JP2002084685A - レクテナとレクテナ大電力化方法 - Google Patents
レクテナとレクテナ大電力化方法Info
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- JP2002084685A JP2002084685A JP2000271138A JP2000271138A JP2002084685A JP 2002084685 A JP2002084685 A JP 2002084685A JP 2000271138 A JP2000271138 A JP 2000271138A JP 2000271138 A JP2000271138 A JP 2000271138A JP 2002084685 A JP2002084685 A JP 2002084685A
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 7
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
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- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
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- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レクテナにおいて、ダイオードの性能を問わ
ずに、低コストで効率よく大電力化を実現する。 【解決手段】 本発明のレクテナは、入力端Ａに入力さ
れたマイクロ波をウィルキンソン型の電力分配回路部に
より４系統の伝送線路にマイクロ波を等分配し、各伝送
線路に直列に配置されたチップコンデンサＣにより直流
成分をカットして、ダイオードＤ、λ／４線路Ｅ、オー
プンスタブによる整流回路部により整流・平滑すること
で、一定の直流電力を得る。各分配経路で得られた直流
電力は出力端Ｂから取り出され、適宜合成されて出力電
力として利用される。分配数に応じて最適な入力電力が
異なることから、様々な入力電力に対して分配数を適宜
選択することで、変換効率の最適なレクテナを実現する
ことができる。この場合、ダイオードの個数を変えて同
様の効果を得るよりもコストがかからない。
ずに、低コストで効率よく大電力化を実現する。 【解決手段】 本発明のレクテナは、入力端Ａに入力さ
れたマイクロ波をウィルキンソン型の電力分配回路部に
より４系統の伝送線路にマイクロ波を等分配し、各伝送
線路に直列に配置されたチップコンデンサＣにより直流
成分をカットして、ダイオードＤ、λ／４線路Ｅ、オー
プンスタブによる整流回路部により整流・平滑すること
で、一定の直流電力を得る。各分配経路で得られた直流
電力は出力端Ｂから取り出され、適宜合成されて出力電
力として利用される。分配数に応じて最適な入力電力が
異なることから、様々な入力電力に対して分配数を適宜
選択することで、変換効率の最適なレクテナを実現する
ことができる。この場合、ダイオードの個数を変えて同
様の効果を得るよりもコストがかからない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波エネル
ギー伝送に用いられ、受電されたマイクロ波を整流出力
するレクテナと、このレクテナの大電力化を実現する方
法に関する。
ギー伝送に用いられ、受電されたマイクロ波を整流出力
するレクテナと、このレクテナの大電力化を実現する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電気エネルギーをマイクロ波
に変換し、無線で送電を行うマイクロ波無線電力伝送の
技術開発が進められている。この技術は、地上において
は山頂や離島への無線送電、宇宙空間においては他の衛
星への送電を実現するものである。
に変換し、無線で送電を行うマイクロ波無線電力伝送の
技術開発が進められている。この技術は、地上において
は山頂や離島への無線送電、宇宙空間においては他の衛
星への送電を実現するものである。
【０００３】現在までに、模型飛行機や飛行船といった
移動体に対する送電実験を行われており、ガス管内を移
動する検査ロボットへの応用も考えられている。ロボッ
トへの電力供給を目的とする場合には、電力密度を高め
