一种双频双支路结构的射频整流电路制造技术

本发明专利技术涉及一种双频双支路结构的射频整流电路，包括输入接头，还包括高频段支路和低频段支路；其中所述高频段支路包括高频阻抗匹配网络、高频倍压整流支路和高频谐波抑制支路，其中高频阻抗匹配网络的输入端与输入接头连接，高频阻抗匹配网络的输出端与高频倍压整流支路的输入端连接，高频倍压整流支路的输出端与高频谐波抑制支路的输入端连接；所述低频段支路包括低频阻抗匹配网络、低频倍压整流支路和低频谐波抑制支路，其中低频阻抗匹配网络的输入端与输入接头连接，低频阻抗匹配网络的输出端与低频倍压整流支路的输入端连接，低频倍压整流支路的输出端与低频谐波抑制支路的输入端连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线能量传输领域，更具体地，涉及一种双频双支路结构的射频整流电路。
技术介绍
无线电力传输(WPT)和空间太阳能发电系统(SSPS)提高了微波功率传输技术应用的要求，无线电力传输(WPT)的概念早在二十世纪初首先由特斯拉提出，此后无线电力传输(WPT)技术得到了快速地发展和广泛的应用。在无线传感网和智能领域，射频能量采集技术成为解决能量来源问题的关键；射频能量采集技术收集周围的电磁波并转化为可用的电能，用于供电子设备进行使用。因此射频能量采集技术提高了电子设备的可行性和灵活性。传统电子设备的主要问题一般是电池的寿命，在这一方面，射频能量采集技术可以减少对电池能量的消耗甚至避免对电池的依赖。由于周围环境中电磁资源丰富，充满射频能量，因而可从中获取大量可靠可用的射频（微波）能量，以供电子设备正常工作。但由于环境中电磁的功率密度非常小，因此需要设计一种能工作在多频段、高效率的射频整流电路。整流电路用于把射频交流信号能量转换成直流能量，以实现无线能量采集的目的。整流电路的结构较多，一般有单支路整流、多支路整流等，二极管整流的拓扑结构也较多，一般有单管结构、倍压器结构等。整流电路的工作模式较多，一般有单频段整流和多频段整流。在无线能量采集的应用中，往往需要满足输入功率低、能量转换效率高、负载电压高的要求，现有的整流电路难以同时满足上述要求。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有技术的难题，提供了一种双频双支路结构的射频整流电路，该整流电路设置有高频段支路和低频段支路，能够实现对高频段、低频段射频能量的收集，因此能够达到提高能量利用率的效果。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种双频双支路结构的射频整流电路，包括输入接头，还包括高频段支路和低频段支路；其中所述高频段支路包括高频阻抗匹配网络、高频倍压整流支路和高频谐波抑制支路，其中高频阻抗匹配网络的输入端与输入接头连接，高频阻抗匹配网络的输出端与高频倍压整流支路的输入端连接，高频倍压整流支路的输出端与高频谐波抑制支路的输入端连接；所述低频段支路包括低频阻抗匹配网络、低频倍压整流支路和低频谐波抑制支路，其中低频阻抗匹配网络的输入端与输入接头连接，低频阻抗匹配网络的输出端与低频倍压整流支路的输入端连接，低频倍压整流支路的输出端与低频谐波抑制支路的输入端连接。上述方案中，射频整流电路通过输入接头与射频源建立连接，高频段支路对高频段的射频能量进行整流，低频段支路对低频段的射频能量进行整流。其中高频段支路和低频段支路内均分别设置有高频阻抗匹配网络、低频阻抗匹配网络，高频阻抗匹配网络、低频阻抗匹配网络用于进行阻抗匹配，将高频段支路的输入阻抗和低频段支路的输入阻抗都匹配至100欧姆，两支路并联后输入阻抗为50欧姆。而高频段支路和低频段支路内的高频倍压整流支路和低频倍压整流支路采用倍压结构，由于上述两个支路分别工作在两个不同的频段，两支路末端的直流负载不能实现差分双倍输出电压的效果，输出电压仍为单个整流支路的输出电压，但相比于传统的单频段差分结构倍压整流电路，本专利技术实现输出同等大小电压的同时，能够对两个频段进行整流。优选地，所述高频阻抗匹配网络包括短路枝节和传输线，其中短路枝节的一端与输入接头连接，短路枝节的另一端接地；传输线的一端与输入接头连接，传输线的另一端与高频倍压整流支路的输入端连接。优选地，所述传输线采用U型结构，所述短路枝节采用直线型结构。优选地，所述低频阻抗匹配网络包括短路枝节和传输线，其中短路枝节的一端与输入接头连接，短路枝节的的另一端接地；传输线的一端与输入接头连接，传输线的另一端与低频倍压整流支路的输入端连接。优选地，所述短路枝节采用S型结构，所述传输线采用直线型结构。上述方案中，高频段支路和低频段支路的阻抗匹配网络都采用短路枝节匹配方式，由于两个匹配网络的工作频率不同，其短路枝节的宽度和长度各不同，从而实现两支路分别对不同频段进行整流。为了减少电路的尺寸，阻抗匹配网络中的传输线采用了U型结构、短路枝节采用S型结构来代替直线型传输线结构。优选地，所述高频倍压整流支路包括电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，其中高频阻抗匹配网络的输出端通过电容C1与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与高频谐波抑制支路的输入端连接；高频阻抗匹配网络的输出端通过电容C2与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与二极管D3的阳极连接，二极管D3的阴极与二极管D1的阳极连接；二极管D2的阴极通过电容C3接地；二极管D2的阳极与二极管D4的阴极连接，二极管D4的阳极接地。