本發(fā)明涉及無線能量傳輸領(lǐng)域，更具體地，涉及了一種寬頻雙支路結(jié)構(gòu)的射頻整流電路。

背景技術(shù)：

在無線傳感網(wǎng)和智能領(lǐng)域，能量采集是解決能量來源問題的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的能量采集系統(tǒng)多數(shù)基于太陽能和風(fēng)能等，該能量采集系統(tǒng)極大地受到地域和氣候條件所限制，只能在特定的地區(qū)才能得以應(yīng)用，約束了實(shí)際應(yīng)用場景，使得難以推廣。而射頻能量采集指收集周圍的電磁波并轉(zhuǎn)化為可用的電能，以發(fā)達(dá)的無線電信為基礎(chǔ)，微波能量有其可移動性、綠色免費(fèi)，且不受晝夜環(huán)境影響等優(yōu)勢。在密集的電信基站的城市里，各處充斥著微波能量，收集環(huán)境中被浪費(fèi)的微波能量并重新利用，以供各種低功耗設(shè)備工作。

但由于環(huán)境中電磁功率密度非常小，設(shè)計(jì)一種能工作在寬頻段、高效率的射頻整流電路是非常有挑戰(zhàn)性的。傳統(tǒng)的整流電路一般包含了阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、諧波抑制電路、二極管整流、直流負(fù)載等。整流電路的結(jié)構(gòu)較多，基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有二極管串聯(lián)型、并聯(lián)型、倍壓型、倍流型、橋式整流電路等，而實(shí)現(xiàn)整流電路多/寬頻特性和寬輸入功率動態(tài)范圍整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有單支路和多支路。在無線能量采集的應(yīng)用中，往往需要滿足輸入功率動態(tài)范圍廣、能量轉(zhuǎn)換效率高、負(fù)載電壓高的要求，現(xiàn)有的整流電路難以同時滿足上述要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決以上現(xiàn)有技術(shù)的難題，本發(fā)明結(jié)合多支路整流結(jié)構(gòu)、倍壓器結(jié)構(gòu)、寬頻段整流的特點(diǎn)，提出一種寬頻雙支路結(jié)構(gòu)的射頻整流電路，該整流電路有單頻段支路和雙頻段支路，對三個頻段的射頻能量進(jìn)行整流，實(shí)現(xiàn)對寬頻的射頻能量的收集，因此能夠達(dá)到提高能量利用率的效果。

為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：

一種寬頻雙支路結(jié)構(gòu)的射頻整流電路，包括輸入接頭，分路器，還包括單頻段支路和雙頻段支路；

其中所述單頻段支路包括單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第一倍壓整流支路和第一諧波抑制支路，其中單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端與分路器的輸出端連接，單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端與第一倍壓整流支路的輸入端連接，第一倍壓整流支路的輸出端與第一諧波抑制支路的輸入端連接；

所述雙頻段支路包括雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第二倍壓整流支路和第二諧波抑制支路，其中雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端與分路器的另一輸出端連接，雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端與第二倍壓整流支路的輸入端連接，第二倍壓整流支路的輸出端與第二諧波抑制支路的輸入端連接；

上述方案中，射頻整流電路通過輸入接頭與射頻源建立連接，輸入接頭與分路器的輸入端連接，單頻段支路對一個頻段的射頻能量進(jìn)行整流，雙頻段支路對兩個頻段的射頻能量進(jìn)行整流，分路器用于使輸入端的射頻能量分路至兩個輸出端。其中單頻段支路和雙頻段支路內(nèi)均分別設(shè)置有單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用于進(jìn)行阻抗匹配，將單頻段支路的輸入阻抗和雙頻段支路的輸入阻抗都匹配至50歐姆，從分路器的輸入端看，實(shí)現(xiàn)三頻段的阻抗匹配，三個相近的頻段能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻匹配效果。

所述單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括第一漸變傳輸線、第二漸變傳輸線、第一短路枝節(jié)、第三漸變傳輸線，其中第一漸變傳輸線的一端與分路器的輸出端連接，第一漸變傳輸線的另一端與第二漸變傳輸線的一端連接，第二漸變傳輸線的另一端及第三漸變傳輸線的一端與第一短路枝節(jié)的一端連接，第一短路枝節(jié)的另一端接地，第三漸變傳輸線的另一端與第一倍壓整流支路的輸入端連接。其中分路器的輸出端的微帶線寬度與第一漸變傳輸線連接處的微帶線寬度不相等。

