JP2021048680A - Rectenna device and method for designing rectenna device - Google Patents
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Abstract
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.
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,
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.
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
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
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。
η:電力変換効率。
POUT:出力電力。
PAV: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。
VIN:式(2)で定義されたアンテナ素子11の実効出力電圧。
RA: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。
VDD:整流回路30の出力電圧の直流成分。
IDD:整流回路30の出力電流の時間平均。
Here, the power conversion efficiency η of the
η: Power conversion efficiency.
P OUT : Output power.
PAV : The maximum output power that the
V IN : The effective output voltage of the
RA : The resistance value of the
VDD : DC component of the output voltage of the
IDD : Time average of the output current of the
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「LM」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
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
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。
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
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。
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
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
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
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
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
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
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RSは、下記式によって得られる。
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CJは、下記式によって得られる。
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。
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LMを有する。
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。
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
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CJ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
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
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
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CS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=CS/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LM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
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LMの増加の効果が大きい。そのため、インダクタンスLM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,
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
<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
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
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
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LM(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LM(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LM(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
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
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RS(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CJ(2)を算出する(工程S4)。次に、合成寄生容量34の容量値CJ(2)と入力周波数(ω)とを式(7)に適用して、インダクタンスLM(2)を算出する(工程S5)。そして、合成寄生抵抗33の抵抗値RS(2)と、合成寄生容量34の容量値CJ(2)と、インダクタンスLM(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
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
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
<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CJ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LM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
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LM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
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LM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LM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
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
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
<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。
<
The rectifier circuit included in the rectenna device is not limited to the circuit configuration shown in FIG. The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
<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RA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RSが12Ωであり、合成寄生容量34の容量値CJ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RSが8.04Ωであり、合成寄生容量34の容量値CJ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
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CJ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CJ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
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RA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RSが互いに異なる。各実施例2A〜2Fに設定される抵抗値RSは以下のとおりである。
実施例2A:RS=2Ω。
実施例2B:RS=20Ω。
実施例2C:RS=200Ω。
実施例2D:RS=2Ω。
実施例2E:RS=20Ω。
実施例2F:RS=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
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CJ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CJ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CJ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CJ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
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CJ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RS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CJ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
<実施例3A〜3F>
実施例3A〜3Fでは、合成寄生抵抗33の抵抗値RS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RS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
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RA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CJが互いに異なる。各実施例3A〜3Fに設定される容量値CJは以下のとおりである。
実施例3A:CJ=0.14pF。
実施例3B:CJ=0.42pF。
実施例3C:CJ=1.40pF。
実施例3D:CJ=0.14pF。
実施例3E:CJ=0.42pF。
実施例3F:CJ=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
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RS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RS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RS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CJ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CJ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CJ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RS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
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RS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CJ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RS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
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)
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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