一种小型化的大功率微波整流电路

为了满足微波输能系统的大功率整流要求，本文基于多支路共用匹配阻抗的方法设计了一种微带线结构的大功率微波整流电路。首先采用微带线结构的功分器将输入的大功率微波能量分为较小功率的微波能量，然后在功分器的每一条支路上利用肖特基二极管阵列将微波能量转换为直流能量，且所有的支路共用阻抗匹配电路。最后将所有支路的直流能量合并输出，实现大功率微波整流。实验结果表明，当输入功率大于34 dBm时，实测直流输出功率大于1w；在输入功率为39.28 dBm时，整流电路的最高实测效率为44.27%；在输入功率为41.42 dBm时，整流电路的最高实测直流输出功率达到了5.84w。该微波整流电路工作于2.45GHz，尺寸为40mm×80mm，具有尺寸小、整流后直流输出功率大，易于集成的特点，可为易于集成的大功率微波整流电路提供设计指导。     

一种微波输能的高效二极管阵列整流电路设计与分析

微波无线能量传输是实现远距离无线传能的主要方式之一，也是空间太阳能电站系统的核心技术之一。微波整流电路是实现微波到直流转换的关键环节，为实现大功率、远距离微波无线能量传输，文章设计了一种频率为2.45GHz的二极管阵列整流电路，能在大功率下完成高效整流，且对负载变化的敏感度低。测试表明：在27dBm输入功率、150Ω负载下，MW DC转换效率最大达71.83%；输入功率为23~32dBm时的转换率高于65%；即使输入功率低至17dBm的转换率仍高于50%。因此，论文所提整流电路的输入功率动态范围大，最高可达32dbm，且转换效率高，可用于微波无线能量传输中。     

高功率中距离2.45GHz微波输能系统

微波输能技术是空间太阳能电站、空间飞行器供能和无线传感网络领域的关键技术。本文设计了一套工作于2.45 GHz的高功率中距离微波输能系统，主要包括微波功率发生器、整流天线和收发天线。其中，微波功率发生器最大输出功率为53.272 dBm（212 W）时，末级放大器的漏极效率可达57.612%；当输入功率为30 dBm，负载为260 Ω时，整流电路整流效率达到75%；采用简单的抛物面天线，传输距离为8m的情况下，波束捕获效率能够保持在45%以上。实测200W时微波发生器效率为49.3%，整流电路效率为63%，在波束捕获效率为45%时，理论计算的该系统直流到直流传输效率可以达到14%。     

基于升压原理的整流电路设计

为了提高微波无线输能系统接收装置中整流电路的RF-DC转换效率，本文提出了一种新的基于升压原理的整流电路设计方法。首先，通过对整流电路的工作原理进行分析，得到整流电路的等效电路模型。然后，通过推导整流电路转换效率的公式，分析了影响整流效率的关键因素。在分析了影响整流二极管能量损耗因素的基础上，提出了用提高整流电路中整流二极管输入端的电压幅值来提升整流效率的方法。在相同的输入功率下，通过升高二极管的输入电压幅值，可以降低流过整流二极管的电流，从而减小整流二极管的能量损耗。仿真结果表明，在整流电路与功率源匹配良好的情况下，通过提高二极管的输入电压幅值明显提升了整流电路的效率，在输入功率为20 dBm时得到了最高81.25%的整流效率。该设计方法能为快速提升整流电路的效率提供指导。     

全极化微波无线能量接收表面研究

文章针对单一极化能量接收装置的微波吸收能力有限，无法适应多极化的需求提出了一种新型的微波能量接收方法，能够吸收任意方向极化入射电磁波，并转化为直流能量，方案由双线极化谐振单元组成周期阵列平面，并在背后引入射频功率合成网络，分别对接收下来的垂直与水平极化分量进行功率合成，创新性地引入了3dB定向耦合器，将等相位不等幅度的垂直与水平极化微波分量重新分配为不等相位等幅度的能量，分别输入到两独立的整流电路中，转换为直流。整流电路根据输入功率而优化的，该方案使得任意线极化入射条件下，两个整流电路的射频功率相等，可工作在恒定转换效率上；射频功率合成电路的使用增大了进入整流管的微波功率，提升了能量转换效率。实验结果表明，工作频率为2.325 GHz时在0.15 mW/cm2的入射功率密度下，整流天线实物针对各角度线极化微波的RF to DC能量转换效率在57.23%到58.13%的范围内小幅波动变化，验证了设计方案的有效性。     