所述雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括第四漸變傳輸線、第五漸變傳輸線、第二短路枝節(jié)、第六漸變傳輸線，其中第四漸變傳輸線的一端與分路器的另一輸出端連接，第四漸變傳輸線的另一端與第五漸變傳輸線的一端連接，第五漸變傳輸線的另一端及第六漸變傳輸線的一端與第二短路枝節(jié)的一端連接，第二短路枝節(jié)的另一端接地，第六漸變傳輸線的另一端與第二倍壓整流支路的輸入端連接。其中分路器的另一輸出端的微帶線寬度與第四漸變傳輸線連接處的微帶線寬度不相等。

優(yōu)選地，寬頻雙支路結(jié)構(gòu)的整流電路的另一種優(yōu)選方案，單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中，分路器的輸出端的微帶線寬度與漸變傳輸線連接處的微帶線寬度相等；雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中，分路器的另一輸出端的微帶線寬度與漸變傳輸線連接處的微帶線寬度相等。

所述第一倍壓整流支路包括電容c1、二極管d1、二極管d2，其中單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過電容c1與二極管d1的陽極連接，二極管d1的陰極與第一諧波抑制支路的輸入端連接，二極管d2的陰極與二極管d1的陽極連接，二極管d2的陽極接地。

所述第二倍壓整流支路包括電容c2、二極管d3、二極管d4，其中雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過電容c2與二極管d4的陰極連接，二極管d4的陽極與第二諧波抑制電路的輸入端連接，二極管d3的陽極與二極管d4的陰極連接，二極管d3的陰極接地。

上述方案中，射頻能量經(jīng)分路器，分別進(jìn)入兩個整流支路進(jìn)行整流，單頻段整流支路、雙頻段整流支路均采用二倍壓的整流結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)兩倍輸出電壓。單頻段整流支路對射頻能量進(jìn)行整流后產(chǎn)生正電壓，雙頻段整流支路對射頻能量進(jìn)行整流后產(chǎn)生負(fù)電壓，差分電壓輸出跨接在直流負(fù)載上。

所述第一諧波抑制支路包括短路電容cf1，短路電容cf1的一端與第一倍壓整流支路的輸出端連接，短路電容cf1的另一端接地，負(fù)載電阻的一端與短路電容cf1連接。

所述第二諧波抑制支路包括短路電容cf2，短路電容cf2的一端與第二倍壓整流支路的輸出端連接，短路電容cf2的另一端接地；負(fù)載電阻的另一端與短路電容cf2連接。

優(yōu)選地，所述輸入接頭為sma公母接頭。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、兩支路采用不同的匹配網(wǎng)絡(luò)，分別對單頻段和雙頻段實(shí)行匹配，實(shí)現(xiàn)寬頻匹配效果，提高射頻能量利用率；

2、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的傳輸線采用了漸變結(jié)構(gòu)，代替突變結(jié)構(gòu)傳輸線，拓展整流帶寬；

3、支路采用二倍壓的整流結(jié)構(gòu)，提高直流負(fù)載輸出電壓；

4、采用并聯(lián)短路電容抑制諧波，縮小電路尺寸，提高集成度。

附圖說明

圖1為整流電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的整流電路的等效示意圖。

圖3為整流電路的另一種優(yōu)選方案的結(jié)構(gòu)電路圖。

圖4為圖3的整流電路的等效示意圖。

圖5為圖1的整流電路的s11參數(shù)的曲線圖。

圖6為圖1的整流電路的整流效率與輸入功率的曲線圖。

圖7為圖1的整流電路的整流效率與頻率的曲線圖。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。

實(shí)施例1

寬頻雙支路結(jié)構(gòu)的射頻整流電路的結(jié)構(gòu)及其原理如圖1、2所示，由特性阻抗為50歐姆的微帶線作為信號輸入端，經(jīng)分路器至單頻段支路和雙頻段支路，所述兩條支路都包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、倍壓整流支路和諧波抑制支路。由于兩個支路的匹配網(wǎng)絡(luò)工作于不同的頻段，因此射頻能量經(jīng)過輸入端后，經(jīng)分路器射頻能量分路，單頻段支路對特定單個頻段進(jìn)行整流，雙頻段支路對特定兩個單頻段進(jìn)行整流。經(jīng)過倍壓整流后需要進(jìn)行諧波抑制，以濾除輸出電壓中高次諧波成分。一個支路的倍壓整流采用二倍壓結(jié)構(gòu)，直流負(fù)載產(chǎn)生兩倍輸出電壓。

