JP2002095188A - マイクロ波の受信方法及び受信システム - Google Patents
マイクロ波の受信方法及び受信システムInfo
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- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 発電衛星からのビーム状のマイクロ波を受信
アンテナの同一の領域に集中させることなく、ビーム毎
にマイクロ波の受信位置を分散させることにより、受信
アンテナ開口面上でのマイクロ波のエネルギー分布を平
均化する 【解決手段】 宇宙空間の複数の発電衛星１から、受信
アンテナ３に向け送信される複数のビーム状のマイクロ
波の受信方法及び受信システムにおいて、上記発電衛星
１はビームの指向方向を制御し、上記受信アンテナ３上
での上記各ビームの受信位置を分散することにより、受
信アンテナ３の開口面上でのマイクロ波のエネルギー分
布を平均化するようにした。
アンテナの同一の領域に集中させることなく、ビーム毎
にマイクロ波の受信位置を分散させることにより、受信
アンテナ開口面上でのマイクロ波のエネルギー分布を平
均化する 【解決手段】 宇宙空間の複数の発電衛星１から、受信
アンテナ３に向け送信される複数のビーム状のマイクロ
波の受信方法及び受信システムにおいて、上記発電衛星
１はビームの指向方向を制御し、上記受信アンテナ３上
での上記各ビームの受信位置を分散することにより、受
信アンテナ３の開口面上でのマイクロ波のエネルギー分
布を平均化するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、宇宙空間におい
て、太陽光を受けて発電し、マイクロ波で宇宙空間を伝
送し、地上で集積して利用する宇宙太陽光発電方法に関
わるものであり、特に上記マイクロ波の受信方法及び受
信システムに関するものである。
て、太陽光を受けて発電し、マイクロ波で宇宙空間を伝
送し、地上で集積して利用する宇宙太陽光発電方法に関
わるものであり、特に上記マイクロ波の受信方法及び受
信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の電力需要の増加、地球環境問題の
重視を背景に、クリーンで安全にしてかつ安定した電力
供給設備の開発は急務となっている。このような要請に
応じ、宇宙太陽光発電システムの考えが注目され研究開
発が盛んに行われている。これは、宇宙空間において太
陽光を受けて発電し、これを特定の場所、例えば地球上
や宇宙空間内の特定個所に伝送するというシステムであ
る。
重視を背景に、クリーンで安全にしてかつ安定した電力
供給設備の開発は急務となっている。このような要請に
応じ、宇宙太陽光発電システムの考えが注目され研究開
発が盛んに行われている。これは、宇宙空間において太
陽光を受けて発電し、これを特定の場所、例えば地球上
や宇宙空間内の特定個所に伝送するというシステムであ
る。
【０００３】このような宇宙太陽光発電システムの一例
として、複数の発電衛星を宇宙空間の所定空間に静止さ
せ、それぞれの発電衛星で太陽光を電力に変換（光電変
換）し、これをマイクロ波で地上の特定個所に設けられ
た受信アンテナに送電するという方法が検討されてい
る。
として、複数の発電衛星を宇宙空間の所定空間に静止さ
せ、それぞれの発電衛星で太陽光を電力に変換（光電変
換）し、これをマイクロ波で地上の特定個所に設けられ
た受信アンテナに送電するという方法が検討されてい
る。
【０００４】ここで、発電衛星を複数とし、一体型の発
電衛星としないのは、その規模が超大型になり、実現性
・信頼性の面から現実的ではないからである。複数の発
電衛星で発電を分担させる場合、例えば、１００万ＫＷ
相当の発電能力（現在の原子力発電所の規模）を想定す
ると、上記発電衛星は数１００機程度必要となる。一
方、地上においては、送信されたマイクロ波は安全性を
考慮して、そのエネルギー密度が小さく、広い範囲に照
射される（エネルギー密度の規制値が法規上設定され、
その値以下にしなければならない）。地上の電力基地は
受信アンテナを数十ｋｍ四方相当のエリアに配列して、
この照射されるマイクロ波を受信し、集積して大電力を
生成する。
電衛星としないのは、その規模が超大型になり、実現性
・信頼性の面から現実的ではないからである。複数の発
電衛星で発電を分担させる場合、例えば、１００万ＫＷ
相当の発電能力（現在の原子力発電所の規模）を想定す
ると、上記発電衛星は数１００機程度必要となる。一
方、地上においては、送信されたマイクロ波は安全性を
考慮して、そのエネルギー密度が小さく、広い範囲に照
射される（エネルギー密度の規制値が法規上設定され、
その値以下にしなければならない）。地上の電力基地は
受信アンテナを数十ｋｍ四方相当のエリアに配列して、
この照射されるマイクロ波を受信し、集積して大電力を
生成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような宇宙太陽
光発電システムにおけるマイクロ波の受信方法において
は、宇宙空間に配置した複数の発電衛星からビーム状の
マイクロ波を地上の受信アンテナに集中するようにして
いるが、同一の領域に上記複数のマイクロ波が送信され
ると、個々のマイクロ波のエネルギー密度は小さくて
も、電磁波の干渉により、局所的にエネルギー密度の規
制値を越え、安全性が低下するという問題があった。ま
た、受信アンテナにおいても、マイクロ波のエネルギー
が一部に集中することとなり、受信アンテナの耐電力性
を増加させなければならないという問題があった。
光発電システムにおけるマイクロ波の受信方法において
は、宇宙空間に配置した複数の発電衛星からビーム状の
マイクロ波を地上の受信アンテナに集中するようにして
いるが、同一の領域に上記複数のマイクロ波が送信され
ると、個々のマイクロ波のエネルギー密度は小さくて
も、電磁波の干渉により、局所的にエネルギー密度の規
制値を越え、安全性が低下するという問題があった。ま
た、受信アンテナにおいても、マイクロ波のエネルギー
が一部に集中することとなり、受信アンテナの耐電力性
