The invention relates to a multi-band high-frequency rectifier circuit (1), which has a non-linear rectifier element (2), which is designed to convert high-frequency signals (RFin) in accordance with multiple spaced-apart operating frequency bands into a DC voltage signal (Vout), and a stub (3), with one end of the non-linear rectifier element (2) being terminated by the stub (3), which is designed to adapt an input impedance of the multi-band high-frequency rectifier circuit (1) to the other end of the non-linear rectifier element (2) in accordance with the plurality of operating frequency bands.

Description

Beschreibung Description
MULTIBAND-HOCHFREQUENZ-GLEICHRICHTERSCHALTUNG UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER MULTIBANDHOCHFREQUENZGLEICHRICHTERSCHALTUNG HIGH FREQUENCY MULTIBAND RECTIFIER CIRCUIT AND METHOD OF MAKING HIGH FREQUENCY MULTIBAND RECTIFIER CIRCUIT
HINTERGRUND BACKGROUND
Der folgende Hintergrund soll lediglich Informationen liefern, die zum Verständnis des Zusammenhangs der hier offengelegten erfinderischen Ideen und Konzepte erforderlich sind. Daher kann dieser Hintergrundabschnitt patentierbare Gegenstände enthalten und sollte nicht als Offenbarung des Standes der Technik angesehen werden. The following background is intended only to provide information necessary to understand the context of the inventive ideas and concepts disclosed herein. Therefore, this background section may contain patentable subject matter and should not be construed as disclosing prior art.
Die Erfindung betrifft eine Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben. The invention relates to a multiband high-frequency rectifier circuit having the features of the preamble of claim 1 and a method for producing the same.
Energiegewinnung und Energieernten finden heutzutage aufgrund begrenzter Ressourcen viel Aufmerksamkeit. Außerdem findet sich drahtlose Energieübertragung (WPT) in vielen Bereichen wie der Automobilindustrie, der Automobilbranche, Unterhaltungselektronik oder biomedizinischen Implantate wieder. Energy generation and energy harvesting are getting a lot of attention nowadays due to limited resources. In addition, wireless power transmission (WPT) can be found in many areas such as the automotive industry, consumer electronics or biomedical implants.
Eine Gleichrichterschaltung ist eines der Schlüsselelemente beim Energieernten. Gleichrichterschaltungen versuchen Umgebungsenergie oder übertragene Energie in Gleichstrom umzuwandeln und wiederzuverwenden und/oder zu speichern. In einer Gleichrichterschaltung wird ein nichtlineares Bauelement, wie z. B. eine Schottky- Barriere-Diode oder ein Transistor verwendet. Zur Erzielung eines hohen Umwandlungswirkungsgrad ist ein Eingangsanpassungsnetzwerk erforderlich. Eine herkömmliche Gleichrichterschaltung unterstützt in der Regel jeweils nur ein Betriebsfrequenzband, um den Umwandlungswirkungsgrad zu maximieren. Für das Emten/Recyceln von Umgebungsenergie werden viele Einband-Gleichrichterschaltungen benötigt, um verschiedene Betriebsfrequenzbänder abzudecken. A rectifier circuit is one of the key elements in energy harvesting. Rectifier circuits attempt to convert and reuse and/or store ambient energy or transmitted energy to DC power. In a rectifier circuit, a non-linear component such as B. a Schottky barrier diode or a transistor is used. An input matching network is required to achieve high conversion efficiency. A conventional rectifier circuit typically supports only one operating frequency band at a time to maximize conversion efficiency. For harvesting/recycling Ambient power, many single-band rectifier circuits are needed to cover different operating frequency bands.
Eingangsanpassungsnetzwerke, die in herkömmlichen Gleichrichterschaltungen verwendet werden, sind zwar effektiv, aber auf ein einziges Betriebsfrequenzband angepasst. Daher wurden gleichzeitige Dualband-/Multiband-Hochfrequenzgleichrichter- schaltungen vorgeschlagen, um Kosten und Größe dieser Schaltungen zu reduzieren. Bekannte gleichzeitige Dualband-/Multiband-Eingangsanpassungsnetzwerke hierfür wurden bisher unter Verwendung eines Netzwerks sehr hoher Ordnung eingesetzt, was in der Regel zu einem geringen Wirkungsgrad führt und die Schaltung vergrößert. Darüber hinaus ist ein Netzwerk hoher Ordnung kompliziert und schwierig zu entwerfen. Input matching networks used in conventional rectifier circuits, while effective, are matched to a single operating frequency band. Therefore, simultaneous dual-band/multi-band high-frequency rectification circuits have been proposed to reduce the cost and size of these circuits. Known simultaneous dual-band/multi-band input matching networks for this have hitherto been implemented using a very high-order network, which typically results in low efficiency and increases the circuit size. In addition, a high-order network is complicated and difficult to design.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer Multiband- Hochfrequenzgleichrichterschaltung zu verbessern. The invention is now based on the object of improving the efficiency of a multiband high-frequency rectifier circuit.
KURZFASSUNG SHORT VERSION
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features of the independent claims.
Konkret wird die Aufgabe durch eine Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung gelöst. Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung weist ein nichtlineares Gleichrichtelement auf. Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung weist auch eine Stichleitung auf. Das nichtlineare Gleichrichtelement ist ausgebildet, Hochfrequenzsignale gemäß mehrerer beabstandeter Betriebsfrequenzbänder, vorzugsweise gleichzeitig, in ein Gleichspannungssignal umzuwandeln, zum Beispiel genau ein Gleichspannungssignal bzw. ein vorbestimmtes Gleichspannungssignal. Das eine Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements ist mit der Stichleitung abgeschlossen, vorzugsweise gegen Masse. Die Stichleitung ist dazu ausgebildet und/oder zusammen mit dem nichtlinearen Gleichrichtelement angeordnet, eine Eingangsimpedanz der Multiband- Hochfrequenzgleichrichterschaltung an dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements (2) entsprechend den mehreren Betriebsfrequenzbändem anzupassen. Hierdurch wird es möglich, mehrere Betriebsfrequenzbänder gleichzeitig in einer einzigen kompakten Gleichrichterschaltung nutzbar zu machen bzw. energietechnisch zu ernten. Einer der wichtigsten Vorteile ist der hohe Wirkungsgrad für jedes Betriebsfrequenzband zur gleichen Zeit, durch die Verwendung einer auf mehrere Betriebsfrequenzbänder angepassten Stichleitung. Dies wirkt sich sehr positiv auf die Produktionskosten aus, da nicht wie bisher mehrere Gleichrichterschaltungen bzw. Gleichrichtelemente gleichzeitig zur Energiegewinnung aus mehreren Betriebsfrequenz - bändern benötigt werden, sondern nur noch einer/eins. Specifically, the task is solved by a multiband high-frequency rectifier circuit. The multi-band high-frequency rectification circuit has a non-linear rectification element. The multi-band high-frequency rectifier circuit also has a stub. The non-linear rectifying element is designed to convert high-frequency signals according to a plurality of spaced apart operating frequency bands, preferably simultaneously, into a DC voltage signal, for example exactly one DC voltage signal or a predetermined DC voltage signal. One end of the non-linear rectifying element is terminated with the stub, preferably to ground. The stub is designed and/or arranged together with the non-linear rectifying element to match an input impedance of the multi-band high-frequency rectifying circuit at the other end of the non-linear rectifying element (2) according to the plurality of operating frequency bands. This makes it possible to use several operating frequency bands simultaneously in a single compact rectifier circuit or to harvest them in terms of energy. One of the most important advantages is the high efficiency for each operating frequency band at the same time, through the use of a stub line adapted to several operating frequency bands. This has a very positive effect on the production costs, since it is no longer the case that several rectifier circuits or rectifying elements are required at the same time to generate energy from several operating frequency bands, but only one.
