微波无线传能是以微波为载体,通过收发天线传递能量的无线传能方式,相比以电缆作为载体的有线传能方式有着明显优势,在军工和民用方面都有着广泛应用前景。微波无线传能系统的收发天线多采用阵列天线,接收阵列天线会获得多路直流能量,常采用直流合成方式汇成一路直流能量来为负载供电。然而现有整流电路的等效模型不准确,导致直流合成的效率分析难以精确给出。在整流电路方面,二极管的特性限制了整流电路的功率容量,晶体管由于击穿场强高,在这方面有着巨大优势,但目前晶体管整流电路在高频率的设计较少,在一些高功率场景却有应用需求。针对这些问题,本文从直流合成效率定量分析、直流合成方案设计、大功率晶体管整流电路设计等方面开展了研究,主要工作如下:1.提出了基于等效模型的整流电路直流合成效率特性分析方法。首先建立了一种较为准确的整流电路等效模型,推导了其输出特性表达式;针对表达式的隐函数与指数函数特性,借助人工蜂群算法进行等效模型的参数辨识;引入Lambert W函数对输出表达式进行求解,实现了整流电路串联和并联情况下输出效率特性的定量分析。最后搭建微波无线传能实验平台,测量了整流电路在不同输入功率和不同负载下的实际输出特性,并搭建了等效模型。用提出的效率特性分析方法,对6个整流电路单元的不同串并联方案进行了仿真,仿真结果和实验测试结果有着很好的一致性,验证了该效率特性分析方法的正确性。2.基于等效模型的整流电路阵列直流合成方案优化设计。首先提出了直流合成方案的输出效率、互联损失和带负载能力等评价指标;然后,以整流电路序列、串并联符号、符号运算优先级为优化变量,以最高输出效率为优化目标,建立了直流合成方案的优化模型;最后采用遗传算法对优化模型进行求解,对6、11、36、64和144路整流电路构成的阵列分别进行直流合成方案设计,与简单的并联合成方案对比,不仅提高了直流合成的输出效率,还增强了带负载能力,验证了所提出的直流合成方案优化设计方法的有效性。3.大功率晶体管整流电路的高转换效率设计。根据逆时二元性原理,先设计出高效率晶体管功率放大器,然后据此设计整流电路。首先是工作频率为5.8GHz功率放大器设计,通过分析F-1类谐波控制网络的原理,给出了带寄生补偿的三阶谐波控制网络的实现方式;通过直流仿真确定静态工作点、Load Pull仿真确定基波阻抗和不同谐波反射系数相位对功率附加效率和输出功率的影响,并根据这些条件设计了F-1类高效率功率放大器。然后是5.8GHz整流电路设计,通过对功率放大器的栅极匹配网络和栅极偏压进行调谐,使得晶体管本征漏极电压呈现半正弦波,电流呈现方波,得到了高效率的整流电路。当输入功率为40d Bm时,仿真得到整流电路转换效率为70.34%。最后搭建整流电路实验测试平台,对实际加工的整流电路进行测试,整流效率达到64.55%。