を増加させなければならないという問題があった。
【０００６】この発明は、上記のような問題を解決する
ためになされたもので、発電衛星からのビーム状のマイ
クロ波を受信アンテナの同一の領域に集中させることな
く、ビーム毎にマイクロ波の受信位置を分散させること
により、受信アンテナ開口面上でのマイクロ波のエネル
ギー分布を平均化するマイクロ波の受信方法及び受信シ
ステムを得ることを目的とする。
ためになされたもので、発電衛星からのビーム状のマイ
クロ波を受信アンテナの同一の領域に集中させることな
く、ビーム毎にマイクロ波の受信位置を分散させること
により、受信アンテナ開口面上でのマイクロ波のエネル
ギー分布を平均化するマイクロ波の受信方法及び受信シ
ステムを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るマ
イクロ波の受信方法は、宇宙空間の複数の発電衛星から
受信アンテナに向け送信される複数のビーム状のマイク
ロ波の受信方法において、上記発電衛星はビームの指向
方向を制御し上記受信アンテナ上での上記各ビームの受
信位置を分散することにより、受信アンテナの開口面上
でのマイクロ波のエネルギー分布を平均化するようにし
たものである。
イクロ波の受信方法は、宇宙空間の複数の発電衛星から
受信アンテナに向け送信される複数のビーム状のマイク
ロ波の受信方法において、上記発電衛星はビームの指向
方向を制御し上記受信アンテナ上での上記各ビームの受
信位置を分散することにより、受信アンテナの開口面上
でのマイクロ波のエネルギー分布を平均化するようにし
たものである。
【０００８】請求項２の発明に係るマイクロ波の受信方
法は、宇宙空間の複数の発電衛星から受信アンテナに向
け送信される複数のビーム状のマイクロ波の受信方法に
おいて、上記受信アンテナ上での上記マイクロ波の各ビ
ームの受信小領域を分散して配置することにより、受信
アンテナの開口面上でのマイクロ波のエネルギー分布を
平均化するようにしたものである。
法は、宇宙空間の複数の発電衛星から受信アンテナに向
け送信される複数のビーム状のマイクロ波の受信方法に
おいて、上記受信アンテナ上での上記マイクロ波の各ビ
ームの受信小領域を分散して配置することにより、受信
アンテナの開口面上でのマイクロ波のエネルギー分布を
平均化するようにしたものである。
【０００９】請求項３の発明に係るマイクロ波の受信シ
ステムは、ビーム状のマイクロ波を送信する複数の発電
衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受信す
る受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システムで
あって、上記受信アンテナは、その開口面が複数の受信
小領域に分割され、この受信小領域毎に対応する上記ビ
ーム状のマイクロ波を受信するようにしたものである。
ステムは、ビーム状のマイクロ波を送信する複数の発電
衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受信す
る受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システムで
あって、上記受信アンテナは、その開口面が複数の受信
小領域に分割され、この受信小領域毎に対応する上記ビ
ーム状のマイクロ波を受信するようにしたものである。
【００１０】請求項４の発明に係るマイクロ波の受信シ
ステムは、ビーム状のマイクロ波を送信する複数の発電
衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受信す
る受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システムで
あって、上記発電衛星は、上記受信アンテナの開口面上
の異なる受信小領域に上記ビームを指向するようにした
こものである。
ステムは、ビーム状のマイクロ波を送信する複数の発電
衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受信す
る受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システムで
あって、上記発電衛星は、上記受信アンテナの開口面上
の異なる受信小領域に上記ビームを指向するようにした
こものである。
【００１１】請求項５の発明に係るマイクロ波の受信シ
ステムは、ビーム状のマイクロ波を送信する複数の発電
衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受信す
る受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システムで
あって、上記受信アンテナは、その開口面が複数の受信
小領域に分割され、この受信小領域が上記発電衛星から
のビームに対応づけられるとともに、上記発電衛星は、
上記対応づけられた各受信小領域に上記ビームを指向す
るようにしたものである。
ステムは、ビーム状のマイクロ波を送信する複数の発電
衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受信す
る受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システムで
あって、上記受信アンテナは、その開口面が複数の受信
小領域に分割され、この受信小領域が上記発電衛星から
のビームに対応づけられるとともに、上記発電衛星は、
上記対応づけられた各受信小領域に上記ビームを指向す
るようにしたものである。
【００１２】請求項６の発明に係るマイクロ波の受信シ
ステムは、上記複数の受信小領域を第１の受信小領域と
し、この第１の受信小領域の境界位置に第２の受信小領
域を設けるようにしたものである。
ステムは、上記複数の受信小領域を第１の受信小領域と
し、この第１の受信小領域の境界位置に第２の受信小領
域を設けるようにしたものである。
【００１３】請求項７の発明に係るマイクロ波の受信シ
ステムは、上記受信アンテナ上の各受信小領域の位置情