Der Begriff Stichleitung folgt dem englischen Begriff Stub, und bezeichnet eine lediglich an einem Ende verbundene Leitung, die an dem anderen Ende entweder offen oder kurzgeschlossen ist. Unter dem Begriff „Leitung“ wird hier ein Hochfrequenzwellenleiter verstanden. The term stub line follows the English term stub, and designates a line that is only connected at one end, which is either open or short-circuited at the other end. The term "line" is understood here to mean a high-frequency waveguide.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung kann Teil einer oder eine monolithisch integrierte Schaltung sein. Ebenfalls kann die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung ein separates gechiptes/gehaustes Einzelbauteil sein. The multi-band high-frequency rectifier circuit can be part of or a monolithic integrated circuit. Likewise, the multi-band high-frequency rectifier circuit can be a separate chipped/packaged individual component.
Herstellungskosten lassen sich somit auf einem Minimum halten. Manufacturing costs can thus be kept to a minimum.
Eine Länge der Stichleitung kann bezogen auf eine kleinste oder größte Trägerwellenlänge der mehreren Betriebsfrequenzbänder größer als X./8, X./6 oder X./4 sein. Die Länge der Stichleitung kann bezogen auf eine Mittenwellenlänge der mehreren Betriebsfrequenzbänder größer als X./8, X./6 oder X./4 sein. Hierbei bezieht sich die Mittenwellenlänge der mehreren Betriebsfrequenzbänder auf eine Wellenlänge zwischen den größten und kleinsten Trägerwellenlängen der mehreren Betriebsfrequenzbänder. A length of the stub may be greater than Xth/8, Xth/6, or Xth/4 with respect to a minimum or maximum carrier wavelength of the plurality of operating frequency bands. The length of the stub may be greater than Xth/8, Xth/6, or Xth/4 with respect to a center wavelength of the plurality of operating frequency bands. Here, the center wavelength of the multiple operating frequency bands refers to a wavelength between the maximum and minimum carrier wavelengths of the multiple operating frequency bands.
Somit kann in einfacher Weise eine Anpassung für mehrere Bänder vorgesehen sein. An adaptation for several bands can thus be provided in a simple manner be.
Die Breite der Stichleitung kann sich über die Länge der Stichleitung graduell ändern, zum Beispiel monoton, insbesondere vergrößern oder verkleinern. The width of the stub can change gradually over the length of the stub, for example monotonically, in particular increasing or decreasing.
Somit kann eine Anpassung für mehrere Frequenzen bereitgestellt werden, ohne dass ein komplexes Eingangsanpassungsnetzwerk notwendig wäre. Hierdurch kann sich die Komplexität des Eingangsanpassungsnetzwerks verringern. Thus, multi-frequency matching can be provided without the need for a complex front-end matching network. This can reduce the complexity of the input matching network.
Die Stichleitung kann eine verjüngte Leitung sein. Anders ausgedrückt, kann sich ein Verjüngungsgrad der Leitung über die Länge der Stichleitung graduell ändern und von einem Betriebsfrequenzbandabstand der mehreren Betriebsfrequenzbänder und/oder von einer zu nutzenden Betriebsfrequenzbandanzahl der mehreren Betriebsfrequenzbänder und/oder von einer jeweiligen Betriebsfrequenzbandbreite der mehreren Betriebsfrequenzbänder festgelegt sein. The stub may be a tapered line. In other words, a degree of taper of the line can change gradually over the length of the stub line and can be defined by an operating frequency band spacing of the multiple operating frequency bands and/or by a number of operating frequency bands to be used by the multiple operating frequency bands and/or by a respective operating frequency bandwidth of the multiple operating frequency bands.
Die Stichleitung kann eine Leitung mit einer Länge von kleiner als X/2 oder X/4 bezogen auf die größte Trägerwellenlänge der mehreren Betriebsfrequenzbänder sein. The stub may be a line having a length less than X/2 or X/4 with respect to the longest carrier wavelength of the multiple operating frequency bands.
Die Stichleitung kann eine Stufenimpedanzen aufweisende Leitung sein. Hierbei kann sich eine Impedanz stufenweise ausgehend von dem nichtlinearen Gleichrichtelement entlang der Stichleitung stufenweise ändern. Hierbei kann eine Anzahl an Stufen der Stufenimpedanzen aufweisenden Leitung von einem Betriebsfrequenzbandabstand der mehreren Betriebsfrequenzbänder und/oder von einer zu nutzenden Betriebsfrequenzbandanzahl der mehreren Betriebsfrequenzbänder und/oder von einer jeweiligen Betriebsfrequenzbandbreite der mehreren Betriebsfrequenzbänder festgelegt sein. The stub line can be a line having stepped impedances. Here, an impedance can change stepwise starting from the nonlinear rectifying element along the stub line. A number of stages of the line having stage impedances can be determined by an operating frequency band spacing of the multiple operating frequency bands and/or by a number of operating frequency bands to be used from the multiple operating frequency bands and/or by a respective operating frequency bandwidth of the multiple operating frequency bands.
Zum Beispiel kann sich die Leitung in Richtung hin zu dem oder weg von dem nichtlinearen Gleichrichtelement verjüngen oder verbreitern. For example, the line may taper or widen toward or away from the nonlinear rectifying element.
Das heißt es kann eine Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung bereitgestellt werden, die kompakt und kostengünstig herstellbar ist. Das nichtlineare Gleichri chtelement und die Stichleitung können in Reihe angeordnet sein. Die Stichleitung kann kurzgeschlossen ist. Zum Beispiel ist die Stichleitung an der dem Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements gegenüberliegenden Seite kurzgeschlossen. That is, a multi-band high-frequency rectifier circuit can be provided that is compact and inexpensive to manufacture. The non-linear rectifying element and the stub may be arranged in series. The stub line may be short-circuited. For example, the stub is shorted on the side opposite the end of the non-linear rectifying element.
