微波能量传输是一种极具前景的使用微波作为能量载体的先进能量传输技术。微波本身具有在大气中能量传输损耗小的特点，该特点使其成为非常理想的无线能量传输载体。同时，微波的波长一般在厘米级，该特点使得微波能量传输系统中的发射和接收天线的设计尺寸比较小，非常便于加工和制造。现代微波能量传输的主要应用包括大功率情况下的太阳能卫星发电和小功率情况下的射频能量收集。一个微波能量传输系统通常包括微波发生器，发射天线，接收天线和微波整流器。为了实现整个微波能量传输系统的高效率运作，高转换效率的微波发生器，高增益的发射和接收天线，以及高转换效率的微波整流器的设计和使用就显得非常关键。本文提出并设计了多款适用于不同应用的微波整流器，并从理论和电路设计方面对各类效率提升技术进行了深入研究。首先，本文提出了一个用于微波整流器效率计算的改进模型。该模型可以用来计算当整流器中二极管两端电压大于其击穿电压时整流器的工作效率。通过对整流器二极管中不同能量损耗的分析，本文推导出一组可用来计算整流器在不同输入功率情况下其转换效率的计算公式。同时，本文还设计了一个工作频率为2.45GHz的微波整流器来验证所提出的模型。通过和实验数据的比较，所提出的微波整流器效率计算公式被证明能准确预测微波整流器的实际测试结果。其次，本文设计了一个具有自动负载调节功能的工作频率为2.45GHz的微波整流器。该整流器能够自动地根据输入功率来选择最优的负载值，使得其能在较大的输入功率范围内维持很高的能量转换效率。通过对整流器输出端的直流电压和其对应的负载值的探测，该自动调节电路能通过对一个预加载的查询表进行搜索来选择最优的负载值。该整流器能够通过自动地在250至800欧姆的范围内调节负载值，来保证其转换效率在5到70毫瓦的输入功率范围下都能维持在62.5%以上。再次，本文提出了一个用于计算F类整流器转换效率的模型。该模型通过对整流器二极管两端的电压和电流在时域中的波形分析，计算出二极管在F类谐波抑制下的各种能量损耗。本文设计了一个工作频率为900MHz的F类整流器，其最高测试到的转换效率达到80.4%。所提出的模型能预测出F类整流器由于使用F类谐波抑制网络而产生的效率提升，其计算结果准确预测了所设计的F类整流器的实际测试数据。最后，本文设计了一个使用二极管方式连接的晶体管来作为整流器件的微波整流器，并探讨了其在大功率情况下的应用。该电路使用高电子迁移率晶体管（HEMT）的非线性特点，将晶体管的栅极和漏极连接在一起作为整流器件的输入端口，源极作为整流器件的输出端口来使用。该整流器在1到80毫瓦的输入功率下进行了测试，其最大的转换效率在80毫瓦的输入功率时达到34%。