JP2021048680A - Rectenna device and method for designing rectenna device - Google Patents

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Abstract

To improve power conversion efficiency without adopting special elements and complicated circuit configurations.SOLUTION: A rectenna device 1 comprises: an antenna circuit 10 which receives radio waves 101 and generates AC power; a matching circuit 20 connected to the antenna circuit 10; and a rectifier circuit 30 which is connected to the matching circuit 20, has a plurality of diodes 31 and 32 connected in series with each other, and rectifies the AC power provided by the antenna circuit 10. Power conversion efficiency η, which is a ratio of the power output by the rectifier circuit 30 to the power output by the antenna circuit 10, is greater than the reference power conversion efficiency, which is a ratio of power output by a reference rectifier circuit having only the diode 31 to the power output by the antenna circuit 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レクテナ装置及びレクテナ装置を設計する方法に関する。 The present invention relates to a rectenna device and a method of designing a rectenna device.

エネルギーハーベスティング技術は、身の回りの電波を回収して、IoT端末の電力源として利用する。電波を直流電力に変換するためには、アンテナと整流器とが必要である。これらのアンテナと整流器とを備えた装置は、レクテナ装置と称されている。特許文献1、2及び非特許文献1、2、3は、レクテナ装置に関する技術を開示する。 Energy harvesting technology collects radio waves around us and uses them as a power source for IoT terminals. An antenna and a rectifier are required to convert radio waves into DC power. A device equipped with these antennas and a rectifier is called a rectenna device. Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1, 2 and 3 disclose techniques relating to a rectenna device.

特開平7−231585号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-231585 特開2004−209816号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-209816

カルロス・エンリケ・ペツル・ローレンツほか(CarlosHenrique Petzl Lorenz et.al)、「ヘテロ接合逆方向トンネルダイオードを用いた環境マイクロ波の電力ハーベスティングに関する効率障壁の打破」(Breaking the Efficiency Barrier for Ambient Microwave PowerHarvesting With Heterojunction Backward Tunnel Diodes)、アイトリプルイー(IEEE)、アイトリプルイー・マイクロ波の取り扱いに関する理論と技術(IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES)、2015年12月(DECEMBER2015)、第63巻(VOL. 63)、第12号(NO. 12)。Carlos Henrique Petzl Lorenz et.al, "Breaking the Efficiency Barrier for Ambient Microwave PowerHarvesting With" Heterojunction Backward Tunnel Diodes), Eye Triple E (IEEE), Theory and Technology on the Handling of Eye Triple E Microwaves (IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES), December 2015 (DECEMBER2015), Volume 63 (VOL. 63) ), No. 12 (NO. 12). ヴラド・マリアンほか(VladMarian et.al)、「供給源又は周囲環境からのマイクロ波エネルギーハーベスティングに関する手法」(Strategy for Microwave Energy Harvesting From Ambient Field or aFeeding Source)、アイトリプルイー(IEEE)、アイトリプルイー・パワーエレクトロニクスの取り扱い(IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS)、2012年11月(NOVEMBER 2012)、第27巻(Vol. 27)、第11号(No.11)。VladMarian et.al, Strategy for Microwave Energy Harvesting From Ambient Field or aFeeding Source, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), Eye Triple Handling of e-Power Electronics (IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS), November 2012 (NOVEMBER 2012), Vol. 27 (Vol. 27), No. 11 (No. 11). 大野桂、田中 愼一、「直列インダクタを装荷したUHF帯高感度ダイオード整流器(II)」、エレクトロニクス講演論文集1、電子情報通信学会総合大会、2019年、p29。Katsura Ohno, Shinichi Tanaka, "UHF Band High Sensitivity Diode Rectifier (II) Loaded with Series Inductors", Proceedings of Electronics Lecture 1, IEICE General Conference, 2019, p29.

当該技術分野では、アンテナが捉えた電波を直流電力に変換する度合いを示す電力変換効率のさらなる向上が望まれている。例えば、非特許文献1、2、3は、レクテナ装置の電力変換効率の向上に関する技術を開示する。しかし、これらの技術は、電力変換効率の向上に主眼が置かれており、電力変換効率を向上させるために複雑な回路構成を採用したり、特殊な素子を採用したりする。 In the technical field, further improvement of power conversion efficiency, which indicates the degree of conversion of radio waves captured by an antenna into DC power, is desired. For example, Non-Patent Documents 1, 2 and 3 disclose techniques for improving the power conversion efficiency of a rectenna device. However, these technologies are focused on improving the power conversion efficiency, and in order to improve the power conversion efficiency, a complicated circuit configuration is adopted or a special element is adopted.

しかし、レクテナ装置の実用化において、特殊な素子や複雑な回路構成の採用は、レクテナ装置の製造に要する設計負荷および組み立て作業の負荷などが増加する。さらに、製造コストの増加も招く。 However, in the practical application of the rectenna device, the adoption of a special element or a complicated circuit configuration increases the design load required for manufacturing the rectenna device and the load of the assembly work. In addition, it also leads to an increase in manufacturing costs.

そこで本発明は、特殊な素子及び複雑な回路構成の採用することなく、電力変換効率を向上可能なレクテナ装置及び当該レクテナ装置を設計する方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rectenna device capable of improving power conversion efficiency and a method for designing the rectenna device without adopting a special element and a complicated circuit configuration.

本発明の一形態であるレクテナ装置は、電波を受けて交流電力を発生するアンテナ部と、アンテナ部に接続される整合部と、互いに直列に接続された複数のダイオードを有すると共に整合部に接続され、アンテナ部から提供される交流電力を整流する整流部と、を備え、整流部は、互いに直列に接続された第1ダイオード及び第2ダイオードを少なくとも有し、アンテナ部が出力する電力に対して整流部が出力する電力の比率は、アンテナ部が出力する電力に対して第1ダイオードのみを有する基準整流部が出力する電力の比率よりも、大きい。 The rectenna device according to one embodiment of the present invention has an antenna unit that receives radio waves to generate AC power, a matching unit connected to the antenna unit, and a plurality of diodes connected in series with each other, and is connected to the matching unit. It is provided with a rectifying unit that rectifies the AC power provided from the antenna unit, and the rectifying unit has at least a first diode and a second diode connected in series with each other, with respect to the power output by the antenna unit. The ratio of the power output by the rectifying unit is larger than the ratio of the power output by the reference rectifying unit having only the first diode to the power output by the antenna unit.

レクテナ装置の電力変換効率は、整流部を構成するダイオードが含む寄生抵抗と寄生容量の影響を受ける。そして、複数のダイオードが直列に接続されている構成では、合成寄生容量の大きさは、1個のダイオードが含む寄生容量よりも小さくなる。寄生容量が小さくなり、整合部がインピーダンス整合の条件を満たす場合には、整合部のインダクタンスが大きくなる。その結果、複数のダイオードが直列に接続されている回路構成では、回路のQ値は、1個のダイオードを含む回路構成を有する基準整流部のQ値よりも大きくすることが可能になる。その結果、第1ダイオード及び第2ダイオードを有する整流部を備えたレクテナ装置の電力変換効率は、第1ダイオードのみを有する基準整流部を備えたレクテナ装置の電力変換効率よりも大きい。従って、レクテナ装置は、寄生容量を含む一般的なダイオードを複数利用しながら、これらのダイオードを直列に接続するという単純な回路構成によって、Q値を高めることが可能である。Q値が大きくなると、アンテナ部と整流部との間の電位差が大きくなるので、アンテナ部から整流部に流れる電流が増加する。その結果、アンテナ部から整流部に渡される電力が多くなるので、電力変換効率を向上することができる。 The power conversion efficiency of the rectenna device is affected by the parasitic resistance and capacitance contained in the diodes that make up the rectifier. In a configuration in which a plurality of diodes are connected in series, the magnitude of the combined parasitic capacitance is smaller than the parasitic capacitance contained in one diode. When the parasitic capacitance becomes small and the matching part satisfies the condition of impedance matching, the inductance of the matching part becomes large. As a result, in a circuit configuration in which a plurality of diodes are connected in series, the Q value of the circuit can be made larger than the Q value of the reference rectifying unit having the circuit configuration including one diode. As a result, the power conversion efficiency of the rectenna device including the rectifying section having the first diode and the second diode is larger than the power conversion efficiency of the rectenna device having the reference rectifying section having only the first diode. Therefore, the rectenna device can increase the Q value by a simple circuit configuration in which these diodes are connected in series while using a plurality of general diodes including parasitic capacitances. As the Q value increases, the potential difference between the antenna unit and the rectifying unit increases, so that the current flowing from the antenna unit to the rectifying unit increases. As a result, the power passed from the antenna unit to the rectifying unit increases, so that the power conversion efficiency can be improved.

一形態のレクテナ装置の整合部は、互いに直列に接続された第1ダイオード及び第2ダイオードを少なくとも有し、第1ダイオードは、第1寄生抵抗と、第1寄生容量と、を有し、第2ダイオードは、第2寄生抵抗と、第2寄生容量と、を有し、整流部は、第1及び第2寄生抵抗に基づく合成寄生抵抗と、第1及び第2寄生容量に基づく合成寄生容量と、を有し、整合部は、アンテナ部と整流部とのインピーダンス整合条件及び合成寄生容量により定まるインダクタンスを有するコイルを含んでもよい。この構成によっても、特殊な素子や複雑な回路構成の採用することなく、電力変換効率を向上することができる。 The matching part of one form of lectena device has at least a first diode and a second diode connected in series with each other, the first diode having a first parasitic resistor and a first parasitic capacitance, and a first. The two diodes have a second parasitic resistance and a second parasitic capacitance, and the rectifying unit has a combined parasitic resistance based on the first and second parasitic resistors and a combined parasitic capacitance based on the first and second parasitic capacitances. The matching section may include a coil having an inductance determined by the impedance matching conditions between the antenna section and the rectifying section and the combined parasitic capacitance. Even with this configuration, the power conversion efficiency can be improved without adopting a special element or a complicated circuit configuration.

一形態のレクテナ装置において、合成寄生抵抗と、合成寄生容量と、インダクタンスと、に基づいて定まるQ値は、第1寄生抵抗と、第1寄生容量と、第1寄生容量及びインピーダンス整合条件により定まるインダクタンスと、に基づいて得られるQ値よりも、大きくてもよい。この構成によれば、電力変換効率を確実に向上することができる。 In one form of lectena device, the Q value determined based on the combined parasitic resistance, the combined parasitic capacitance, and the inductance is determined by the first parasitic resistance, the first parasitic capacitance, the first parasitic capacitance, and the impedance matching condition. It may be larger than the Q value obtained based on the inductance. According to this configuration, the power conversion efficiency can be surely improved.

