面向微波无线输能系统的高效率整流电路小型化研究.pdfVIP

摘要

随着无线能量传输技术的快速发展，整流电路的研究和设计变得尤为重要。本

文对微波无线输能系统中整流电路的效率提升、小型化设计以及自动化测试等关

键技术进行了较为深入的理论分析、数值仿真和实验研究，旨在通过技术创新推动

无线能量传输领域的进步。

首先，本文回顾了无线能量传输和整流电路的基础理论。介绍了无线输能系统

中整流电路的基本结构，并分析了高效率整流电路小型化设计过程中能量转换效

率、功率密度以及效率密度等关键性能参数。文中还讨论了肖特基二极管的工作机

制，基于时域波形对二极管整流理论进行了推导，总结了整流二极管能量转换效率

的计算方法，并分析了阻抗匹配对于提高整流电路性能的意义，为整流电路的设计

和优化提供了理论指导。

其次，分析研究了影响整流效率的关键因素，主要包括肖特基二极管、介质基

板、谐波抑制结构等。重点在于对肖特基二极管的特性进行分析，结合仿真软件研

究了其关键参数对整流效率的影响，并对常见的几种二极管的参数进行了比较。还

通过参数提取方法获取了二极管的实测模型，提升了整流电路仿真的准确度。

再次，在小型化设计方面，针对2.45GHz和5.8GHz频段的微波整流电路展

开了研究，提出了一种使用集总元件替代传统微带传输线的设计策略。通过分析集

总元件的寄生效应及其优化方法，成功实现了高效率整流电路的小型化。尤其是在

2.45GHz频段，通过集总参数匹配技术，设计出的集总整流电路尺寸仅为0.92

cm×0.5cm，最大整流效率为73.7%。在300mW/cm²的射频输入下，实现了217

mW/cm²的直流输出，效率密度达到了1.58cm⁻²，均高于其他文献中的对比设计，

显著提高了整流电路的能量转换效率和小型化程度。

最后，为解决整流电路传统手动测试过程中的局限和不足，进一步设计并实现

了一套整流电路效率-频率-功率自动测量系统。该系统采用自动化测试策略，不仅

显著提高了测试效率和精度，还有效减少了人为误差，并通过实验测试验证了其高

效性和可靠性，为整流电路的性能评估和优化提供了强大的工具。

关键词：无线能量传输，微波整流电路，高效率，小型化，自动测量系统

ABSTRACT

Aswirelessenergytransmissiontechnologyswiftlyadvances,thestudyanddesign

ofrectifyingcircuitsbecomecrucial.Thisthesisdelvesdeeplyintotheefficiency

improvement,miniaturization,andautomatedtestingofrectifyingcircuitswithin

microwavewirelesspowersystems,seekingtopropeladvancementsinthefieldthrough

technologicalinnovation.

Thethesisbeginsbyrevisitingthefundamentaltheoriesofwirelessenergy

transmissionandrectification.Itoutlinesthebasicstructureofrectifyingcircuitsin

wirelesspowersystemsandexaminescriticalperformanceparametersinthe

miniaturizationofhigh-efficiencyrectifyingcircuits,suchasenergyconversion

efficiency,powerdensity,andefficiencydensity.Theoperationo