本發(fā)明涉及微波整流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有負(fù)載自適應(yīng)性的小信號寬帶倍壓整流器。

背景技術(shù)：

近年來，隨著各種無線通信技術(shù)的發(fā)展，周圍環(huán)境中存在著較為豐富的低功率電磁波。另一方面，在低功耗電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)的情況下，物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等受到了極大的關(guān)注。在許多應(yīng)用中，人們都希望通過微波整流來將射頻能量轉(zhuǎn)換成直流能。這些應(yīng)用包括能量回收，dc-dc轉(zhuǎn)換，無線功率傳輸?shù)?。而整流器的作用就是將電磁能轉(zhuǎn)換成直流能，它是微波整流系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的組件。

整流器的輸出端通常連接著變阻抗的負(fù)載，如dc-dc變換器、功率管理單元和超級電容器等，它們在不同的工作條件下，阻抗會發(fā)生變化，這就意味著整流器的輸入阻抗會發(fā)生相應(yīng)的改變，從而導(dǎo)致整流器輸入端匹配電路的失配，最終造成整流器的轉(zhuǎn)換效率降低，性能下降的結(jié)果。面對復(fù)雜的電磁環(huán)境，單頻或窄帶整流器已不再滿足現(xiàn)實的需求，而寬帶整流器能在較寬頻率范圍內(nèi)保證較好的性能，適應(yīng)性較強，但寬頻匹配電路的設(shè)計相對來講有一定的難度。因此，對具有負(fù)載適應(yīng)性的小信號寬帶倍壓整流器的研究設(shè)計具有十分現(xiàn)實的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述問題提供一種具有負(fù)載自適應(yīng)性的小信號寬帶倍壓整流器，本發(fā)明在一階倍壓整流器的基礎(chǔ)上，通過引入三段等長的開路和短路并聯(lián)枝節(jié)，以及引入三段阻抗變換串聯(lián)枝節(jié)和一個匹配電感，構(gòu)成輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上，進一步引入兩段寬度錐形枝節(jié)和一個中心對稱魚骨型枝節(jié)，構(gòu)成負(fù)載自適應(yīng)性調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，兩者共同作用下，可維持在寬頻寬負(fù)載范圍內(nèi)整流器的轉(zhuǎn)換效率基本穩(wěn)定。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有負(fù)載自適應(yīng)性的小信號寬帶倍壓整流器，由從下往上依次層疊的底層金屬地板、中間介質(zhì)基板及上層微帶結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其特征在于，所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括整流器輸入端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、負(fù)載自適應(yīng)性調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)及一階倍壓整流網(wǎng)絡(luò)；其中，

整流器輸入端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)由依次連接的微帶線輸入端(1)、第一開路短路枝節(jié)對(2、3)、第一阻抗變換枝節(jié)(4)、第二開路短路枝節(jié)對(5、6)、第二阻抗變換枝節(jié)(7)、第三開路短路枝節(jié)對(8、9)、第三阻抗變換枝節(jié)(10)與匹配電感(14)構(gòu)成；

負(fù)載自適應(yīng)性調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)由第一寬度錐形枝節(jié)(11)、第二寬度錐形枝節(jié)(13)與中心對稱魚骨型枝節(jié)(12)構(gòu)成，其中，第一寬度錐形枝節(jié)(11)與第二寬度錐形枝節(jié)(13)位于中心對稱魚骨型枝節(jié)(12)的中心位置且左右對稱；第三阻抗變換枝節(jié)(10)連接第一寬度錐形枝節(jié)(11)；

一階倍壓整流網(wǎng)絡(luò)由儲能隔直電容(16)、第一整流二極管(18)、第二整流二極管(19)、儲能濾波電容(21)與負(fù)載電阻(22)構(gòu)成，其中，儲能隔直電容(16)跨接在第一金屬焊盤(15)與第二金屬焊盤(17)之間，第一整流二極管(18)跨接在第二金屬焊盤(17)和金屬地(23)之間，第二整流二極管(19)跨接在第二金屬焊盤(17)和第三金屬焊盤(20)之間，儲能濾波電容(21)跨接在第三金屬焊盤(20)和金屬地(23)之間，負(fù)載電阻(22)跨接在第三金屬焊盤(20)和金屬地(23)之間；第一金屬焊盤(15)與第二寬度錐形枝節(jié)(13)之間跨接匹配電感(14)。

進一步的，所述第一開路短路枝節(jié)對由長度、寬度均相等的第一開路枝節(jié)(2)和第一短路枝節(jié)(3)構(gòu)成，所述第二開路短路枝節(jié)對由長度、寬度均相等的第二開路枝節(jié)(5)和第二短路枝節(jié)(6)構(gòu)成，所述第三開路短路枝節(jié)對由長度、寬度均相等的第三開路枝節(jié)(8)和第三短路枝節(jié)(9)構(gòu)成，其中，第一短路枝節(jié)(3)、第二短路枝節(jié)(6)及第三短路枝節(jié)(9)末端均通過金屬化接地孔連接到底層金屬地板。

進一步的，所述微帶線輸入端(1)、第一阻抗變換枝節(jié)(4)、第二阻抗變換枝節(jié)(7)及第三阻抗變換枝節(jié)(10)的寬度和長度由多級阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)理論確定。

進一步的，中心對稱魚骨型枝節(jié)(12)兩側(cè)的骨齒從中心依次向上下兩方向交叉排列，骨齒的長度依次遞增，骨齒的間距同樣依次遞增。

本發(fā)明中，匹配電感(14)選用的是適用于高頻的電感器，儲能隔直電容(16)和儲能濾波電容(21)選用的是適用于高頻的電容器，第一整流二極管(18)和第二整流二極管(19)選用的是正向?qū)妷狠^低的肖特基二極管，特別適用于小信號整流。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)多采用微帶傳輸線枝節(jié)，在微波頻段，相比于集總參數(shù)元件匹配網(wǎng)絡(luò)，傳輸線枝節(jié)網(wǎng)絡(luò)具有寄生效應(yīng)小，高頻損耗小的優(yōu)點。

輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)采用多級等長的開路短路并聯(lián)枝節(jié)，可使輸入阻抗的電抗部分盡可能的抵消，有利于寬頻匹配網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)。采用多段阻抗變換枝節(jié)，確保整流器輸入阻抗匹配到50歐姆。

本發(fā)明通過引入兩個寬度錐形枝節(jié)和一個中心對稱魚骨型枝節(jié)，從而構(gòu)成負(fù)載自適應(yīng)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，在與輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的共同作用下，確保在寬頻寬負(fù)載范圍內(nèi)整流器的轉(zhuǎn)換效率基本不變。

本發(fā)明通過引入兩個寬度錐形枝節(jié)和一個中心對稱魚骨型枝節(jié)，通過調(diào)整中心對稱魚骨型枝節(jié)各骨齒長度、間距的大小以及中間部分寬度的大小，可有效降低由于負(fù)載的變化而引起的整流效率的變化。

中心對稱魚骨型枝節(jié)上不同長度的骨齒，可等效為一系列的電容、電感，在工作頻率范圍內(nèi)很容易構(gòu)成一系列的lc諧振回路，所以在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，當(dāng)負(fù)載變化很大時，整流器的輸入阻抗變化很小，從而降低了整流器轉(zhuǎn)換效率變化的靈敏度。

本發(fā)明采用一階倍壓整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，損耗較小，同時提高了直流輸出電壓。

本發(fā)明選用正向?qū)妷狠^低的肖特基二極管，特別適用于小信號整流。選用適用于高頻的電感器和電容器，最大程度的減小了高頻損耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的上層微帶結(jié)構(gòu)圖

圖2為輸入功率為-5dbm，負(fù)載為6.5k時，本發(fā)明實例在不同頻率下的s11的仿真結(jié)果。

圖3為輸入功率為-5dbm時，本發(fā)明實例四個不同負(fù)載3.5k、6.5k、9.5k、12.5k條件下對應(yīng)不同頻率下的轉(zhuǎn)換效率。

圖4為輸入功率為-5dbm，負(fù)載為6.5k時，本發(fā)明實例在不同頻率下的直流輸出電壓。

具體實施方式

下面結(jié)合實施實例及附圖,對本發(fā)明作進一步地詳細(xì)說明,但本發(fā)明的實施方式不限于此。

本實施例提供一種具有負(fù)載自適應(yīng)性的小信號寬帶倍壓整流器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示；本實例中所用的中間介質(zhì)基板為rf4,其厚度為1mm，損耗角正切為0.02，微帶線厚度為35um。匹配電感(14)為7.5nh，儲能隔直電容(16)和儲能濾波電容(21)均為100nf,第一整流二極管(18)和第二整流二極管(19)型號均為sms7630，負(fù)載電阻(22)范圍為1k到17k。

圖2所示是輸入功率為-5dbm，負(fù)載為6.5k時，本發(fā)明實例在不同頻率下的s11的仿真結(jié)果，圖中縱坐標(biāo)數(shù)字表示反射系數(shù),單位為db。由圖可知，本發(fā)明提出的具有負(fù)載自適應(yīng)性的小信號寬帶倍壓整流器工作在1780mhz到2450mhz，絕對帶寬為670mhz。

圖3所示是輸入功率為-5dbm時，本發(fā)明實例四個不同負(fù)載3.5k、6.5k、9.5k、12.5k條件下對應(yīng)不同頻率下的轉(zhuǎn)換效率仿真結(jié)果。圖中縱坐標(biāo)數(shù)字表示整流器轉(zhuǎn)換效率。由圖可知，本發(fā)明在1780mhz到2450mhz頻帶內(nèi)，負(fù)載從3.5k到12.5k情況下，整流器的轉(zhuǎn)換效率變化并不十分明顯。該實例下的整流器基本實現(xiàn)了在寬負(fù)載范圍內(nèi)整流器的轉(zhuǎn)換效率相對穩(wěn)定。

圖4所示是輸入功率為-5dbm，負(fù)載我6.5k時，本發(fā)明實例不同頻率下的直流輸出電壓仿真結(jié)果。圖中縱坐標(biāo)數(shù)字表示整流器輸出直流電壓，單位為v。由圖可知，本發(fā)明在1780mhz到2450mhz頻帶內(nèi)，輸入功率為-5dbm時，輸出電壓基本均大于0.8v。該實例下的整流器基本實現(xiàn)了在小信號輸入情況下，輸出電壓較大的效果。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種具有負(fù)載自適應(yīng)性的小信號寬帶倍壓整流器，通過引入三段等長的開路和短路并聯(lián)枝節(jié)，以及引入三段阻抗變換串聯(lián)枝節(jié)和一個匹配電感，構(gòu)成輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上，進一步引入兩段寬度錐形枝節(jié)和一個中心對稱魚骨型枝節(jié)，可維持在寬頻寬負(fù)載范圍內(nèi)整流器的轉(zhuǎn)換效率基本穩(wěn)定。通過選用低導(dǎo)通電壓的肖特基整流二極管，以及在低輸入功率條件下進行優(yōu)化匹配，可滿足整流器在小信號輸入情況下，具有良好的轉(zhuǎn)換效率。通過使用一階倍壓整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可有效提高整流器輸出電壓。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，用于幫助技術(shù)人員理解本發(fā)明的原理，本發(fā)明的保護范圍不局限在這樣的特殊實例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明的其它各種變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。