一形態のレクテナ装置において、整流部は、半波整流回路であってもよい。また、一形態のレクテナ装置において、整流部は、全波整流回路であってもよい。これらの構成によっても、特殊な素子や複雑な回路構成の採用することなく、電力変換効率を向上することができる。 In one form of the rectenna device, the rectifier may be a half-wave rectifier circuit. Further, in one form of the rectenna device, the rectifying unit may be a full-wave rectifying circuit. Even with these configurations, the power conversion efficiency can be improved without adopting a special element or a complicated circuit configuration.

本発明の別の形態は、レクテナ装置を設計する方法であって、レクテナ装置は、電波を受けて交流電力を発生するアンテナ部と、アンテナ部に接続される整合部と、互いに直列に接続された基礎ダイオードを含む複数の付加ダイオードを有すると共に整合部に接続され、アンテナ部から提供される交流電力を整流する整流部と、を備え、基礎ダイオード及び複数の付加ダイオードは、寄生抵抗と寄生容量と、をそれぞれ有し、基礎ダイオードに接続される少なくとも1個の付加ダイオードを選択する工程と、基礎ダイオード及び付加ダイオードの寄生抵抗に基づく合成寄生抵抗と、基礎ダイオード及び付加ダイオードの寄生容量に基づく合成寄生容量と、アンテナ部と整流部とのインピーダンス整合条件及び合成寄生容量により定まるインダクタンスを有するコイルと、が直列に接続された共振回路が有するQ値を得る工程と、を有し、付加ダイオードを選択する工程と、Q値を得る工程とを、選択される付加ダイオードの組み合わせを変更しながら繰り返し行い、整合部が基礎ダイオードのみを有する基準整流部である場合のQ値よりも大きいQ値となる付加ダイオードの組み合わせを基礎ダイオードに付加される付加ダイオードの組み合わせとして決定してもよい。 Another embodiment of the present invention is a method of designing a diode device, in which the diode device is connected in series with an antenna portion that receives radio waves to generate AC power and a matching portion connected to the antenna portion. The basic diode and the plurality of additional diodes are provided with a rectifying part that has a plurality of additional diodes including the basic diode and is connected to the matching part to rectify the AC power provided from the antenna part. The basic diode and the plurality of additional diodes have a parasitic resistance and a parasitic capacitance. Based on the process of selecting at least one additional diode connected to the basic diode and the combined parasitic resistance based on the parasitic resistance of the basic diode and the additional diode, and the parasitic capacitance of the basic diode and the additional diode. It has a step of obtaining the Q value of a resonance circuit in which a composite parasitic capacitance, a coil having an inductance determined by the impedance matching conditions between the antenna section and the rectifying section and the combined parasitic capacitance, and a resonance circuit connected in series are obtained, and an additional diode. The process of selecting the above and the process of obtaining the Q value are repeated while changing the combination of the selected additional diodes, and the Q value is larger than the Q value when the matching unit is the reference rectifying unit having only the basic diode. The combination of the additional diodes to be added may be determined as the combination of the additional diodes added to the basic diode.

この方法によれば、電力変換効率を向上可能なレクテナ装置を設計することができる。 According to this method, it is possible to design a rectenna device capable of improving the power conversion efficiency.

本発明によれば、特殊な素子や複雑な回路構成の採用することなく、電力効率を向上可能なレクテナ装置及び当該レクテナ装置を設計する方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a rectenna device capable of improving power efficiency and a method for designing the rectenna device without adopting a special element or a complicated circuit configuration.

図1は、レクテナ装置の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of the rectenna device. 図2は、レクテナ装置の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the rectenna device. 図3は、レクテナ装置を設計する方法の主要な工程を示すフロー図である。FIG. 3 is a flow chart showing the main steps of the method of designing the rectenna device. 図4の(a)部は変形例1のレクテナ装置の回路図であり、図4の(b)部は変形例2のレクテナ装置の回路図である。Part (a) of FIG. 4 is a circuit diagram of the rectenna device of the modified example 1, and part (b) of FIG. 4 is a circuit diagram of the rectenna device of the modified example 2. 図5は、変形例3のレクテナ装置の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of the rectenna device of the third modification. 図6は、変形例4のレクテナ装置の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of the rectenna device of the modified example 4. 図7は、変形例5のレクテナ装置の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of the rectenna device of the modified example 5. 図8は、変形例6のレクテナ装置の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of the rectenna device of the modified example 6. 図9は、変形例7のレクテナ装置の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of the rectenna device of the modified example 7. 図10は、変形例8のレクテナ装置の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of the rectenna device of the modified example 8. 図11は、実施例1の結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the results of Example 1. 図12は、実施例2の結果を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the results of Example 2. 図13は、実施例3の結果を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the results of Example 3.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

<レクテナ装置>
図1に示すレクテナ装置1は、電源装置である。レクテナ装置1は、電波101を受けて、直流電力に変換する。そして、レクテナ装置1は、当該直流電力をIoT装置などの負荷装置102に供給する。負荷装置102が要求する電力は、例えば、ナノ・ワットからマイクロ・ワットの大きさである。従って、レクテナ装置1は、ナノ・ワットからマイクロ・ワットの大きさの電力を出力する。
<Rectenna device>
The rectenna device 1 shown in FIG. 1 is a power supply device. The rectenna device 1 receives the radio wave 101 and converts it into DC power. Then, the rectenna device 1 supplies the DC power to the load device 102 such as the IoT device. The power required by the load device 102 is, for example, in the range of nanowatts to microwatts. Therefore, the rectenna device 1 outputs electric power on the order of nanowatts to microwatts.

レクテナ装置1は、主要な構成要素として、アンテナ回路10(アンテナ部)と、整合回路20(整合部)と、整流回路30(整流部)と、を有する。また、レクテナ装置1は、デカップリングコンデンサとしてのコンデンサ41を有する。 The rectenna device 1 has an antenna circuit 10 (antenna unit), a matching circuit 20 (matching unit), and a rectifier circuit 30 (rectifier unit) as main components. Further, the rectenna device 1 has a capacitor 41 as a decoupling capacitor.

ここで、図1に示すレクテナ装置1の電力変換効率ηは、以下のように定義される。電力変換効率ηは、アンテナ回路10が出力する電力(PAV)に対して整流回路30が出力する電力(POUT)の比率であるともいえる。より正確には、電力変換効率ηは、式(1)〜(3)及び各式に含まれる以下のパラメータによって定義できる。

Figure 2021048680

Figure 2021048680

Figure 2021048680

η:電力変換効率。
OUT:出力電力。
AV:アンテナ回路10がインピーダンス整合条件下で出力できる最大の出力電力。
IN:式(2)で定義されたアンテナ素子11の実効出力電圧。
:出力電力を最大にする負荷抵抗で定義されるアンテナ抵抗12の抵抗値。
DD:整流回路30の出力電圧の直流成分。
DD:整流回路30の出力電流の時間平均。 Here, the power conversion efficiency η of the rectenna device 1 shown in FIG. 1 is defined as follows. It can be said that the power conversion efficiency η is the ratio of the power (P OUT ) output by the rectifier circuit 30 to the power (P AV) output by the antenna circuit 10. More precisely, the power conversion efficiency η can be defined by the equations (1) to (3) and the following parameters included in each equation.
Figure 2021048680

Figure 2021048680

Figure 2021048680

η: Power conversion efficiency.
P OUT : Output power.
PAV : The maximum output power that the antenna circuit 10 can output under impedance matching conditions.
V IN : The effective output voltage of the antenna element 11 defined by the equation (2).
RA : The resistance value of the antenna resistor 12 defined by the load resistance that maximizes the output power.
VDD : DC component of the output voltage of the rectifier circuit 30.
IDD : Time average of the output current of the rectifier circuit 30.

なお、図1を含む回路図において、抵抗及び容量などの回路記号から引き出し線を引いて示す参照番号は、構成要素としての抵抗素子及び容量素子そのものを示す。また、回路記号の近傍に付した文字は、抵抗素子が有する抵抗値及び容量素子が有する容量値などを示す。例えば、図1において参照番号「21」は、コイル素子を意味する。そして、コイル21の近傍に付した文字「L」は、コイル21のインダクタンスを示す。 In the circuit diagram including FIG. 1, reference numbers shown by drawing leader lines from circuit symbols such as resistance and capacitance indicate resistance elements and capacitance elements themselves as constituent elements. The characters attached in the vicinity of the circuit symbol indicate the resistance value of the resistance element, the capacitance value of the capacitance element, and the like. For example, reference numeral "21" in FIG. 1 means a coil element. The characters assigned to the vicinity of the coil 21 "L M" indicates the inductance of the coil 21.

アンテナ回路10は、電波101を受けて、受けた電波101に応じた交流の電力を発生する。アンテナ回路10から取り出せる電力はアンテナ回路10の負荷抵抗に依存する。負荷抵抗を変えたときにアンテナ回路10から取り出せる電力が最大になる条件があって、この時の出力電力をPAVで定義する。アンテナ回路10は、電気的な機能素子として、アンテナ素子11と、アンテナ抵抗12と、を有する回路としてモデル化される。アンテナ素子11は、電波101を受けて式(2)で定義される電圧VINを発生させるとみなす。具体的なアンテナ素子11の構成は、受ける電波101の周波数(ω)に応じて適宜選択してよい。アンテナ素子11の一端は、アンテナ抵抗12に接続されている。アンテナ素子11の他端は、接地電位103に接続されている。なお、アンテナ回路10は、アンテナ素子11及びアンテナ抵抗12の他に、必要に応じてその他の電気素子を有してもよい。 The antenna circuit 10 receives the radio wave 101 and generates alternating current power according to the received radio wave 101. The power that can be extracted from the antenna circuit 10 depends on the load resistance of the antenna circuit 10. Power that can be extracted from the antenna circuit 10 when changing the load resistance is a condition that maximizes defines the output power when this P AV. The antenna circuit 10 is modeled as a circuit having an antenna element 11 and an antenna resistor 12 as electrical functional elements. It is considered that the antenna element 11 receives the radio wave 101 and generates the voltage VIN defined by the equation (2). The specific configuration of the antenna element 11 may be appropriately selected according to the frequency (ω) of the received radio wave 101. One end of the antenna element 11 is connected to the antenna resistor 12. The other end of the antenna element 11 is connected to the ground potential 103. The antenna circuit 10 may have other electric elements, if necessary, in addition to the antenna element 11 and the antenna resistor 12.

