[发明专利]一种微波肖特基二极管整流效率的计算方法

说明书

本发明公开了一种微波肖特基二极管整流效率的计算方法，包括：步骤1、确定整流电路的参数。步骤2、计算二极管的结电压V_D和整流电路的输出电压V_out。步骤3、计算输入电流I_in。步骤4、计算输入功率P_in及输出功率P_out。步骤5、计算微波肖特基二极管的整流效率。本发明所述计算方法可以根据设计需求预估微波频段下肖特基二极管的整流效率。

技术领域

本发明属于微波射频器件技术领域，尤其涉及微波射频器件技术领域中的一种微波肖特基二极管整流效率的计算方法。

背景技术

微波能量传输系统是将电磁波作为能量的载体，实现远距离能量传输的一种装置。其原理是利用微波功率源将直流电或交流电转换为微波能量，由天线发射出去，微波能量通过自由空间到达接收天线，然后经过整流电路转换为直流电，为装置供电。微波能量传输系统具有作用距离远，功率容量大等特点，可为物联网、无人机等进行远距离供电，也可实现空间太阳能电站的远程输电，具有广阔的应用前景。

微波整流电路是微波能量传输系统接收端的重要组成部分，其作用是利用肖特基二极管的非线性将微波能量转化为直流能量，整流电路的效率主要由肖特基二极管的性能来决定。在整流电路设计的初始，需要根据应用场合与系统要求来选择合适的肖特基二极管，因此有必要提出一种可以利用二极管参数来计算二极管的整流效率的方法。文献《Theoretical and experimental development of 10and 35GHz rectennas》(IEEETransactions on Microwave Theory and Techniques,vol.40,no.6,1992)及《Theoretical analysis of RF-DC conversion efficiency for class-F rectifiers》(IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,vol.62,no.4,2014)均提出通过计算输出电压来得到输出直流功率，计算二极管的串联电阻以及结上的损耗来计算损耗的功率，最终得到肖特基二极管整流效率的方法。然而，这些方法采用的二极管I-V特性过于理想，都假设二极管未导通和未击穿时通过二极管的电流为零，反之，电流则为无穷大。因此，这些方法计算出来的肖特基二极管整流效率存在较大误差。

发明内容

本发明的目的是提出一种微波肖特基二极管整流效率的计算方法，克服现有计算方法计算结果误差较大的缺点。

本发明的技术方案之一是：一种微波肖特基二极管整流效率的计算方法，包括以下步骤

步骤1、确定整流电路的参数，包括整流电路输入端正弦电压信号的幅值V_m，工作频率f、负载电阻R_L、滤波电容C_L，及整流二极管的参数，包括内建电势V_bi、击穿电压V_br、零偏置结电容C_j0、串联电阻R_S、反向饱和电流I_S、结区梯度系数m、发射系数n；

步骤2、根据基尔霍夫定律，对于串联拓扑结构的整流电路，建立以下方程组

其中，V_T是热电势，在室温300K下V_T＝kT/q的近似值为0.026V，ω为角频率，ω＝2πf，结电容C_j为

通过欧拉法或预测-校正法求解上述微分方程组，得到二极管的结电压V_D和整流电路的输出电压V_out；

步骤3、将输出电压V_out代入下式