如圖1、2所示，寬頻雙支路結(jié)構(gòu)的射頻整流電路，包括分路器1、單頻段支路、雙頻段支路和直流負(fù)載電阻8，所述單頻段支路包括單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2、第一倍壓整流支路4和第一諧波抑制支路6，所述雙頻段支路包括雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3、第二倍壓整流支路5和第二諧波抑制支路7。其中輸入接頭的輸出端與分路器1的輸入端連接，分路器1的輸出端分別與單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2和雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3的輸入端連接，單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2的輸出端與第一倍壓整流支路4的輸入端連接，第一倍壓整流支路4的輸出端與第一諧波抑制支路6的輸入端連接；雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3的輸出端與第二倍壓整流支路5的輸入端連接，第二倍壓整流支路5的輸出端與第二諧波抑制支路7的輸入端連接；單頻段支路的第一諧波抑制支路6的輸出端與雙頻段支路的第二諧波抑制支路7的輸出端之間跨接直流負(fù)載電阻8。

在具體的實(shí)施過程中，如圖1所示，所述單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2包括第一漸變傳輸線21，第二漸變傳輸線22，第一短路枝節(jié)23和第三漸變傳輸線24；雙頻段阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3包括第四漸變傳輸線31，第五漸變傳輸線32，第二短路枝節(jié)33和第六漸變傳輸線34。其中分路器1的輸出端的微帶線寬度與第一漸變傳輸線21連接處的微帶線寬度不相等，分路器1的另一輸出端的微帶線寬度與第四漸變傳輸線31連接處的微帶線寬度不相等。所述單頻段的第一諧波抑制支路6包括短路電容cf1，短路電容cf1的一端與第一倍壓整流支路4的輸出端連接，短路電容cf1的另一端接地，負(fù)載電阻8的一端與短路電容cf1的一端連接。所述雙頻段的第二諧波抑制支路7包括短路電容cf2，短路電容cf2的一端與第二倍壓整流支路5的輸出端連接，短路電容cf2的另一端接地；負(fù)載電阻8的另一端與短路電容cf2的一端連接。

在具體的實(shí)施過程中，如圖2所示，所述單頻段的第一倍壓整流支路4包括電容c1、二極管d1、二極管d2，其中單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2的輸出端通過電容c1與二極管d1的陽極連接，二極管d1的陰極與第一諧波抑制支路6的輸入端連接，二極管d2的陰極與二極管d1的陽極連接，二極管d2的陽極接地。所述雙頻段的第二倍壓整流支路5包括電容c2、二極管d3、二極管d4，其中雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3的輸出端通過電容c2與二極管d4的陰極連接，二極管d4的陽極與第二諧波抑制電路7的輸入端連接，二極管d3的陽極與二極管d4的陰極連接，二極管d3的陰極接地。

在本實(shí)施例中，上述射頻整流電路的單頻段支路的工作頻率為2.15ghz頻段，雙頻段支路的工作頻率為1.85ghz頻段和2.45ghz頻段。其中，1.85ghz頻段為目前通用的gsm1800頻段，2.15ghz頻段為cdma2000頻段，2.45ghz頻段為常用的wifi頻段。對上述射頻整流電路的s11參數(shù)進(jìn)行了測試，具體測試的結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，整流電路在1.85ghz、2.2ghz和2.5ghz的回波損耗（s11）都達(dá)到局部最小，由于三個工作頻段接近，且每個頻段的工作帶寬較寬，因而形成由三個頻段組成的寬頻效果，整流電路的能量輸入實(shí)現(xiàn)最大化。對上述射頻整流電路的整流效率進(jìn)行了測試，具體測試的結(jié)果如圖6、7所示。由圖6可知，整流電路在1.86ghz的整流效率達(dá)62%，在2.26ghz的整流效率達(dá)56%，在2.43ghz的整流效率達(dá)50%。由圖7可知，整流電路的工作頻率從1.8ghz至2.55ghz的整流效率均超過30%。