報を送信する衛星通信手段を備え、上記複数の発電衛星
は、上記受信小領域の位置情報に基づき上記ビームの指
向を制御するようにしたものである。
ステムは、上記受信アンテナ上の各受信小領域の位置情
報を送信する衛星通信手段を備え、上記複数の発電衛星
は、上記受信小領域の位置情報に基づき上記ビームの指
向を制御するようにしたものである。
【００１４】請求項８の発明に係るマイクロ波の受信シ
ステムは、ビーム状のマイクロ波を送信する複数の発電
衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受信す
る受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システムで
あって、上記受信アンテナは、その開口面上に上記ビー
ム毎にその受信位置が設定されるとともに、上記発電衛
星は、上記対応づけられた受信位置に上記ビームを指向
するようにしたものである。
ステムは、ビーム状のマイクロ波を送信する複数の発電
衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受信す
る受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システムで
あって、上記受信アンテナは、その開口面上に上記ビー
ム毎にその受信位置が設定されるとともに、上記発電衛
星は、上記対応づけられた受信位置に上記ビームを指向
するようにしたものである。
【００１５】請求項９の発明に係るマイクロ波の受信シ
ステムは、上記受信アンテナ上のビーム毎の受信位置
は、開口面上に均一に配置されるようにしたものであ
る。
ステムは、上記受信アンテナ上のビーム毎の受信位置
は、開口面上に均一に配置されるようにしたものであ
る。
【００１６】請求項１０の発明に係るマイクロ波の受信
システムは、上記受信アンテナ上の各ビームの受信位置
の位置情報を送信する衛星通信手段を備え、上記複数の
発電衛星は、上記小領域の位置情報に基づき上記ビーム
の指向を制御するようにしたものである。
システムは、上記受信アンテナ上の各ビームの受信位置
の位置情報を送信する衛星通信手段を備え、上記複数の
発電衛星は、上記小領域の位置情報に基づき上記ビーム
の指向を制御するようにしたものである。
【００１７】請求項１１の発明に係るマイクロ波の受信
システムは、上記受信アンテナは、複数の素子アンテナ
をアレイ状に配列したアレイアンテナとしたものであ
る。
システムは、上記受信アンテナは、複数の素子アンテナ
をアレイ状に配列したアレイアンテナとしたものであ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係るマイクロ波の受信方法及び受信システムを
以下に説明する。図１は実施の形態１に係る宇宙太陽光
発電方法及びそのシステムに使用する装置の全体構成を
示す外観図である。図２、３、４は実施の形態１に係る
マイクロ波の受信方法の原理を示す説明図である。図５
は実施の形態１に係るマイクロ波の受信方法による受信
アンテナ上でのエネルギー分布を示す説明図である。
形態１に係るマイクロ波の受信方法及び受信システムを
以下に説明する。図１は実施の形態１に係る宇宙太陽光
発電方法及びそのシステムに使用する装置の全体構成を
示す外観図である。図２、３、４は実施の形態１に係る
マイクロ波の受信方法の原理を示す説明図である。図５
は実施の形態１に係るマイクロ波の受信方法による受信
アンテナ上でのエネルギー分布を示す説明図である。
【００１９】図１において、１は宇宙空間において太陽
光から電気エネルギーを生成し、この電気エネルギーか
らマイクロ波を生成して送信する発電衛星であり、図示
のとおり、これらの発電衛星は＃１から＃ｎまでの複数
台を配置している。２は発電衛星１が送信するマイクロ
波のビーム指向方向を制御する制御衛星である。３は電
力基地４に設けられ、発電衛星１からのマイクロ波を受
信する受信アンテナ（「レクテナ」ともいう。以下、受
信アンテナと同義で用いる）である。４は受信したマイ
クロ波から電力を生成する電力基地である。５は電力基
地４と制御衛星２との間で通信するための衛星通信アン
テナである。
光から電気エネルギーを生成し、この電気エネルギーか
らマイクロ波を生成して送信する発電衛星であり、図示
のとおり、これらの発電衛星は＃１から＃ｎまでの複数
台を配置している。２は発電衛星１が送信するマイクロ
波のビーム指向方向を制御する制御衛星である。３は電
力基地４に設けられ、発電衛星１からのマイクロ波を受
信する受信アンテナ（「レクテナ」ともいう。以下、受
信アンテナと同義で用いる）である。４は受信したマイ
クロ波から電力を生成する電力基地である。５は電力基
地４と制御衛星２との間で通信するための衛星通信アン
テナである。
【００２０】発電衛星１は、太陽光から変換した電気エ
ネルギーをマイクロ波に変換し、これを電力基地４へ送
信する。個々の発電衛星１が送出できるマイクロ波の電
力は、各発電衛星における太陽光の集光能力と、光電変
換やマイクロ波増幅能力により決まる。これらの発電衛
星１を宇宙空間に複数台配置することにより大電力のマ
イクロ波を電力基地４へ送信することが可能となる。こ
の発明は発電衛星１が個々に送信するマイクロ波のビー
ムの指向方向を制御しレクテナ開口面の異なる位置で受
信することにより、開口面上のマイクロ波のエネルギー
の分布を平均化するようにしたものである。このように
送信されたマイクロ波をレクテナ３によって受信し、電
力基地４において低周波変換して電力として利用する。
ネルギーをマイクロ波に変換し、これを電力基地４へ送
信する。個々の発電衛星１が送出できるマイクロ波の電
力は、各発電衛星における太陽光の集光能力と、光電変
換やマイクロ波増幅能力により決まる。これらの発電衛
星１を宇宙空間に複数台配置することにより大電力のマ
イクロ波を電力基地４へ送信することが可能となる。こ
の発明は発電衛星１が個々に送信するマイクロ波のビー
ムの指向方向を制御しレクテナ開口面の異なる位置で受
信することにより、開口面上のマイクロ波のエネルギー
の分布を平均化するようにしたものである。このように
