微波为载体的能量传输技术可实现能量远距离无线传输,相比于传统有线能量传输方式,具有一发多收、部署简便和可靠性高等特点,在军民领域具有广泛应用前景。微波整流电路将微波能转换为直流电能,是微波能量传输、环境电磁能量收集等系统的关键部件,其整流效率、功率容量等性能决定了无线能量传输与收集系统的效率及实用性。面向环境微功率无线能量收集、高功率微波输能等广泛应用需求,亟待研究发展宽带、高动态输入功率及宽负载阻抗变化范围的高效率整流电路架构与机制、设计方法等关键技术,这已成为学术界和产业界研究的热点。然现有面向微功率、高功率工作状态的微波整流二极管能量转换效率预测方法难于同时精确地表征二极管从微功率到高功率的高动态输入功率范围内的整流特性,导致高效率微功率/高功率整流电路性能仿真结果有效性低;经典的微功率/高功率整流电路效率低,限制了其实用性;目前商用的Si基、Ga As基微波整流二极管的功率容量较低（绝大多数在瓦级量值）,通过多个二极管串联、并联及其组合可实现10瓦、100瓦级等高功率微波整流电路,但其系统效率低,限制了高功率高效率微波整流电路技术发展及高功率无线输能系统的实现;微波整流电路效率随输入功率、频率、负载阻抗等参量变化而变化,整流效率对工作参数变化非常敏感而限制了其实用性和应用领域。本文对宽输入功率范围的微波整流二极管能量转换效率预测方法、微功率/高功率整流电路效率提升机制、整流电路小型化方法、基于GaN HEMT的高功率高效率微波整流电路设计方法等进行了较深入的理论分析、数值仿真和实验研究。本文的主要研究工作及创新贡献如下:1、针对现有整流二极管的效率预测方法不能准确模拟其在宽输入功率范围内的整流性能,提出了一种基于整流二极管的前向/反向电流方程的射频-直流能量转换效率分析与仿真方法,其能较精确地模拟出各输入功率范围下的整流效率,及整流效率随输入功率、频率、负载阻抗等参量变化的规律。该方法能有效指导给定性能指标的整流电路的二极管选型,加速高性能微波整流电路的设计与实现。2、针对经典肖特基二极管半波整流电路因采用滤波、匹配网络而致电路结构复杂、固有损耗高、尺寸大等问题,提出了一种无输入滤波器的高效率瓦级Class-F整流电路结构,通过并联λ/8开路微带线、串联λ/12短路微带线和调谐短截微带线网络同时实现了二次谐波短路、三次谐波开路的谐波输入阻抗和基波阻抗转换,降低了整流二极管的电压/电流在时域上的重叠,减少了二极管的损耗和整流电路的固有损耗,提高了整流效率、实现了小型化;设计研制出2.45 GHz瓦级高效率Class-F整流电路,其在2.45 GHz、31 d Bm输入功率、150Ω负载阻抗下测试的整流效率高达81%。为进一步拓展整流电路的带宽和输入功率动态范围,提出了一种具有宽带、高动态输入功率的高效率Class-F-1整流电路结构,通过并联λ/12开路微带线、串联λ/8短路微带线和调谐短截微带线网络,既实现了对二次谐波开路、三次谐波短路等所需谐波阻抗,又实现了宽带基波阻抗转换;设计研制的Class-F-1整流电路在2.25-3 GHz、3-16 d Bm输入功率内,整流效率高于60%,且峰值效率达到80%。Class-F/F-1整流电路的测试性能与理论分析、电路仿真结果具有良好的一致性,表明提出的小型化高效率Class-F/F-1整流电路结构及设计方法有效可靠,可广泛应用于高功率微波到直流的能量转换系统。3、针对基于非零阈值肖特基二极管的微功率微波整流电路的效率低等问题,提出了一种耦合微带线无源升压式微功率高效率整流电路结构,耦合微带线既起升压器作用有效提升了加载于整流二极管的射频信号电压幅值,增加了二极管正向导通时间而降低了二极管损耗并提高了整流效率,又实现了基波阻抗转换而去掉输入匹配电路,减少了整流电路尺寸。设计研制的耦合微带线无源升压式微功率整流电路在2.38 GHz、0 d Bm输入功率、4.2 kΩ负载阻抗下峰值效率达到67.7%;在0.923 GHz、-30 d Bm输入功率、7.2 kΩ负载阻抗下峰值效率达到14.4%。耦合微带线无源升压式微功率整流电路可广泛应用于环境微功率无线能量收集系统。4、针对经典GaN HEMT基高功率微波整流电路固有反馈回路、移相网络而致电路结构复杂、损耗高、电路尺寸大等问题,提出了一种小型化GaN HEMT基高功率高效率微波整流电路结构,其通过GaN HEMT漏极-栅极间寄生电容耦合射频信号为栅极驱动信号,具有无须专用的反馈回路和移相网络等优势,降低了GaN HEMT基整流电路的损耗和电路复杂度,提高了整流效率,减少了电路尺寸;这类GaN HEMT基高功率高效率整流电路结构和设计方法有益于促进高功率、高效率小型化整流电路实用化。本文研究提出了宽输入功率范围的整流二极管能量转换效率预测方法、三种新型小型化高效率微功率/高功率整流电路结构,发展出高效率微功率/高功率整流电路性能的理论分析、仿真与测试验证方法,研制出面向微波输能应用的高效率高功率整流电路和面向环境无线能量收集应用的高效率微功率整流电路,这些研究成果有益于推动环境无线能量收集、微波输能等技术发展,促进空间卫星太阳能电站、环境无线能量收集式自供电传感器及网络等新一代低碳绿色能源、信息系统实用化。