摘 要

本文借助射频电路设计软件ADS2013 设计了一款工作在2.45GHz的微带整流电路并根据其工作特性设计相应的匹配电路。该微带流电路能够将定频段的无转化为直流，并且有较好的RF-DC的换效率。

论文研究的微带整流电路组成部输入低通滤波器、微双枝、整流二极管、出直通。为适应小型化集成化，整流电路使用微带传输线进行设计，电路设计中注意各环节的仿真分析，在对仿真结果分析基础上做进一步的调整和优化。用S参数分析法，谐波平衡法等仿真方法，得到输出电压、输出功率与频率关系图和转化效率图等。

研究结果表明：2.45GHz无线电波在经过微带整流电路以后基本转化为了直流电，基频及高频分量相对直流分量比重很小，并且在功率上，15-25dBm上转换效率有70%以上，最高转换效率有77.70%，达到设计预期要求。

关键词：微带整流电路；ADS；整流效率；2.45GHz

Abstract

This paper simulates the microstrip rectifying circuit and the corresponding matching circuit by using ADS2013. Microstrip rectifying circuit is able to convert the specific frequency into DC, with appreciable RF-DC conversion efficiency.

Microstrip rectifying circuit design work include the desingn of low pass filter, microstrip both-branch matching circuit, rectifying diode and DC pass filter. This circuit mainly designed by using microstrip to adapt to miniaturization and integration. There’s further adjustment and optimization based on results of simulation. With S parameter analysis and harmonic balance method, ADS generated charts to evaluate the work, include the analysis of the output voltage, output power and conversion efficiency.

The analysis results show that: the 2.45GHz radiowave mostly convert into DC when it transport through the rectifying circuit. In the output port, fundamental frequency and higher frequency is insignificant contrasted to DC. When the input radiowave comes to 15 - 25dBm, the conversion efficiency could be more than 70%, the highest conversion efficiency can reach 77.7%.

Key Words：microstrip rectifying circuit；ADS；rectifying conversion efficiency；2.45GHz

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要研究内容和结构 2

第2章 微带整流天线理论基础 3

2.1 微带整流天线的系统构成 3

2.2 滤波器原理 4

2.3 微带匹配电路 6

2.4 二极管和直通滤波器分析 9

第3章 微带整流电路设计仿真 11

3.1 ADS软件介绍 11

3.1.1 ADS概述 11

3.1.2 基板参数设置 11

3.2 阶跃阻抗低通滤波器设计 12

3.3 微带双枝短截线匹配电路设计 14

3.4 整流二极管仿真 17

3.5 微带线直通滤波器仿真 18

3.6 电压输出及转换效率分析 19

3.7 版图生成 23

第4章 结论 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1886年赫兹证明了电磁波的存在，无线传播技术得到了，20世纪初Brown等人设计了半导体二极管能够将微波能量转换成直流电能，20世纪80年代开始，美国、日本和欧洲等国都把这一技术作为解决本国能源问题的一种重要手段，进行了大量的研究与试验，微波输能^[1]（Microwave Power Transmission）得到重视和发展。石油煤炭等不可再生资源的持续消耗的时代背景下，新能源的利用成为了人们关注的重要课题。例如空间太阳能的利用就是一个重要方面。传统的有线输能方式不能满足空间太阳能的利用，然而微波输能即使是在自由空间也能将能量从发送端直接传送到对应接收端，微波输能所具有的良好特点使其成为可能。在太阳的利用上，微输能的传输损耗有、雨衰和挡物的损耗等，微波能技术也在不断善中。

MPT系统涉及到波的多个研究域，包括、微波功率生器、波束控制、组阵技、接收线、微波整流路技术等，以及研各模块的机组合来提升系统能。微波输能重点之一是整流天线对微波能量的转换效率^[2]，整流电路作为整流天线的重要组成部分，是提高整流效率的决定因素。

顺应小型化集成化的发展方向，微带传输线所具有的传播速度快，功耗低，尺寸小且易于加工集成等点，成为了PCB设计流天线的，考虑到MPT备的工作率通常被设计成2.45GHz,所以本课题研究设计工作在2.45GHz的微带整流电路。

ADS（Advanced Design System）作为Agilent公司射频电路设计软件，具有很好的仿真速度和数据精度，得到业界一致认可，成为主流射频EDA软件，本课题利用ADS2013仿真软件设计工作在2.45GHz的微带整流电路，可以很的优化二极参数及次数设置，提高值准确性。

1.2 国内外研究现状

国外：针对MPT在长距离、大功率方面取得一定研究进展，如SPS为邻近的飞行器提供能量，法国也通过MPT技术对留里旺岛的电能输送问题提供了解决方案。

最早为美国士Glaser在1968年提出了发电，过建立太阳能电卫星，将太阳能化成电能，以微波的式辐射到地面的接收阵转化为直电供能。2000年美国国家宇航局（NASA）成立专门研究组论证SPS计划可行性，各国也对太阳能电站的发展投入大量研究力量^[3]。

2015年初，日本研究员将10千瓦的用微波输送给500米外的接收装置，点亮LED灯，是日本距离最长电力最大的一次实验^[4]。但是，微波的辐射性和整流天线的整流效率制约着微波输能技术，微波输能的广泛应用还需要进一步发展。