Im Falle, dass die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung Teil einer Leiterplatte bzw. als Leiterplatte ausgebildet ist, kann die Stichleitung in Streifenleitungstechnik ausgeführt sein. Die Kurzschlussverbindung der Stichleitung kann als ein Via oder mehrere in Reihe angeordnete Vias erfolgen. Das Via oder die Vias können eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Stichleitung und Masse der Leiterplatte bereitstellen. Die Masse der Leiterplatte kann dieselbe Masse der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung sein. Die Masse der Leiterplatte kann, zum Beispiel vollflächig, an einer ersten Seite (Unterseite) der Leiterplatte angeordnet sein, die gegenüber einer zweiten Seite (Oberseite) der Leiterplatte liegt, an der die Stichleitung angeordnet ist. Die ersten und zweiten Seiten der Leiterplatte können somit in entgegengesetzte Richtungen weisen. If the multiband high-frequency rectifier circuit is part of a printed circuit board or is designed as a printed circuit board, the stub line can be designed using stripline technology. The short-circuit connection of the stub can be implemented as one via or several vias arranged in series. The via or vias may provide an electrically conductive connection between the stub and ground of the circuit board. The ground of the circuit board can be the same ground of the multi-band high-frequency rectification circuit. The ground of the printed circuit board can be arranged, for example over the entire surface, on a first side (bottom) of the printed circuit board, which lies opposite a second side (top side) of the printed circuit board, on which the stub line is arranged. The first and second sides of the circuit board can thus point in opposite directions.
Die Streifenleitungstechnik kann als Microstrip, Stripline, Slot Line und/oder Koplanarleitung ausgeführt sein. Insbesondere kann es sich um planare, vorzugsweise gedruckte, Leitungen handeln. The stripline technology can be implemented as a microstrip, stripline, slot line and/or coplanar line. In particular, the lines can be planar, preferably printed lines.
Jedenfalls kann die Stichleitung eine planare Metallfläche ausbilden, die direkt zwischen dem nichtlinearen Gleichrichtelement und Masse geschaltet sein kann. In any event, the stub may form a planar metal surface that may be connected directly between the non-linear rectifying element and ground.
Hierdurch kann sich eine simple und kostengünstige Alternative zu konzentrierten Bauelementen oder großen Eingangsanpassungsnetzwerken ergeben. This can result in a simple and inexpensive alternative to lumped components or large input matching networks.
Das nichtlineare Gleichrichtelement kann ein Transistor oder eine Diode sein, dessen eines Ende, zum Beispiel dessen Anode oder Kathode, mit der Stichleitung verbunden ist. Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung kann eine Hochfrequenzdrossel aufweisen. Das eine Ende der Hochfrequenzdrossel kann mit dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements verbunden ist, insbesondere dem nicht mit der Stichleitung verbundenen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements. Das andere Ende der Hochfrequenzdrossel kann einen Ausgangsanschluss der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung bilden bzw. mit diesem direkt elektrisch leitend verbunden sein. The non-linear rectifying element may be a transistor or a diode having one end, for example its anode or cathode, connected to the stub. The multi-band high-frequency rectifier circuit can have a high-frequency choke. One end of the high-frequency choke can be connected to the other end of the nonlinear rectifying element, in particular to the end of the nonlinear rectifying element that is not connected to the stub line. The other end of the high-frequency choke can form an output connection of the multi-band high-frequency rectifier circuit or be electrically conductively connected directly to it.
Hierdurch werden Oberwellen effektiv von einer Übertragung auf die Gleichspannungsseite der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung abgehalten. This effectively prevents harmonics from being transmitted to the DC side of the multi-band high-frequency rectifier circuit.
Das andere Ende der Hochfrequenzdrossel kann auch mit einem gegen Masse abgeschlossenen Glättungskondensator und mit einer gegen Masse abgeschlossenen Last verbunden sein. Ebenso kann der Glättungskondensator der Hochfrequenzdrossel vorgeschaltet sein, so dass der Glättungskondensator direkt mit dem einen Ende der Hochfrequenzdrossel verbunden ist und/oder parallel zu dem nichtlinearen Gleichrichtelement und der Stichleitung geschaltet ist, insbesondere zu beiden parallel gegen Masse geschaltet ist. Diese letztgenannte Parallelschaltung kann auch ohne Verwendung der Hochfrequenzdrossel ausgefuhrt sein. The other end of the high-frequency choke may also be connected to a ground-terminated smoothing capacitor and to a ground-terminated load. The smoothing capacitor can also be connected upstream of the high-frequency choke, so that the smoothing capacitor is connected directly to one end of the high-frequency choke and/or is connected in parallel to the nonlinear rectifying element and the stub line, in particular to both in parallel to ground. This last-mentioned parallel circuit can also be implemented without using the high-frequency choke.
Somit können Spannungsschwankungen auf der Gleichspannungsseite der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung effektiver unterdrückt werden. Thus, voltage fluctuations on the DC side of the multi-band high-frequency rectification circuit can be suppressed more effectively.
Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung kann ein Eingangsanpassungsnetzwerk aufweisen. Das Eingangsanpassungsnetzwerk kann aus einer Mehrzahl von Stichleitungen bestehen. Das Eingangsanpassungsnetzwerk kann ausgebildet sein, entsprechend den mehreren Betriebsfrequenzbändern eine Impedanzanpassung zwischen einer Antenne und dem anderen, insbesondere nicht mit der Stichleitung verbunden, Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements zu bewirken. The multi-band high-frequency rectifier circuit can have an input matching network. The input matching network may consist of a plurality of stubs. The input matching network can be designed to bring about an impedance matching between one antenna and the other end of the non-linear rectifying element, in particular not connected to the stub line, in accordance with the plurality of operating frequency bands.
Hierdurch kann eine noch bessere Anpassung der Eingangsimpedanz der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung erzielt werden. Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung kann einen Gleichspannungs- Sperrkondensator aufweisen. Der Gleichspannungs-Sperrkondensator kann dem nichtlinearen Gleichrichtelement vorgeschaltet sein. Zum Beispiel kann der Gleichspannungs- Sperrkondensator mit dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements verbunden sein. Der Gleichspannungs-Sperrkondensator kann dem Eingangsanpassungsnetzwerk vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein. As a result, even better matching of the input impedance of the multiband high-frequency rectifier circuit can be achieved. The multi-band high frequency rectifier circuit may include a DC blocking capacitor. The DC blocking capacitor may precede the non-linear rectifying element. For example, the DC blocking capacitor can be connected to the other end of the non-linear rectifying element. The DC blocking capacitor may be upstream or downstream of the input matching network.
Folglich kann eine Gleichspannung auf der Hochfrequenzseite der Multiband- Hochfrequenzgleichrichterschaltung effektiver unterdrückt werden. Consequently, a DC voltage on the high-frequency side of the multi-band high-frequency rectification circuit can be suppressed more effectively.