整合回路20は、アンテナ回路10から整合回路20への電力PAVの移送効率を改善する。つまり、整合回路20は、アンテナ回路10と整合回路20との電気的な接続におけるインピーダンスの整合を図る。整合回路20の入力20aは、アンテナ回路10の出力10bに接続されている。整合回路20の出力20bは、整流回路30の入力30aに接続されている。つまり、整合回路20は、アンテナ回路10に対して直列に接続されている。 Matching circuit 20 improves the transfer efficiency of the power P AV from the antenna circuit 10 to the matching circuit 20. That is, the matching circuit 20 attempts to match the impedance in the electrical connection between the antenna circuit 10 and the matching circuit 20. The input 20a of the matching circuit 20 is connected to the output 10b of the antenna circuit 10. The output 20b of the matching circuit 20 is connected to the input 30a of the rectifier circuit 30. That is, the matching circuit 20 is connected in series with the antenna circuit 10.

整合回路20は、電気的な機能素子として、コイル21を有する。なお、整合回路20は、コイル21の他に、必要に応じてその他の電気素子を有してもよい。 The matching circuit 20 has a coil 21 as an electrical functional element. The matching circuit 20 may have other electric elements in addition to the coil 21 if necessary.

整流回路30は、アンテナ回路10が出力する交流の電力PAVを直流電流に変換する。整流回路30は、半波整流型であってもよいし、全波整流型であってもよい。本実施形態のレクテナ装置1が備える整流回路30は、半波整流型である。整流回路30の入力30aは、整合回路20の出力20bに接続されている。つまり、整流回路30は、整合回路20に対して直列に接続されている。整流回路30の出力30bは、負荷装置102の入力102aに接続されている。 Rectifier circuit 30 converts the AC power P AV of the antenna circuit 10 outputs the DC current. The rectifier circuit 30 may be a half-wave rectifier type or a full-wave rectifier type. The rectifier circuit 30 included in the rectenna device 1 of the present embodiment is a half-wave rectifier type. The input 30a of the rectifier circuit 30 is connected to the output 20b of the matching circuit 20. That is, the rectifier circuit 30 is connected in series with the matching circuit 20. The output 30b of the rectifier circuit 30 is connected to the input 102a of the load device 102.

整流回路30は、少なくとも2個以上のダイオード31、32(第1ダイオード、第2ダイオード)を含む。従って、整流回路30は、後述する要件を満たす条件下において、3個または4個といった複数のダイオードを含む場合もあり得る。本実施形態の整流回路30は、2個のダイオード31、32を含むものとして説明する。なお、整流回路30は、ダイオード31、32の他に、必要に応じてその他の電気素子を有してもよい。 The rectifier circuit 30 includes at least two or more diodes 31, 32 (first diode, second diode). Therefore, the rectifier circuit 30 may include a plurality of diodes, such as three or four, under conditions that satisfy the requirements described below. The rectifier circuit 30 of the present embodiment will be described as including two diodes 31 and 32. The rectifier circuit 30 may have other electric elements in addition to the diodes 31 and 32, if necessary.

ダイオード31、32は、互いに直列に接続されている。ダイオード31の入力31aは、整流回路30の入力30aに接続されている。ダイオード31の出力31bは、ダイオード32の入力32aに接続されている。そして、ダイオード32の出力32bは、整流回路30の出力30bに接続されている。 The diodes 31 and 32 are connected in series with each other. The input 31a of the diode 31 is connected to the input 30a of the rectifier circuit 30. The output 31b of the diode 31 is connected to the input 32a of the diode 32. The output 32b of the diode 32 is connected to the output 30b of the rectifier circuit 30.

ところで、現実のダイオード31、32は、電気的な機能素子として、ダイオードの機能を奏する部分(ダイオード機能部31d、32d)に加えて、寄生抵抗31r、32r(第1寄生抵抗、第2寄生抵抗)と、寄生容量31c、32c(第1寄生容量、第2寄生容量)と、を含む。ダイオード31、32は、互いに同じ電気的な構成を有する。そこで、ダイオード31の電気的な構成を詳細に説明し、ダイオード32の詳細な説明を省略する。 By the way, the actual diodes 31 and 32 have parasitic resistors 31r and 32r (first parasitic resistor and second parasitic resistor) in addition to the portions (diode function sections 31d and 32d) that function as diodes as electrical functional elements. ) And the parasitic capacitances 31c and 32c (first parasitic capacitance, second parasitic capacitance). The diodes 31 and 32 have the same electrical configuration as each other. Therefore, the electrical configuration of the diode 31 will be described in detail, and the detailed description of the diode 32 will be omitted.

ダイオード機能部31dは、ダイオードの機能を奏する電気的な素子である。つまり、ダイオード機能部31dは、寄生抵抗31r及び寄生容量31cを含まない、理想的なダイオードであると言える。寄生抵抗31rの出力は、ダイオード機能部31dの入力に接続されている。つまり、寄生抵抗31rは、ダイオード機能部31dに対して直列に接続されている。寄生容量31cの入力は、ダイオード機能部31dの入力に接続されている。また、寄生容量31cの出力は、ダイオード機能部31dの出力に接続されている。つまり、寄生容量31cは、ダイオード機能部31dに対して並列に接続されている。また、寄生容量31cの入力は、寄生抵抗31rの出力にも接続されている。つまり、寄生容量31cは、寄生抵抗31rに対して直列に接続されている。 The diode function unit 31d is an electrical element that functions as a diode. That is, it can be said that the diode function unit 31d is an ideal diode that does not include the parasitic resistance 31r and the parasitic capacitance 31c. The output of the parasitic resistor 31r is connected to the input of the diode function unit 31d. That is, the parasitic resistor 31r is connected in series with the diode functioning unit 31d. The input of the parasitic capacitance 31c is connected to the input of the diode function unit 31d. Further, the output of the parasitic capacitance 31c is connected to the output of the diode function unit 31d. That is, the parasitic capacitance 31c is connected in parallel to the diode function unit 31d. The input of the parasitic capacitance 31c is also connected to the output of the parasitic resistor 31r. That is, the parasitic capacitance 31c is connected in series with the parasitic resistor 31r.

ここで、レクテナ装置1は、電波101を受けている間、常に電力POUTを出力するものではない。レクテナ装置1は、ダイオード31、32の閾値となる電圧VTHを超える電圧が整流回路30の入力30aに与えられる期間において、整流回路30の出力30bに電圧VDDが発生する。つまり、レクテナ装置1の動作は、間欠的である。レクテナ装置1が電波101を受けている全期間において、整流回路30の出力30bに電圧VDDが発生する期間は、きわめて短い。そうすると、ダイオード機能部31d、32dがオフの期間において、レクテナ装置1の回路構成は、ダイオード機能部31d、32dを無視することが可能となる。その結果、レクテナ装置1の回路構成は、近似的に図2に示す回路構成と等価であるとみなせる。 Here, the rectenna device 1 does not always output the power P OUT while receiving the radio wave 101. In the rectenna device 1, a voltage VDD is generated at the output 30b of the rectifier circuit 30 during a period in which a voltage exceeding the voltage VTH which is the threshold of the diodes 31 and 32 is applied to the input 30a of the rectifier circuit 30. That is, the operation of the rectenna device 1 is intermittent. During the entire period during which the rectenna device 1 receives the radio wave 101, the period during which the voltage VDD is generated at the output 30b of the rectifier circuit 30 is extremely short. Then, during the period when the diode function units 31d and 32d are off, the circuit configuration of the rectenna device 1 can ignore the diode function units 31d and 32d. As a result, the circuit configuration of the rectenna device 1 can be regarded as approximately equivalent to the circuit configuration shown in FIG.

図2において、図1の回路構成と相違する部分は、整流回路30である。整流回路30は、合成寄生抵抗33と、合成寄生容量34と、を含む。合成寄生抵抗33の出力は、合成寄生容量34の入力に接続されている。つまり、合成寄生抵抗33は、合成寄生容量34に対して直列に接続されている。なお、等価回路において、合成寄生抵抗33と合成寄生容量34との接続順が逆であってもよい。 In FIG. 2, the portion different from the circuit configuration of FIG. 1 is the rectifier circuit 30. The rectifier circuit 30 includes a combined parasitic resistor 33 and a combined parasitic capacitance 34. The output of the synthetic parasitic resistor 33 is connected to the input of the synthetic parasitic capacitance 34. That is, the synthetic parasitic resistor 33 is connected in series with the synthetic parasitic capacitance 34. In the equivalent circuit, the connection order of the synthetic parasitic resistor 33 and the synthetic parasitic capacitance 34 may be reversed.

合成寄生抵抗33は、ダイオード31の寄生抵抗31rと、ダイオード32の寄生抵抗32rとにより構成される。ダイオード31、32は、互いに直列に接続されている。このダイオード31、32に対して寄生抵抗31r、32rは直列に接続されている。従って、寄生抵抗31r、32rも互いに直列に接続されている。従って、寄生抵抗31r、32rが直列接続された場合の合成寄生抵抗33の抵抗値Rは、下記式によって得られる。

Figure 2021048680
The combined parasitic resistance 33 is composed of the parasitic resistance 31r of the diode 31 and the parasitic resistance 32r of the diode 32. The diodes 31 and 32 are connected in series with each other. The parasitic resistors 31r and 32r are connected in series with the diodes 31 and 32. Therefore, the parasitic resistors 31r and 32r are also connected in series with each other. Therefore, the resistance value RS of the combined parasitic resistance 33 when the parasitic resistors 31r and 32r are connected in series can be obtained by the following equation.
Figure 2021048680

合成寄生容量34は、ダイオード31の寄生容量31cと、ダイオード32の寄生容量32cとにより構成される。ダイオード31、32は、互いに直列に接続されている。このダイオード31、32に対して寄生容量31c、32cは並列に接続されている。従って、寄生容量31c、32cは、互い並列に接続されている。従って、寄生容量31c、32cが並列接続された場合の合成寄生容量34の容量値Cは、下記式によって得られる。

Figure 2021048680
The synthetic parasitic capacitance 34 is composed of a parasitic capacitance 31c of the diode 31 and a parasitic capacitance 32c of the diode 32. The diodes 31 and 32 are connected in series with each other. The parasitic capacitances 31c and 32c are connected in parallel to the diodes 31 and 32. Therefore, the parasitic capacitances 31c and 32c are connected in parallel with each other. Therefore, the capacitance value C J synthetic parasitic capacitance 34 when the parasitic capacitance 31c, 32c are connected in parallel is obtained by the following equation.
Figure 2021048680

そうすると、図2に示す等価回路は、抵抗素子と、容量素子と、コイル素子と、が互いに直列に接続されたものであると言える。換言すると、図2に示す等価回路は、いわゆる直列型のLCR共振回路である。 Then, in the equivalent circuit shown in FIG. 2, it can be said that the resistance element, the capacitance element, and the coil element are connected in series with each other. In other words, the equivalent circuit shown in FIG. 2 is a so-called series type LCR resonant circuit.

