郭慧霞,陈鹏,李鹏

(大连海事大学 信息科学技术学院,辽宁 大连116000)

0 引 言

微波无线输能(microwave power transmission)系统最早1964年被W.C.Brown教授提出[1],其包括发射微波信号源、发射天线、接收天线和微波整流电路[2]。微波整流电路是MPT系统的关键部件,必须根据整个系统的参数进行设计。传统的微波整流电路由输入低通滤波器(LPF)/阻抗匹配网络、肖特基二极管、输出直通滤波器和电阻负载组成[3]。

普通肖特基二极管通常反向击穿电压最大只能达到15 V,导致基于肖特基二极管的微波整流电路其输入功率都在30 dBm以下。因为30 dBm以上的射频输入功率会在肖特基二极管上引起显著的电压和电流波动,从而导致二极管的金属半导体结击穿并永久损坏[4]。相比肖特基二极管,GaN二极管的击穿电压可以达到90 V,但是GaN在成本效益高的半导体工艺中是不可行的[5]。近几年来为了满足大功率、高电压的供电需求[6],研究者提出了结合功分网络设计大功率整流电路[7]。但此结构整流电路存在因引入功分网络带来额外损耗,具有整流效率低、尺寸大不易集成的缺点。如文献[8]通过结合功分器和二极管阵列将整流电路的功率容量提升到39.28 dBm,但是其整流效率只有44.27%,不具有较强的实用性。文献[9]虽然设计的整流电路功率容量达到41 dB,但其电路尺寸为180 mm×180 mm,不能很好的和接收天线、电子设备集成。

为解决上述功率容量低、整流效率低、电路尺寸大的问题,本文设计了一种无输入滤波器的高效大功率整流电路。在2.45 GHz的频率,38 dBm的输入功率和220 Ω的负载电阻上,得到70%的微波直流转换效率。……