基于谐波调谐的F类30W高效率放大器设计

文章基于CREE公司的CGH40025氮化镓HEMT器件，利用谐波调谐的方法，设计了一种L波段F类30W高效率放大器。该放大器由偏置电路、输入匹配电路及输出匹配电路构成。偏置电路由四分之一波长线和射频电容构成，完成电源供电与射频厄流作用。在输入匹配网络中，利用共轭匹配，完成增益最大化设计，同时，利用RC网络构成稳定电路。在输出匹配网络中，利用微带开路和短路阻抗线，完成了基波阻抗匹配、二次谐波阻抗短路和三次谐波阻抗无穷大的设计。在1.5GHz处进行连续波测试，放大器输出功率为45.02dBm（31.7W），增益为15.7dB，功率附加效率（PAE）为71%，漏极效率（DE）为73%。 在频率1.25GHz～1.52GHz的带宽内，功率变化范围为44dBm～45dBm，附加效率变化范围为50%～72%。 测试结果表明，通过谐波阻抗的设计与调整，完成了对放大器输出电压和电流波形的控制，从而达到高效率放大器设计的目的。     

X波段圆极化大功率整流天线研究

随着新时代能源互联网演进发展，传感器作为物联网中的最基础核心器件，对持续电源供给的需求与日俱增。采用无线能量传输可以实时便捷的为此传感器进行能量供给。现有成熟的整流天线设计多集中在5.8GHz以下，更高频段且大功率的整流设计鲜有涉及。本文重点研究一款工作在X波段的圆极化大功率整流天线，主要包括天线和整流电路优化设计2部分。天线采用圆极化设计，工作在9.6GHz频段，在0到45。的宽角度范围内都具有良好的圆极化轴比，可以灵敏的接收能量信号。整流电路基于双管并联结构和短路匹配支节进行设计，实测在1W的输入功率下可获得50%的整流效率。最后进行天线和电路的整合，并进行实测，300mW的发射功率下，在负载为40欧姆的情况下可获得1.25V的输出电压。实验结果表明，该结构可以有效的实现远距离能量传输。     

L波段高效小尺寸功率放大器载片设计

为了应对当前市场对功率器件更低成本、更小尺寸和更优性能的要求，设计了一款工作频率为1.2～1.4GHz的高效率小尺寸氮化镓（gallium nitride,GaN）基功率放大器载片。使用有源时域负载牵引系统对GaN管芯进行在片测试并提取管芯的非线性行为模型，在先进设计系统（advanced design system,ADS）软件中利用模型进行阻抗匹配电路设计和仿真，将功率放大器端口匹配到了目标阻抗50Ω。该载片采用谐波控制技术使功率放大器附加效率提高了6%～8%，采用高介电常数的陶瓷材料将载片电路集成在8mm×8mm。实测结果显示，放大器在漏源电压28V、100us脉宽和10%占空比脉冲输入的工作条件下，在小尺寸的载体上实现了输出功率大于56W，功率附加效率大于78%的高效率指标。     

滤波天线技术在微波能量传输中的应用研究

微波无线能量传输摆脱了传统能量传输的电缆限制，可以满足多个领域的应用需求，整流天线是完成微波-直流能量转换的重要装置。目前常规整流天线中存在的滤波器、阻抗匹配网络等损耗及常规微带天线的窄带特性，使得其效率及带宽等特性存在可提升的空间。文章在回顾滤波天线及整流天线的发展现状的基础上，提出将滤波天线的概念与整流电路相结合，开展滤波整流天线技术研究。将天线单元作为滤波器电路理论中的谐振单元开展滤波整流天线建模和分析理论研究，设计具有辐射、滤波、复数阻抗匹配等功能的天线及阵列结构，有望突破整流天线高效集成的技术难点，为微波无线能量传输效率提升提供技术基础。     

基于噪声抵消技术的射频宽带低噪声放大器设计

基于SMIC 0.181μm CMOS工艺,设计一款可用于1GHz~2GHz射频接收机前端的低噪声放大器。放大器利用共栅结构实现输入阻抗匹配,采用噪声抵消技术实现低噪声,核心电路尺寸为600μm×650μm。仿真结果表明,在1GHz~2GHz频率范围内,输入反射系数小于-10dB,噪声系数低于3.63dB,输入1dB压缩点在1.414GHz为-6.93dBm,在1.8V电源电压下,主体电路的功耗为18.8mW。     

