JP2009065726A - Rectenna device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rectenna device capable of operating at the most efficient conversion efficiency, irrespective of variation in load resistance. <P>SOLUTION: A parallel rectifier circuit 13 is composed of first-fourth rectenna substrates 19-22. A voltage detection circuit 47 detects an output voltage of a composite DC power outputted from the parallel rectifier circuit 13. A switch control section 50 obtains an output side impedance Zo of a load circuit 16 and a variable resistor 43 on the basis of a result of detection of the output voltage. The switch control section 50 determines the number of connection of rectennas at which conversion efficiency η is the maximum on the basis of the output side impedance Zo. The switch control section 50 controls first and second switch circuits 23, 24 to switch to the determined number of rectennas. Thus, the rectenna device can operate at the most efficient conversion efficiency. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、アンテナで受信したマイクロ波を整流回路で直流電力に変換するレクテナ装置に関するものである。   The present invention relates to a rectenna device that converts a microwave received by an antenna into DC power by a rectifier circuit.

アンテナで受信したマイクロ波を整流回路で直流電力に変換するレクテナ装置が知られている(特許文献1参照)。レクテナ装置は、太陽電池パネルを搭載した人工衛星で作られた電力をマイクロ波で地球に送る宇宙太陽光衛星(Solar Power Station:SPS)計画や、有線送電が難しい離島や山頂などへのマイクロ波送電計画などへの利用が期待されている。   A rectenna device that converts microwaves received by an antenna into DC power by a rectifier circuit is known (see Patent Document 1). The rectenna device is a space power satellite (SPS) project that sends power generated by an artificial satellite equipped with a solar panel to the earth with microwaves, and microwaves to remote islands and mountaintops where wired power transmission is difficult. It is expected to be used for power transmission plans.

近年、レクテナ装置はRFID(Radio Frequency Identification)タグなどの応答器にも利用されている。RFIDタグが質問器に近づくと、質問器からRFIDタグにマイクロ波が送信される。RFIDタグは、質問器から送信されたマイクロ波を整流回路により直流電力に変換し、この直流電力を駆動電力として内蔵の負荷回路を動作させる。そして、負荷回路に予め記憶されている情報を応答信号として質問器に返送する。   In recent years, rectenna apparatuses are also used for responders such as RFID (Radio Frequency Identification) tags. When the RFID tag approaches the interrogator, microwaves are transmitted from the interrogator to the RFID tag. The RFID tag converts the microwave transmitted from the interrogator into DC power by a rectifier circuit, and operates the built-in load circuit using this DC power as driving power. Then, information stored in advance in the load circuit is returned to the interrogator as a response signal.

このようなレクテナ装置では、安定した直流電力の供給を実現するために種々の提案がなされている。例えばレクテナ装置を、基板と、基板にn個形成されたアンテナ素子と、各アンテナ素子にそれぞれ別個に接続されたn個の整流回路とから構成する。そして、各整流回路を直列接続すると、レクテナ装置から出力される出力電圧は、個々の整流回路の出力電圧Vをn個加算したV・nになる。また、各整流回路を並列接続すると、レクテナ装置から出力される出力電流は、個々の整流回路の出力電流Iをn個加算したI・nになる。従って、この整流回路を適宜直列または並列接続することで、所望の大きさの直流電力の供給が実現可能となる(特許文献2参照)。
特開2002−84685号公報 特開平8−33243号公報
In such a rectenna apparatus, various proposals have been made to realize a stable supply of DC power. For example, the rectenna device is composed of a substrate, n antenna elements formed on the substrate, and n rectifier circuits individually connected to the antenna elements. When the rectifier circuits are connected in series, the output voltage output from the rectenna device becomes V · n obtained by adding n output voltages V of the individual rectifier circuits. When the rectifier circuits are connected in parallel, the output current output from the rectenna device is I · n obtained by adding n output currents I of the individual rectifier circuits. Accordingly, by appropriately connecting the rectifier circuits in series or in parallel, it is possible to supply a desired amount of DC power (see Patent Document 2).
JP 2002-84585 A JP-A-8-33243

ところで、一般にレクテナ装置がマイクロ波(入力電力)を直流電力に変換する変換効率は、整流回路のインピーダンスと、負荷回路の負荷抵抗とがインピーダンスマッチングしたときに最大となることが知られている。   By the way, it is generally known that the conversion efficiency at which the rectenna device converts microwaves (input power) into DC power is maximized when the impedance of the rectifier circuit and the load resistance of the load circuit are impedance matched.

