无线电能传输技术因其具有受环境因素影响小、移动灵活性高等优点,受到越来越多的关注。其中,微波无线电能传输技术具有在自由空间传输损耗小、传输能量距离远等优点,为给孤岛、飞行器供电提供了新的供能方式。微波无线电能传输系统包括微波发射端和微波接收端。微波无线电能传输系统所能传输的功率直接由微波发射端功率变换器输出功率决定。微波无线电能传输系统的效率与微波的定向辐射能力以及天线的电能到微波能转换率有直接关系。因此,为了能使大功率微波无线电能传输系统高效率地工作,本课题展开了对大功率微波发射端功率变换器以及实现微波定向辐射的研究。为了提高微波发射端功率变换器的输出功率,本文提出了一种基于ClassΦ₂逆变器的推挽谐振逆变器。所提的推挽谐振逆变器与单级式ClassΦ₂逆变器相比,在不提高晶体管电压电流应力的情况下将输出功率提高了一倍,适用于大功率场合。为减少谐振逆变器输出电压纹波,提高输出电压线性度和天线的电能到微波能的转换效率,本文提出了一种线性-谐振复合式变换器。该变换器由谐振逆变器与线性放大器在负载处并联构成。谐振逆变器工作效率高但是输出线性度差,线性放大器输出线性度高但是工作效率低。通过合理设计线性-谐振复合式变换器可以使得线性放大器仅吸收谐振逆变器输出纹波,有功功率由谐振逆变器提供,由此使得该变换器工作在效率最高状态。为了实现微波的定向辐射,本文首先详细分析了天线阵列的工作原理,根据其定向辐射的工作原理对微波发射端功率变换器提出了输出电流相位可控的要求。由于天线对于功率变换器可以等效为50Ω的负载,因此对微波发射端功率变换器提出输出电压相位可控的要求。为此,本文提出了一种PLL移相器。PLL移相器适用于超高频的应用场合,而且具有输出电压相位与控制电压线性相关、电压相位连续可调的优点。本文根据PLL移相器设计了推挽谐振逆变器、线性-谐振变换器的驱动电路,通过改变驱动电压的相位实现了对输出电压相位的控制,从而实现了微波的定向辐射。本课题研制了一台PLL移相器、一台直流电压36V输入,负载50Ω,输出功率36W,工作频率为100MHz的推挽谐振逆变器以及一台直流电压30V输入,负载50Ω,输出功率10W工作频率100MHz的线性-谐振复合式变换器原理样机。实验结果与理论分析、仿真结果一致,验证了理论的正确性。