整合回路20は、アンテナ回路10と整流回路30とのインピーダンス整合を図る。いま、等価回路のインピーダンスZINは、下記式によって示される。

Figure 2021048680
The matching circuit 20 aims at impedance matching between the antenna circuit 10 and the rectifier circuit 30. Now, the impedance Z IN of the equivalent circuit is expressed by the following equation.
Figure 2021048680

上記式において、複素項がゼロであるとき、インピーダンス整合を満たす。つまり、整合回路20は、下記式に示されるインダクタンスLを有する。

Figure 2021048680
In the above equation, impedance matching is satisfied when the complex term is zero. That is, the matching circuit 20 has an inductance L M represented by the following formula.
Figure 2021048680

さらに、インピーダンス整合を満たす等価回路のQ値は、下記式によって示される。

Figure 2021048680
Further, the Q value of the equivalent circuit satisfying impedance matching is expressed by the following equation.
Figure 2021048680

発明者らは、レクテナ装置1を設計するうえで、電力変換効率ηに影響を及ぼし得る変数の評価を行った。いくつかの変数は、電力変換効率ηに影響を及ぼすものの、その度合いは異なる。つまり、影響の大きい変数を重視することにより、効率の良いレクテナ装置1の設計を行うことが可能になる。発明者らが鋭意検討を行った結果、レクテナ装置1が図2の等価回路によって示すことができる場合、合成寄生容量34が最も電力変換効率ηに影響を及ぼすことを見出した(後述する実施例2、3参照)。合成寄生容量34が大きくなると、電力変換効率ηが低下する。一方、合成寄生容量34が小さくなると、電力変換効率ηが向上する。 In designing the rectenna device 1, the inventors evaluated the variables that could affect the power conversion efficiency η. Some variables affect the power conversion efficiency η, but to varying degrees. That is, it is possible to efficiently design the rectenna device 1 by emphasizing the variables having a large influence. As a result of diligent studies by the inventors, it was found that the combined parasitic capacitance 34 most affects the power conversion efficiency η when the rectenna device 1 can be shown by the equivalent circuit of FIG. 2 (Example described later). See a few). As the synthetic parasitic capacitance 34 increases, the power conversion efficiency η decreases. On the other hand, when the combined parasitic capacitance 34 becomes smaller, the power conversion efficiency η improves.

上述したように、直列に接続されるダイオード31、32の数が増えると、並列に接続される合成寄生容量34は、小さくなる。従って、直列接続されるダイオード31、32の数が増えるほど、合成寄生容量34が小さくなる。その結果、電力変換効率ηが高まる。合成寄生容量34と電力変換効率ηとの関係は、式(8)によって説明できる。式(8)によれば、合成寄生容量34の容量値Cが小さくなると、等価回路のQ値が大きくなる。つまり、LCR共振回路における電圧の倍率(Q値)が大きくなるので、アンテナ回路10から整流回路30へ受け渡される電力が増加する。 As described above, as the number of diodes 31 and 32 connected in series increases, the combined parasitic capacitance 34 connected in parallel decreases. Therefore, as the number of diodes 31 and 32 connected in series increases, the combined parasitic capacitance 34 becomes smaller. As a result, the power conversion efficiency η is increased. The relationship between the synthetic parasitic capacitance 34 and the power conversion efficiency η can be explained by the equation (8). According to the equation (8), as the capacitance value C J of the combined parasitic capacitance 34 decreases, the Q value of the equivalent circuit increases. That is, since the magnification (Q value) of the voltage in the LCR resonance circuit becomes large, the electric power transferred from the antenna circuit 10 to the rectifier circuit 30 increases.

その一方で、直列に接続されるダイオード31、32の数が増えると、直列に接続される合成寄生抵抗33は、増加する。式(8)によれば、合成寄生抵抗33の増加は、Q値の低下を招く。つまり、直列に接続されるダイオード31、32の数が増えるほど、合成寄生容量34の低下に起因してQ値が増加する傾向にある。しかし、ダイオード31、32の数が増えるほど、合成寄生抵抗33の増加に起因してQ値が低下する傾向にある。従って、発明者らは、合成寄生容量34の低下に起因するQ値の増加が支配的な数の範囲において、直列に接続されるダイオード31、32の数を設定すればよいことを明らかにした。 On the other hand, as the number of diodes 31 and 32 connected in series increases, the combined parasitic resistance 33 connected in series increases. According to the formula (8), an increase in the combined parasitic resistance 33 causes a decrease in the Q value. That is, as the number of diodes 31 and 32 connected in series increases, the Q value tends to increase due to the decrease in the combined parasitic capacitance 34. However, as the number of diodes 31 and 32 increases, the Q value tends to decrease due to the increase in the combined parasitic resistance 33. Therefore, the inventors have clarified that the number of diodes 31 and 32 connected in series should be set within the range of the number in which the increase in Q value due to the decrease in the synthetic parasitic capacitance 34 is dominant. ..

つまり、整合回路20は、単に2以上のダイオード31、32を備えているものではない。レクテナ装置1において整合回路20が含むダイオード31、32は、ダイオード31、32を含む場合の等価回路のQ値がダイオード31のみを含む場合又はダイオード32のみを含む場合の等価回路のQ値よりも大きい、という条件を満たす。 That is, the matching circuit 20 does not simply include two or more diodes 31 and 32. The diodes 31 and 32 included in the matching circuit 20 in the rectenna device 1 are higher than the Q value of the equivalent circuit when the matching circuit 20 includes the diodes 31 and 32 and when the Q value of the equivalent circuit includes only the diode 31 or when the matching circuit 20 includes only the diode 32. The condition of being large is satisfied.

要するに、本実施形態のレクテナ装置1は、複数のダイオード31、32をアンテナと出力端子との間に直列に接続する。この接続構成によって、入力端での寄生容量を見かけ上小さくすることが可能になる。例えば、同じ容量値Cを有するN個のダイオードが直列に接続されたとき、合成容量値Cは、C=C/Nとして示される。合成容量値Cが小さくなると、インピーダンス整合で用いるコイル21のインダクタンスLを大きくすることができる。直列に接続されるダイオードの最適数は、各ダイオードの寄生抵抗、寄生容量、飽和電流に応じる。発明者らの検討の結果、本実施形態のレクテナ装置1は、整流回路30を構成するダイオード31、32に対して、ある程度の寄生容量及び寄生抵抗を含むことを許容しながら、電力変換効率ηを高めることができる。つまり、市販のダイオードを複数直列に接続することによって、低い入力電力でも整流作用を得ることが可能であることが明らかになった。 In short, the rectenna device 1 of the present embodiment connects a plurality of diodes 31 and 32 in series between the antenna and the output terminal. This connection configuration makes it possible to apparently reduce the parasitic capacitance at the input end. For example, when N diodes having the same capacitance value C S is connected in series, the combined capacitance value C is indicated as C = C S / N. When combined capacitance value C becomes smaller, it is possible to increase the inductance L M of the coil 21 used in the impedance matching. The optimum number of diodes connected in series depends on the parasitic resistance, parasitic capacitance, and saturation current of each diode. As a result of the examination by the inventors, the rectenna device 1 of the present embodiment allows the diodes 31 and 32 constituting the rectifier circuit 30 to include a certain amount of parasitic capacitance and resistance, and has a power conversion efficiency η. Can be enhanced. That is, it has been clarified that the rectifying action can be obtained even with a low input power by connecting a plurality of commercially available diodes in series.

特に、常識的には、直列に接続されるダイオードの数が増えると、ターンオンするための必要電力が増加するので、電力変換効率ηは低下する傾向にある。しかし、本実施形態のレクテナ装置1は、ダイオードの数の増加に起因するターンオンのために必要電力が増加する効果よりも、合成寄生容量の低下に基づくインダクタンスLの増加の効果が大きい。そのため、インダクタンスLの増加の効果が支配的な範囲において、ダイオードの数の増加によって、電力変換効率を高めることができる。 In particular, in common sense, as the number of diodes connected in series increases, the power required for turn-on increases, so the power conversion efficiency η tends to decrease. However, rectenna device 1 of the present embodiment, than the effect of power required for the turn-on due to the increase in the number of diodes is increased, a large effect of increasing the inductance L M due to decreased synthesis parasitic capacitance. Therefore, the effect is dominant range of increase in the inductance L M, by increasing the number of diodes, it is possible to increase the power conversion efficiency.

そして、低い入力電流でも整流作用を得ることができるので、電波101のエネルギが小さい場合であっても、当該電波101から電力を回収することが可能になる。 Since the rectifying action can be obtained even with a low input current, it is possible to recover the electric power from the radio wave 101 even when the energy of the radio wave 101 is small.

<レクテナ装置を設計する方法>
次に、図3を参照しながらレクテナ装置1を設計する方法を説明する。
<How to design a rectenna device>
Next, a method of designing the rectenna device 1 will be described with reference to FIG.