一种星载固态功率放大器用400W二次电源设计

为了满足导航卫星系统对于固态功率放大器大功率、高可靠性、轻量化的需求,文章采用移相全桥同步整流变换电路加反激变换电路匹配的拓扑方案,设计了一种星载L频段固态放大器用400W二次电源,并详细给出了二次电源拓扑结构及设计原理分析。文章重点对变压器热耗进行分析,为了更好地进行变压器散热设计,该方案创新性采用灌封主功率变压器散热方案,灌封变压器的温度从104℃降低为85.5℃,散热相比有明显改善。同时给出了实物环路测试、电性能指标对比测试以及热平衡与热仿真对比测试,电源效率92.8%,环路的相位裕量42°,增益裕度26dB。测试结果表明设计的二次电源在实现高效率大功率输出的同时,有效地实现器件的一级降额散热,满足高可靠性的批产需求。     

星载C频段100W脉冲固态功率放大器设计

为了满足卫星系统对星载固放产品的小型化、高集成的要求，文章应用国产氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN high electron mobility transistors, GaN HEMT），设计实现了一款星载C频段100W脉冲固态功率放大器（Solid state power amplifier, SSPA）。针对系统对固放性能的要求，采用阶梯阻抗变换匹配的方法，应用ADS电路设计软件，对功率放大模块中输入/输出匹配电路进行了精确仿真及性能验证，以保证功率放大电路在稳定工作的前提下，其输出功率和效率均能满足指标要求，最后给出了固放整机的实际测试数据。该固放在40MHz工作频带、脉宽1.8ms、占空比18.7%的条件下，输出功率大于108W，发射链路增益大于57dB，整机直流功耗小于60W，实现了C频段星载大功率脉冲发射机的固态化。经环境试验考核和系统联试验证，在工作温度范围内，固放的输出功率大于100W，变化小于0.3dB，表明该固放可完全满足卫星雷达系统的使用要求和可靠性要求。     

一种大功率电源模块的低功耗供电线路设计

为了提高大功率DC/DC电源模块的传输效率，降低电路的功耗，文章设计了一种合理的低功耗供电线路，为电源模块中的芯片提供稳定的低压直流输出电压。文中采用电压控制型MOSFET作为调整元件并结合输出电压反馈电路，避免了输入电压过高时因三极管工作电流限制造成的供电线路功率损耗过大问题，有效提高了大功率开关电源模块的传输效率和供电线路输出电压的稳定性。最后通过试验验证文中设计的供电路静态功耗小、传输效率高，且线路简单易于实现。     

天线整流器协同设计的高灵敏度射频能量采集单元研究

面向物联网自供电传感节点的能量灵敏度受限于能量采集单元的灵敏度，本文基于天线 整流器协同设计方法，实现了一种面向无线传感及通信节点的高灵敏度，射频能量采集天线-能量采集芯片构成的单元，并进行了系统验证。整流电路采用TSMC 180nm CMOS RF工艺流片，定制弯折偶极子天线，两者适当的Q值下实现阻抗匹配，通过芯片整流电路和Q值的协同提升能量采集灵敏度。联合测试结果表明，在50MΩ等效电阻负载和电压为0.8V的情况下，量采集单元的最高灵敏度可达到-27.9dBm，结合和能量管理电路和储能器件，在36dBm发射功率下，自由空间下的无源通信距离可达40.55m。     

低压低功率SiGe BiCMOS X波段低噪声放大器与IEEE 802．11a LNA的设计比较研究

介绍了一种采用0．25um SiGe BiCMOS工艺集成的低压低功率X波段低噪声放大器（LNA），比较了此种放大器与IEEE 802．11a LNA的设计。X波段LNA和IEEE 802．11a LNA的工作频率分别为10GHz和5．8GHz。所设计的LNA都采用了相同的结构和电压，并耗费同量的电流。两种LNA都只需要1．5V的电压，消耗1．5mW的直流功率。两种电路的差异是它们有不同的输入与输出匹配和负载。本文介绍的LNA在10GHz时的电压增益为11．49dB，噪声系数（NF）为3．84dB，输入反射损失为-15.37dB，输出反射损失为-17dB，P1dB为-3．75dBm。在5．8GHz时的电压增益为16．07dB，噪声系数为3．07dB，输入反射损失为-18．1dB，输出反射损失为-15．23dB，P1dB为-6．54dBm。两电路的关键特征是：低压、低功率和良好的噪声匹配。频率为IOGHz和5．8GHz时，噪声系数与最小噪声系数之差分别只有0．03dB和0．05dB。验证了一种高频（X波段）低成本设计，与其他技术（如GaAs、SiBJT、JFET、PHMET和MESFET等）相比，它是在SiGe BiCMOS中设计的。     