しかしながら、負荷回路の負荷抵抗は一定ではなく、機器の動作状況に応じて変動する。つまり、負荷回路内の消費電力が増大すると負荷抵抗は低下し、逆に、消費電力が減少すると負荷抵抗は増加する。その結果、整流回路と負荷回路のインピーダンスマッチングが崩れ、変換効率が低下する。特にRFIDタグでは、大電力を送電する上述のSPSとは異なり小電力を送電するため、負荷抵抗の変動により変換効率が著しく低下すると、負荷回路の動作に必要な駆動電力を確保することができない。   However, the load resistance of the load circuit is not constant and varies depending on the operation status of the device. That is, when the power consumption in the load circuit increases, the load resistance decreases, and conversely, when the power consumption decreases, the load resistance increases. As a result, impedance matching between the rectifier circuit and the load circuit is lost, and conversion efficiency is reduced. In particular, the RFID tag transmits low power unlike the above-described SPS that transmits high power, and therefore, if the conversion efficiency is significantly reduced due to fluctuations in load resistance, it is not possible to secure drive power necessary for the operation of the load circuit. .

この問題を解決するために、例えば特許文献2記載のレクテナ装置を用いれば、アンテナ素子及び整流回路を増やすことで必要な駆動電力を確保可能である。しかしながら、アンテナ素子及び整流回路を増やすとレクテナ装置が大型化するため、RFIDタグのような小型な装置に適用することができない。   In order to solve this problem, for example, if the rectenna device described in Patent Document 2 is used, necessary drive power can be secured by increasing the number of antenna elements and rectifier circuits. However, if the number of antenna elements and rectifier circuits is increased, the size of the rectenna device increases, so that it cannot be applied to a small device such as an RFID tag.

また、例えば負荷回路に可変抵抗を並列接続し、負荷回路の負荷抵抗の変動が補正されるように可変抵抗の大きさを調整することで、インピーダンスマッチングを図る方法が考えられる。しかしながら、この方法を用いたとしても、負荷回路の消費電力が増加して負荷抵抗が著しく低下した場合には、可変抵抗の調整では対応することができないため、変換効率が低下するという問題は依然として残る。   In addition, for example, a method is conceivable in which impedance matching is performed by connecting a variable resistor in parallel to the load circuit and adjusting the size of the variable resistor so that the fluctuation of the load resistance of the load circuit is corrected. However, even if this method is used, when the power consumption of the load circuit is increased and the load resistance is remarkably lowered, it is not possible to cope with the adjustment of the variable resistance. Remain.

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、負荷回路の負荷抵抗の変動した場合、特に負荷抵抗が著しく低下した場合においても最も効率のよい変換効率で動作させることが可能なレクテナ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a rectenna that can be operated with the most efficient conversion efficiency even when the load resistance of the load circuit fluctuates, particularly when the load resistance is significantly reduced. An object is to provide an apparatus.

