现在，国内外对无线输能的研讨越来越多，无线能量传输必定会成为未来能量传输的方向，特别是在布线困难的环境里。井下传感器数量多、散布广泛，而且环境杂乱恶劣，传感器能量弥补困难。因而，研讨传感器无线充电含义严重。而作为无线充电的关键技术，整流电路的规划直接影响天线的整流功率。本文提出了作业频率为5.8 GHz的微带整流电路完成的规划计划，规划了一种尺度小、整流功率高、适用在传感器上的整流电路。再结合高频仿真软件HFSS和ADS对整流天线的完成计划进行研讨，经过实验对规划原理、过程的正确性进行了验证。
1 微波整流电路原理和规划
为满意用于无线传感器小尺度高功率整流电路的要求，本文选用可调理的输出直通滤波器来完成匹配效果，而在输入滤波器和二极管之间没有匹配网络，然后大大缩小整流电路尺度，而且进步了整流功率。
整流电路的原理图如图1所示。输入滤波器选用5阶切比雪夫低通滤波器，滤除谐波，截止谐波，避免谐波回流到天线[1]。整流电路选用肖特基二极管(HSMS286)，在5.8 GHz作业频率下具有较低的正向敞开电压和小的结电容。
1.1 输入输出滤波器剖析
输入滤波器使基波无耗经过，按捺二极管发生的高次谐波，避免回流至天线而下降整流功率。选用阶跃阻抗低通滤波器，由传输线理论剖析，一段高阻抗短传输线能够等价为一个串联电感，一段低阻抗传输线能够等价为一个并联电容。替换运用凹凸阻抗微带线构成的散布参数滤波器便是微带线阶跃阻抗滤波器[2]。由下面的公式来确认替代电容电感的电长度。
输出滤波器由长度为L的微带线和并联在负载两头的电容组成，经过调理L的长度，使二极管端的输入阻抗为纯阻抗，发生谐振，只允许直流经过，阻挠基波和各高次谐波[3]。经过仿真得到微带线长度为5.3 mm时，二极管输入端纯阻抗为40。经过调理输入滤波器输入输出阻抗，别离与接纳天线和二极管到达阻抗匹配，到达缩小整流电路尺度的意图。
1.2 整流二极管剖析
作为整流天线的关键技术，整流电路的规划直接影响天线的功率，而整流二极管是整流电路的中心器材。肖特基二极管作为非线性电阻使用时,其寄生参量会对电路的功能形成影响，在微波电路规划时，应充分考虑这些寄生参量的影响[4]。
反向击穿电压Vbr、零偏置结电容Cj0和串联电阻Rs这三个参数决议二极管的整流功率[5]。为了进步二极管整流功率，参考文献[6]研讨了Rs和Cj对整流功率的影响。因为Rs和Cj对非线性结电阻起到分压和分流的效果，Rs减小，它所耗费的能量减小，整流功率进步；Cj减小,整流功率进步，因为Cj支路的输入阻抗变大，反向电流很难经过。一起由Rs和Cj0决议的时间常数τ(τ=Rs×Cj0)便减小。依据参考文献[5-8],经过对二极管等效电路剖析，图3给出了使用理论公式和Matlab仿真在不同?子值下，二极管整流功率与输入功率改变的曲线。
因而，在挑选整流二极管时要充分考虑二极管参数对整流功率的影响，尽量挑选值比较小的二极管。
Avago是专为作业频率为915 MHz~5.8 GHz的使用而规划和优化的HSMS-286宗族，能够完美地使用在RF到DC的转化上[9]。本文选用Avago HSMS-2860肖特基势垒二极管，Bv=7.0 V，Cj0=0.18 pF，Rs=5 ?赘，Vj=0.7 V。二极管的输入管脚衔接微带线输入，其他两个中一个经过过孔接地，另一个接微带线输出端。
整流二极管的功能是决议整流功率的关键因素，而整流二极管作业于大信号状况，所以有必要首要剖析其非线性特性，研讨作业频率、输入功率、直流负载等参数对整流功率的影响[10]。
HSMS-2860通常被用于大功率信号，需求使用ADS软件中谐波平衡仿真，来研讨肖特基二级管对输入功率改变的非线性行为。依据整流电路规划理论，首要需求确认二极管的输入阻抗，才干进行后续的规划,尤其是匹配电路的规划。二极管输入阻抗与输入功率联系仿真，如图4所示，在小输入功率下(小于-5 dBm)，输入功率改变时，输入阻抗根本坚持不变。当输入功率较大(大于-5 dBm)，二极管输入阻抗随输入功率的改变而明显改变。这是因为大功率时，负载发生的环形电流与二极管本身饱和电流可比，影响了二极管的S参数。
二极管整流功率在体系阻抗失配情况下的丈量原理是，用真实进入二极管的功率作为分母，不然，失配形成的反射功率将大大下降二极管的转化功率，使丈量成果不准确。如图5所示。
对二极管整流电路测验，在5.75 GHz~5.85 GHz，作业频率下输入功率为16 dBm(矢网最大输出功率)，负载680 ?赘整流电压到达4.4 V，整流功率为71.2%。
测验功率比仿真功率低，剖析原因主要有以下方面：(1)电路焊接不准确，焊锡掩盖部分信号线，对信号搅扰较大，形成能量损耗;(2)SMA接头针为较粗的圆形，焊接发生的寄生%&&&&&%对整流功率影响较大;(3)滤波器微带线间线宽相差较大，形成信号反射，线上损耗变大;(4)二极管手艺焊接的粗糙和转接头的参加，形成部分能量的损耗。
经过进步焊接准确性，换一针两地的SMA接头并在接地管脚掩盖铜纸以减小搅扰，到达最准确的丈量成果。
本文提出适用于井下无线传感器充电的微带整流电路规划办法，该电路尺度小、整流功率高。经过二极管和输出滤波器匹配，去掉匹配网络，减小尺度，一起也进步整流功率。经过ADS软件进行了仿真验证。要点剖析了影响整流功率的原因并进行改善。经测验，该整流电路整流功率明显进步，能够使用于无线传感器能量传输整流电路中。
参考文献
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