[发明专利]多氮化镓肖特基二极管串并联结构的大功率微波整流电路

说明书

本发明公开了一种多氮化镓肖特基二极管串并联结构的大功率微波整流电路，主要解决现有技术微波整流功率低的问题。其从左到右依次由输入端口(1)、匹配电路(2)、隔直电容(3)、输入滤波器(4)、整流器(5)、输出滤波器(6)以及负载(7)连接组成。该整流器采用多个氮化镓肖特基二极管串并联结构，且整体封装在一个二极管管壳内，并联接入电路。实测表明，本发明在频率为2.45GHz，负载电阻为350Ω，输入功率为10W时获得了71％的最高整流效率，显著提升了整流功率，可应用于大功率微波能量传输系统。

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别涉及一种多氮化镓肖特基二极管串并联结构的大功率微波整流电路，可用于微波无线能量传输系统。

技术背景

经过多年的发展，无线充电技术逐渐成熟，已广泛应用于消费电子领域，但其充电距离很短。唯一可以实现远距离电能传输的技术方案是采用微波方式，利用高频电磁波的发射与收集实现电能在空间中的点对点无线传输，未来可广泛应用于无人飞行器、空间太阳能电站、向供电中断的灾区紧急供电等领域，具有巨大的应用前景和研究价值。在微波无线能量传输技术的接收端，微波整流电路将接收到的微波能量转化为直流并向负载供电，其转换效率及功率直接影响系统性能。

宽禁带半导体材料GaN具有极大的电学性能优势，AlGaN/GaN异质结结构因其强大的自发极化和压电极化效应，会在靠近界面处GaN一侧感生出高浓度的二维电子气，由于电子被限制的势阱中，且该区域杂质掺杂极少，因此电离杂质散射和合金无序散射较小，二维电子气具有极高的迁移率和电子饱和速率，且GaN由于材料固有的宽禁带属性，其临界击穿场强极大，适合制作大功率高频微波器件。具有凹槽阳极结构地横向氮化镓肖特基二极管可以同时实现优秀地频率响应和功率容量，应用于微波整流电路可同时具备大功率和高效率的特点，但现有技术采用二极管单管并联接入的方式进行电路实现，功率密度受限，整流功率低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种多氮化镓肖特基二极管串并联结构的大功率微波整流电路，以提升微波整流电路的整流功率。

为实现上述目的，本发明多氮化镓肖特基二极管串并联结构的大功率微波整流电路，自左向右依次由输入端口、匹配电路、隔直电容、输入滤波器、整流器、输出滤波器以及负载连接组成，其特征在于：

所述整流器，采用多个氮化镓肖特基二极管串并联结构，且整体封装入一个二极管管壳，该整流器的阴极连接在输入滤波器与输出滤波器之间，该整流器的阳极接地。

作为优选，所述氮化镓肖特基二极管自下而上包括SiC衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、LPCVD SiN和SiO₂双层钝化层，该GaN缓冲层至双层钝化层中间设有阳极凹槽，凹槽侧壁及凹槽边缘上层设有阳极，阳极边缘AlGaN势垒层上设有阴极，阳极半径为80-160微米，阴阳极间距为3-6微米。

作为优选，所述输入端口采用SMA母头同轴连接器。

作为优选，所述匹配电路采用开路枝节匹配结构。

作为优选，所述输入滤波器采用低通滤波器，用于抑制大于工作频率的微波信号通过。

作为优选，所述输出滤波器采用直通滤波器，用于抑制大于等于工作频率的高频信号通过。

作为优选，所述匹配电路、输入滤波器和输出滤波器印制在高频电路板材上。

作为优选，输入端口、隔直电容、整流器及负载焊接在高频电路板上。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：