[发明专利]一种基于非磁性非互易网络的大动态高效率微波整流方案

说明书

本发明针对传统的阻抗匹配技术，不能解决在大动态功率输入时阻抗失配造成的回波损耗、二次辐射及整流电路集成化、多功能应用扩展问题，公布了一种基于非磁性非互易网络的高效率整流电路方案。本发明的技术特征在于该非磁性非互易网络利用时域信号对输入信号在时间和空间上调制的方法，并设计相应的时空调制算法，打破时间反演对称性，使其具有单向传输、反向高隔离的特性，并首次提出应用于整流电路中。该整流电路方案由多端口非磁性非互易网络、多级整流电路及直流负载组成，整流电路将反射波回收进行多级整流，提升微波能量利用率和整流效率。该网络不受限于材料种类，易于实现集成化和轻量化，能够应用到微波能量传输系统中。

技术领域

本发明涉及微波能量传输技术领域，具体涉及一种基于非磁性非互易网络的高效率整流电路。

背景技术

微波能量传输技术是新能源技术领域的一个重要研究方向，通过自由空间实现微波能量由发射端到接收端的点对点的传输，突破了传统利用电缆传输能量的限制，开辟了新的能量传输方法，为未来新能源科技的应用带来无限的可能。其在工业、科技、军事领域的应用需求日益增多，具有广阔的应用前景和较高的学术研究价值，对经济社会发展起着巨大的促进作用。

传统的整流电路的阻抗匹配技术，不能解决在大动态功率输入时阻抗失配造成的回波损耗问题，且回波损耗是导致大量能量浪费而使整个微波输能系统效率降低的主要原因。同时，若反射波传输回接收端通过接收天线辐射出去，将产生严重的二次辐射问题。近年来，通过在电路结构中加载环形器等隔离器件，使微波能量单向传输，并对反射波进行二次整流，能够有效解决回波损耗问题，提高微波能量利用率和整流电路的整流效率。

Hao Zhang等人在2017IEEE MTT-S International Microwave Symposium(4-9June 2017) 上发表了题为“Differentially-fed charge pumping rectifier designwith an enhanced efficiency for ambient RF energy harvesting”的文章，在基本的整流电路结构上利用环形耦合器实现电路的差分馈电，抑制共模信号的影响，整流效率提升5％。Zhenzhen Jiang等人在IEEE Microwave and Wireless Components Letters(vol.30,no.7,pp.713-716,July.2020)上发表了题为“Symbol-Splitting-BasedSimultaneous Wireless Information and Power Transfer System for WPANApplications”的文章，利用环形耦合器实现携能通信系统中不同输出端口信号的隔离，分别实现电路的整流和通信数据恢复的功能。Gozel MA等人在Int J RF Microw ComputAided Eng(vol.29,no.1,pp.1-8,January.2019)上发表了题为“Design of anefficiency-enhanced Greinacher rectifier operating in the GSM 1800band byusing rat-race coupler for RF energy harvesting applications”的文章，利用环形耦合器实现电路的差分馈电，抑制共模信号，提升电路的整流效率。环形耦合器虽然可实现差分馈电，抑制共模信号，但相比于环行器，不能实现微波能量的单向传输、反向隔离。因此不能解决电路阻抗失配的回波损耗和二次辐射问题，整流效率提升效果有限。