送信されたマイクロ波をレクテナ３によって受信し、電
力基地４において低周波変換して電力として利用する。
【００２１】電力基地４は地上に限らず、宇宙空間内の
例えば月面や宇宙プラント施設などに設けられてもよ
い。電力基地４を地上に設ける場合、特に動植物環境
や、電波妨害の観点から送信されるマイクロ波のエネル
ギー密度（単位面積あたりのエネルギー）を小さくする
必要があり、したがって、レクテナ３は数十ｋｍ四方相
当から数百ｋｍ四方相当の面積にも及ぶ場合もある。こ
のような巨大なアンテナは、例えば特定サイズの素子ア
ンテナでアレイ状に配置して形成するのが一般的であ
る。したがって、電力基地４は、低周波変換機能に加え
て、各アンテナあるいは、各アンテナ群からの受信マイ
クロ波を合成する合成機能をも有するようにしてもよ
い。
例えば月面や宇宙プラント施設などに設けられてもよ
い。電力基地４を地上に設ける場合、特に動植物環境
や、電波妨害の観点から送信されるマイクロ波のエネル
ギー密度（単位面積あたりのエネルギー）を小さくする
必要があり、したがって、レクテナ３は数十ｋｍ四方相
当から数百ｋｍ四方相当の面積にも及ぶ場合もある。こ
のような巨大なアンテナは、例えば特定サイズの素子ア
ンテナでアレイ状に配置して形成するのが一般的であ
る。したがって、電力基地４は、低周波変換機能に加え
て、各アンテナあるいは、各アンテナ群からの受信マイ
クロ波を合成する合成機能をも有するようにしてもよ
い。
【００２２】さらに図１において、電力基地４は衛星通
信アンテナ５を有している。この衛星通信アンテナ５は
制御衛星２に対してビーコン信号を送出する。制御衛星
２は、このビーコン信号を捕捉することにより、各発電
衛星のビームの指向方向を認識することができ、この方
向へ発電衛星１からのマイクロ波が送出されるよう、各
発電衛星１の送信マイクロ波のビーム指向方向を制御す
る。
信アンテナ５を有している。この衛星通信アンテナ５は
制御衛星２に対してビーコン信号を送出する。制御衛星
２は、このビーコン信号を捕捉することにより、各発電
衛星のビームの指向方向を認識することができ、この方
向へ発電衛星１からのマイクロ波が送出されるよう、各
発電衛星１の送信マイクロ波のビーム指向方向を制御す
る。
【００２３】つぎに、本発明におけるマイクロ波の受信
方法の基本原理を説明する。本発明は、複数の発電衛星
から独立に送出されるビーム状のマイクロ波を、レクテ
ナ上で電磁波として干渉させずに受信するようにしたも
のである。そのためにレクテナ開口面を、空間的に分離
され、各ビーム状のマイクロ波を独立して受信する「部
分レクテナ」という複数の仮想的な受信小領域に分割し
ている。レクテナ全体は、この部分レクテナを縦横に並
べた集合として構成される。さらに各マイクロ波はイン
コヒーレント送信（各マイクロ波の位相が無相関）とし
ている。このような構成とすることで、各ビーム状のマ
イクロ波はレクテナ上で干渉せず、局所的なエネルギー
密度の増加を防止できる。また、レクテナ全体での受信
エネルギーは、各部分レクテナで受信されるマイクロ波
のエネルギーの単純和となる。
方法の基本原理を説明する。本発明は、複数の発電衛星
から独立に送出されるビーム状のマイクロ波を、レクテ
ナ上で電磁波として干渉させずに受信するようにしたも
のである。そのためにレクテナ開口面を、空間的に分離
され、各ビーム状のマイクロ波を独立して受信する「部
分レクテナ」という複数の仮想的な受信小領域に分割し
ている。レクテナ全体は、この部分レクテナを縦横に並
べた集合として構成される。さらに各マイクロ波はイン
コヒーレント送信（各マイクロ波の位相が無相関）とし
ている。このような構成とすることで、各ビーム状のマ
イクロ波はレクテナ上で干渉せず、局所的なエネルギー
密度の増加を防止できる。また、レクテナ全体での受信
エネルギーは、各部分レクテナで受信されるマイクロ波
のエネルギーの単純和となる。
【００２４】つぎに、部分レクテナについて詳細に説明
する。部分レクテナは、広がりを持つビーム状のマイク
ロ波を十分に受信できるだけの大きさを必要とする。発
電衛星１の送信アンテナの開口が有限であることから、
送信マイクロ波のエネルギーの空間分布はビーム内で一
様ではなく波状に変動している。この変動が、ビーム中
心に位置するメインローブとそれに隣接するサイドロー
ブとして現れる。例えば、送信アンテナが矩形開口の場
合、ビームのエネルギーは、（ｓｉｎＸ／Ｘ） 2（ここ
でＸは、ビーム放射角の関数である）なる関数で表され
る空間分布を持つこととなる。
する。部分レクテナは、広がりを持つビーム状のマイク
ロ波を十分に受信できるだけの大きさを必要とする。発
電衛星１の送信アンテナの開口が有限であることから、
送信マイクロ波のエネルギーの空間分布はビーム内で一
様ではなく波状に変動している。この変動が、ビーム中
心に位置するメインローブとそれに隣接するサイドロー
ブとして現れる。例えば、送信アンテナが矩形開口の場
合、ビームのエネルギーは、（ｓｉｎＸ／Ｘ） 2（ここ
でＸは、ビーム放射角の関数である）なる関数で表され
る空間分布を持つこととなる。
【００２５】部分レクテナでビーム状のマイクロ波のエ
ネルギーを効率的に受信するためには、部分レクテナの
開口径は、ビームのメインローブの他、サイドローブま
でをカバーできる大きさが必要である（マイクロ波のビ
ーム幅の数倍にする必要がある。）。上記例（送信アン
テナが矩形開口）の場合、部分レクテナ内でビーム状の
マイクロ波を有効に受信するためには、少なくともセカ
ンドサイドローブまでは受信できる開口が必要となる。
具体的には、上記（ｓｉｎＸ／Ｘ）2なる空間分布を有
するビームの場合、３ｄｂビーム幅（メインローブピー
ク値の半分のエネルギー値となるビーム幅）の５倍の領
域を部分レクテナの開口径とすることで、セカンドサイ
ドローブ領域をカバーできる。マイクロ波のビームのエ
ネルギーが集中する上記ビームの範囲を「有効ビーム
径」と定義すると、上記部分レクテナ開口は有効ビーム
径以上の大きさが必要となる。図２に上記３ｄｂビーム
幅、有効ビーム径及び部分レクテナの開口径との関係を
示す。発電衛星１の送信アンテナが正方形開口の場合、
