[发明专利]一种宽动态输入功率范围的紧凑型整流天线

说明书

本发明涉及整流天线领域，是指一种宽动态输入功率范围的紧凑型整流天线，解决了现有技术中整流电路结构复杂、效率低的问题。本发明包括接收天线、整流电路和介质基板，所述介质基板下表面设置有金属地，接收天线和整流电路设置于介质基板的上表面，其特征在于：所述整流电路包括高功率整流二极管、低功率整流二极管；所述高功率整流二极管和低功率整流二极管可串联或并联连接整流电路；本发明小型化、结构简单，易于整流天线的集成；采用两个工作于不同功率的整流二极管分别完成高功率和低功率的整流工作，扩展了整流天线的工作功率；在主干路上设置的电感实现小型化和高效率整流工作。

技术领域

本发明涉及整流天线领域，特别是指一种宽动态输入功率范围的紧凑型整流天线。

背景技术

能量收集技术，即将周围的射频能量收集并转换为直流，为无线终端电子设备供能，是一项新兴的能量收集技术。随着通信技术的发展，世界各地的无线电发射器，包括移动电话基站、电视台发射基站等每时每刻都会发射出大量射频信号，成为了能量收集的丰富来源。作为无线能量收集系统的接收端——整流天线，用于将这些射频能量收集并转换为直流，为无线终端电子设备供能以替换电池，可提高现有电子系统和设备的能源使用效率。

然而，这些射频信号在空间各处的功率能量密度不同。在实际能量收集系统中，发射天线与接收天线之间的距离往往不是固定的，这样就造成整流天线接收到的功率随着距离的变化而变化。对于传统的整流天线，由于整流二极管的非线性特性，只能在某个功率处实现最大的整流转换效率(在固定的某处实现高效率工作)，不适用于移动电子设备。并且，在能量收集系统，由于空间中的能量密度难以预测，传统整流天线的这种劣势更为明显。

现有技术中为了收集空间中散布的各种功率密度的电磁波，通常采用阻抗压缩网络技术来减少由于输入功率变化而引起整流天线输入阻抗变化的敏感性。T.W.Barton,J.Gordonson,and D.J.Perreault,提出的Transmission line resistance compressionnetworks for microwave rectifiers,IEEE MTT-S International MicrowaveSymposium(IMS2014),Tampa,USA,2014.。基于四路压缩阻抗网络，所提出的整流电路由一分四功分器，每个功分器都连接一个整流电路。由于压缩阻抗网络，整流电路在功率发生变化时可以减少输入阻抗的变化，维持良好的阻抗匹配。此整流电路可以在宽功率20-30dBm下整流转换效率50％,实现高转换效率工作。但是，由于压缩阻抗网络，整流电路总是有几个支路，这样会增加整流天线的面积。

Vlad Marian,Christian Vollaire提出的“Potentials of an adaptiverectenna circuit,”IEEE Antenna and Wireless Propagation Letters,vol.10,pp.1393-1396,2011.包含一个普通接收天线和一个功率自适应的可重构整流电路。整流电路由适用于不同功率下的不同拓扑结构组成,即半波整流电路、倍压整流电路及桥式整流电路,。根据空间中不同功率的微波能量，通过切换一刀三掷开关的不同状态，使整流电路自动切换到最佳的整流拓扑结构，从而扩宽整流天线的工作功率。但是，由于整流电路存在几种拓扑结构，电路尺寸较大，且控制开关状态需要额外的偏置直流电路，不便于整流天线一体化的问题。

T.-C.Lee提出的“2.4-GHz high-efficiency adaptive power,”IEEETrans.Very Large Scale Integr.(VLSI)Syst.,vol.22,no.2,pp.434–438,Feb.2014.所提出的整流电路由两个差分型子整流器和一个控制电路组成。采用可重构结构，通过一个控制电路探测输入功率，并产生两种不同的信号来控制开关的通或断，使整流天线在不同的工作模式之间切换来扩宽工作功率。由于整流电路需要为开关提供偏置电路，不便于整流天线的集成，且由于引入的二极管会带来多余的损耗，造成整流电路的转换效率低。