Die Antenne kann Teil der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung sein. Hierbei kann der Gleichspannungs-Sperrkondensator zwischen dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements und der Antenne, zum Beispiel unmittelbar, geschaltet sein, oder zwischen dem Eingangsanpassungsnetzwerk und der Antenne, zum Beispiel unmittelbar, geschaltet sein. The antenna can be part of the multi-band high-frequency rectification circuit. Here, the DC blocking capacitor can be connected between the other end of the non-linear rectifying element and the antenna, for example directly, or connected between the input matching network and the antenna, for example directly.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch einen drahtlosen Energieübertragungs-, WPT, Sendeempfänger oder WPT-Empfanger zum Energieernten gelöst. Der WPT-Sende-/Emp tanger hat eine Nutzschaltung und eine Versorgungsschaltung. Die Nutzschaltung kann eine Prozessoreinheit zur Funktionsausführung des WPT-Sende- /Empfangers und/oder eine Sendeeinheit, Empfangseinheit oder Sendeempfangseinheit sein. Die Sendeeinheit, Empfangseinheit oder Sendeempfangseinheit kann die oben bereits genannte Antenne aufweisen. Hierdurch kann dieselbe Antenne sowohl zur Kommunikation als auch dem Energieernten verwendet werden. Ebenfalls kann eine separate Antenne verwendet werden. The above object is also achieved by a wireless energy transfer, WPT, transceiver or WPT receiver for energy harvesting. The WPT transmitter/receiver has a payload circuit and a supply circuit. The useful circuit can be a processor unit for executing the functions of the WPT transceiver and/or a transmitter unit, receiver unit or transceiver unit. The transmitting unit, receiving unit or transceiver unit can have the antenna already mentioned above. This allows the same antenna to be used for both communication and energy harvesting. A separate antenna can also be used.
Der WPT-Sende-/Empfanger kann eine Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung, wie oben beschrieben, enthalten. Der WPT-Sende-/Empfanger kann ausgebildet sein, die über die Antenne empfangenen Hochfrequenzsignale in das Gleichspannungssignal umzuwandeln und mit dem Gleichspannungssignale die Versorgungsschaltung zu speisen. Die Versorgungsschaltung kann primäre und/oder sekundäre Speicherzellen aufweisen, mit denen die geerntete Energie aus dem Gleichspannungssignal gespeichert werden kann. Die Versorgungsschaltung kann ausgebildet sein, die Nutzschaltung mit der zuvor gespeicherten Energie zu versorgen, zum Beispiel die zur Kommunikation oder Informationsübertragung vorgesehene Sendeeinheit, Empfangseinheit oder Sendeempfangseinheit. The WPT transceiver may include a multi-band radio frequency rectifier circuit as described above. The WPT transmitter/receiver can be designed to convert the high-frequency signals received via the antenna into the DC voltage signal and to feed the supply circuit with the DC voltage signal. The supply circuit can be primary and/or secondary Have memory cells with which the harvested energy from the DC voltage signal can be stored. The supply circuit can be designed to supply the useful circuit with the previously stored energy, for example the transmitter unit, receiver unit or transceiver unit provided for communication or information transmission.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung gelöst. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Substrats, zum Beispiel ein Grundstein der oben erwähnten Leiterplatte. Das Substrat kann beispielsweise hergestellt sein aus einer Keramik glasfaserverstärktem PTFE, Aluminiumoxid oder glasfaserverstärktem Epoxidharz. Das Verfahren umfasst Bereitstellen, an dem Substrat, eines nichtlinearen Gleichrichtelements. Das nichtlineare Gleichrichtelement ist dazu ausgebildet, Hochfrequenzsignale gemäß mehrerer beabstan- deter Betriebsfrequenzbänder in ein Gleichspannungssignal umzuwandeln. Das Verfahren umfasst Bereitstellen, an dem Substrat, einer Metallschicht, um eine Stichleitung auszubilden. Die Stichleitung kann durch einen Ätzschritt hergestellt sein. Das Gleichrichtelement kann auch durch Bonden oder Löten an die Leiterplatte montiert werden. The above object is also achieved by a method for manufacturing a multi-band high-frequency rectifier circuit. The method comprises providing a substrate, for example a cornerstone of the circuit board mentioned above. The substrate can be made, for example, from a ceramic, glass fiber reinforced PTFE, aluminum oxide or glass fiber reinforced epoxy resin. The method includes providing, on the substrate, a non-linear rectifying element. The non-linear rectifying element is designed to convert high-frequency signals into a DC voltage signal according to a plurality of spaced-apart operating frequency bands. The method includes providing, on the substrate, a metal layer to form a stub. The stub can be produced by an etching step. The rectifying element can also be mounted on the circuit board by bonding or soldering.
Ein Herstellungsbeispiel kann eine monolithisch gefertigte Multiband- Hochfrequenzgleichrichterschaltung. Hierbei kann das Substrat ein einkristallines Halbleitermaterial, zum Beispiel Silizium oder Germanium, sein. Das nichtlineare Gleichrichtelement kann über Dotierung oder Epitaxie an der Oberfläche des Substratmaterials, zum Beispiel als Diode oder Transistor bereitgestellt werden. Die übrigen Elemente, zum Beispiel die Stichleitung(en), Widerstände, Kondensatoren, können durch Schichtauftrag gefertigt werden. A fabrication example may be a monolithically fabricated multi-band high-frequency rectifier circuit. In this case, the substrate can be a monocrystalline semiconductor material, for example silicon or germanium. The non-linear rectifying element can be provided via doping or epitaxy on the surface of the substrate material, for example as a diode or transistor. The remaining elements, for example the stub line(s), resistors, capacitors, can be manufactured by layer application.
Das Verfahren umfasst Abschließen, insbesondere gegen Masse, des einen Endes des nichtlinearen Gleichrichtelements mit der Stichleitung. Die Stichleitung ist dazu ausgebildet, eine Eingangsimpedanz der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung an dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements entsprechend den mehreren Betriebsfrequenzbändem anzupassen. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine gleichzeitige Dualband-/Multiband- Gleichrichterschaltung, um die Kosten und die Größe herkömmlicher Gleichrichterschaltungen zu reduzieren. Das Problem einer herkömmlichen gleichzeitigen Multiband- Hochfrequenzgleichrichterschaltung ist die geringere Effizienz im Vergleich zu einer Einband-Gleichrichterschaltung. Mit der hierin vorgestellten Lösung kann ein sehr guter Kompromiss zwischen Wirkungsgrad, Betriebsfrequenzbändern und Kosten erzielt werden. The method includes terminating, in particular to ground, one end of the non-linear rectifying element with the stub. The stub is configured to match an input impedance of the multi-band high-frequency rectifying circuit at the other end of the non-linear rectifying element according to the multiple operating frequency bands. In other words, the invention relates to a simultaneous dual-band/multi-band rectifier circuit to reduce the cost and size of conventional rectifier circuits. The problem with a conventional simultaneous multi-band high-frequency rectifier circuit is that it is less efficient than a single-band rectifier circuit. With the solution presented here, a very good compromise between efficiency, operating frequency bands and costs can be achieved.
Das hierin vorgeschlagene Konzept ist dahingehend besser, da es weniger Anpassungskomponenten enthält, was zu geringen Verlusten und kompakten Abmessungen fuhrt. Daraus ergibt sich ein verbesserter Umwandlungswirkungsgrad der hierin vorgeschlagenen Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung, während gleichzeitig Größe und Kosten reduziert werden. Der verbesserte Wirkungsgrad kann dazu führen, dass die Gleichrichterschaltung über einen kürzeren Zeitraum geladen werden muss. The concept proposed here is better in that it includes fewer matching components, resulting in low losses and compact dimensions. This results in improved conversion efficiency of the multi-band high frequency rectifier circuit proposed herein, while at the same time reducing size and cost. The improved efficiency can mean that the rectifier circuit has to be charged for a shorter period of time.