た送電が想定され、マイクロ波受電整流素子であるレク
テナ１素子の大電力化が必須となる。
移動体に対する送電実験を行われており、ガス管内を移
動する検査ロボットへの応用も考えられている。ロボッ
トへの電力供給を目的とする場合には、電力密度を高め
た送電が想定され、マイクロ波受電整流素子であるレク
テナ１素子の大電力化が必須となる。
【０００４】従来のレクテナの大電力化の研究におい
て、その多くは、レクテナの整流回路部に用いるダイオ
ードの大電力化を図った方法、ダイオードを直列・並列
に数多く接続することで大電力化を図った方法である。
て、その多くは、レクテナの整流回路部に用いるダイオ
ードの大電力化を図った方法、ダイオードを直列・並列
に数多く接続することで大電力化を図った方法である。
【０００５】しかしながら、前者の方法では、ダイオー
ドの性能にレクテナの性能が大きく依存する。後者の方
法では、ダイオードの接続数を増やすに従って効率が悪
くなり、コストの増加が問題となる。
ドの性能にレクテナの性能が大きく依存する。後者の方
法では、ダイオードの接続数を増やすに従って効率が悪
くなり、コストの増加が問題となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
レクテナにおける大電力化技術では、ダイオードの性能
に依存したり、効率の低下、コスト増の問題が生じたり
している。
レクテナにおける大電力化技術では、ダイオードの性能
に依存したり、効率の低下、コスト増の問題が生じたり
している。
【０００７】そこで、本発明は、ダイオードの性能を問
わずに、低コストで効率よく大電力化を実現するレクテ
ナと、その大電力化方法を提供することを目的とする。
わずに、低コストで効率よく大電力化を実現するレクテ
ナと、その大電力化方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係るレクテナは、受電されたマイクロ波を
複数の伝送線路に電力分配する電力分配回路部と、前記
複数の伝送線路それぞれに接続され、電力分配されたマ
イクロ波を整流し平滑出力する複数の整流回路部とを具
備した構成とする。
めに本発明に係るレクテナは、受電されたマイクロ波を
複数の伝送線路に電力分配する電力分配回路部と、前記
複数の伝送線路それぞれに接続され、電力分配されたマ
イクロ波を整流し平滑出力する複数の整流回路部とを具
備した構成とする。
【０００９】前記電力分配回路部は、吸収抵抗のないウ
ィルキンソン型であり、前記マイクロ波の電力を複数の
伝送線路に等分配することを特徴とする。
ィルキンソン型であり、前記マイクロ波の電力を複数の
伝送線路に等分配することを特徴とする。
【００１０】前記整流回路部は、分配マイクロ波入力端
と基準電位線路とを整流素子を介して接続してなる整流
回路と、一方端が分配マイクロ波入力端に接続される線
路幅λ／４（λは前記マイクロ波の実効波長）の伝送線
路の他方端に容量素子を接続してなるフィルタ回路とを
備えることを特徴とする。
と基準電位線路とを整流素子を介して接続してなる整流
回路と、一方端が分配マイクロ波入力端に接続される線
路幅λ／４（λは前記マイクロ波の実効波長）の伝送線
路の他方端に容量素子を接続してなるフィルタ回路とを
備えることを特徴とする。
【００１１】前記電力分配回路部の分配出力端前にコン
デンサを介在させるようにしたことを特徴とする。
デンサを介在させるようにしたことを特徴とする。
【００１２】上記構成によるレクテナにおいて、前記電
力分配回路部の分配数を受電されるマイクロ波の入力電
力に応じて選定する。
力分配回路部の分配数を受電されるマイクロ波の入力電
力に応じて選定する。
【００１３】すなわち、本発明は、電力分配回路部と整
流回路部を組み合わせることで、これまでにない大電力
を受電整流することのできるレクテナを提供する。
流回路部を組み合わせることで、これまでにない大電力
を受電整流することのできるレクテナを提供する。
【００１４】本発明に係るレクテナは、マイクロ波エネ
ルギー伝送に用いるものであり、通信用とは異なり、マ
イクロ波−直流変換効率が最も重要である。通信等で用
いられる電力分配回路部は吸収抵抗のついたウィルキン
ソン型電力分配回路である。吸収抵抗は出力側の不整合
による反射を吸収し、電力の等分配性を保つ役割を果た
すが、レクテナでは、電力分配後は整流して直流になる
ため、マイクロ波の反射は極めて少ない。そこで、スペ