設計する方法は、基本となるダイオード31(基礎ダイオード)に対して、付加的なダイオード32(複数の付加ダイオード)等を順次接続しながら、それぞれのQ値(n)を算出する。Q値(n)は、ダイオードを接続するごとに、大きくなる。そして、閾値となるダイオードの数を超えると、Q値(n)は次第に小さくなる。そこで、設計する方法では、次第に増加するQ値(n)が、減少に転じる接続数を特定する。そして、減少に転じる接続数から一つを減じた数を、整流回路30を構成するダイオードの組み合わせとして設定する。なお、以下の説明において、ダイオードの組み合わせとは、ダイオードの数、及び、組み合わされるダイオードの種類を意味するものとしてよい。 The design method calculates the Q value (n) of each of the basic diode 31 (basic diode) while sequentially connecting additional diodes 32 (plurality of additional diodes) and the like. The Q value (n) increases each time a diode is connected. Then, when the number of diodes serving as a threshold value is exceeded, the Q value (n) gradually decreases. Therefore, in the design method, the number of connections whose Q value (n) gradually increases turns to decrease is specified. Then, the number obtained by subtracting one from the number of connections that starts to decrease is set as a combination of diodes constituting the rectifier circuit 30. In the following description, the combination of diodes may mean the number of diodes and the type of diode to be combined.

まず、ダイオード31のみを有する基準整流回路(基準整流部)に対応する等価回路のQ値を得る。 First, the Q value of the equivalent circuit corresponding to the reference rectifier circuit (reference rectifier unit) having only the diode 31 is obtained.

具体的には、アンテナ回路10が受ける電波101の入力周波数(ω)を設定する(工程S1)。次に、ダイオード31の寄生容量31cの容量値CJ1と入力周波数(ω)とを式(7)に適用して、整合回路20のインダクタンスL(1)を算出する(工程S2)。図2の整合回路の場合、整合回路20のインダクタンスL(1)は、コイル21の自己インダクタンスである。そして、寄生抵抗31rの抵抗値RS1と、寄生容量31cの容量値CJ1と、インダクタンスL(1)と、を式(8)に適用して、Q値(1)を得る(工程S3)。 Specifically, the input frequency (ω) of the radio wave 101 received by the antenna circuit 10 is set (step S1). Next, the capacitance value C J1 of the parasitic capacitance 31c of diode 31 and the input frequency (omega) is applied to Equation (7) to calculate inductance L M of the matching circuit 20 (1) (step S2). For the matching circuit of FIG. 2, the inductance L M of the matching circuit 20 (1) is a self-inductance of the coil 21. Then, the resistance value R S1 of the parasitic resistance 31r, the capacitance value C J1 of the parasitic capacitance 31c, by applying the inductance L M (1), to the equation (8) to obtain Q value (1) (process S3 ).

次に、基本となるダイオード31に付加的なダイオード32を付加した等価回路のQ値(2)を得る。 Next, the Q value (2) of an equivalent circuit in which an additional diode 32 is added to the basic diode 31 is obtained.

具体的には、ダイオード31の寄生抵抗31rの抵抗値RS1及びダイオード32の寄生抵抗32rの抵抗値RS2を式(4)に適用して、合成寄生抵抗33の抵抗値R(2)を算出する。さらに、ダイオード31の寄生容量31cの容量値CJ1及びダイオード32の寄生容量32cの容量値CJ2を式(5)に適用して、合成寄生容量34の容量値C(2)を算出する(工程S4)。次に、合成寄生容量34の容量値C(2)と入力周波数(ω)とを式(7)に適用して、インダクタンスL(2)を算出する(工程S5)。そして、合成寄生抵抗33の抵抗値R(2)と、合成寄生容量34の容量値C(2)と、インダクタンスL(2)と、を式(8)に適用して、Q値(2)を得る(工程S6)。 Specifically, the resistance value R S1 of the parasitic resistance 31r of the diode 31 and the resistance value R S2 of the parasitic resistance 32r of the diode 32 are applied to the equation (4) to apply the resistance value R S (2) of the combined parasitic resistance 33. Is calculated. Further, the capacitance value C J1 of the parasitic capacitance 31c of the diode 31 and the capacitance value C J2 of the parasitic capacitance 32c of the diode 32 are applied to the equation (5 ) to calculate the capacitance value C J (2) of the combined parasitic capacitance 34. (Step S4). Next, the capacitance value C J (2) and the input frequency of the synthetic parasitic capacitance 34 and (omega) is applied to Equation (7) to calculate an inductance L M (2) (step S5). Then, the resistance value R S of the composite parasitic resistance 33 (2), the capacitance value C J synthetic parasitic capacitance 34 (2), the inductance L M (2), by applying the equation (8), Q value (2) is obtained (step S6).

次に、Q値の比較を行う(工程S7)。Q値(n+1)がQ値(n)よりも大きい場合には、変数を変更し(n=n+1)、再び工程S4、S5、S6を行う。この変数nに1を加える操作は、直列接続するダイオードの数を1個増やすことを意味する。一方、Q値(n+1)がQ値(n)よりも小さい場合には、処理を終了する。例えば、Q値(3)がQ値(2)より小さい場合には、ダイオード31、32によって整流回路30を構成するものとして決定する。 Next, the Q value is compared (step S7). If the Q value (n + 1) is larger than the Q value (n), the variable is changed (n = n + 1), and steps S4, S5, and S6 are performed again. The operation of adding 1 to this variable n means increasing the number of diodes connected in series by one. On the other hand, when the Q value (n + 1) is smaller than the Q value (n), the process ends. For example, when the Q value (3) is smaller than the Q value (2), it is determined that the diodes 31 and 32 constitute the rectifier circuit 30.

なお、レクテナ装置を設計する方法では、整流回路30を構成するダイオードの組み合わせを設定する工程と、当該組み合わせに基づくQ値を算出する工程と、これらの工程を繰り返し実施して得られる複数のQ値から条件を満たすQ値を構成するダイオードの組み合わせを決定する工程と、を含むものとしてもよい。 In the method of designing the rectenna device, a step of setting a combination of diodes constituting the rectifier circuit 30, a step of calculating a Q value based on the combination, and a plurality of Qs obtained by repeatedly performing these steps. It may include a step of determining a combination of diodes constituting a Q value satisfying the condition from the value.

<作用効果>
レクテナ装置1の電力変換効率ηは、整流回路30を構成するダイオード31、32が含む寄生抵抗31r、32rと寄生容量31c、32cの影響を受ける。そして、複数のダイオード31、32が直列に接続されている構成では、合成寄生容量34の容量値Cは、1個のダイオード31が含む寄生容量31cの容量値CJ1よりも小さくなる。寄生容量31cが小さくなり、整合回路20がインピーダンス整合の条件を満たす場合には、整合回路20のインダクタンスLが大きくなる。その結果、複数のダイオード31、32が直列に接続されている回路構成では、回路のQ値は、1個のダイオードを含む回路構成のQ値よりも大きくすることが可能になる。従って、レクテナ装置1は、寄生容量31c、32cを含む一般的なダイオード31、32を複数利用しながら、これらのダイオード31、32を直列に接続するという単純な回路構成によって、Q値を高めることが可能である。Q値が大きくなると、アンテナ回路10と整流回路30との間の電位差が大きくなるので、アンテナ回路10から整流回路30に流れる電流が増加する。その結果、アンテナ回路10から整流回路30に渡される電力が多くなるので、電力変換効率ηを向上することができる。
<Effect>
The power conversion efficiency η of the rectenna device 1 is affected by the parasitic resistors 31r and 32r and the parasitic capacitances 31c and 32c included in the diodes 31 and 32 constituting the rectifier circuit 30. In a configuration in which a plurality of diodes 31 and 32 are connected in series, the capacitance value C J of the combined parasitic capacitance 34 is smaller than the capacitance value C J1 of the parasitic capacitance 31c included in one diode 31. Parasitic capacitance 31c is reduced, the matching circuit 20 when the meet the impedance matching inductance L M of the matching circuit 20 is increased. As a result, in a circuit configuration in which a plurality of diodes 31 and 32 are connected in series, the Q value of the circuit can be made larger than the Q value of the circuit configuration including one diode. Therefore, the rectenna device 1 uses a plurality of general diodes 31 and 32 including parasitic capacitances 31c and 32c, and increases the Q value by a simple circuit configuration in which these diodes 31 and 32 are connected in series. Is possible. As the Q value increases, the potential difference between the antenna circuit 10 and the rectifier circuit 30 increases, so that the current flowing from the antenna circuit 10 to the rectifier circuit 30 increases. As a result, the power passed from the antenna circuit 10 to the rectifier circuit 30 increases, so that the power conversion efficiency η can be improved.

レクテナ装置1の整合回路20は、互いに直列に接続されたダイオード31、32を少なくとも有し、ダイオード31は、寄生抵抗31rと、寄生容量31cと、を有する。ダイオード32は、寄生抵抗32rと、寄生容量32cと、を有する。整流回路30は、寄生抵抗31r、32rに基づく合成寄生抵抗33と、寄生容量31c、32cに基づく合成寄生容量34と、を有する。整合回路20は、アンテナ回路10と整流回路30とのインピーダンス整合条件及び合成寄生容量34により定まるインダクタンスLを有するコイル21を含む。この構成によっても、特殊な素子や複雑な回路構成の採用することなく、電力変換効率ηを向上することができる。 The matching circuit 20 of the rectenna device 1 has at least diodes 31 and 32 connected in series with each other, and the diode 31 has a parasitic resistor 31r and a parasitic capacitance 31c. The diode 32 has a parasitic resistance 32r and a parasitic capacitance 32c. The rectifier circuit 30 has a combined parasitic resistor 33 based on the parasitic resistors 31r and 32r, and a combined parasitic capacitance 34 based on the parasitic capacitances 31c and 32c. Matching circuit 20 includes a coil 21 having an inductance L M determined by the impedance matching conditions and synthetic parasitic capacitance 34 between the antenna circuit 10 and the rectifier circuit 30. Even with this configuration, the power conversion efficiency η can be improved without adopting a special element or a complicated circuit configuration.

レクテナ装置1において、合成寄生抵抗33と、合成寄生容量34と、インダクタンスLと、に基づいて定まるQ値は、寄生抵抗31rと、寄生容量31cと、寄生容量31c及びインピーダンス整合条件により定まるインダクタンスLと、に基づいて得られるQ値よりも、大きい。この構成によれば、電力変換効率ηを確実に向上することができる。 In rectenna device 1, a synthetic parasitic resistance 33, a synthetic parasitic capacitance 34, and the inductance L M, the Q value determined on the basis of the parasitic resistance 31r and a parasitic capacitance 31c, inductance determined by the parasitic capacitance 31c and the impedance matching condition and L M, than Q value obtained based on large. According to this configuration, the power conversion efficiency η can be surely improved.