上記問題を解決するため、本発明のレクテナ装置は、アンテナで受信したマイクロ波を直流電力に変換し、変換した直流電力を駆動電力として負荷回路を作動させるレクテナ装置において、前記マイクロ波を直流電力に変換し、互いに並列に接続された複数の整流回路と、前記複数の整流回路の中から1以上の前記整流回路を選択的に前記アンテナに接続するためのスイッチと、前記負荷回路の回路インピーダンスの大きさを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づいて、前記マイクロ波の入力電力に対する前記直流電力の変換効率が最大となる前記整流回路の接続数を決定し、決定した接続数の前記整流回路が前記アンテナに接続されるように、前記スイッチを動作させるスイッチ制御手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problem, a rectenna device according to the present invention converts a microwave received by an antenna into direct current power, and operates the load circuit using the converted direct current power as drive power. A plurality of rectifier circuits connected in parallel to each other; a switch for selectively connecting one or more rectifier circuits from the plurality of rectifier circuits to the antenna; and a circuit impedance of the load circuit Determining the number of connections of the rectifier circuit that maximizes the conversion efficiency of the DC power with respect to the input power of the microwave based on the determination result of the determination means and the determination result of the determination means; Switch control means for operating the switch so that a number of the rectifier circuits are connected to the antenna.

前記負荷回路に並列接続された可変抵抗と、前記可変抵抗の大きさを制御する可変抵抗制御手段とを備え、前記判別手段は、前記回路インピーダンスと前記可変抵抗とを合成した第1合成インピーダンスの大きさを取得し、前記スイッチ制御手段は、前記第1合成インピーダンスに基づいて前記変換効率が最大となる前記整流回路の接続数を決定し、前記可変抵抗制御手段は、決定した前記接続数に応じた前記整流回路の第2合成インピーダンスに基づいて、前記第1合成インピーダンスが前記第2合成インピーダンスとインピーダンスマッチングするように前記可変抵抗の大きさを制御することが好ましい。これにより、第1及び第2合成インピーダンスを完全にマッチングさせて、より最適な変換効率で動作させることができる。   A variable resistance connected in parallel to the load circuit; and a variable resistance control means for controlling the magnitude of the variable resistance, wherein the determination means has a first combined impedance obtained by combining the circuit impedance and the variable resistance. The switch control means determines the number of connections of the rectifier circuit that maximizes the conversion efficiency based on the first combined impedance, and the variable resistance control means determines the determined number of connections. It is preferable to control the size of the variable resistor so that the first combined impedance matches the second combined impedance based on the corresponding second combined impedance of the rectifier circuit. As a result, the first and second combined impedances can be perfectly matched to operate with more optimal conversion efficiency.

前記直流電力の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記接続数のそれぞれについて、前記出力電圧の大きさに対する前記第1合成インピーダンスの第1の関係を予め記憶した第1の記憶手段とを備え、前記判別手段は、前記第1の関係を参照して、前記出力電圧検出手段の検出結果に対応する前記第1合成インピーダンスの大きさを取得することが好ましい。これにより、測定困難な負荷回路の回路インピーダンス(例えば負荷抵抗)を実測することなく、第1合成インピーダンスを容易に求めることができる。   Output voltage detection means for detecting the output voltage of the DC power, and first storage means for storing in advance the first relationship of the first combined impedance with respect to the magnitude of the output voltage for each of the number of connections. It is preferable that the determination unit obtains the magnitude of the first combined impedance corresponding to the detection result of the output voltage detection unit with reference to the first relationship. Accordingly, the first combined impedance can be easily obtained without actually measuring the circuit impedance (for example, load resistance) of the load circuit that is difficult to measure.

前記判別手段は、前記負荷回路の動作状況から前記負荷回路の消費電力の大きさを推定して、前記消費電力の推定結果に基づき、前記第1合成インピーダンスの大きさを取得することが好ましい。これにより、出力電圧を検出する電圧検出回路等が不要となり、レクテナ装置のコストダウン及び小型化を図ることができる。   Preferably, the discriminating unit estimates the magnitude of power consumption of the load circuit from the operating state of the load circuit, and acquires the magnitude of the first combined impedance based on the estimation result of the power consumption. This eliminates the need for a voltage detection circuit or the like that detects the output voltage, thereby reducing the cost and size of the rectenna device.