ースの節約も兼ねて、吸収抵抗のないウィルキンソン型
電力分配回路部を整流回路部に接続することで、レクテ
ナの大電力化を図った。本発明のために製作した電力分
配回路部の損失は５〜７％であった。
ルギー伝送に用いるものであり、通信用とは異なり、マ
イクロ波−直流変換効率が最も重要である。通信等で用
いられる電力分配回路部は吸収抵抗のついたウィルキン
ソン型電力分配回路である。吸収抵抗は出力側の不整合
による反射を吸収し、電力の等分配性を保つ役割を果た
すが、レクテナでは、電力分配後は整流して直流になる
ため、マイクロ波の反射は極めて少ない。そこで、スペ
ースの節約も兼ねて、吸収抵抗のないウィルキンソン型
電力分配回路部を整流回路部に接続することで、レクテ
ナの大電力化を図った。本発明のために製作した電力分
配回路部の損失は５〜７％であった。
【００１５】この電力分配回路部は２分配、４分配、８
分配と分配数を増やすことで、様々な入力電力で最大マ
イクロ波−直流変換効率を持つレクテナを容易に構成す
ることができる。レクテナは入力マイクロ波強度に対
し、ある値で最大のマイクロ波−直流変換効率を持つ
が、それをピークにマイクロ波が強くても弱くても効率
が減少するという特徴を持つ。また、マイクロ波エネル
ギービームは中心強度が強く、中心から離れるに従って
強度が弱くなる。このため、同一の性能を持つ基本設計
は同じレクテナで分配数のみを変えることで、あらゆる
電力密度で最高性能を発揮できるアレイ型レクテナを構
築することが可能となる。
分配と分配数を増やすことで、様々な入力電力で最大マ
イクロ波−直流変換効率を持つレクテナを容易に構成す
ることができる。レクテナは入力マイクロ波強度に対
し、ある値で最大のマイクロ波−直流変換効率を持つ
が、それをピークにマイクロ波が強くても弱くても効率
が減少するという特徴を持つ。また、マイクロ波エネル
ギービームは中心強度が強く、中心から離れるに従って
強度が弱くなる。このため、同一の性能を持つ基本設計
は同じレクテナで分配数のみを変えることで、あらゆる
電力密度で最高性能を発揮できるアレイ型レクテナを構
築することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【００１７】図１は本発明に係るレクテナの構造を示す
ものである。このレクテナは、裏面にグランド層を形成
した誘電体基板上にマイクロストリップ線路を形成する
ことでマイクロ波集積回路を形成したものである。図１
では基板を省略し、マイクロストリップ線路の形状のみ
を示している。
ものである。このレクテナは、裏面にグランド層を形成
した誘電体基板上にマイクロストリップ線路を形成する
ことでマイクロ波集積回路を形成したものである。図１
では基板を省略し、マイクロストリップ線路の形状のみ
を示している。
【００１８】図１において、Ａは図示しないアンテナ部
により受電されたマイクロ波が入力されるマイクロ波入
力端であり、この入力端Ａに入力されたマイクロ波はま
ず電力分配回路部に供給される。
により受電されたマイクロ波が入力されるマイクロ波入
力端であり、この入力端Ａに入力されたマイクロ波はま
ず電力分配回路部に供給される。
【００１９】この電力分配回路部は、吸収抵抗のないウ
ィルキンソン型で構成し、供給されたマイクロ波を２系
統の伝送線路に等分配し、さらに各分配出力を２系統の
伝送線路に等分配して、４系統の伝送線路にマイクロ波
を等分配する。ウィルキンソン型は、ある条件を満たす
特性インピーダンスのλ／４線路（λは入力マイクロ波
の実効波長）に信号を通すことで、信号を損失なく出力
端に分配するという特徴を有する。
ィルキンソン型で構成し、供給されたマイクロ波を２系
統の伝送線路に等分配し、さらに各分配出力を２系統の
伝送線路に等分配して、４系統の伝送線路にマイクロ波
を等分配する。ウィルキンソン型は、ある条件を満たす
特性インピーダンスのλ／４線路（λは入力マイクロ波
の実効波長）に信号を通すことで、信号を損失なく出力
端に分配するという特徴を有する。
【００２０】各伝送線路に等しく分配されたマイクロ波
は、伝送線路に直列に配置されたチップコンデンサＣに
より直流成分がカットされて整流回路部に供給される。
チップコンデンサＣは、後段の整流回路部で得られる直
流電力が受電アンテナ部への逆流を防止する機能も有す
る。
は、伝送線路に直列に配置されたチップコンデンサＣに
より直流成分がカットされて整流回路部に供給される。
チップコンデンサＣは、後段の整流回路部で得られる直
