3.3整流电路设计
整流二极管是整流电路中的关键部分,主要影响整流效率。对几种主要的整流二极管的历史和发展现状作了详细的阐述,并指出技术最为成熟的肖特基二极管在目前以及今后的几十年里将在电磁能量收集中扮演重要的角色。
与此同时,隧道二极管、金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)二极管、自旋二极管等技术虽然尚不成熟,但在整流性能或成本等方面都比较有竞争力。
对整流电路拓扑的研究主要针对倍压整流电路。分析整流电路阶数对电压增益和整流效率的影响。在不同的入射功率等级下,整流电路的最优阶数也不同。据此设计了两个不同阶数的整流电路,根据入射的电磁功率等级做切换,使系统在-20~20dBm的功率范围内可以有效收集。
通过在倍压整流电路前加入LC谐振电路(图9),提高整流电路输入侧的射频信号的幅值,在只用了两阶电压倍增电路的情况下,实现了23倍的电压增益。提出利用石英晶振代替图9中的电感L,可以实现高质量因数,在保证电压增益的条件下减小损耗。
利用源牵引的方法,通过优化设计多枝节匹配网络,在2.1GHz和2.45GHz实现了双频整流。提出了一个级联式的整流电路,如图10所示。通过调节电感L2,L3和L4实现了可同时工作在940MHz,1.95GHz和2.44GHz三个频段的整流电路。利用源牵引(sourcepull)的仿真方法,设计了一个三阶传输线低通匹配网络,在输入功率为25mW,频率范围0.78~1.43GHz内,效率超过了50%。
图9带谐振电路的射频整流电路
图10三个频段的整流电路图