例えば、整流回路が1個のダイオードで構成される場合には、レクテナ装置の仕様を満たすために、個々のダイオードに許される寄生抵抗及び寄生容量の許容範囲が狭くなる傾向にある。一方、本実施形態のレクテナ装置1は、複数のダイオード31、32の組み合わせによって所望の電力変換効率ηを達成する。そうすると、個々のダイオードの寄生抵抗及び寄生容量のばらつきが大きくても、組み合わせによってレクテナ装置の仕様を満たすことも可能になる。従って、整流回路30を構成するダイオードに要求される仕様条件を緩やかにすることができる。 For example, when the rectifier circuit is composed of one diode, the allowable range of parasitic resistance and parasitic capacitance allowed for each diode tends to be narrowed in order to satisfy the specifications of the rectenna device. On the other hand, the rectenna device 1 of the present embodiment achieves a desired power conversion efficiency η by combining a plurality of diodes 31 and 32. Then, even if the parasitic resistance and the parasitic capacitance of each diode vary widely, it is possible to meet the specifications of the rectenna device by the combination. Therefore, the specification conditions required for the diodes constituting the rectifier circuit 30 can be relaxed.

整流回路30は、半波整流回路である。この構成によっても、特殊な素子や複雑な回路構成の採用することなく、電力変換効率ηを向上することができる。 The rectifier circuit 30 is a half-wave rectifier circuit. Even with this configuration, the power conversion efficiency η can be improved without adopting a special element or a complicated circuit configuration.

<変形例1〜6>
レクテナ装置が有する整流回路は、図1に示す回路構成に限定されない。変形例1〜6のレクテナ装置1A〜1Fは、図1の整流回路30とは異なる整流回路30A〜30Fを有してもよい。
<Modifications 1 to 6>
The rectifier circuit included in the rectenna device is not limited to the circuit configuration shown in FIG. The rectenna devices 1A to 1F of the modified examples 1 to 6 may have rectifier circuits 30A to 30F different from the rectifier circuit 30 of FIG.

図4の(a)部は、変形例1のレクテナ装置1Aを示す。レクテナ装置1Aは、整流回路30Aを有する。このレクテナ装置1Aは、いわゆるシングルシャント型のレクテナ装置(single shunt rectenna)である。整流回路30Aは、複数のダイオード31、32を含むダイオードユニット30S1と、機能素子35と、を有する。この構成によっても、実施形態のレクテナ装置1と同様の効果を得ることができる。 Part (a) of FIG. 4 shows the rectenna device 1A of the first modification. The rectenna device 1A has a rectifier circuit 30A. This rectenna device 1A is a so-called single shunt type rectenna device (single shunt rectenna). The rectifier circuit 30A includes a diode unit 30S1 including a plurality of diodes 31 and 32, and a functional element 35. Even with this configuration, the same effect as that of the rectenna device 1 of the embodiment can be obtained.

図4の(b)部は、変形例2のレクテナ装置1Bを示す。昇圧型のレクテナ装置1Bは、整流回路30Bを有する。レクテナ装置1Cは、単段の増倍電圧整流器(single stage multiplier)である。整流回路30Bは、複数のダイオード31、32を含むダイオードユニット30S1、30S2と、コンデンサ30N1と、を有する。この構成によっても、実施形態のレクテナ装置1と同様の効果を得ることができる。 Part (b) of FIG. 4 shows the rectenna device 1B of the second modification. The step-up rectenna device 1B has a rectifier circuit 30B. The rectenna device 1C is a single stage multiplier. The rectifier circuit 30B includes diode units 30S1 and 30S2 including a plurality of diodes 31 and 32, and a capacitor 30N1. Even with this configuration, the same effect as that of the rectenna device 1 of the embodiment can be obtained.

図5は、変形例3のレクテナ装置1Cを示す。昇圧型のレクテナ装置1Cは、整流回路30Cを有する。この整流回路30Cは、変形例2の整流回路30Bを多段にしたものである。レクテナ装置1Cは、コッククロフト−ウォルトン型のチャージポンプ(Cockcroft-Walton/Greinacher/Villard charge pump)の一種である。整流回路30Cは、複数のダイオード31、32を含むダイオードユニット30S1、30S2、30S3、30S4と、コンデンサ30N1、30N2、30N3、30N4と、を有する。この構成によっても、実施形態のレクテナ装置1と同様の効果を得ることができる。 FIG. 5 shows the rectenna device 1C of the third modification. The step-up rectenna device 1C has a rectifier circuit 30C. This rectifier circuit 30C is a multi-stage version of the rectifier circuit 30B of the second modification. The rectenna device 1C is a type of Cockcroft-Walton / Greinacher / Village charge pump. The rectifier circuit 30C includes diode units 30S1, 30S2, 30S3, 30S4 including a plurality of diodes 31 and 32, and capacitors 30N1, 30N2, 30N3, 30N4. Even with this configuration, the same effect as that of the rectenna device 1 of the embodiment can be obtained.

図6は、変形例4のレクテナ装置1Dを示す。昇圧型のレクテナ装置1Dは、整流回路30D1、30D2を有する。このレクテナ装置1Dは、いわゆるディスクソン・チャージポンプ(Dickson charge pump)である。レクテナ装置1Dは、変形例2の整流回路30Bを並列に接続したものである。整流回路30D1、30D2は、複数のダイオード31、32を含むダイオードユニット30S1、30S2を有する。また、整流回路30D1、30D2は、2個の整合回路20A、20Bと、コンデンサ2C1、2C2と、コンデンサ41A、41Bと、を有する。この構成によっても、実施形態のレクテナ装置1と同様の効果を得ることができる。 FIG. 6 shows the rectenna device 1D of the modified example 4. The step-up rectenna device 1D has rectifier circuits 30D1 and 30D2. This rectenna device 1D is a so-called Dickson charge pump. The rectenna device 1D is a device in which the rectifier circuit 30B of the second modification is connected in parallel. The rectifier circuits 30D1 and 30D2 include diode units 30S1 and 30S2 including a plurality of diodes 31 and 32. Further, the rectifier circuits 30D1 and 30D2 have two matching circuits 20A and 20B, capacitors 2C1 and 2C2, and capacitors 41A and 41B. Even with this configuration, the same effect as that of the rectenna device 1 of the embodiment can be obtained.

図7は、変形例5のレクテナ装置1Eを示す。昇圧型のレクテナ装置1Eは、整流回路30Eを有する。この整流回路30Eは、変形例2の整流回路30Bを多段にしたものである。また、レクテナ装置1Eは、コッククロフト−ウォルトン型のチャージポンプ(Cockcroft-Walton/Greinacher charge pump)の一種である。整流回路30Eは、複数のダイオード31、32を含むダイオードユニット30S1〜30S6と、コンデンサ30N1〜30N5と、を有する。この構成によっても、実施形態のレクテナ装置1と同様の効果を得ることができる。 FIG. 7 shows the rectenna device 1E of the modified example 5. The step-up rectenna device 1E has a rectifier circuit 30E. This rectifier circuit 30E is a multi-stage version of the rectifier circuit 30B of the second modification. The rectenna device 1E is a type of Cockcroft-Walton / Greinacher charge pump. The rectifier circuit 30E includes diode units 30S1 to 30S6 including a plurality of diodes 31 and 32, and capacitors 30N1 to 30N5. Even with this configuration, the same effect as that of the rectenna device 1 of the embodiment can be obtained.

図8は、変形例6のレクテナ装置1Fを示す。レクテナ装置1Fは、整流回路30Fを有する。この整流回路30Fは、全波整流回路である。整流回路30Fは、複数のダイオード31、32を含むダイオードユニット30S1〜30S4を有する。この構成によっても、実施形態のレクテナ装置1と同様の効果を得ることができる。 FIG. 8 shows the rectenna device 1F of the modified example 6. The rectenna device 1F has a rectifier circuit 30F. This rectifier circuit 30F is a full-wave rectifier circuit. The rectifier circuit 30F has diode units 30S1 to 30S4 including a plurality of diodes 31 and 32. Even with this configuration, the same effect as that of the rectenna device 1 of the embodiment can be obtained.

図9は、変形例7のレクテナ装置1Gを示す。レクテナ装置1Gは、整流回路30Gを有する。整流回路30Gは、2個のダイオードユニット30S1、30S2を有する。ダイオードユニット30S1、30S2は、それぞれ2個のダイオード31、32を有する。ダイオード31、32は互いに直列に接続されている。ダイオードユニット30S1の入力は、整合回路20に接続されている。ダイオードユニット30S1の出力は、ダイオードユニット30S2の入力とコンデンサ36に接続されている。つまり、ダイオードユニット30S2は、ダイオードユニット30S1に対して直列に接続されている。換言すると、整流回路30Gは、互いに直列に接続された4個のダイオード31、32を有する。ダイオードユニット30S2の入力は、ダイオードユニット30S1の出力とコンデンサ36に接続されている。ダイオードユニット30S2の出力は、コンデンサ41及び負荷装置102に接続されている。この構成によっても、実施形態のレクテナ装置1と同様の効果を得ることができる。 FIG. 9 shows the rectenna device 1G of the modified example 7. The rectenna device 1G has a rectifier circuit 30G. The rectifier circuit 30G has two diode units 30S1 and 30S2. The diode units 30S1 and 30S2 have two diodes 31 and 32, respectively. The diodes 31 and 32 are connected in series with each other. The input of the diode unit 30S1 is connected to the matching circuit 20. The output of the diode unit 30S1 is connected to the input of the diode unit 30S2 and the capacitor 36. That is, the diode unit 30S2 is connected in series with the diode unit 30S1. In other words, the rectifier circuit 30G has four diodes 31 and 32 connected in series with each other. The input of the diode unit 30S2 is connected to the output of the diode unit 30S1 and the capacitor 36. The output of the diode unit 30S2 is connected to the capacitor 41 and the load device 102. Even with this configuration, the same effect as that of the rectenna device 1 of the embodiment can be obtained.

図10は、変形例8のレクテナ装置1Hを示す。レクテナ装置1Hは、整流回路30Hと、フィルタ素子42と、を有する。整流回路30Hは、整合回路20と接地電位103との間に配置されている。この構成によっても、実施形態のレクテナ装置1と同様の効果を得ることができる。 FIG. 10 shows the rectenna device 1H of the modified example 8. The rectenna device 1H includes a rectifier circuit 30H and a filter element 42. The rectifier circuit 30H is arranged between the matching circuit 20 and the ground potential 103. Even with this configuration, the same effect as that of the rectenna device 1 of the embodiment can be obtained.