流電力が受電アンテナ部への逆流を防止する機能も有す
る。
【００２１】この整流回路部は、整流回路とフィルタ回
路とを備える。
路とを備える。
【００２２】整流回路は、入力端（チップコンデンサＣ
との接続点）を１個以上（図では２直列２並列）のダイ
オードＤを介してグランド線路Ｇに接続して構成され、
分配されたマイクロ波を整流する。ダイオードＤの個数
は、ダイオードの性能に応じて任意に選定する。
との接続点）を１個以上（図では２直列２並列）のダイ
オードＤを介してグランド線路Ｇに接続して構成され、
分配されたマイクロ波を整流する。ダイオードＤの個数
は、ダイオードの性能に応じて任意に選定する。
【００２３】フィルタ回路は、λ／４線路Ｅの一方端を
入力端に接続し、他方端におよそλ／８のオープンスタ
ブ（線路幅を広くして基板裏面のグランド層との間でキ
ャパシタンスを持たせるようにしたキャパシタ）Ｆを接
続して構成され、整流回路のマイクロ波整流出力を平滑
して一定の直流電力を得る。本実施形態では、λ／４線
路及びλ／８オープンスタブＦによるフィルタを２段直
列に接続した構成となっている。
入力端に接続し、他方端におよそλ／８のオープンスタ
ブ（線路幅を広くして基板裏面のグランド層との間でキ
ャパシタンスを持たせるようにしたキャパシタ）Ｆを接
続して構成され、整流回路のマイクロ波整流出力を平滑
して一定の直流電力を得る。本実施形態では、λ／４線
路及びλ／８オープンスタブＦによるフィルタを２段直
列に接続した構成となっている。
【００２４】オープンスタブＦから引き出された伝送線
路の端部を出力端Ｂとする。各分配系統で得られた直流
電力は出力端Ｂから取り出され、適宜合成されて出力電
力として利用される。
路の端部を出力端Ｂとする。各分配系統で得られた直流
電力は出力端Ｂから取り出され、適宜合成されて出力電
力として利用される。
【００２５】ここで、上記構成によるレクテナでは、入
力したマイクロ波を４系統の伝送線路に等分配するもの
としたが、その分配数は任意に設定可能である。図２に
分配数を１，２，４，８としたときのマイクロ波入力電
力−直流（ＲＦ−ＤＣ）変換効率の計測結果を示す。
力したマイクロ波を４系統の伝送線路に等分配するもの
としたが、その分配数は任意に設定可能である。図２に
分配数を１，２，４，８としたときのマイクロ波入力電
力−直流（ＲＦ−ＤＣ）変換効率の計測結果を示す。
【００２６】図２において、ａは分配数１（単体）のレ
クテナの場合であり、入力電力１．３Ｗ時に最大変換効
率７７．５％が得られた。このときの特性インピーダン
スは２５０Ω、出力電力は１．０Ｗとなった。ｂは分配
数２のレクテナの場合であり、１つの線路にて、入力電
力１．５Ｗ時に最大変換効率７５．７％が得られた。こ
のときの特性インピーダンスは１５０Ω、合成出力電力
は２．１Ｗとなった。ｃは分配数４のレクテナの場合で
あり、１つの線路にて、入力電力４．５Ｗ時に最大変換
効率７３．０％が得られた。このときの特性インピーダ
ンスは７０Ω、合成出力電力は４．１Ｗとなった。ｄは
分配数８のレクテナの場合であり、１つの線路にて、入
力電力１１．５Ｗ時に最大変換効率６８．６％が得られ
た。このときの特性インピーダンスは３０Ω、合成出力
電力は６．７Ｗであった。
クテナの場合であり、入力電力１．３Ｗ時に最大変換効
率７７．５％が得られた。このときの特性インピーダン
スは２５０Ω、出力電力は１．０Ｗとなった。ｂは分配
数２のレクテナの場合であり、１つの線路にて、入力電
力１．５Ｗ時に最大変換効率７５．７％が得られた。こ
のときの特性インピーダンスは１５０Ω、合成出力電力
は２．１Ｗとなった。ｃは分配数４のレクテナの場合で
あり、１つの線路にて、入力電力４．５Ｗ時に最大変換
効率７３．０％が得られた。このときの特性インピーダ
ンスは７０Ω、合成出力電力は４．１Ｗとなった。ｄは
分配数８のレクテナの場合であり、１つの線路にて、入
力電力１１．５Ｗ時に最大変換効率６８．６％が得られ
た。このときの特性インピーダンスは３０Ω、合成出力
電力は６．７Ｗであった。
【００２７】図２の計測結果から明らかなように、分配
数に応じて最適な入力電力が異なる。このことから、様
々な入力電力に対して分配数を適宜選択することで、変
換効率の最適なレクテナを実現できることがわかる。こ
の場合、ダイオードの個数を変えて同様の効果を得るよ
りもコストがかからない。
数に応じて最適な入力電力が異なる。このことから、様