Die hierin vorgeschlagene Schaltungsarchitektur für eine gleichzeitige Dualband- /Multiband-Gleichrichterschaltung kann zwei oder mehr Betriebsfrequenzbänder gleichzeitig bedienen, ohne an Effizienz einzubüßen. The circuit architecture proposed herein for a simultaneous dual-band/multi-band rectifier circuit can serve two or more operating frequency bands simultaneously without sacrificing efficiency.
Messergebnisse belegen, dass dieser Zielkonflikt erfolgreich überwunden wurde. Im Vergleich zu bisher bekannten Schaltungsarchitekturen hat das vorgeschlagene Konzept die höchste Effizienz für mehrere Bänder und dabei die geringste Größe. Measurement results show that this conflict of objectives has been successfully overcome. Compared to previously known circuit architectures, the proposed concept has the highest efficiency for multiple bands and at the same time the smallest size.
Die sehr kompakte Schaltungsarchitektur der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung kann leicht übernommen werden. Hierbei kann die Multiband- Hochfrequenzgleichrichterschaltung beispielsweise für ein Dualband, zum Beispiel 2, 4/5, 8 GHz, oder ein Triple-Band, zum Beispiel 2, 4/3, 5/5, 8 GHz ausgelegt sein. Andere Variationen sind ebenfalls möglich. Hierbei kann die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung auch explizit Bänder gemäß neuen Standards ausnutzen, zum Beispiel Low, Mid, oder High Band in 5G NR. Es ist dem Fachmann klar, dass die hierin dargelegten Erklärungen unter Verwendung von Hardwareschaltungen, Softwaremitteln oder einer Kombination davon implementiert sein/werden können. Die Softwaremittel können im Zusammenhang stehen mit programmierten Mikroprozessoren oder einem allgemeinen Computer, einer ASIC (Englisch: Application Specific Integrated Circuit; zu Deutsch: anwendungsspezifische integrierte Schaltung) und/oder DSPs (Englisch: Digital Signal Processors; zu Deutsch: digitale Signalprozessoren). The very compact circuit architecture of the multi-band high-frequency rectifier circuit can be easily adopted. In this case, the multiband high-frequency rectifier circuit can be designed, for example, for a dual band, for example 2.4/5.8 GHz, or a triple band, for example 2.4/3.5/5.8 GHz. Other variations are also possible. The multi-band high-frequency rectifier circuit can also explicitly use bands according to new standards, for example low, mid, or high band in 5G NR. It will be appreciated by those skilled in the art that the explanations set forth herein may be implemented using hardware circuitry, software means, or a combination thereof. The software means may be associated with programmed microprocessors or a general purpose computer, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and/or DSPs (Digital Signal Processors).
Beispielsweise kann die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung bzw. der WPT-Sende-/Empfanger teilweise als ein Computer, eine Logikschaltung, ein FPGA (Field Programmable Gate Array; zu Deutsch: im Feld programmierbare Logik-Gatter- Anordnung), ein Prozessor (beispielsweise umfassend einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller (pC) oder einen Vektorprozessor), ein Core (zu Deutsch: Kern, kann in dem Prozessor integriert sein beziehungsweise von dem Prozessor verwendet werden) und/oder eine CPU (Englisch: Central Processing Unit; zu Deutsch: zentrale Prozessoreinheit; wobei mehrere Prozessorkerne möglich sind) realisiert sein. For example, the multi-band high-frequency rectifier circuit or the WPT transceiver can be used in part as a computer, a logic circuit, an FPGA (Field Programmable Gate Array), a processor (e.g. comprising a microprocessor, a microcontroller (pC) or a vector processor), a core (in German: core, can be integrated in the processor or used by the processor) and/or a CPU (English: Central Processing Unit; in German: central processing unit). ; multiple processor cores are possible).
Die Anzeigevorrichtung soll hierin allerdings nicht auf das Vorgenannte beschränkt sein. However, the display device herein shall not be limited to the above.
Es ist dem Fachmann zu dem klar, dass auch dann, wenn die hierin beschriebenen Details in Bezug auf ein Verfahren beschrieben werden, diese Details auch in einer geeigneten Vorrichtung, einem Computerprozessor oder einem mit einem Prozessor verbundenen Speicher realisiert sein können, wobei der Speicher mit einem oder mehreren Programmen versehen ist, die das Verfahren durchführen, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden. Hierbei können Verfahren wie Swapping (zu Deutsch: Umlagerung) und Paging (zu Deutsch: Kachelverwaltung) verwendet werden. It will be appreciated by those skilled in the art that while the details herein are described in relation to a method, those details may also be embodied in any suitable device, computer processor, or memory associated with a processor, the memory having one or more programs which, when executed by the processor, perform the method. Methods such as swapping (in English: rearrangement) and paging (in English: tile management) can be used here.
Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch auf das Verfahren zum Herstellen desselben zutreffen. Genauso können die voranstehend in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung zutreffen. Selbiges gilt für den WPT-Sende-/Empfänger. Although some of the aspects described above have been described in relation to the multi-band high-frequency rectification circuit, these aspects can also apply to the method of manufacturing the same. Likewise, the aspects described above in relation to the method in accordance Way apply to the multi-band high-frequency rectifier circuit. The same applies to the WPT transceiver.
Sofern nicht anders definiert, haben alle vorliegend verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die Bedeutung, die dem allgemeinen Verständnis des Fachmannes auf dem für die vorliegende Offenbarung relevanten Fachgebiet entspricht; sie sind weder zu weit noch zu eng zu fassen. Werden vorliegend Fachbegriffe unzutreffend verwendet und bringen so den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung nicht zum Ausdruck, sind diese durch Fachbegriffe zu ersetzen, die dem Fachmann ein richtiges Verständnis vermitteln. Die vorliegend verwendeten allgemeinen Begriffe sind auf der Grundlage der im Lexikon befindlichen Definition oder dem Zusammenhang entsprechend auszulegen; hierbei ist eine zu enge Auslegung zu vermeiden. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the meaning commonly understood by those skilled in the art relevant to the present disclosure; they are neither too broad nor too narrow. If technical terms are used incorrectly here and thus do not express the technical idea of the present disclosure, they are to be replaced by technical terms that convey a correct understanding to the person skilled in the art. The general terms used herein are to be construed on the basis of the definition found in the dictionary or according to the context; in this context, an overly narrow interpretation should be avoided.