なお、実施形態及び変形例1〜8では、ダイオード31の寄生抵抗31r及び寄生容量31cは、ダイオード32の寄生抵抗32r及び寄生容量32cとそれぞれ同じであるとして説明した。整流回路30を構成するダイオードの寄生抵抗及び寄生容量の大きさは、ダイオードごとに相違してもよい。 In the embodiments and Modifications 1 to 8, the parasitic resistance 31r and the parasitic capacitance 31c of the diode 31 have been described as being the same as the parasitic resistance 32r and the parasitic capacitance 32c of the diode 32, respectively. The magnitudes of the parasitic resistance and the parasitic capacitance of the diodes constituting the rectifier circuit 30 may differ for each diode.

<実施例1A、1B>
実施例1A、1Bでは、整流回路を構成するダイオードの数と電力変換係数との関係を確認した。図11のグラフは、実施例1A、1Bの結果を示す。グラフの横軸は、整流回路を構成するダイオードの数を示す。グラフの縦軸は、電力変換効率ηを示す。グラフG11Aは、実施例1Aの結果を示す。グラフG11Bは、実施例1Bの結果を示す。
<Examples 1A and 1B>
In Examples 1A and 1B, the relationship between the number of diodes constituting the rectifier circuit and the power conversion coefficient was confirmed. The graph of FIG. 11 shows the results of Examples 1A and 1B. The horizontal axis of the graph shows the number of diodes that make up the rectifier circuit. The vertical axis of the graph shows the power conversion efficiency η. Graph G11A shows the results of Example 1A. Graph G11B shows the results of Example 1B.

実施例1A、1Bにおいて、アンテナ抵抗12の抵抗値Rは70Ωであり、出力電圧値VDDは1.0Vであり、出力電流IDDは、10μAであるとした。また、実施例1Aでは、合成寄生抵抗33の抵抗値Rが12Ωであり、合成寄生容量34の容量値Cが0.1pFであるダイオードを選択した。実施例1Bでは、合成寄生抵抗33の抵抗値Rが8.04Ωであり、合成寄生容量34の容量値Cが0.192pFであるダイオードを選択した。 In Examples 1A and 1B, the resistance value RA of the antenna resistor 12 is 70Ω, the output voltage value VDD is 1.0V, and the output current IDD is 10μA. Further, in Example 1A, a diode having a resistance value RS of the synthetic parasitic resistor 33 of 12Ω and a capacitance value C J of the synthetic parasitic capacitance 34 of 0.1 pF was selected. In Example 1B, a diode having a resistance value RS of the synthetic parasitic resistor 33 of 8.04Ω and a capacitance value C J of the synthetic parasitic capacitance 34 of 0.192pF was selected.

実施例1A、1Bによれば、ダイオードの数が変わると電力変換効率ηが変化することがわかった。例えば、実施例1A、1B共に、整流回路が1個のダイオードを含む場合よりも、2個のダイオードを含む場合の方が、電力変換効率ηが高まることがわかった。一方、電力変換効率ηが最大となるダイオードの数は、条件によって相違することがわかった。例えば、実施例1Aの解析条件では、電力変換効率ηが最大となるダイオードの数は、2個であった。一方、実施例1Bの解析条件では、電力変換効率ηが最大となるダイオードの数は、4個であった。 According to Examples 1A and 1B, it was found that the power conversion efficiency η changes when the number of diodes changes. For example, in both Examples 1A and 1B, it was found that the power conversion efficiency η is higher when the rectifier circuit includes two diodes than when the rectifier circuit includes one diode. On the other hand, it was found that the number of diodes having the maximum power conversion efficiency η differs depending on the conditions. For example, under the analysis conditions of Example 1A, the number of diodes having the maximum power conversion efficiency η was two. On the other hand, under the analysis conditions of Example 1B, the number of diodes having the maximum power conversion efficiency η was four.

また、ダイオードの数の増加に伴い電力変換効率が増加し、電力変換効率が最大値となったのちに、徐々に電力変換効率が減少するという傾向は、実施例1A、1Bに共通していた。従って、互いに等しいとみなせる寄生抵抗及び寄生容量を有するダイオードを接続する場合には、実施形態において説明した方法によって最適なダイオードの数を設定できることも確認できた。 Further, the tendency that the power conversion efficiency increases as the number of diodes increases, the power conversion efficiency reaches the maximum value, and then the power conversion efficiency gradually decreases is common to Examples 1A and 1B. .. Therefore, when connecting diodes having parasitic resistance and parasitic capacitance that can be regarded as equal to each other, it was confirmed that the optimum number of diodes can be set by the method described in the embodiment.

<実施例2A〜2F>
実施例2A〜2Fでは、合成寄生容量34の容量値Cと電力変換効率ηとの関係について確認した。図12のグラフは、実施例2A〜2Fの結果を示す。グラフの横軸は、合成寄生容量34の容量値Cを示す。グラフの縦軸は、電力変換効率ηを示す。グラフG12A、G12B、G12Cは、それぞれ実施例2A、2B、2Cの結果を示す。さらに、グラフG12D、G12E、G12Fは、それぞれ実施例2D、2E、2Fの結果を示す。
<Examples 2A to 2F>
In Example 2A-2F, it was checked for the relationship between the capacitance value C J and the power conversion efficiency η of the composite parasitic capacitance 34. The graph of FIG. 12 shows the results of Examples 2A to 2F. The horizontal axis of the graph shows the capacitance values C J synthetic parasitic capacitance 34. The vertical axis of the graph shows the power conversion efficiency η. Graphs G12A, G12B and G12C show the results of Examples 2A, 2B and 2C, respectively. Further, the graphs G12D, G12E and G12F show the results of Examples 2D, 2E and 2F, respectively.

実施例2A〜2Cは、回路シミュレータによる計算結果である。実施例2D〜2Fは、実測値である。実施例2A〜2Fにおいて、アンテナ抵抗12の抵抗値Rは70Ωであり、出力電圧値VDDは0.5Vであり、出力電流IDDは、10μAであるとした。また、実施例2A〜2Fでは、合成寄生抵抗33の抵抗値Rが互いに異なる。各実施例2A〜2Fに設定される抵抗値Rは以下のとおりである。
実施例2A:R=2Ω。
実施例2B:R=20Ω。
実施例2C:R=200Ω。
実施例2D:R=2Ω。
実施例2E:R=20Ω。
実施例2F:R=200Ω。
Examples 2A to 2C are calculation results by the circuit simulator. Examples 2D to 2F are actually measured values. In Examples 2A to 2F, the resistance value RA of the antenna resistor 12 is 70Ω, the output voltage value VDD is 0.5V, and the output current IDD is 10μA. Further, in Examples 2A to 2F, the resistance values RS of the combined parasitic resistance 33 are different from each other. The resistance values RS set in each of Examples 2A to 2F are as follows.
Example 2A: RS = 2Ω.
Example 2B: RS = 20Ω.
Example 2 C: RS = 200 Ω.
Example 2D: RS = 2Ω.
Example 2E: RS = 20Ω.
Example 2F: RS = 200Ω.

計算結果(実施例2A〜2C)と測定結果(実施例2D〜2F)とを比較すると、合成寄生容量の容量値Cと電力変換効率ηとの関係はおおむね傾向は一致した。いずれの実施例2A〜2Fにおいても、合成寄生容量34の容量値Cが大きくなるほど、電力変換効率ηが低減することがわかった。例えば、合成寄生容量34の容量値Cが0.01pFから0.1pFの間では、電力変換効率ηの低減の度合いはわずかであった。一方、合成寄生容量34の容量値Cが0.1pFから1pFの間において、電力変換効率ηの低減の度合いは大きかった。 When the calculation result is compared with (Example 2A-2C) and the measurement results (Example 2d to 2f), the relationship between the capacitance value C J and the power conversion efficiency η of the composite parasitic capacitance is generally trends coincide. In either embodiment 2A-2F, synthetic parasitic capacitance 34 capacitance C J are larger, the power conversion efficiency η was found to be reduced. For example, when the capacitance value C J of the synthetic parasitic capacitance 34 was between 0.01 pF and 0.1 pF, the degree of reduction in the power conversion efficiency η was slight. On the other hand, when the capacitance value C J of the synthetic parasitic capacitance 34 was between 0.1 pF and 1 pF, the degree of reduction of the power conversion efficiency η was large.

なお、いずれの実施例2A〜2Fにおいても、合成寄生容量34の容量値Cと電力変換効率ηとの関係は、おおむね同様の傾向を示していることがわかった。つまり、合成寄生抵抗33の抵抗値Rが固定値である場合には、電力変換効率ηは、合成寄生容量34の容量値Cによって決まることがわかった。 In any embodiment 2A-2F, the relationship between the capacitance value C J and the power conversion efficiency η of the composite parasitic capacitance 34 was found to show a generally similar tendency. That is, it was found that when the resistance value RS of the combined parasitic resistance 33 is a fixed value, the power conversion efficiency η is determined by the capacitance value C J of the combined parasitic capacitance 34.

<実施例3A〜3F>
実施例3A〜3Fでは、合成寄生抵抗33の抵抗値Rと電力変換効率ηとの関係について確認した。図13のグラフは、実施例3A〜3Fの結果を示す。グラフの横軸は、合成寄生抵抗33の抵抗値Rを示す。グラフの縦軸は、電力変換効率ηを示す。グラフG13A、G13B、G13Cは、それぞれ実施例3A、3B、3Cの結果を示す。さらに、グラフG13D、G13E、G13Fは、それぞれ実施例3D、3E、3Fの結果を示す。
<Examples 3A to 3F>
Example 3A-3F, confirmed the relationship between the resistance value R S and the power conversion efficiency η of the composite parasitic resistor 33. The graph of FIG. 13 shows the results of Examples 3A to 3F. The horizontal axis of the graph shows the resistance value RS of the combined parasitic resistance 33. The vertical axis of the graph shows the power conversion efficiency η. Graphs G13A, G13B and G13C show the results of Examples 3A, 3B and 3C, respectively. Further, the graphs G13D, G13E and G13F show the results of Examples 3D, 3E and 3F, respectively.

