[发明专利]一种评估射频整流电路综合性能的方法

说明书

本发明提供一种评估射频整流电路综合性能的方法，属于射频电路领域，该方法不仅能够准确计算二极管的转化效率，也能够评估设计的整流电路的匹配性能。根据工作状态对二极管的结电容和结电压进行建模，并计算得到二极管在不同输入功率和频率下的开启电压，这样能在较宽的功率和频率范围内准确计算二极管的转化效率。利用计算的二极管转化效率可以进一步计算二极管在不同频率下的非线性电阻和输入阻抗，从而准确地评估匹配效率(匹配损耗)。本发明提出的方法可以综合地分析射频整流电路的性能，另一方面，它还可以为设计一定阻抗带宽的射频整流电路提供指导。

技术领域

本发明属于射频电路领域，涉及一种评估射频整流电路综合性能的方法。

背景技术

远场射频能量传输技术作为能够收集和转化周围空间中射频能量的方法，相较于传统供电方式具有可持续与绿色无污染等显著优势。射频能量不受时间因素和环境因素的限制，可以由环境中的大量无线电发射装置提供，如手机、通讯基站、广播电视塔等无线通信设备。随着5G网络的逐渐部署与应用，日常生活中射频信号的应用将会更加频繁，因此，在低功耗电子设备供能方面，射频能量传输具备相当广阔的应用前景。

整流天线是射频能量传输系统的核心部分，利用整流天线可以将周围的射频能量转换为可用直流电能。二极管通常会被用于低功率射频整流应用(尤其是肖特基二极管)，并通过商业仿真软件高级设计系统(ADS)以评估二极管的效率和射频整流电路的匹配。然而，商业仿真工具不是封闭形式的解决方案，并且难以在基于微控制器的平台中实现。在这种情况下，需要一种准确的对频率和功率具有宽适应性的分析方法来评估射频整流电路的性能。

为了计算二极管的转换效率，已经提出了各种基于时域或频域的分析方法，但这些方法对频率和功率的宽适应性问题仍有待解决。另一方面，由于二极管的非线性电阻和电容受工作频率、功率和负载的影响，二极管阻抗难以确定，使得射频整流电路的匹配效率(匹配损耗)的计算仍未被解决。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，建立二极管的理论分析模型，以预测二极管在不同频率和功率下的整流性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种评估射频整流电路综合性能的方法，包括以下几个步骤：

第一步，建立二极管整流效率的分析模型。

二极管等效电路中包括串联电阻R_s、非线性结电容C_j和非线性结电阻R_j。二极管V_d两端的电压表达为：

V_d＝-V_L+V_incos(ω₀t) (1)

其中，V_in和V_L分别定义为输入射频信号的电压幅度和负载电阻R_L两端的直流电压；ω₀表示角频率；t表示时间。

在二极管开启状态下，R_j两端的电压V_j定义为V_on，可以表示为：

其中，V_j0和V_j1分别表示二极管处于开启期间时直流电压和基频电压的幅值；表示结电容引起的相位延迟。

非线性结电容C_j随输入功率变化，其可以根据操作状态建模为：

其中，M表示二极管的等级系数；V_bi表示二极管的内建电压；C_j0表示零偏置结电容；V_off表示二极管关闭状态下两端的电压。