优选地，所述低频倍压整流支路包括电容C4、电容C5、电容C6、二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8，其中低频高频阻抗匹配网络的输出端通过电容C4与二极管D5的阴极连接，二极管D5的阳极与低频谐波抑制电路的输入端连接；低频高频阻抗匹配网络的输出端通过电容C5与二极管D6的阴极连接，二极管D6的阳极与二极管D7的阴极连接，二极管D7的阳极与二极管D5的阴极连接；二极管D7的阴极通过电容C6接地；二极管D8的阳极与二极管D6的阴极连接，二极管D8的阴极接地。上述方案中，高频倍压整流支路、低频倍压整流支路采用两级级联倍压的整流结构，能实现四倍输出电压。优选地，所述高频谐波抑制支路包括短路电容、第一扇形枝节和第二扇形枝节，短路电容的一端与高频倍压整流支路的输出端连接，短路电容的另一端接地；所述第一扇形枝节和第二扇形枝节与高频倍压整流支路的输出端连接。优选地，所述低频谐波抑制支路包括短路电容、第三扇形枝节和第四扇形枝节，短路电容的一端与低频倍压整流支路的输出端连接，短路电容的另一端接地；所述第三扇形枝节和第四扇形枝节与低频倍压整流支路的输出端连接。上述方案中，高频段支路和低频段支路的谐波抑制电路都采用并联短路电容和两个弧度为120度的扇形枝节进行谐波抑制。由于两支路工作在不同的频段，两个支路上的基频不能互相抵消，因而需要对射频能量的基频、二次和三次谐波进行抑制。上述并联短路电容用于抑制基频，两个扇形枝节分别用于抑制二次和三次谐波。优选地，所述输入接头为SMA公母接头。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、不同的支路采用不同的匹配网络，实现双频匹配效果，提高能量利用率；2、阻抗匹配网络中的传输线采用了U型结构、短路枝节采用S型结构来代替直线型传输线结构，缩小电路尺寸，提高集成度；3、支路采用两级级联倍压的整流结构，提高直流负载输出电压；4、采用并联短路电容抑制基频，缩小电路尺寸。附图说明图1为射频整流电路的原理图。图2为射频整流电路的结构示意图。图3为射频整流电路的等效电路图。图4为射频整流电路的S11参数曲线图。图5为射频整流电路的能量转换效率曲线图。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；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1双频双支路结构的射频整流电路的原理如图1所示，由特性阻抗为50欧姆的微带线作为信号输入端，并分成100欧姆的高频段支路和低频段支路。两个支路都包括短路枝节匹配网络、两级级联倍压整流支路和谐波抑制支路。由于两个支路的匹配网络工作于两个不同的频段，因此射频能量经过输入端后，高频段能量主要进入高频段支路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频双支路结构的射频整流电路，包括输入接头，其特征在于：还包括高频段支路和低频段支路；其中所述高频段支路包括高频阻抗匹配网络、高频倍压整流支路和高频谐波抑制支路，其中高频阻抗匹配网络的输入端与输入接头连接，高频阻抗匹配网络的输出端与高频倍压整流支路的输入端连接，高频倍压整流支路的输出端与高频谐波抑制支路的输入端连接；所述低频段支路包括低频阻抗匹配网络、低频倍压整流支路和低频谐波抑制支路，其中低频阻抗匹配网络的输入端与输入接头连接，低频阻抗匹配网络的输出端与低频倍压整流支路的输入端连接，低频倍压整流支路的输出端与低频谐波抑制支路的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种双频双支路结构的射频整流电路，包括输入接头，其特征在于：还包括高频段支路和低频段支路；其中所述高频段支路包括高频阻抗匹配网络、高频倍压整流支路和高频谐波抑制支路，其中高频阻抗匹配网络的输入端与输入接头连接，高频阻抗匹配网络的输出端与高频倍压整流支路的输入端连接，高频倍压整流支路的输出端与高频谐波抑制支路的输入端连接；所述低频段支路包括低频阻抗匹配网络、低频倍压整流支路和低频谐波抑制支路，其中低频阻抗匹配网络的输入端与输入接头连接，低频阻抗匹配网络的输出端与低频倍压整流支路的输入端连接，低频倍压整流支路的输出端与低频谐波抑制支路的输入端连接。2.根据权利要求1所述的双频双支路结构的射频整流电路，其特征在于：所述高频阻抗匹配网络包括短路枝节和传输线，其中短路枝节的一端与输入接头连接，短路枝节的另一端接地；传输线的一端与输入接头连接，传输线的另一端与高频倍压整流支路的输入端连接。3.根据权利要求2所述的双频双支路结构的射频整流电路，其特征在于：所述传输线采用U型结构，所述短路枝节采用直线型结构。4.根据权利要求1所述的双频双支路结构的射频整流电路，其特征在于：所述低频阻抗匹配网络包括短路枝节和传输线，其中短路枝节的一端与输入接头连接，短路枝节的的另一端接地；传输线的一端与输入接头连接，传输线的另一端与低频倍压整流支路的输入端连接。5.根据权利要求4所述的双频双支路结构的射频整流电路，其特征在于：所述短路枝节采用S型结构，所述传输线采用直线型结构。6.根据权利要求1所述的双频双支路结构的射频整流电路，其特征在于：所述高频倍压整流支路包括电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，其中高频阻抗匹配网络的输出端通...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，黎梓宏，曾淼旺，刘先泺，李宇，陈荣军，
申请(专利权)人：中山大学，广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44