[發明專利]一種微波肖特基二極管整流效率的計算方法

在審

• 申請號: 202010468013.7
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111596190A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 程飛;黃卡瑪
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 廣東勰思律師事務所 44609
• 代理人: 付光耀

本發明公開了一種微波肖特基二極管整流效率的計算方法，包括：步驟1、確定整流電路的參數。步驟2、計算二極管的結電壓V_D和整流電路的輸出電壓V_out。步驟3、計算輸入電流I_in。步驟4、計算輸入功率P_in及輸出功率P_out。步驟5、計算微波肖特基二極管的整流效率。本發明所述計算方法可以根據設計需求預估微波頻段下肖特基二極管的整流效率。

技術領域

本發明屬于微波射頻器件技術領域，尤其涉及微波射頻器件技術領域中的一種微波肖特基二極管整流效率的計算方法。

背景技術

微波能量傳輸系統是將電磁波作為能量的載體，實現遠距離能量傳輸的一種裝置。其原理是利用微波功率源將直流電或交流電轉換為微波能量，由天線發射出去，微波能量通過自由空間到達接收天線，然后經過整流電路轉換為直流電，為裝置供電。微波能量傳輸系統具有作用距離遠，功率容量大等特點，可為物聯網、無人機等進行遠距離供電，也可實現空間太陽能電站的遠程輸電，具有廣闊的應用前景。

微波整流電路是微波能量傳輸系統接收端的重要組成部分，其作用是利用肖特基二極管的非線性將微波能量轉化為直流能量，整流電路的效率主要由肖特基二極管的性能來決定。在整流電路設計的初始，需要根據應用場合與系統要求來選擇合適的肖特基二極管，因此有必要提出一種可以利用二極管參數來計算二極管的整流效率的方法。文獻《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)均提出通過計算輸出電壓來得到輸出直流功率，計算二極管的串聯電阻以及結上的損耗來計算損耗的功率，最終得到肖特基二極管整流效率的方法。然而，這些方法采用的二極管I-V特性過于理想，都假設二極管未導通和未擊穿時通過二極管的電流為零，反之，電流則為無窮大。因此，這些方法計算出來的肖特基二極管整流效率存在較大誤差。

發明內容

本發明的目的是提出一種微波肖特基二極管整流效率的計算方法，克服現有計算方法計算結果誤差較大的缺點。

本發明的技術方案之一是：一種微波肖特基二極管整流效率的計算方法，包括以下步驟

步驟1、確定整流電路的參數，包括整流電路輸入端正弦電壓信號的幅值V_m，工作頻率f、負載電阻R_L、濾波電容C_L，及整流二極管的參數，包括內建電勢V_bi、擊穿電壓V_br、零偏置結電容C_j0、串聯電阻R_S、反向飽和電流I_S、結區梯度系數m、發射系數n；

步驟2、根據基爾霍夫定律，對于串聯拓撲結構的整流電路，建立以下方程組

其中，V_T是熱電勢，在室溫300K下V_T＝kT/q的近似值為0.026V，ω為角頻率，ω＝2πf，結電容C_j為

通過歐拉法或預測-校正法求解上述微分方程組，得到二極管的結電壓V_D和整流電路的輸出電壓V_out；

步驟3、將輸出電壓V_out代入下式