ビームの指向方向に垂直な断面形状は円形となるので、
部分レクテナはこの円形のビームをカバーできる正方形
とすればよい。実際の部分レクテナの開口径は、数ｋｍ
のオーダーとなる。以上が、部分レクテナの開口を決め
る基本的な考え方である。
ネルギーを効率的に受信するためには、部分レクテナの
開口径は、ビームのメインローブの他、サイドローブま
でをカバーできる大きさが必要である（マイクロ波のビ
ーム幅の数倍にする必要がある。）。上記例（送信アン
テナが矩形開口）の場合、部分レクテナ内でビーム状の
マイクロ波を有効に受信するためには、少なくともセカ
ンドサイドローブまでは受信できる開口が必要となる。
具体的には、上記（ｓｉｎＸ／Ｘ）2なる空間分布を有
するビームの場合、３ｄｂビーム幅（メインローブピー
ク値の半分のエネルギー値となるビーム幅）の５倍の領
域を部分レクテナの開口径とすることで、セカンドサイ
ドローブ領域をカバーできる。マイクロ波のビームのエ
ネルギーが集中する上記ビームの範囲を「有効ビーム
径」と定義すると、上記部分レクテナ開口は有効ビーム
径以上の大きさが必要となる。図２に上記３ｄｂビーム
幅、有効ビーム径及び部分レクテナの開口径との関係を
示す。発電衛星１の送信アンテナが正方形開口の場合、
ビームの指向方向に垂直な断面形状は円形となるので、
部分レクテナはこの円形のビームをカバーできる正方形
とすればよい。実際の部分レクテナの開口径は、数ｋｍ
のオーダーとなる。以上が、部分レクテナの開口を決め
る基本的な考え方である。
【００２６】つぎに、部分レクテナの集合であるレクテ
ナについて詳細に説明する。図３はレクテナ３上のマイ
クロ波のビーム及び部分レクテナの配置の説明図であ
る。本例では、マイクロ波のビーム数を１６個として説
明する。図において、６はビーム状のマイクロ波の受信
小領域としてレクテナ３の開口面上に仮想的に設定され
た正方形状の部分レクテナである。この部分レクテナ
は、各発電衛星からのビームのエネルギーを有効に受信
するだけの広がりを有する。７は部分レクテナの中央に
照射される円形断面形状を有するマイクロ波のビームで
ある。図中の円の直径が「有効ビーム径」であり、この
円内にマイクロ波のビームのエネルギーの主要部が集中
している。ここでは説明を簡単にするため、ビーム断面
形状は円形とし、部分レクテナの開口面形状は上記ビー
ムをカバーできる正方形としている。また、レクテナ３
の開口面形状も部分レクテナ６を縦横に碁盤目状に同数
配置（４行４列）した正方形状の構成としている。図に
おいては部分レクテナを重畳させず、平面状に配置して
いる。このような部分レクテナの配置により、レクテナ
上でのマイクロ波のビーム受信位置は分散化され、マイ
クロ波のエネルギー分布を平均化することができる。実
際には、発電衛星１毎にビームの指向方向を制御し、各
ビームの中心が部分レクテナの中心位置を指向するよう
にしている。
ナについて詳細に説明する。図３はレクテナ３上のマイ
クロ波のビーム及び部分レクテナの配置の説明図であ
る。本例では、マイクロ波のビーム数を１６個として説
明する。図において、６はビーム状のマイクロ波の受信
小領域としてレクテナ３の開口面上に仮想的に設定され
た正方形状の部分レクテナである。この部分レクテナ
は、各発電衛星からのビームのエネルギーを有効に受信
するだけの広がりを有する。７は部分レクテナの中央に
照射される円形断面形状を有するマイクロ波のビームで
ある。図中の円の直径が「有効ビーム径」であり、この
円内にマイクロ波のビームのエネルギーの主要部が集中
している。ここでは説明を簡単にするため、ビーム断面
形状は円形とし、部分レクテナの開口面形状は上記ビー
ムをカバーできる正方形としている。また、レクテナ３
の開口面形状も部分レクテナ６を縦横に碁盤目状に同数
配置（４行４列）した正方形状の構成としている。図に
おいては部分レクテナを重畳させず、平面状に配置して
いる。このような部分レクテナの配置により、レクテナ
上でのマイクロ波のビーム受信位置は分散化され、マイ
クロ波のエネルギー分布を平均化することができる。実
際には、発電衛星１毎にビームの指向方向を制御し、各
ビームの中心が部分レクテナの中心位置を指向するよう
にしている。
【００２７】上記のとおり、レクテナ３は、部分レクテ
ナ６をビーム状のマイクロ波の受信小領域とし、この受
信小領域を縦横に並べることにより構成される。このよ
うに構成された、レクテナの口径は数十ｋｍから数百ｋ
ｍのオーダーであり、複数の素子アンテナをアレイ状に
配置したアレイアンテナにより構成するのが一般的であ
る。実際にはレクテナの開口面形状は、アンテナ電気性
能に基づく素子アンテナの配置条件、レクテナが設置さ
れる地形条件等により適宜決定されるものである。一般
にはレクテナ形状は円形乃至矩形となる。図３では正方
形としている。
ナ６をビーム状のマイクロ波の受信小領域とし、この受
信小領域を縦横に並べることにより構成される。このよ
うに構成された、レクテナの口径は数十ｋｍから数百ｋ
ｍのオーダーであり、複数の素子アンテナをアレイ状に
配置したアレイアンテナにより構成するのが一般的であ
る。実際にはレクテナの開口面形状は、アンテナ電気性
能に基づく素子アンテナの配置条件、レクテナが設置さ
れる地形条件等により適宜決定されるものである。一般
にはレクテナ形状は円形乃至矩形となる。図３では正方
形としている。
【００２８】上記のとおり、部分レクテナ６の大きさは
受信するマイクロ波の有効ビーム径との関係で決定され
る。電磁波としての干渉低減を優先させれば、部分レク
テナ口径は有効ビーム径より十分大きなものとする必要
があるが、レクテナ全体も比例して巨大になり実現が困
難となる。実際には、電波干渉の許容度等を考慮しつつ
トレードオフにより部分レクテナの大きさを決めること
となる。
受信するマイクロ波の有効ビーム径との関係で決定され
る。電磁波としての干渉低減を優先させれば、部分レク
テナ口径は有効ビーム径より十分大きなものとする必要
があるが、レクテナ全体も比例して巨大になり実現が困
難となる。実際には、電波干渉の許容度等を考慮しつつ
トレードオフにより部分レクテナの大きさを決めること