實(shí)施例2

另一種優(yōu)選方案的寬頻雙支路結(jié)構(gòu)的射頻整流電路的結(jié)構(gòu)及其原理如圖3、4所示，由特性阻抗為50歐姆的微帶線作為信號輸入端，經(jīng)分路器至單頻段支路和雙頻段支路，所述兩條支路都包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、倍壓整流支路和諧波抑制支路。由于兩個支路的匹配網(wǎng)絡(luò)工作于不同的頻段，因此射頻能量經(jīng)過輸入端后，經(jīng)分路器射頻能量分路，單頻段支路對特定單個頻段進(jìn)行整流，雙頻段支路對特定兩個單頻段進(jìn)行整流。經(jīng)過倍壓整流后需要進(jìn)行諧波抑制，以濾除輸出電壓中高次諧波成分。一個支路的倍壓整流采用二倍壓結(jié)構(gòu)，直流負(fù)載產(chǎn)生兩倍輸出電壓。

如圖3、4所示，另一種優(yōu)選方案的寬頻雙支路結(jié)構(gòu)的射頻整流電路，包括分路器1、單頻段支路、雙頻段支路和直流負(fù)載電阻8，所述單頻段支路包括單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2、第一倍壓整流支路4和第一諧波抑制支路6，所述雙頻段支路包括雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3、第二倍壓整流支路5和第二諧波抑制支路7。其中輸入接頭的輸出端與分路器1的輸入端連接，分路器1的輸出端分別與單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2和雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3的輸入端連接，單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2的輸出端與第一倍壓整流支路4的輸入端連接，第一倍壓整流支路4的輸出端與第一諧波抑制支路6的輸入端連接；雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3的輸出端與第二倍壓整流支路5的輸入端連接，第二倍壓整流支路5的輸出端與第二諧波抑制支路7的輸入端連接；單頻段支路的第一諧波抑制支路6的輸出端與雙頻段支路的第二諧波抑制支路7的輸出端之間跨接直流負(fù)載電阻8。

在具體的實(shí)施過程中，如圖3所示，所述單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2包括第一漸變傳輸線21，第二漸變傳輸線22，第三漸變傳輸線23，第一短路枝節(jié)24和第四漸變傳輸線25；雙頻段阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3包括第五漸變傳輸線31，第六漸變傳輸線32，第七漸變傳輸線33，第二短路枝節(jié)34和第八漸變傳輸線35。其中分路器1的輸出端的微帶線寬度與第一漸變傳輸線21連接處的微帶線寬度相等，分路器1的另一輸出端的微帶線寬度與第五漸變傳輸線31連接處的微帶線寬度相等。所述單頻段的第一諧波抑制支路6包括短路電容cf1，短路電容cf1的一端與第一倍壓整流支路4的輸出端連接，短路電容cf1的另一端接地，負(fù)載電阻8的一端與短路電容cf1的一端連接。所述雙頻段的第二諧波抑制支路7包括短路電容cf2，短路電容cf2的一端與第二倍壓整流支路5的輸出端連接，短路電容cf2的另一端接地；負(fù)載電阻8的另一端與短路電容cf2的一端連接。

在具體的實(shí)施過程中，如圖4所示，所述單頻段的第一倍壓整流支路4包括電容c1、二極管d1、二極管d2，其中單頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)2的輸出端通過電容c1與二極管d1的陽極連接，二極管d1的陰極與第一諧波抑制支路6的輸入端連接，二極管d2的陰極與二極管d1的陽極連接，二極管d2的陽極接地。所述雙頻段的第二倍壓整流支路5包括電容c2、二極管d3、二極管d4，其中雙頻阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)3的輸出端通過電容c2與二極管d4的陰極連接，二極管d4的陽極與第二諧波抑制電路7的輸入端連接，二極管d3的陽極與二極管d4的陰極連接，二極管d3的陰極接地。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。