前記接続数のそれぞれについて、前記第1合成インピーダンスに対する前記変換効率の第2の関係を予め記憶した第2の記憶手段を備え、前記スイッチ制御手段は、前記第2の関係を参照して、前記判別手段により取得された前記第1合成インピーダンスに対して、前記変換効率が最大となる前記接続数を決定することが好ましい。   For each of the numbers of connections, a second storage unit that stores in advance a second relationship of the conversion efficiency with respect to the first combined impedance is provided, and the switch control unit refers to the second relationship, and It is preferable to determine the number of connections that maximizes the conversion efficiency with respect to the first combined impedance acquired by the determination unit.

前記第2の関係は、前記接続数のそれぞれについて、他の接続数のときよりも前記変換効率が高くなる前記第1合成インピーダンスの範囲が予め設定されているデータテーブルであることが好ましい。これにより、第1合成インピーダンスの判別結果から直接的に変換効率が最大となる整流回路の接続数を決定することができる。その結果、整流回路の接続数の決定処理を迅速に行うことができる。   The second relationship is preferably a data table in which a range of the first combined impedance in which the conversion efficiency is higher than that of the other number of connections is set in advance for each of the number of connections. Thereby, the number of connections of the rectifier circuit that maximizes the conversion efficiency can be determined directly from the determination result of the first combined impedance. As a result, the process for determining the number of connections of the rectifier circuit can be performed quickly.

前記負荷回路の起動時は、前記接続数が1に設定されていることが好ましい。これにより、負荷回路の起動時において、少なくとも負荷回路の起動電力だけは確保することができる。   It is preferable that the number of connections is set to 1 when the load circuit is activated. Thereby, at the time of starting the load circuit, at least only the starting power of the load circuit can be secured.

前記スイッチ制御手段は、前記直流電力の出力電圧が定格電圧を超えたときに、前記接続数を増やすことが好ましい。これにより、出力電圧が定格電圧を超えてしまうときは、整流回路の接続数を増加させて出力電圧を下げることができる。その結果、負荷回路の破壊が防止される。   The switch control means preferably increases the number of connections when the output voltage of the DC power exceeds a rated voltage. As a result, when the output voltage exceeds the rated voltage, the output voltage can be lowered by increasing the number of connected rectifier circuits. As a result, destruction of the load circuit is prevented.

前記複数の整流回路と前記負荷回路との間に、前記直流電力の出力電圧を前記負荷回路の動作電圧まで昇圧させる昇圧回路が設けられていることが好ましい。これにより、負荷回路の回路インピーダンス(第1合成インピーダンス)の大きさに関わらず、出力電圧を負荷回路の動作電圧まで昇圧させることができる。   Preferably, a booster circuit that boosts the output voltage of the DC power to the operating voltage of the load circuit is provided between the plurality of rectifier circuits and the load circuit. Thereby, the output voltage can be boosted to the operating voltage of the load circuit regardless of the magnitude of the circuit impedance (first combined impedance) of the load circuit.

前記複数の整流回路は、それぞれ同一回路パターンを有する複数の基板に設けられていることが好ましい。これにより、解析設計が複雑で難しいレクテナ基板を複数種類用意する必要がなくなるため、製造コストが抑えられる。   The plurality of rectifier circuits are preferably provided on a plurality of substrates each having the same circuit pattern. This eliminates the need to prepare multiple types of rectenna substrates that are complicated and difficult to analyze and design, thereby reducing manufacturing costs.

前記複数の基板は、積層されていることが好ましい。これにより、各基板間の配線長を短くすることができる。その結果、マイクロ波を直流電力に変換する際の損失を抑えることができる。さらに、レクテナ装置の小型化が可能となる。   The plurality of substrates are preferably stacked. Thereby, the wiring length between each board | substrate can be shortened. As a result, the loss at the time of converting the microwave into DC power can be suppressed. Further, the rectenna device can be downsized.