となる。
【００２９】上記説明では、各発電衛星１のマイクロ波
は全てインコヒーレントで、各マイクロ波のビームは発
電衛星毎に独立であり、発電衛星数のビームが形成され
ていた。一方、発電衛星１をいくつかのグループにわ
け、そのグループの中では各マイクロ波を位相制御しコ
ヒーレント送信とし、各グループ間ではインコヒーレン
トな関係とすることもできる。このようにすれば、グル
ープ内の複数の発電衛星により等価的に大口径の送信ア
ンテナが形成され、この大口径アンテナにより非常に幅
の狭いビームを形成することができる（ビーム幅は、ア
ンテナ開口径の逆数に比例する）。また、形成されるビ
ーム数もグループ数となり少なくなる。その結果、部分
レクテナの大きさを小さくすることが可能となるととも
に、部分レクテナの数も少なくすることができ、レクテ
ナ全体の大きさも小さくできる。
は全てインコヒーレントで、各マイクロ波のビームは発
電衛星毎に独立であり、発電衛星数のビームが形成され
ていた。一方、発電衛星１をいくつかのグループにわ
け、そのグループの中では各マイクロ波を位相制御しコ
ヒーレント送信とし、各グループ間ではインコヒーレン
トな関係とすることもできる。このようにすれば、グル
ープ内の複数の発電衛星により等価的に大口径の送信ア
ンテナが形成され、この大口径アンテナにより非常に幅
の狭いビームを形成することができる（ビーム幅は、ア
ンテナ開口径の逆数に比例する）。また、形成されるビ
ーム数もグループ数となり少なくなる。その結果、部分
レクテナの大きさを小さくすることが可能となるととも
に、部分レクテナの数も少なくすることができ、レクテ
ナ全体の大きさも小さくできる。
【００３０】また、上記説明では、ビーム形状は円形と
したが、送信アンテナ開口の形状によりビーム形状も楕
円等の形状に変わる。このような場合には、部分レクテ
ナの形状も正方形にこだわる必要はなく、ビーム形状に
合わせた形状にすることが望ましいのは言うまでもな
い。
したが、送信アンテナ開口の形状によりビーム形状も楕
円等の形状に変わる。このような場合には、部分レクテ
ナの形状も正方形にこだわる必要はなく、ビーム形状に
合わせた形状にすることが望ましいのは言うまでもな
い。
【００３１】また、上記説明では、各部分レクテナは重
畳せず平面配置したが、このような配置は電波干渉の低
減という点では有効であるが、ビーム数だけ部分レクテ
ナが必要となりレクテナ全体が大きくなってしまう。図
４は、これを解決するためのレクテナ開口面上での部分
レクテナの配置方法の説明図である。この方法では、隣
接する４つの第１の部分レクテナ中央部（第１の部分レ
クテナの境界領域）に第２の部分レクテナを設けて、部
分レクテナをピラミッド状に重畳配置（第１の部分レク
テナを平面配置した碁盤目の９個所の格子点の位置に第
２の部分レクテナを配置）している。この境界領域は対
角線方向のビームの距離が離れているため、マイクロ波
の干渉が比較的緩やかであるので、第２の部分レクテナ
を配置できる。図３に示す平面的な配置方法では１６個
のビームしか分散配置できなかったが、図４に示すピラ
ミッド状の重畳配置では同じ大きさのレクテナ開口上に
２５個（第１の部分レクテナで受信するビーム１６個＋
第２の部分レクテナで受信するビーム９個）のビームを
分散配置できる。図５は、図４のレクテナ開口面で受信
するマイクロ波のエネルギー分布を示す（図４の矢印の
ライン方向）。隣接するビームのメインローブが干渉し
ないので、電力のピークが既定値を超えるのを防ぐこと
ができる。
畳せず平面配置したが、このような配置は電波干渉の低
減という点では有効であるが、ビーム数だけ部分レクテ
ナが必要となりレクテナ全体が大きくなってしまう。図
４は、これを解決するためのレクテナ開口面上での部分
レクテナの配置方法の説明図である。この方法では、隣
接する４つの第１の部分レクテナ中央部（第１の部分レ
クテナの境界領域）に第２の部分レクテナを設けて、部
分レクテナをピラミッド状に重畳配置（第１の部分レク
テナを平面配置した碁盤目の９個所の格子点の位置に第
２の部分レクテナを配置）している。この境界領域は対
角線方向のビームの距離が離れているため、マイクロ波
の干渉が比較的緩やかであるので、第２の部分レクテナ
を配置できる。図３に示す平面的な配置方法では１６個
のビームしか分散配置できなかったが、図４に示すピラ
ミッド状の重畳配置では同じ大きさのレクテナ開口上に
２５個（第１の部分レクテナで受信するビーム１６個＋
第２の部分レクテナで受信するビーム９個）のビームを
分散配置できる。図５は、図４のレクテナ開口面で受信
するマイクロ波のエネルギー分布を示す（図４の矢印の
ライン方向）。隣接するビームのメインローブが干渉し
ないので、電力のピークが既定値を超えるのを防ぐこと
ができる。
【００３２】つぎに、発電衛星１から送信されるビーム
の指向制御の方法について説明する。ビームの指向方向
は、部分レクテナの位置に関する情報（例えば部分レク
テナ中心位置の情報）に基づき制御される。地上の衛星
通信アンテナ５は、上記位置情報をビーコン信号として
制御衛星２に向け送信する。制御衛星２は、上記位置情
報を適宜処理し発電衛星毎に指向制御データを生成し、
各発電衛星１に向け送出する。各発電衛星１は、この指
向制御データを用いてビームの指向方向を制御する。な
お、上記説明では、制御衛星２を介して各発電衛星１は
指向制御データを受信したが、各発電衛星１に直接に位
置情報を送信しこの情報に基づき指向制御するようにし
てもよい。各発電衛星がどの位置情報を用いるか（発電
衛星と位置情報との対応）については、制御衛星側で判
断しても、地上側（例えば電力基地４）で判断してもよ
い。地上側で判断する場合には、位置情報毎に発電衛星
との対応関係を示すフラグを付けることになる。各発電
衛星は、自分のフラグに対応する位置情報を受け取り、
その情報に基づいてビームを指向制御する。
の指向制御の方法について説明する。ビームの指向方向
は、部分レクテナの位置に関する情報（例えば部分レク
テナ中心位置の情報）に基づき制御される。地上の衛星
通信アンテナ５は、上記位置情報をビーコン信号として
制御衛星２に向け送信する。制御衛星２は、上記位置情
