微波無(wú)線(xiàn)能量傳輸中S波段整流電路研究

　　本文通過(guò)對肖特基二極管等效電路模型的建立，分析了二極管的阻抗和微波整流電路的電壓，并依據此模型設計了小功率微波整流電路。在此電路基礎上，為了擴展電路的功率容量，提出了二極管陣列的思路并設計完成了中小功率以及大功率的微波整流電路。其中，基于單只二極管的微波整流電路最高效率為83.3%，基于二極管陣列的中小功率和大功率微波整流電路最高效率分別為69.4%和68%。三種電路實(shí)現10～43dBm的功率覆蓋范圍，提升了電路的實(shí)用價(jià)值。

　　微波無(wú)線(xiàn)能量傳輸自1964 年被W.C.Brown提出至今，已經(jīng)發(fā)展了近50年。歐美和日本等國將微波能量傳輸作為空間太陽(yáng)能電站的一項關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展了大量的理論與實(shí)驗研究。我國的微波輸能最早由林為干院士引入并進(jìn)行了相關(guān)討論，如今已有多家高校和科研院所進(jìn)行研究和探索。微波整流電路是微波無(wú)線(xiàn)能量傳輸的關(guān)鍵部件，用于將微波能量轉化為直流能量以供后端系統直接使用。目前，微波整流電路的研究主要集中在ISM 頻段，包括915MHz，2.45以及5.8GHz，其中，2.45GHz微波整流電路能夠提供更為實(shí)用的直流輸出電壓以及更大的功率容量。

　　目前，微波整流電路的研究大多數是基于小功率容量和單支二極管形式的，但是，實(shí)際應用通常要求功率容量和電壓具有較大的動(dòng)態(tài)范圍。因此，本文從基于單只二極管的微波整流電路出發(fā)，通過(guò)對單管理論模型的分析，首先設計出高效率的小功率微波整流電路，再以此為基礎，提出二極管陣列的設計思路，并成功設計了中小功率以及大功率的微波整流電路，提升了整流電路的功率容量和直流電壓的范圍。

1、肖特基二極管模型及理論分析

　　圖1為單支肖特基二極管的等效電路模型。其中結電容Cj和結電阻Rj均為非線(xiàn)性器件，當二極管的直流偏置建立，在二極管上的結電壓如式(1)所示。

　　式中，Vj1和Vj0分別為二極管結電壓的基頻和直流成分，Vbi為二極管自偏置導通電壓。當二極管結電壓大于Vbi，二極管正向導通，導通角為θon。二極管結電壓與入射波的相位差為φ 。

3、結論

　　本文從肖特基二極管的理論模型設計出發(fā)，設計并實(shí)現了小功率的微波整流電路，驗證了理論模型和設計方法的正確性及準確性。并以此為基礎，設計了基于二極管陣列的中小功率整流電路，提升功率容量的同時(shí)保持了較高的整流效率。

　　為了適應實(shí)際應用中更大功率需求，采用多路功分器和整流電路級聯(lián)的思路，進(jìn)一步提升了電路的微波輸入功率，同時(shí)，保持整流效率基本不變。因此，通過(guò)三款整流電路，覆蓋了10～43dBm的功率范圍，能夠滿(mǎn)足不同情況下的功率需求，為整流電路的實(shí)際應用奠定了良好的基礎。