一种毫米波整流器

本发明属于整流器，特别涉及一种毫米波整流器。

背景技术：

1、在过去的几十年中，许多研究人员已经研究了通过将不同类型的能量转换为电能来获取能量；近年来，随着无线工业的快速发展，研究人员对从环境电磁场中获取能量的研究兴趣激增；由于蜂窝移动网络、支持wifi的应用以及电视娱乐的增长，环境电磁场的功率密度正在急剧增加，使得射频供电应用成为可能；同时，无论天气和环境条件的变化如何，环境电池长的功率密度基本保持稳定；因此，射频能量采集系统在大多数情况下都能够很好的工作运行。

2、随着5g技术的大规模部署，毫米波基站和移动设备大量出现，导致环境中毫米波的射频能量日益增高；而毫米波的射频能量除了在设备间进行通信意外，还有大量的能量逸散在环境中，导致大量能量的浪费；因此，为了将逸散在环境的视频能量充分利用，有必要对毫米波整流器进行研究；但由于毫米波频段较高，设计较复杂，是的毫米波整流器的研究存在许多难点。

3、例如：中国专利申请“一种适用于微波毫米波无线能量传输应用的开关晶体管整流器”(申请号为：cn201910267307.0)公开的利用晶体管的开关特性，晶体管栅极和漏极分别输入同频不同相的信号，实现整流功能；并且通过调节栅极和漏极信号间的相位差，以提高整流器的能量转换效率；但是上述整流器只能对单一频段的能量进行能量转换，并且没有优化不同输入功率下能量转换效率，导致其可收集能量少、无法应对变化的环境射频功率，难以实现毫米波能量的大量收集。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种毫米波整流器，以解决现有的整流器只能对单一频段的能量进行能量转换，并且没有优化不同输入功率下能量转换效率，导致其可收集能量少、无法应对变化的环境射频功率，难以实现毫米波能量的大量收集的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种毫米波整流器，包括整流电路；所述整流电路包括输入匹配网络、储能电容、串联二极管、并联整流网络、谐波抑制网络及负载；

4、所述输入匹配网络的第一端为预留接口，所述输入匹配网络的第二端与所述储能电容的第一端相连；所述储能电容的第二端与所述串联二极管的阳极及并联整流网络的第一端均相连，所述并联整流网络的第二端接地；所述谐波抑制网络连接在所述串联二极管的阴极与负载之间；

5、其中，所述输入匹配网络与所述并联整流网络，用于共同调节输入阻抗；所述谐波抑制网络，用于对串联二极管正常工作产生的基频及二次谐波进行抑制，并平滑输出端波形；所述储能电容、所述串联二极管及所述并联整流网络共同构成二倍压整流电路拓扑结构。

6、进一步的，所述输入匹配网络包括第一渐变微带线、第一矩形微带线及第一开路扇形微带线；

7、所述第一渐变微带线的第一端为预留接口，所述第一渐变微带线的第二端与所述第一矩形微带线的第一端及所述第一开路扇形微带线均相连，所述第一矩形微带线的第二端与所述储能电容的第一端相连。

8、进一步的，所述储能电容采用高频电容。

9、进一步的，所述并联整流网络包括第二矩形微带线、并联二极管及第三矩形微带线；

10、所述第二矩形微带线的第一端与所述储能电容的第二端相连，所述第二矩形微带线的第二端与所述并联二极管的阳极相连，所述并联二极管的阴极与所述第三矩形微带线的第一端相连，所述第三矩形微带线的第二端接地；其中，所述第二矩形微带线的阻抗与所述第三矩形微带线的阻抗不同。

11、进一步的，所述并联二极管采用肖特基二极管。

12、进一步的，所述谐波抑制网络包括第二渐变微带线、第二开路扇形微带线、第三开路扇形微带线、第三渐变微带线、第四开路扇形微带线及第五开路扇形微带线；

13、所述第二渐变微带线的第一端与所述串联二极管的阴极相连，所述第二渐变微带线的第二端与所述第二开路扇形微带线、第三开路扇形微带线及所述第三渐变微带线的第一端均相连；所述第三渐变微带线的第二端与所述第四开路扇形微带线、所述第五开路扇形微带线及所述负载均相连。

14、进一步的，所述串联二极管采用肖特基二极管。

15、进一步的，所述输入匹配网络的预留接口串联ac交流源后接地。

16、进一步的，还包括介质基板；所述介质基板的一侧表面设置有金属层，所述整流电路设置在所述介质基板的另一侧表面；所述介质基板上开设有若干金属化通孔，所述整流电路的接地端通过若干所述金属化通孔与所述金属层相连。