報を適宜処理し発電衛星毎に指向制御データを生成し、
各発電衛星１に向け送出する。各発電衛星１は、この指
向制御データを用いてビームの指向方向を制御する。な
お、上記説明では、制御衛星２を介して各発電衛星１は
指向制御データを受信したが、各発電衛星１に直接に位
置情報を送信しこの情報に基づき指向制御するようにし
てもよい。各発電衛星がどの位置情報を用いるか（発電
衛星と位置情報との対応）については、制御衛星側で判
断しても、地上側（例えば電力基地４）で判断してもよ
い。地上側で判断する場合には、位置情報毎に発電衛星
との対応関係を示すフラグを付けることになる。各発電
衛星は、自分のフラグに対応する位置情報を受け取り、
その情報に基づいてビームを指向制御する。
【００３３】
【発明の効果】この発明によれば、宇宙空間における複
数の発電衛星によって太陽光から変換された電気エネル
ギーをマイクロ波に変換して電力基地に送信し、電力基
地によって電力を生成するマイクロ波の受信方法におい
て、発電衛星からのビーム状のマイクロ波を受信アンテ
ナの同一の領域に集中させることなく、ビーム毎にマイ
クロ波の受信位置を分散させるようにしたので、マイク
ロ波のエネルギーが一部に集中し、局所的にエネルギー
が規制値を越え、安全性が低下するという危険を防止で
きる。また、受信アンテナの耐電力性の増加を抑制する
ことができる。
数の発電衛星によって太陽光から変換された電気エネル
ギーをマイクロ波に変換して電力基地に送信し、電力基
地によって電力を生成するマイクロ波の受信方法におい
て、発電衛星からのビーム状のマイクロ波を受信アンテ
ナの同一の領域に集中させることなく、ビーム毎にマイ
クロ波の受信位置を分散させるようにしたので、マイク
ロ波のエネルギーが一部に集中し、局所的にエネルギー
が規制値を越え、安全性が低下するという危険を防止で
きる。また、受信アンテナの耐電力性の増加を抑制する
ことができる。
【図１】 この発明の実施の形態１に係る宇宙太陽光発
電方法及びそのシステムに使用する装置の全体構成を示
す外観図である。
電方法及びそのシステムに使用する装置の全体構成を示
す外観図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るマイクロ波の
受信方法の原理説明図であり、ビーム幅、有効ビーム径
及び部分レクテナの開口径との関係を示す説明図であ
る。
受信方法の原理説明図であり、ビーム幅、有効ビーム径
及び部分レクテナの開口径との関係を示す説明図であ
る。
【図３】 この発明の実施の形態１に係るマイクロ波の
受信方法の原理説明図であり、マイクロ波のビーム及び
部分レクテナの配置方法の説明図である。
受信方法の原理説明図であり、マイクロ波のビーム及び
部分レクテナの配置方法の説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係るマイクロ波の
受信方法の原理説明図であり、マイクロ波のビーム及び
部分レクテナの他の配置方法の説明図である。
受信方法の原理説明図であり、マイクロ波のビーム及び
部分レクテナの他の配置方法の説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係るマイクロ波の
受信方法による受信アンテナ上でのエネルギー分布を示
す説明図である。
受信方法による受信アンテナ上でのエネルギー分布を示
す説明図である。
１ 発電衛星 ２ 制御衛星 ３ 受信アンテナ（レクテナ） ４ 電力基地 ５ 衛星通信アンテナ ６ 第１の部分レクテナ ６ｂ 第２の部分レクテナ ７ ビーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 和幸 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA09 GA02 HA05 HA07
Claims (11)
- 【請求項１】 宇宙空間の複数の発電衛星から受信アン
テナに向け送信される複数のビーム状のマイクロ波の受
信方法において、上記発電衛星はビームの指向方向を制
御し上記受信アンテナ上での上記各ビームの受信位置を
分散することにより、受信アンテナの開口面上でのマイ
クロ波のエネルギー分布を平均化するようにしたことを
特徴とするマイクロ波の受信方法。 - 【請求項２】 宇宙空間の複数の発電衛星から受信アン
テナに向け送信される複数のビーム状のマイクロ波の受
信方法において、上記受信アンテナ上での上記マイクロ
波の各ビームの受信小領域を分散して配置することによ
り、受信アンテナの開口面上でのマイクロ波のエネルギ
ー分布を平均化するようにしたことを特徴とするマイク
ロ波の受信方法。 - 【請求項３】 ビーム状のマイクロ波を送信する複数の
発電衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受
信する受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システ
ムであって、上記受信アンテナは、その開口面が複数の
受信小領域に分割され、この受信小領域毎に対応する上
記ビーム状のマイクロ波を受信するようにしたことを特
徴とするマイクロ波の受信システム。 - 【請求項４】 ビーム状のマイクロ波を送信する複数の
発電衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受
信する受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システ
ムであって、上記発電衛星は、上記受信アンテナの開口
面上の異なる受信小領域に上記ビームを指向するように
したことを特徴とするマイクロ波の受信システム。 - 【請求項５】 ビーム状のマイクロ波を送信する複数の
発電衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受
信する受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システ
ムであって、上記受信アンテナは、その開口面が複数の
