与传统的光伏电池完全不同,太阳能整流天线的原理是基于光的波动性,利用光学天线接收太阳辐射,然后再由光频整流器将交流电转化为直流电。由于不会受到材料禁带宽度的限制,太阳能整流天线的转化效率理论上可达85%以上。而且太阳能整流天线所需的材料更容易获取,成本也更低。但是太阳能整流天线作为一个系统,各部件之间关系紧密,影响因素众多,而且由于工作频率很高,在研究方法上又不同于微波整流天线。分析发现,太阳能整流天线中还存在以下几个关键问题需要解决:1)太阳能整流天线转化效率的科学表征;2)全光谱高效接收天线的理论与设计;3)光频整流器的结构与相关研究方法:4)太阳能整流天线的一体化设计等。针对这些问题,论文对太阳能整流天线的相关理论进行了扩充和完善,综合考虑影响太阳能整流天线的相干、极化、辐射,匹配和整流等因素,研究并提出一种全光谱太阳能高效接收天线,基于转移矩阵量子整流理论,分析了针尖状MIM二极管的整流性能,提出了太阳能整流天线的一体化理论设计。最终得到的转化效率更为全面地反映了太阳能整流天线的水平。论文主要工作如下:1.研究并给出一种科学评估太阳能整流天线效率的表征方式。与其他方式相比,该方式综合考虑到了极化、辐射、匹配、整流等各个环节的影响因素,使得太阳能整流天线的评价标准更为全面。2.建立了近场增强与天线阻抗、极化、辐射等特性之间的关系式。根据此式,通过采取蝶形馈电间隙和加载扩展半球透镜等措施,获得了更高的近场增强倍数,为太阳能整流天线的研究分析和设计奠定了基础。3.针对传统光学天线在接收太阳辐射方面存在的局限与不足,研究并提出一种全光谱高效接收天线形式。综合比较发现,当天线材料为银时,该天线更适合用作全光谱太阳能接收天线。4.基于转移矩阵量子整流理论,分析了针尖状MIM二极管的整流能力,并与经典整流理论和半经典的Tien-Gordon理论进行比较,为太阳能整流天线的研究分析和设计提供了方法保证。5.提出了太阳能整流天线的一体化理论设计。分析了阵列单元之间的互耦影响;针对天线终端感应电压低的问题,研究并给出一种聚光装置方案;针对二极管的匹配与整流问题,研究分析了金属功函数和针尖高度的影响,优化了二极管的整流性能;结果表明,相比于现有模型不足0.1%的转化效率,一体化之后的太阳能整流天线的转化效率可达2.2%左右。