々な入力電力に対して分配数を適宜選択することで、変
換効率の最適なレクテナを実現できることがわかる。こ
の場合、ダイオードの個数を変えて同様の効果を得るよ
りもコストがかからない。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ダイオー
ドの性能を問わずに、低コストで効率よく大電力化を実
現するレクテナと、その大電力化方法を提供することが
できる。
ドの性能を問わずに、低コストで効率よく大電力化を実
現するレクテナと、その大電力化方法を提供することが
できる。
【図１】 本発明に係るレクテナの実施の形態を示す回
路構成図。
路構成図。
【図２】 本発明に係るレクテナの分配数別マイクロ波
−直流変換効率の計測結果を示す特性図。
−直流変換効率の計測結果を示す特性図。
Ａ…受電マイクロ波入力端 Ｂ…直流電力出力端 Ｃ…チップコンデンサ Ｄ…ダイオード Ｅ…λ／４線路 Ｆ…オープンスタブ Ｇ…グランド線路
Claims (6)
- 【請求項１】 受電されたマイクロ波を複数の伝送線路
に電力分配する電力分配回路部と、 前記複数の伝送線路それぞれに接続され、電力分配され
たマイクロ波を整流し平滑出力する複数の整流回路部と
を具備することを特徴とするレクテナ。 - 【請求項２】 前記電力分配回路部は、吸収抵抗のない
ウィルキンソン型であることを特徴とする請求項１記載
のレクテナ。 - 【請求項３】 前記電力分配回路部は、前記マイクロ波
の電力を複数の伝送線路に等分配することを特徴とする
請求項１記載のレクテナ。 - 【請求項４】 前記整流回路部は、分配マイクロ波入力
端と基準電位線路とを整流素子を介して接続してなる整
流回路と、一方端が分配マイクロ波入力端に接続される
線路幅λ／４（λは前記マイクロ波の実効波長）の伝送
線路の他方端に容量素子を接続してなるフィルタ回路と
を備えることを特徴とする請求項１記載のレクテナ。 - 【請求項５】 前記電力分配回路部の分配出力端前にコ
ンデンサを介在させるようにしたことを特徴とする請求
項１記載のレクテナ。 - 【請求項６】 受電されたマイクロ波を複数の伝送線路
に電力分配する電力分配回路部と、前記複数の伝送線路
それぞれに設けられ、電力分配されたマイクロ波を整流
し平滑出力する複数の整流回路部とを備えるレクテナに
用いられ、 前記電力分配回路部の分配数を受電されるマイクロ波の
入力電力に応じて選定するようにしたことレクテナ大電
力化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000271138A JP3385472B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | レクテナとレクテナ大電力化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000271138A JP3385472B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | レクテナとレクテナ大電力化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002084685A true JP2002084685A (ja) | 2002-03-22 |
| JP3385472B2 JP3385472B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=18757467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000271138A Expired - Lifetime JP3385472B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | レクテナとレクテナ大電力化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3385472B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2000
- 2000-09-07 JP JP2000271138A patent/JP3385472B2/ja not_active Expired - Lifetime
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