[发明专利]一种对输入功率变化具有低敏感特性的双频整流电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波整流电路，具体涉及一种对输入功率变化具有低敏感特性的双频整流电路。

背景技术

近年来，无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)技术越来越受到人们的重视。该技术具有多种不同的应用场景，如远程充电、无电池系统、射频识别(RFID)等。依据传输距离划分，WPT技术可以分为短程、中程及远程无线能量传输。WPT系统包括发射和接收两个子系统，具体的工作过程是：在发射端，特定功率源先经过功率放大器进行放大，然后经过发射天线发射出去；在接收端，由接收天线将能量接收后送至整流电路，将RF能量转换成为可以使用的直流能量。

在WPT系统中，整流电路是一个至关重要的单元电路，其性能的优劣对于整个WPT系统的性能具有重要影响。射频-直流的转换效率是整流电路的一个重要指标，该指标受限于输入功率、频段、电路结构等多种因素。由于整流电路中整流二极管具有非线性特性，因此，电路的输入阻抗会随着输入功率变化而改变。因此，通常整流电路只能在某一特性的功率点处实现最佳匹配，当偏离最佳功率点后，整流电路会发生阻抗失配，效率降低。要在宽功率范围内实现良好的阻抗匹配是非常困难的。

为了解决上述问题，国内外的学者们提出了几种不同的方法。在文献《V.Marian,B.Allard,C.Vollaire,and J.Verdier,“Strategy for microwave energy harvesting from ambient field or a feeding source,”IEEE Trans.Power Electron.,vol.27,no.11,pp.4481-4491,Nov.2012.》中，研究人员通过设计三个具有不同输入功率范围的整流电路并将其并联，然后通过功率控制系统对这三个整流电路进行开、关切换，从而可以在较宽的功率范围内实现较高的转换效率。但是，这种方案需要加入控制电路，会引入额外的电路损耗、增加设计的复杂程度。在文献《T.W.Barton,J.Gordonson,and D.J.Perreault,“Transmission line resistance compression networks and applications to wireless power transfer,”IEEE J.Emerg.Sel.Topics Power Electron.,vol.3,no.1,pp.252-260,Mar.2015.》中，研究人员提出了采用传输线实现的单频阻抗压缩网络。该网络可以用来降低整流电路的输入阻抗随输入功率变化的敏感程度，减小整流电路输入阻抗随输入功率变化的波动范围，提升电路的匹配性能，从而可以在更宽的功率范围内实现较高的转换效率。然而，这种方案只可以单一频点实现阻抗压缩效果，在其他频点上无法同时取得阻抗压缩的效果，效率较低。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种对输入功率变化具有低敏感特性的双频整流电路。

本发明由一个双频阻抗匹配网络连接两个整流支路构成。当输入功率改变时，由于整流二极管的非线性特性，整流支路的输入阻抗会发生较大的变化，从而导致阻抗失配，整流效率降低。通过采用双频阻抗压缩，可以使整流支路的输入阻抗在一定功率范围内的波动范围减小，提升电路在不同输入功率下的阻抗匹配性能，在两个工作频点上、在较宽的功率范围内实现高效率。

本发明采用如下技术方案：

一种对输入功率变化具有低敏感特性的双频整流电路，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构印制在中间介质基板的上表面，所述底层金属地板印制在中间介质基板的下表面，所述上层微带结构由一个双频阻抗匹配网络I、双频阻抗压缩网络II、第一整流支路III及第二整流支路IV构成；

所述双频阻抗匹配网络I由第一微带线1和与第一微带线1垂直连接的第二微带线2和第三微带线3构成；

第二微带线2及第三微带线3的结构及尺寸完全相同，且加载在第一微带线1同一侧的两端；所述双频阻抗压缩网络II包括第一路径和第二路径，所述双频阻抗匹配网络I分别与第一路径及第二路径连接，所述第一路径由第四微带线4和与第四微带线4垂直连接的第五微带线5和第六微带线6构成，第二路径由第二十微带线20和与第二十微带线20垂直连接的第二十一微带线21和第二十二微带线22构成；所述第一整流支路III与双频阻抗压缩网络II的第一路径连接，第二整流支路IV与双频阻抗压缩网络的第二路径连接。