新型宽带高效整流电路设计与性能优化

本文介绍了一种新型高效宽带整流电路，它主要解决微波无线能量传输（MWPT）系统中的关键问题，即如何在宽工作带宽下提高整流效率并抑制高次谐波。传统的整流电路往往依赖于低通滤波器来抑制谐波，但这种设计会牺牲效率并导致尺寸增大。本文创新之处在于在整流二极管前端串联了一段微带线，通过调整其长度来抵消二极管在基频上的容抗，从而实现阻抗匹配，采用1/4波长阻抗变换代替单枝节匹配，使得电路结构更为紧凑。 微带线的设计使得电路能够在更宽的频率范围内保持良好的工作性能，这在高频环境下尤为重要。作者使用计算机辅助设计工具（ADS）来获取实际工作条件下二极管的阻抗，这是一种常用的方法，通过设置合适的介质参数和二极管特性参数（如介质类型、厚度、介电常数和损耗角等），模拟计算得到二极管的阻抗值，为电路设计提供了精确依据。 此外，电路中对直流滤波结构进行了优化，特别是扇形枝节的改进，通过调整其尺寸以控制直流电压波形，进而降低纹波，提升整流效率。实验证明，设计的5.8 GHz整流电路在输入功率0~16 dBm范围内，整流效率始终保持在55%以上，最高效率达到78.7%，且在13 dBm输入功率下，有超过16.6%的相对带宽能够实现70%以上的整流效率。 这种新型整流电路的优势在于它不仅解决了传统滤波器带来的效率损失和尺寸问题，还拓宽了工作带宽，对于推动MWPT技术在空间太阳能站、无人机充电等领域的应用具有重要意义。通过精细的设计和仿真分析，该电路展示了在高功率传输范围内的优秀性能，有望在未来无线能量传输系统中发挥重要作用。