卫星太阳电池阵模拟器工作模式研究

为了使太阳电池阵模拟器更真实地模拟卫星太阳电池阵在轨工作请况,首先,设计了一种易于工程实现的太阳电池阵模拟器硬件系统结构,同时为实现最大功率点运行,设计了卫星负载变换电路来实现卫星负载与太阳电池阵模拟器的阻抗匹配。其次,总结了太阳电池阵模拟器与卫星负载组成的系统的3种特性、6种工作点,分析了3种特性下系统工作点的建立过程。最后,采用太阳电池阵模拟器和卫星负载模拟器(电子负载)分别对3种特性下的系统工作模式进行了试验分析,试验结果证明了系统设计与理论分析的正确性和有效性。该设计与分析方法已在多套太阳电池阵模拟器中得到应用,使太阳电池阵模拟器与卫星组成的系统性能得到了优化。     

6GHz-18GHz大功率高效率功率合成模块设计

超宽带功率合成是实现微波毫米波固态大功率发射机的关键技术。针对传统二进制功率合成方式合成效率低、体积大等缺点,提出一种新型同轴波导空间功率合成电路,采用Hecken形式渐变同轴过渡电路、渐变槽线微带过渡电路实现16路功率合成。实测结果表明,在6-18GHz频带内,功率合成器输出功率典型值为150W,电源效率典型值为20%,具有重要的工程应用价值。     

微波无线功率传输中高效率双线极化整流天线设计

本文提出一种适用于微波无线功率传输中高效率双线极化整流天线设计。通过双线极化天线、微带正交耦合器以及整流器集成一体化，线极化入射电磁波将按照极化偏转角分解为水平极化以及垂直极化分量，经由微带正交耦合器完成非均衡至均衡功率再分配机制，满足高效率微波至直流整流器输入功率需求。理论分析与实验结果均验证所提出的双线极化整流天线在任意极化偏转角下仍能保持高效率稳定直流电压输出，满足高性能微波无线功率传输应用需求。     

基于交错带状线3 dB电桥的大功率功放技术

在现今的军用电子系统中，功率放大器起着举足轻重的作用。功率合成器件作为功率放大器的重要组成部分，需要满足高合成效率、高功率耐受能力和小型化的特性要求。基于交错耦合带状线定向耦合器，通过宽带匹配级联设计了一款8 GHz~12 GHz的四路功率合路器。测试结果显示：四路功率合路器的隔离度<-15 dB，回波损耗<-19 dB，合成效率>78.7%。基于该四路功率合成模块研制了一款X频段功率放大器，样机尺寸为52 mm×38 mm×5.5 mm，放大器在8 GHz~12 GHz的最大输出功率为52.2 dBm（40%占空比），插入损耗<1.4 dB。与传统的平面结构相比，基于这种功率合成器的结构更紧凑，合成效率更高，隔离度更好，功率耐受能力更强，适用于卫星通信、雷达和电子对抗等领域。     

星载双行波管放大器的高效率Buck电路设计

行波管放大器具有可靠性高、输出功率大、宽频带、寿命长、线性度高等诸多优点，在星载大功率部件中扮演着重要角色。为了实现星载行波管放大器的轻量化和高效率，文章设计了一种星载大功率双行波管放大器用电源。通过优化设计Buck电路辅助开关管的工作时序，推导出了时序电路的优化设计公式，选用高饱和磁通密度的磁芯来合理设计辅助电感量，使双行波管放大器电源在整个宽负载范围下均实现了Buck电路的软开关工作，给出了满载下Buck电路的软开关实验波形。实验结果表明该设计可以显著提高双行波管电源中Buck电路的效率，整个负载范围内的效率均高于95%，最高效率达到了97.5%，降低了放大器的电源功耗，提高了双行波管放大器的整机效率和可靠性，降低了载荷的重量。