Heißt es vorliegend, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente "verbunden", damit "abgeschlossen" oder "geschaltet" ist, kann dies heißen, dass sie damit unmittelbar verbunden, abgeschlossen oder unmittelbar angeschlossen ist; hierbei ist aber anzumerken, dass eine weitere Komponente dazwischenliegen kann. Heißt es andererseits, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente "direkt verbunden", „direkt abgeschlossen“ oder "direkt geschaltet", ist darunter zu verstehen, dass dazwischen keine weiteren Komponenten vorhanden sind. When it is said herein that a component is "connected", "terminated" or "switched" to another component, this may mean that it is directly connected, terminated or directly connected thereto; it should be noted, however, that there may be another component in between. On the other hand, when a component is said to be "directly connected," "directly terminated," or "directly connected" to another component, it means that there are no other components in between.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. The invention is explained in more detail with further details on the basis of embodiments with reference to the accompanying schematic figures.
In diesen zeigen In these show
FIG. 1 eine schematische Darstellung einer Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung; und FIG. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einerFIG. 1 shows a schematic representation of a multiband high-frequency rectifier circuit; and FIG. 2 shows a schematic representation of a method for producing a
Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung. Multi-band high frequency rectifier circuit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausfuhrungsformen können untereinander ausgetauscht werden. The figures are only of a schematic nature and serve exclusively for understanding the invention. The same elements are provided with the same reference numbers. The features of the individual embodiments can be interchanged with one another.
Die vorgeschlagene Architektur einer Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung wird nachfolgend in Fig. 1 dargestellt. Hierzu wird ein Herstellungsverfahren dafür im Sinne der Fig. 2 beschrieben. The proposed architecture of a multi-band high-frequency rectifier circuit is shown in FIG. 1 below. For this purpose, a production method for this in the sense of FIG. 2 is described.
Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 basiert im Wesentlichen auf der Idee einer Gleichrichterschaltung mit induktiver Anpassung, die einen hohen Wirkungsgrad für ein einzelnes Betriebsfrequenzband erreicht. Statt der Induktivität wird in der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 ein gleichzeitig kontrolliertes Impedanznetzwerk verwendet, das mit dem nichtlinearen Gleichrichtelement 2 in Reihe geschaltet ist und dieses gegen Masse abschließt. Das gleichzeitig kontrollierte Impedanznetzwerk wirkt induktiv. Insbesondere kann das gleichzeitig kontrollierte Impedanznetzwerk eine gedruckte Leitung sein. Zumindest weist dieses gleichzeitig kontrollierte Impedanznetzwerk die Stichleitung 3 auf. Die Stichleitung 3 kann als gleichzeitig kontrolliertes Impedanznetzwerk aufgefasst werden, da die Stichleitung 3 zur gleichen Zeit eine Multibandanpassung realisiert. Hierbei können die Elemente 2 und 3 auch umgekehrt angeordnet sein. Zum Beispiel könnte auch die Stichleitung 3 vor dem nichtlinearen Gleichrichtelement 2 gegen Masse geschaltet sein. The multi-band high-frequency rectifier circuit 1 is essentially based on the idea of a rectifier circuit with inductive matching that achieves high efficiency for a single operating frequency band. Instead of the inductance, a simultaneously controlled impedance network is used in the multi-band high-frequency rectifier circuit 1, which is connected in series with the non-linear rectifying element 2 and terminates this to ground. The simultaneously controlled impedance network has an inductive effect. In particular, the simultaneously controlled impedance network can be a printed wire. At least this simultaneously controlled impedance network has the stub 3 . The stub line 3 can be understood as a simultaneously controlled impedance network, since the stub line 3 implements multi-band matching at the same time. Here, the elements 2 and 3 can also be reversed. For example, the stub 3 could also be connected to ground before the non-linear rectifying element 2 .
Die Stichleitung 3 kann eine konische Leitung sein, die ein oder mehrere Abschnitte aufweisen kann, je nach Anzahl der Betriebsfrequenzbänder. Ebenfalls kann die Stichleitung 3 eine lange Leitung, zum Beispiel in einem Bereich zwischen X./4 und X./8 lang. Außerdem kann die Stichleitung eine Leitung mit Stufenimpedanz sein. Die Leitungsbreite der Stichleitung 3 kann sich an einem normierten Impedanzsystem orientieren, zum Beispiel 50 Ohm - System. Hierbei kann die Stichleitung 3 im Mittel eine 50 Ohm Leitung sein. Zum Beispiel kann die Stichleitung 3 eine über die Länge ändernde Eingangsimpedanz aufweisen (zum Beispiel in Richtung Masse gesehen). The stub 3 may be a tapered line which may have one or more sections depending on the number of operating frequency bands. Likewise, the stub line 3 can be a long line, for example in a range between X./4 and X./8 long. Also, the stub may be a stepped impedance line. The line width of the stub line 3 can be based on a standardized impedance system, for example a 50 ohm system. In this case, the stub line 3 can be a 50 ohm line on average. For example, the stub 3 may have an input impedance that varies over length (e.g., viewed toward ground).
Direkt an den Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2, der dem Anschlussknoten der Stichleitung 3 gegenüberliegt, kann eine Hochfrequenzdrossel (RFC: englisch für Radio Frequency Choke) 4 angeschlossen sein, die eine Hochfrequenzunterdrückung an dem Ausgang der Schaltung (Gleichspannungsseite), insbesondere auf das Gleichspannungssignal Vout erbringt. Die Eingangshochfrequenzsignale RF tu können somit nicht auf die Gleichspannungsseite übertragen werden. Zu diesem Zweck kann zusätzlich oder alternativ ein Glättungskondensator CL verwendet werden. Der Glättungskondensator CL kann aber in Fig. 1 auch als Teil der Last RL, zumindest als Imaginärteil angesehen werden. A high-frequency choke (RFC: English for radio frequency choke) 4 can be connected directly to the connection node of the nonlinear rectifier element 2, which is opposite the connection node of the stub line 3 he brings. The input high-frequency signals RF tu can thus not be transmitted to the DC side. A smoothing capacitor CL can be used additionally or alternatively for this purpose. However, the smoothing capacitor CL in FIG. 1 can also be viewed as part of the load RL, at least as an imaginary part.
Je nach nichtlinearem Gleichrichtelement 2 kann ein Eingangsanpassungsnetzwerk 5 optional verwendet werden und dadurch eine weitere Gestaltungsfreiheit bieten. So kann direkt an den Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 ein Eingangsanpassungsnetzwerk 5 geschaltet sein. Depending on the non-linear rectifier element 2, an input matching network 5 can optionally be used and thereby offer further freedom of design. An input matching network 5 can thus be connected directly to the connection node of the non-linear rectifier element 2 .
Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 kann auch einen Gleichspannungs-Sperrkondensator Cm aufweisen. Der Gleichspannungs-Sperrkondensator Cin kann alternativ oder zusätzlich zur Eingangsanpassungsnetzwerk 5 vorgesehen sein. So kann das Eingangsanpassungsnetzwerk 5 zwischen dem Gleichspannungs-Sperrkondensator Cm und dem Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 geschaltet sein oder der Gleichspannungs-Sperrkondensator Cin kann direkt mit dem Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 verbunden sein. Der Gleichspannungs-Sperrkondensator Cm ist dafür vorgesehen, eine Gleichspannungsübertragung von der Gleichspannungsseite auf die Hochfrequenzseite der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 zu unterdrücken. Alternativ, kann der Gleichspannungs-Sperrkondensator Cm, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, auch weggelassen werden. Die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 kann ferner eine Antenne 6 zum Empfangen der Hochfrequenzsignale haben. Die Antenne 6 kann an die Multibänder impedanzangepasst sein oder mehrere an die einzelnen Betriebsfrequenzbänder impedanzangepasste Antennen 6 aufweisen. The multi-band high-frequency rectification circuit 1 may also include a DC blocking capacitor Cm. The DC voltage blocking capacitor Ci n can be provided as an alternative or in addition to the input matching network 5 . Thus, the input matching network 5 can be connected between the DC blocking capacitor Cm and the connection node of the non-linear rectifying element 2 or the DC blocking capacitor Ci n can be directly connected to the connection node of the non-linear rectifying element 2 . The DC blocking capacitor Cm is provided to suppress DC transmission from the DC side to the high-frequency side of the multi-band high-frequency rectifying circuit 1 . Alternatively, the DC blocking capacitor Cm as shown in Fig. 1 can also be omitted. The multi-band high-frequency rectifying circuit 1 may further have an antenna 6 for receiving the high-frequency signals. The antenna 6 can be impedance-matched to the multi-bands or have several antennas 6 impedance-matched to the individual operating frequency bands.
So wie in Fig. 1 gezeigt kann die Antenne 6 zumindest kann dem Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 vorgeschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Antenne 6 dem Gleichspannungs-Sperrkondensator Cin vorgeschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Antenne 6 dem Eingangsanpassungsnetzwerk 5 vorgeschaltet sein. Der Gleichspannungs-Sperrkondensator Cin kann zumindest dem Eingangsanpassungsnetzwerk 5 und/oder dem Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 vorgeschaltet sein. Das Eingangsanpassungsnetzwerk 5 kann dem Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 vorgeschaltet sein. As shown in FIG. 1, the antenna 6 can at least be connected upstream of the connection node of the non-linear rectifier element 2. Alternatively or additionally, the antenna 6 can be connected upstream of the direct voltage blocking capacitor Ci n . Alternatively or additionally, the antenna 6 can be connected upstream of the input matching network 5 . The DC voltage blocking capacitor Ci n can be connected upstream of at least the input matching network 5 and/or the connection node of the non-linear rectifier element 2 . The input matching network 5 can be connected upstream of the connection node of the non-linear rectifier element 2 .
Zwischen dem Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 und Masse befindet sich das nichtlineare Gleichrichtelement 2 und die Stichleitung 3 in Reihenschaltung . The nonlinear rectifying element 2 and the stub 3 are connected in series between the connection node of the nonlinear rectifying element 2 and ground.
Der Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 kann der Hochfrequenzdrossel RFC 4 und/oder dem Glättungskondensator CL und/oder der Last RL vorgeschaltet sein. Die Hochfrequenzdrossel RFC 4 kann dem Glättungskondensator CL und/oder der Last RL vorgeschaltet sein. Wie oben beschrieben kann der Glättungskondensator CL auch als Teil der Last RL aufgefasst werden. Ebenfalls kann der Glättungskondensator CL der Hochfrequenzdrossel RFC 4 und/oder der Last RL vorgeschaltet sein. In diesem Fall kann die Last CL auch einen separaten Imaginärteil aufweisen. Die Schaltung ist nicht darauf beschränkt, dass an den Anschlussknoten des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 eine Hochfrequenzdrossel RFC 4 geschaltet sein muss. The connection node of the non-linear rectifier element 2 can be connected upstream of the high-frequency choke RFC 4 and/or the smoothing capacitor CL and/or the load RL. The high-frequency choke RFC 4 can be connected upstream of the smoothing capacitor CL and/or the load RL. As described above, the smoothing capacitor CL can also be considered part of the load RL. The smoothing capacitor CL can also be connected upstream of the high-frequency choke RFC 4 and/or the load RL. In this case, the load CL can also have a separate imaginary part. The circuit is not restricted to the fact that a high-frequency choke RFC 4 must be connected to the connection node of the non-linear rectifier element 2 .
Der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 kann wie in Fig. 2 veranschaulicht hergestellt werden. Die Schritte sind dabei nicht chronologisch an den dargestellten Ablauf gebunden. Zuerst wird ein Leiterplatensubstrat bereitgestellt S 1. Dann wird an dem Substrat ein nichtlineares Gleichrichtelements bereitgestellt S2. Das nichtlineare Gleichrichtelement ist für die Grundfunktion der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 zuständig, nämlich die Hochfrequenzsignale RFin gemäß mehrerer beabstandeter Betriebsfrequenzbänder in ein Gleichspannungssignal Vout umzuwandeln (vgl. Fig. 1 oben). Ferner wird dann an dem Substrat eine Metallschicht bereitgestellt S3, zum Beispiel abgetragen. Diese Metallschicht kann, zum Beispiel mittels eines Ätzschritts oder Druckschritts, die Stichleitung 3 ausbilden. Bei dem Verfahren wird das eine Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 mit der Stichleitung 3 abgeschlossen S4, zum Beispiel mittels Stanzens oder Bohrens und nachfolgenden Metallabtragens, beispielsweise gemeinsam mit dem Abtragen der Metallschicht bei Schritt S3. Die Stichleitung 3 hat die Funktion, eine Eingangsimpedanz der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 an dem anderen Ende (der oben beschriebene Anschlussknoten) des nichtlinearen Gleichrichtelements 2 entsprechend den mehreren Betriebsfrequenzbändern anzupassen. The multi-band high-frequency rectification circuit 1 can be manufactured as illustrated in FIG. The steps are not tied chronologically to the process shown. First, a circuit board substrate is provided S1. Then, on the substrate, a non-linear rectifying element is provided S2. The non-linear rectification element is responsible for the basic function of the multi-band high-frequency rectification circuit 1, namely to convert the high-frequency signals RFin into a DC voltage signal Vout according to a plurality of spaced operating frequency bands (see Fig. 1 above). Furthermore, a metal layer is then provided S3 on the substrate, for example removed. This metal layer can form the stub 3, for example by means of an etching step or a printing step. In the method, one end of the non-linear rectifying element 2 is terminated with the stub line 3 S4, for example by means of stamping or drilling and subsequent metal removal, for example together with the removal of the metal layer in step S3. The stub 3 has a function of matching an input impedance of the multi-band high-frequency rectification circuit 1 at the other end (the connection node described above) of the non-linear rectification element 2 according to the plural operating frequency bands.
