整流电路分析和总结.docx

第三章 宽带整流电路的设计

根据整流电路最近发展情况，目前对整流电路的研究主要在如何通过电路各个结构提高整流效率和增大功率容量。整流电路是要把接收天线接收的射频能量转换为直流功率输出。如图3.1所示，为整流电路的系统框图，图中大方框内即为整流电路结构。一般包括：输入滤波器、微波整流二极管、输出滤波器、阻抗匹配电路和负载。我们所设计的整流电路是把0.8GHz——2.7GHz电磁能量转换为直流能量的宽带整流电路。相对于窄带整流电路而言，宽带整流电路可以传输更多的能量。板材选用厚度为1.6mm的FR4板。

由于所需要的整流电路的带宽比较宽，所以L型，T型等匹配网络就不再适用了。实现宽带匹配是该整流电路设计的难点。设计思路如下：整流电路分为上下两个支路，上边的支路实现0.8GHz—1.6GHz频带内的匹配。下边的支路实现1.6GHz—2.7GHz的匹配。每个支路的匹配均采用4节切比雪夫匹配变换器实现宽带，且最后一节微带线用电感来代替。结构如图3.2所示。

输

整

输

入

流

出

滤

二

滤

波

极

波

器

管

器

接收天线直流负载图3.1整流电路的结构组成

接收天线

直流负载

图3.2宽带整流电路的原理图

二极管的选取

由于整流电路的输出最终是给单片机MSP430供电，所以要求整流电路要将接收到的0.8GHz——2.7GHz的电磁信号通过整流，输出1.8V---3.6V的电压,电压较高。因此采用了倍压二极管。普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。HSMS28系列倍压二极管主要有HSMS282c、HSMS285c、HSMS286c。

搭建基本电路如图3.3所示。通过仿真得到的三种整流二极管的整流效率随

输入功率的变化曲线如图3.4所示。

图3.3整流二极管效率测试电路

0.20

0.25

0.20 0.15

yc0.15

ine

i

c

cyn

ciie

ci

f

efi 0.10

0.05

0.00

-30 -20 -10 0 10 20 30 40

e

0.05

0.00

-30 -20 -10 0 10 20 30 40

pin pin

（a）HSMS282c （b）HSMS285c

0.20

0.15

cyn

ciie

ci

fe

0.05

0.00

-30 -20 -10 0 10 20 30 40

pin

（c）HSMS286C

图3.4整流效率随输入功率的变化曲线

因为图3.3所示电路只为测试二极管性能以选出最合适的二极管，并没有匹配电路和滤波电路，所以效率很低。但是依旧可以看出大致趋势。HSMS282c在输入功率为20dBm—27dBm时，效率最高。适合整流大信号。HSMS285c和HSMS286c的效率曲线大致相同，但是相比较起来HSMS285c更适合输入功率小一点的信号。例如在输入功率为 5dBm 时，HSMS285c 的整流效率就要比HSMS286c高。

v表3.1二极管spice参数对比

v

串联电

阻

结

电

容

正向导通电

反向截止

电

最佳使用

R( )

s

C

j0

(pF)

压V(V)

j

压B(V)

频率

<1.5GHz需

HSMS282c

6

0.7

0.65

15

加偏压

HSMS285c

25

0.18

0.35

3.8

<1.5GHz

HSMS286c

6

0.18

0.65

7.0

>1.5GHz

对于整流电路来说，整流二极管的选择至关重要，这直接影响到整流电路的转换效率，决定整个电路的性能。通常，肖特基整流二极管的结电容、串联电阻以及寄生参数越小越好。最后综合考虑二极管自身的特性以及整流电路的实际需要，选择了HSMS286c倍压整流二极管。

输入和输出滤波器的设计

整流输入低通滤波器在整流电路中主要实现反射二极管所产生的高次谐波的功能，在实现这一功能的同时也滤除了来自微波接收天线的除基频成份外的其它频率分量。滤波器的设计方法有很多，本文选用集成度较高的阻抗阶跃滤波器。为了与天线的输入阻抗保持一致，其输入和输出阻抗都取为５０Ω。输出滤波器的设计两种：一种是输入滤波器只让基波无耗通过，阻止高次奇次谐波通过，同时输出滤波器不仅让直流通过，还允许高次偶次谐波无耗通过，而阻止基波和高次奇次谐波通过。这样高次奇次谐波被限制在输入、输出滤波器之间，以提高二极管的整流效率；另一种是输入滤波器只让基波无耗通过，阻止高次谐波通过，同时输出滤波器只允许直流通过，阻止基波和高次谐波通过，这样高次谐波被限制在输入、输出