実施例3A〜3Cは、回路シミュレータによる計算結果である。実施例3D〜3Fは、実測値である。実施例3A〜3Fにおいて、アンテナ抵抗12の抵抗値Rは70Ωであり、出力電圧値VDDは0.5Vであり、出力電流IDDは、10μAであるとした。また、実施例3A〜3Fでは、合成寄生容量34の容量値Cが互いに異なる。各実施例3A〜3Fに設定される容量値Cは以下のとおりである。
実施例3A:C=0.14pF。
実施例3B:C=0.42pF。
実施例3C:C=1.40pF。
実施例3D:C=0.14pF。
実施例3E:C=0.42pF。
実施例3F:C=1.40pF。
Examples 3A to 3C are calculation results by the circuit simulator. Examples 3D to 3F are actually measured values. In Example 3A-3F, the resistance value R A of the antenna resistor 12 is 70 ohm, the output voltage value V DD is 0.5V, the output current I DD was to be 10 .mu.A. In Examples 3A-3F, different capacitance values C J synthetic parasitic capacitance 34 from each other. Capacitance C J are set to the embodiments 3A~3F is as follows.
Example 3A: C J = 0.14pF.
Example 3B: C J = 0.42pF.
Example 3C: C J = 1.40pF.
Example 3D: C J = 0.14pF.
Example 3E: C J = 0.42pF.
Example 3F: C J = 1.40pF.

計算結果(実施例3A〜3C)と測定結果(実施例3D〜3F)とを比較すると、合成寄生抵抗の抵抗値Rと電力変換効率ηとの関係はおおむね傾向は一致した。いずれの実施例3A〜3Fにおいても、合成寄生抵抗33の抵抗値Rが大きくなるほど、電力変換効率ηが低減することがわかった。しかし、合成寄生抵抗33の抵抗値Rが大きくなった場合の電力変換効率ηの低減の度合いと、合成寄生容量34の容量値Cが大きくなった場合の電力変換効率ηの低減の度合いと、を比較すると、合成寄生容量の容量値Cが大きくなった場合の電力変換効率ηの低減の度合いが大きかった。つまり、合成寄生容量の容量値Cが電力変換効率ηに及ぼす影響は、合成寄生抵抗の抵抗値Rが電力変換効率ηに及ぼす影響よりも大きいことがわかった。 Comparing the calculation results (Examples 3A to 3C) and the measurement results (Examples 3D to 3F) , the relationship between the resistance value RS of the combined parasitic resistance and the power conversion efficiency η was generally the same. In either embodiment 3A-3F, synthetic parasitic resistor 33 resistance R S is larger, the power conversion efficiency η was found to be reduced. However, the degree of reduction of the power conversion efficiency η when the resistance value RS of the combined parasitic resistor 33 increases and the degree of reduction of the power conversion efficiency η when the capacitance value C J of the combined parasitic capacitance 34 increases. Comparing with and, the degree of reduction of the power conversion efficiency η was large when the capacitance value C J of the combined parasitic capacitance increased. That is, it was found that the effect of the capacitance value C J of the combined parasitic capacitance on the power conversion efficiency η is larger than the effect of the resistance value RS of the combined parasitic resistance on the power conversion efficiency η.

なお、いずれの実施例3A〜3Fにおいて、合成寄生抵抗33の抵抗値Rと電力変換効率ηとの関係は、おおむね同様の傾向を示していることがわかった。つまり、合成寄生容量34の容量値Cが固定値である場合には、電力変換効率ηは、合成寄生抵抗33の抵抗値Rによって決まることがわかった。 Note that in either embodiment 3A-3F, the relationship between the resistance value R S and the power conversion efficiency η of the composite parasitic resistor 33 was found to show a generally similar tendency. That is, it was found that when the capacitance value C J of the combined parasitic capacitance 34 is a fixed value, the power conversion efficiency η is determined by the resistance value RS of the combined parasitic resistor 33.

1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H…レクテナ装置、10…アンテナ回路(アンテナ部)、11…アンテナ素子、12…アンテナ抵抗、20,20A,20B…整合回路(整合部)、21…コイル、30,30A,30B,30C,30D,30E,30F,30G,30H…整流回路(整流部)、30S1〜30S6…ダイオードユニット、31,32…ダイオード、31d,32d…ダイオード機能部、31r,32r…寄生抵抗、31c,32c…寄生容量、33…合成寄生抵抗、34…合成寄生容量、101…電波、102…負荷装置、103…接地電位。 1,1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H ... Rectifier device, 10 ... Antenna circuit (antenna part), 11 ... Antenna element, 12 ... Antenna resistance, 20, 20A, 20B ... Matching circuit (matching) Part), 21 ... Coil, 30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H ... Rectifier circuit (rectifier), 30S1-30S6 ... Diode unit, 31,32 ... Diode, 31d, 32d ... Diode Functional unit, 31r, 32r ... Parasitic resistance, 31c, 32c ... Parasitic capacitance, 33 ... Synthetic parasitic resistance, 34 ... Synthetic parasitic capacitance, 101 ... Radio wave, 102 ... Load device, 103 ... Ground potential.

Claims (6)

電波を受けて交流電力を発生するアンテナ部と、
前記アンテナ部に接続される整合部と、
互いに直列に接続された複数のダイオードを有すると共に前記整合部に接続され、前記アンテナ部から提供される前記交流電力を整流する整流部と、を備え、
前記整流部は、互いに直列に接続された第1ダイオード及び第2ダイオードを少なくとも有し、
前記アンテナ部が出力する電力に対して前記整流部が出力する電力の比率は、前記アンテナ部が出力する電力に対して前記第1ダイオードのみを有する基準整流部が出力する電力の比率よりも、大きい、レクテナ装置。
The antenna part that receives radio waves and generates AC power,
The matching part connected to the antenna part and the matching part
It has a plurality of diodes connected in series with each other and includes a rectifying unit connected to the matching unit and rectifying the AC power provided from the antenna unit.
The rectifying unit has at least a first diode and a second diode connected in series with each other.
The ratio of the power output by the rectifying unit to the power output by the antenna unit is larger than the ratio of the power output by the reference rectifying unit having only the first diode to the power output by the antenna unit. Large, rectenna device.
前記第1ダイオードは、第1寄生抵抗と、第1寄生容量と、を有し、
前記第2ダイオードは、第2寄生抵抗と、第2寄生容量と、を有し、
前記整流部は、前記第1及び第2寄生抵抗に基づく合成寄生抵抗と、前記第1及び第2寄生容量に基づく合成寄生容量と、を有し、
前記整合部は、前記アンテナ部と前記整流部とのインピーダンス整合条件及び前記合成寄生容量に対応するインダクタンスを有するコイルを含む、請求項1に記載のレクテナ装置。
The first diode has a first parasitic resistance and a first parasitic capacitance.
The second diode has a second parasitic resistance and a second parasitic capacitance.
The rectifying unit has a synthetic parasitic resistance based on the first and second parasitic resistors and a synthetic parasitic capacitance based on the first and second parasitic capacitances.
The rectenna device according to claim 1, wherein the matching unit includes a coil having an impedance matching condition between the antenna unit and the rectifying unit and an inductance corresponding to the combined parasitic capacitance.
前記合成寄生抵抗と、前記合成寄生容量と、前記インダクタンスと、に基づいて定まるQ値は、前記第1寄生抵抗と、前記第1寄生容量と、前記第1寄生容量及び前記インピーダンス整合条件により定まるインダクタンスと、に基づいて得られるQ値よりも、大きい、請求項2に記載のレクテナ装置。 The Q value determined based on the combined parasitic resistance, the combined parasitic capacitance, and the inductance is determined by the first parasitic resistance, the first parasitic capacitance, the first parasitic capacitance, and the impedance matching condition. The rectener device according to claim 2, which is larger than the inductance and the Q value obtained based on. 前記整流部は、半波整流回路である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレクテナ装置。 The rectenna device according to any one of claims 1 to 3, wherein the rectifier unit is a half-wave rectifier circuit. 前記整流部は、全波整流回路である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレクテナ装置。 The rectenna device according to any one of claims 1 to 3, wherein the rectifier unit is a full-wave rectifier circuit. レクテナ装置を設計する方法であって、
前記レクテナ装置は、電波を受けて交流電力を発生するアンテナ部と、前記アンテナ部に接続される整合部と、基礎ダイオードと複数の付加ダイオードとが互いに直列に接続された構成を有すると共に前記整合部に接続され、前記アンテナ部から提供される前記交流電力を整流する整流部と、を備え、前記基礎ダイオード及び複数の前記付加ダイオードは、寄生抵抗と寄生容量と、をそれぞれ有し、
前記基礎ダイオードに接続される少なくとも1個の前記付加ダイオードを選択する工程と、
前記基礎ダイオード及び前記付加ダイオードの前記寄生抵抗に基づく合成寄生抵抗と、前記基礎ダイオード及び前記付加ダイオードの前記寄生容量に基づく合成寄生容量と、前記アンテナ部と前記整流部とのインピーダンス整合条件及び前記合成寄生容量により定まるインダクタンスを有するコイルと、が直列に接続された共振回路が有するQ値を得る工程と、を有し、
前記付加ダイオードを選択する工程と、前記Q値を得る工程とを、選択される前記付加ダイオードの組み合わせを変更しながら繰り返し行い、
前記整合部が前記基礎ダイオードのみを有する基準整流部である場合のQ値よりも大きいQ値となる前記付加ダイオードの組み合わせを前記基礎ダイオードに付加される前記前記付加ダイオードの組み合わせとして決定する、レクテナ装置を設計する方法。
How to design a rectenna device
The rectenna device has a configuration in which an antenna portion that receives radio waves and generates AC power, a matching portion connected to the antenna portion, a basic diode, and a plurality of additional diodes are connected in series with each other, and the matching is performed. A rectifying unit connected to the unit and rectifying the AC power provided from the antenna unit is provided, and the basic diode and the plurality of additional diodes each have a parasitic resistance and a parasitic capacitance.
The step of selecting at least one additional diode connected to the basic diode and
The combined parasitic resistance based on the parasitic resistance of the basic diode and the additional diode, the combined parasitic capacitance based on the parasitic capacitance of the basic diode and the additional diode, the impedance matching conditions between the antenna unit and the rectifying unit, and the said. It has a coil having an inductance determined by a synthetic parasitic capacitance and a step of obtaining a Q value of a resonance circuit in which a diode is connected in series.
The step of selecting the additional diode and the step of obtaining the Q value are repeated while changing the combination of the selected additional diodes.
A rectenna that determines a combination of the additional diodes having a Q value larger than the Q value when the matching unit is a reference rectifier having only the basic diode as the combination of the additional diodes added to the basic diode. How to design a device.
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