17、进一步的，所述介质基板采用罗杰斯5880介质基板。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、本发明提供了一种毫米波整流器，通过设置输入匹配网络和并联整流网络，利用输入匹配网络和并联整流网络共同调节输入阻抗，实现整流电路在宽带以及宽输入功率动态范围下的阻抗匹配，以确保在工作频段内且不同的输入阻抗下的最大功率传输；利用谐波抑制网络对串联二极管正常工作产生的基频及二次谐波进行抑制，并平滑输出端波形，进而将电磁能量回流至整个整流电路中，有效减少输出端的能量浪费，大大提升整流器整体的射频-直流转换效率，有效提升整流器对毫米波能量的收集能力；将储能电容、串联二极管及并联整流网络共同构成了二倍压整流电路拓扑结构，可以有效的处理全波能量信号，在整流过程中大大减少了损耗，进一步提升整流器的射频-直流转换效率。

20、进一步的，在输入匹配网络中设置第一渐变微带线，采用渐变传输线的形式，有利于平滑整流器的输入阻抗，以使在较宽工作频段以及宽输入功率动态下进行阻抗匹配，并保证最大功率传输；通过设置第一开路扇形微带线，采用扇形传输线的形式，其电流路径更加广阔，电流分布更加多样，进而在宽输入功率动态下维持电路输入阻抗，可以有效在宽输入功率动态下进行阻抗匹配，并保证不同输入功率下的最大功率传输。

21、进一步的，储能电容采用高频电容，确保电容容值准确，提升阻抗匹配电路的建模正确，进而有效提升整流器的射频-直流转换效率。

22、进一步的，在并联整流网络中，采用阻抗不同的两个矩形微带线构成平衡匹配网络，有利于调节并联二极管的阻抗，以在较宽工作频段以及宽输入功率动态下维持电路输入阻抗，可以有效在较宽工作频段以及宽输入功率动态下进行阻抗匹配，并保证最大功率传输。

23、进一步的，并联二极管和串联二极管均采用肖特基二极管，采用反向击穿电压较大的肖特基二极管，其拥有较低的电阻损耗以及较高的反向击穿电压，可以有效减少整流电路中二极管的开启损耗。

24、进一步的，在谐波抑制网络中，通过采用四个开路扇形的谐波抑制网络，可以有效的使直流分量通过，并可以有效的过滤二极管正常工作产生的基频以及二次谐波，大大提升整流器整体的射频-直流转换效率。

技术特征：

1.一种毫米波整流器，其特征在于，包括整流电路；所述整流电路包括输入匹配网络(1)、储能电容(2)、串联二极管(3)、并联整流网络(4)、谐波抑制网络(5)及负载(6)；

2.根据权利要求1所述的一种毫米波整流器，其特征在于，所述输入匹配网络(1)包括第一渐变微带线(11)、第一矩形微带线(12)及第一开路扇形微带线(13)；

3.根据权利要求1所述的一种毫米波整流器，其特征在于，所述储能电容(2)采用高频电容。

4.根据权利要求1所述的一种毫米波整流器，其特征在于，所述并联整流网络(4)包括第二矩形微带线(41)、并联二极管(42)及第三矩形微带线(43)；

5.根据权利要求4所述的一种毫米波整流器，其特征在于，所述并联二极管(42)采用肖特基二极管。

6.根据权利要求1所述的一种毫米波整流器，其特征在于，所述谐波抑制网络(5)包括第二渐变微带线(51)、第二开路扇形微带线(52)、第三开路扇形微带线(53)、第三渐变微带线(54)、第四开路扇形微带线(55)及第五开路扇形微带线(56)；

7.根据权利要求1所述的一种毫米波整流器，其特征在于，所述串联二极管(3)采用肖特基二极管。

8.根据权利要求1所述的一种毫米波整流器，其特征在于，所述输入匹配网络(1)的预留接口串联ac交流源后接地。

9.根据权利要求1所述的一种毫米波整流器，其特征在于，还包括介质基板；所述介质基板的一侧表面设置有金属层，所述整流电路设置在所述介质基板的另一侧表面；所述介质基板上开设有若干金属化通孔，所述整流电路的接地端通过若干所述金属化通孔与所述金属层相连。

10.根据权利要求9所述的一种毫米波整流器，其特征在于，所述介质基板采用罗杰斯5880介质基板。

技术总结
本发明公开了一种毫米波整流器，包括整流电路；整流电路包括输入匹配网络、储能电容、串联二极管、并联整流网络、谐波抑制网络及负载；输入匹配网络的第一端为预留接口，输入匹配网络的第二端与储能电容的第一端相连；储能电容的第二端与串联二极管的阳极及并联整流网络的第一端均相连，并联整流网络的第二端接地；谐波抑制网络连接在串联二极管的阴极与负载之间；输入匹配网络与并联整流网络用于共同调节输入阻抗；谐波抑制网络用于对串联二极管正常工作产生的基频及二次谐波进行抑制，并平滑输出端波形；储能电容、串联二极管及并联整流网络共同构成二倍压整流电路拓扑结构；本发明所述的毫米波整流器具有高效率、宽带、宽动态范围的特性。

技术研发人员：李建星,李子悦,余晓燕,吴思凡,陈娟
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15