Mit der aus Fig. 1 und 2 bereitgestellten Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 kann ein kompaktes und kostengünstiges Design zum Energieernten und - recycling bereitgestellt werden. With the multi-band high-frequency rectifier circuit 1 provided from FIGS. 1 and 2, a compact and cost-effective design for energy harvesting and recycling can be provided.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Figuren dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig. At this point it should be pointed out that all the parts described above, viewed individually and in every combination, in particular the details shown in the figures, are claimed to be essential to the invention. Modifications of this are familiar to those skilled in the art.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
1 Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung 1 multi-band high-frequency rectifier circuit
2 Nichtlineares Gleichrichtelement 2 Nonlinear rectifying element
3 Stichleitung 3 spur line
4 Hochfrequenzdrossel (RFC) 4 Radio Frequency Choke (RFC)
5 Eingangsanpassungsnetzwerk 6 Antenne 5 input matching network 6 antenna
RFm Hochfrequenzsignal RFm radio frequency signal
Vout Gleichspannungssignal Vout DC signal
Cm Gleichspannungs-SperrkondensatorCm DC blocking capacitor
CL Glättungskondensator CL smoothing capacitor
RL Last RL load

Claims

Ansprüche Expectations
1. Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1), die ein nichtlineares Gleichrichtelement (2), das ausgebildet ist, Hochfrequenzsignale (RFin) gemäß mehrerer beabstandeter Betriebsfrequenzbänder in ein Gleichspannungssignal (Vout) umzuwandeln, und eine Stichleitung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements (2) mit der Stichleitung (3) abgeschlossen ist, die dazu ausgebildet ist, eine Eingangsimpedanz der Multiband- Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) an dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements (2) entsprechend den mehreren Betriebsfrequenzbändern anzupassen. A multi-band high-frequency rectifier circuit (1) comprising a non-linear rectifying element (2) configured to convert high-frequency signals (RFin) into a DC voltage signal (Vout) according to a plurality of spaced operating frequency bands, and a stub (3), characterized in that the one end of the non-linear rectifying element (2) is terminated with the stub (3) adapted to match an input impedance of the multi-band high-frequency rectifying circuit (1) at the other end of the non-linear rectifying element (2) according to the plurality of operating frequency bands.
2. Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge der Stichleitung (3) bezogen auf eine größte oder kleinste Trägerwellenlänge der mehreren Betriebsfrequenzbänder größer als 1/8 ist. 2. Multi-band high-frequency rectifier circuit (1) according to claim 1, characterized in that a length of the stub (3) is greater than 1/8 in relation to a largest or smallest carrier wavelength of the plurality of operating frequency bands.
3. Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der Stichleitung (3) über die Länge der Stichleitung (3) graduell ändert. 3. Multiband high-frequency rectifier circuit (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the width of the stub (3) changes gradually over the length of the stub (3).
4. Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stichleitung (3) eine verjüngte Leitung, eine Leitung mit einer Länge von kleiner als X/2 bezogen auf die größte Trägerwellenlänge der mehreren Betriebsfrequenzbänder und/oder eine Stufenimpedanzen aufweisende Leitung ist. Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtlineare Gleichrichtelement (2) und die Stichleitung (3) in Reihe angeordnet sind, und die Stichleitung (3) kurzgeschlossen ist. Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) eine Hochfrequenzdrossel (4) aufweist, dessen eines Ende mit dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements (2) verbunden ist, und dessen anderes Ende einen Ausgangsanschluss der Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) bildet. Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) ein Eingangsanpassungsnetzwerk (5) aufweist, das aus einer Mehrzahl von Stichleitungen besteht, und dazu ausgebildet ist, entsprechend den mehreren Betriebsfrequenzbändem eine Impedanzanpassung zwischen einer Antenne (6) und dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements (2) zu bewirken. 4. Multiband high-frequency rectifier circuit (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the stub (3) is a tapered line, a line with a length less than X/2 with respect to the largest carrier wavelength of the plurality of operating frequency bands and/or a line having stepped impedances. Multi-band high-frequency rectifier circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the non-linear rectifying element (2) and the stub (3) are arranged in series, and the stub (3) is short-circuited. Multi-band high-frequency rectifier circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-band high-frequency rectifier circuit (1) has a high-frequency choke (4), one end of which is connected to the other end of the non-linear rectifying element (2) and the other end of which is connected forms an output terminal of the multi-band high-frequency rectifier circuit (1). Multi-band high-frequency rectifier circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-band high-frequency rectifier circuit (1) has an input matching network (5) which consists of a plurality of stubs and is designed to have an impedance matching between an antenna (6) and the other end of the non-linear rectifying element (2).
8. Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) einen Gleichspannungs- Sperrkondensator (Cm) aufweist, der dem Eingangsanpassungsnetzwerk (5) vorgeschaltet ist. 8. Multiband high-frequency rectifier circuit (1) according to claim 7, characterized in that the multiband high-frequency rectifier circuit (1) has a DC blocking capacitor (Cm) which is connected upstream of the input matching network (5).
9. Drahtloser Energieübertragungs-, WPT, Sende-/Empfanger zum Energieernten, der eine Nutzschaltung und eine Versorgungsschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der WPT-Sende-/Empfanger eine Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, und ausgebildet ist, die über die Antenne (6) empfangenen Hochfrequenzsignale (RFin) in das Gleichspannungssignal (Vout) umzuwandeln und damit die Versorgungsschaltung zu speisen, die ausgebildet ist, die Nutzschaltung mit Energie zu versorgen. 9. Wireless energy transmission, WPT, transmitter/receiver for energy harvesting, which has a useful circuit and a supply circuit, characterized in that the WPT transmitter/receiver contains a multiband high-frequency rectifier circuit (1) according to one of the preceding claims, and formed is to convert the high-frequency signals (RFi n ) received via the antenna (6) into the DC voltage signal (Vout) and thus to feed the supply circuit, which is designed to supply the useful circuit with energy.
10. Verfahren zum Herstellen einer Multiband-Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1), umfassend: 10. A method for manufacturing a multi-band high-frequency rectifier circuit (1), comprising:
Bereitstellen (Sl) eines Substrats; Providing (Sl) a substrate;
Bereitstellen (S2), an dem Substrat, eines nichtlinearen Gleichrichtelements (2), das dazu ausgebildet ist, Hochfrequenzsignale (RFin) gemäß mehrerer beabstandeter Betriebsfrequenzbänder in ein Gleichspannungssignal (Vout) umzuwandeln; providing (S2), on the substrate, a nonlinear rectifying element (2) adapted to convert radio frequency signals (RFin) into a DC voltage signal (Vout) according to a plurality of spaced operating frequency bands;
Bereitstellen (S3), an dem Substrat, einer Metallschicht, um eine Stichleitung (3) auszubilden; gekennzeichnet durch providing (S3), on the substrate, a metal layer to form a stub (3); marked by
19 Abschließen (S4) des einen Endes des nichtlinearen Gleichrichtelements (2) mit der Stichleitung (3), die dazu ausgebildet ist, eine Eingangsimpedanz der Multiband- Hochfrequenzgleichrichterschaltung (1) an dem anderen Ende des nichtlinearen Gleichrichtelements (2) entsprechend den mehreren Betriebsfrequenzbändern an- zupassen. 19 Terminating (S4) one end of the non-linear rectifying element (2) with the stub (3) which is designed to apply an input impedance of the multi-band high-frequency rectifying circuit (1) to the other end of the non-linear rectifying element (2) according to the plurality of operating frequency bands. to fit.
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