受信小領域に分割され、この受信小領域が上記発電衛星
からのビームに対応づけられるとともに、上記発電衛星
は、上記対応づけられた各受信小領域に上記ビームを指
向するようにしたことを特徴とするマイクロ波の受信シ
ステム。 - 【請求項６】 上記複数の受信小領域を第１の受信小領
域とし、この第１の受信小領域の境界位置に第２の受信
小領域を設けたことを特徴とする請求項５に記載のマイ
クロ波の受信システム。 - 【請求項７】 上記受信アンテナ上の各受信小領域の位
置情報を送信する衛星通信手段を備え、上記複数の発電
衛星は、上記受信小領域の位置情報に基づき上記ビーム
の指向を制御することを特徴とする請求項３乃至６のい
ずれか一項に記載のマイクロ波の受信システム。 - 【請求項８】 ビーム状のマイクロ波を送信する複数の
発電衛星と、この発電衛星からの複数のマイクロ波を受
信する受信アンテナとを備えたマイクロ波の受信システ
ムであって、上記受信アンテナは、その開口面上に上記
ビーム毎にその受信位置が設定されるとともに、上記発
電衛星は、上記対応づけられた受信位置に上記ビームを
指向するようにしたことを特徴とするマイクロ波の受信
システム。 - 【請求項９】 上記受信アンテナ上のビーム毎の受信位
置は、開口面上に均一に配置されていることを特徴とす
る請求項８に記載のマイクロ波の受信システム。 - 【請求項１０】 上記受信アンテナ上の各ビームの受信
位置の位置情報を送信する衛星通信手段を備え、上記複
数の発電衛星は、上記小領域の位置情報に基づき上記ビ
ームの指向を制御することを特徴とする請求項８乃至９
のいずれか一項に記載のマイクロ波の受信システム。 - 【請求項１１】 上記受信アンテナは、複数の素子アン
テナをアレイ状に配列したアレイアンテナであることを
特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のマ
イクロ波の受信システム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000279784A JP3584868B2 (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | マイクロ波の受信方法及び受信システム |
| US09/871,898 US6492940B2 (en) | 2000-09-14 | 2001-06-04 | Method of and system for receiving microwave |
| EP01120033A EP1189327B1 (en) | 2000-09-14 | 2001-08-20 | Method of and system for transmitting microwave |
| DE60106705T DE60106705T2 (de) | 2000-09-14 | 2001-08-20 | Verfahren und System zum Übertragen von Mikrowellen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000279784A JP3584868B2 (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | マイクロ波の受信方法及び受信システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002095188A true JP2002095188A (ja) | 2002-03-29 |
| JP3584868B2 JP3584868B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=18764738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000279784A Expired - Fee Related JP3584868B2 (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | マイクロ波の受信方法及び受信システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6492940B2 (ja) |
| EP (1) | EP1189327B1 (ja) |
| JP (1) | JP3584868B2 (ja) |
| DE (1) | DE60106705T2 (ja) |
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| JP6312031B2 (ja) * | 2015-04-02 | 2018-04-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ワイヤレス給電方法 |
| US10243412B1 (en) | 2015-08-27 | 2019-03-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Beamforming rectennas, systems and methods for wireless power transfer |
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2000
- 2000-09-14 JP JP2000279784A patent/JP3584868B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-06-04 US US09/871,898 patent/US6492940B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-08-20 DE DE60106705T patent/DE60106705T2/de not_active Expired - Fee Related
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