一种覆盖宽输入功率范围的高效率整流电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高效率整流电路，特别涉及可应用于无线能量传输系统后端的覆盖宽输入功率范围的高效率整流电路。
【背景技术】
[0002]最近几年，使用电池供电的电子设备，例如无线传感器等发展神速，取得巨大的成功。但是，传统电池需要有线充电的特点使得它们在应用上受到限制。无限能量传输系统的出现使得这些移动电子设备更加有效，可靠和易用。
[0003]对于无限能量传输系统来说，整流器是其中重要的一环。它具备提高射频能量到直流能量的转换效率的特点。其中，整流器的实现形式有很多种类，如采用串联二极管构成整流电路的结构，利用并联二极管构成整流电路，桥式整流电路，还有的利用倍压整流二极管。在文南犬《V.Marian, C.Vollaire, J.Verdier, and B.Allard, “Potentials of anadaptive rectenna circuit,，，IEEE Antennas Wireless Propag.Lett., vol.10, pp.1393 - 1396，2011))中提到大部分整流器在获得最大的射频到直流的转换效率时，其输入功率范围比较窄。这表明在其他的输入功率下，转换效率会下降非常快。这样，由传输距离改变引起的输入功率的变化就会无线充电的应用受到一定程度的限制。它不仅仅降低了稳定性，同时也减缓了充电速度。所以，在文献《V.Marian, C.Vollaire, J.Verdier, andB.Allard, “Potentials of an adaptive rectenna circuit,，，IEEE Antennas WirelessPropag.Lett., vol.10, pp.1393 - 1396, 2011.》和《Cheng-Jyun Li and Ta1-ChengLee, “2.4_GHz High-Efficiency Adaptive Power Harvester,，，IEEE Trans.Very LargeScale Integr.(VLSI) Syst., vol.22，n0.2，pp.434 - 438，2014.》中均介绍了具有宽输入功率范围特点的自适应整流器来获取射频能量。但是其介绍的电路不仅加入开关元件还需要检测电路的辅助，这些都使得整体电路变的复杂。本实用新型提出一种覆盖宽输入功率范围的高效率整流电路。该整流电路由不均匀功率分配器和两个在不同的输入功率下获得高效率的子整流电路构成。所以，整个整流电路具有两个功率转换效率的峰值，进而拓展整个整流电路高效率的覆盖范围。不仅如此，在相同输入功率情况下，该整流电路具有和单个子整流电路几乎相同或者更高的效率的特点。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提出了一种覆盖宽输入功率范围的高效率整流电路。
[0005]本实用新型至少通过如下技术方案之一实现。
[0006]一种覆盖宽输入功率范围的高效率整流电路，包括上层微带结构、加载电容、加载二极管、加载电阻、中间介质基板和底层金属地板，上层微带结构附着在中间介质基板的上表面，中间介质基板下表面为底层金属地板。其特征在于:所述的上层微带由一个威尔金森功率分配器、第一子整流电路和第二子整流电路组成；威尔金森功率分配器功率比为一比二，为第一子整流电路和第二子整流电路提供不同的输入功率，第一子整流电路在较低输入功率，即输入功率为5毫瓦到15毫瓦时，达到最佳整流效率，而第二子整流电路在较高输入功率，即输入功率为18毫瓦到35毫瓦时，达到最佳整流效率；通过一个威尔金森功率分配器把第一子整流电路和第二子整流电路合并起来，整个整流电路具有两个功率转换效率的峰值，进而使整个整流电路在更宽的输入功率范围内获得高整流效率。
[0007]本实用新型的第一子整流电路和第二子整流电路分别在不同的输入功率情况下获得最佳整流效率，通过一个威尔金森功率分配器把第一子整流电路和第二子整流电路合并起来，按一比二的比例为第一子整流电路和第二子整流电路提供不同的输入功率，使整个整流电路具有两个整流效率的峰值，进而使整个整流电路在更宽的输入功率范围内获得高整流效率；不仅如此，在相同输入功率情况下，该整流电路具有和单个子整流电路几乎相同或者更高的效率的特点。
[0008]进一步优化实施地，所述上层结构包括一个功率分配器、第一子整流电路和第二子整流电路；其中威尔金森功率分配器从输入端口下端分为第一路径和第二路径，第一路径为第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线依次连接构成的微带线；第二路径为第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线、第十一微带线、第十二微带线依次连接构成的微带线，第四微带线上端和第十微带线上端跨接着第一电阻；第一子整流电路的主传输路径为第一电容、第十四微带线、第一二极管、第十五微带线、第二电阻、第十六微带线依次连接构成，第十四微带线的中间加载第十七微带线，第十八微带线的右端连在第十五微带线上端八分之一处，左端连接着第二电容，第二电容左端连接第十九微带线，第十五微带线的上方五分之二、五分之三、五分之四处依次加载第二十微带线、第二十一微带线第二十二微带线；第二子整流电路的主传输路径为第三电容、第二十四微带线、第一二极管、第二十五微带线、第三电阻、第二十六微带线依次连接构成，第二十四微带线的中间加载第二十七微带线，第二十八微带线的左端连在第二十五微带线上端八分之一处，右端连接着第三电容，第三电容右端连接第二十九微带线，第二十五微带线的上方五分之二、五分之三、五分之四处依次加载第三十微带线、第三十一微带线和第三十二微带线；威尔金森功率分配器中第十二微带线的下端通过第十三微带线与第一子整流电路上端的第一电容连接；威尔金森功率分配器中第六微带线的下端通过第二十三微带线与第二子整流电路上端的第三电容连接。
[0009]进一步优化实施地，第一子整流电路中第十七微带线为短路枝节线，其长度为小于电路工作频率对应波长的四分之一波长，等效为电感，与第一电容通过第十四微带线并联，形成电容电感型匹配网络，使第一子整流电路获得最大的输入功率，第十九微带线为短路枝节线，第十六微带线为短路枝节线；第二子整流电路中第三十七微带线为短路枝节线，其长度为小于电路工作频率对应波长的四分之一波长，等效为电感，与第三电容通过第二十四微带线并联，形成电容电感型匹配网络，第二十九微带线为短路枝节线，第二十六微带线为短路枝节线，使第二子整流电路获得最大的输入功率。
[0010]进一步优化实施地，第一子整流电路中的第十九微带线、第二电容、第十八微带线和第一二极管，在第一子整流电路输入功率范围内，起到将交流信号转换为直流信号的作用；第二子整流电路中的第二十八微带线、第四电容、第二十九微带线和第二二极管，在第二子整流电路输入功率范围内，起到将交流信号转换为直流信号的作用。
[0011]进一步优化实施地，第一子整流电路中第二十微带线长度为电路工作频率对应波长的四分之一波长，用于抑制基波频率的第二次谐波；第二十一微带长度为电路工作频率对应波长的八分之一波长，用于抑制基波频率的第三次谐波；第二十二微带长度为电路工作频率对应波长的十六分之一波长，用于抑制基波频率的第四次谐波；第二子整流电路中第三十微带线、第三十一微带、第三十二微带长度和功能与第一子整流电路中第二十微带线、第二十一微带线、第二十二微带线一致。
[0012]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果:
[0013](1)本实用新型通过一个威尔金森功率分配器把两个子整流电路合并起来，整个整流电路具有两个功率转换效率的峰值，进而使整个整流电路在更宽的输入功率范围内获得高整流