前記複数の整流回路は、同一基板上に並列に形成された複数の回路パターンにより構成されており、前記複数の回路パターンは、互いに隣接する回路パターンが対称性を有するように形成されていることが好ましい。これにより、基板を積層した場合よりも厚みを薄くすることができる。   The plurality of rectifier circuits are configured by a plurality of circuit patterns formed in parallel on the same substrate, and the plurality of circuit patterns are formed such that circuit patterns adjacent to each other have symmetry. Is preferred. Thereby, thickness can be made thinner than the case where a board | substrate is laminated | stacked.

本発明のレクテナ装置によれば、負荷回路の回路インピーダンスの大きさを判別して、この判別結果に基づき、変換効率が最大となる整流回路の接続数を決定し、決定した接続数の整流回路が前記アンテナに接続されるようにしたので、負荷回路の消費電力の急激な増加により負荷回路の回路インピーダンスが著しく低下した場合でも、最適な変換効率で動作させることが可能となる。   According to the rectenna device of the present invention, the magnitude of the circuit impedance of the load circuit is determined, and based on the determination result, the number of connections of the rectifier circuit that maximizes the conversion efficiency is determined, and the rectifier circuit having the determined number of connections Is connected to the antenna, it is possible to operate with optimum conversion efficiency even when the circuit impedance of the load circuit is significantly reduced due to a rapid increase in power consumption of the load circuit.

図1に示すように、本発明の第1実施形態のRFIDタグ10(レクテナ装置)は、携帯電子機器や非接触ICカード(図示せず)等の移動体に組み込まれているものであり、大別して、アンテナ11と、方向性結合器12と、並列整流回路13と、切替スイッチ14と、電源安定昇圧回路15と、負荷回路16と、復調回路17と、変調回路18とから構成される。   As shown in FIG. 1, the RFID tag 10 (rectenna device) of the first embodiment of the present invention is incorporated in a mobile body such as a portable electronic device or a non-contact IC card (not shown). Broadly divided, the antenna 11, the directional coupler 12, the parallel rectifier circuit 13, the changeover switch 14, the power supply stable booster circuit 15, the load circuit 16, the demodulator circuit 17, and the modulator circuit 18 are configured. .

アンテナ11は、RFIDタグ10が質問器(図示せず)に近づいたときに、質問器から送信されるマイクロ波を受信する。なお、本実施形態で使用されるマイクロ波の基本周波数は、ISM(Industry Science Medical)バンドである2.45GHz帯である。アンテナ11で受信されたマイクロ波は、方向性結合器12に入力される。   The antenna 11 receives the microwave transmitted from the interrogator when the RFID tag 10 approaches the interrogator (not shown). Note that the fundamental frequency of the microwave used in the present embodiment is the 2.45 GHz band that is an ISM (Industry Science Medical) band. The microwave received by the antenna 11 is input to the directional coupler 12.

方向性結合器12は、アンテナ11から入力されるマイクロ波の一部(例えば−10dB程度)を駆動電源用に並列整流回路13に出力し、残りを質問信号として切替スイッチ14に出力する。並列整流回路13は、入力されたマイクロ波を直流電力に変換して出力する。この並列整流回路13から出力された直流電力は、電源安定昇圧回路15を経て負荷回路16に入力される。電源安定昇圧回路15は、並列整流回路13から出力される直流電力の電圧変動やノイズを抑制するとともに、その直流電力の出力電圧を負荷回路16の動作電圧まで昇圧させる。   The directional coupler 12 outputs a part of the microwave (for example, about −10 dB) input from the antenna 11 to the parallel rectifier circuit 13 for driving power, and outputs the rest to the changeover switch 14 as a question signal. The parallel rectifier circuit 13 converts the input microwave into DC power and outputs it. The DC power output from the parallel rectifier circuit 13 is input to the load circuit 16 via the power source stable booster circuit 15. The power source stable booster circuit 15 suppresses voltage fluctuation and noise of the DC power output from the parallel rectifier circuit 13 and boosts the output voltage of the DC power to the operating voltage of the load circuit 16.

切替スイッチ14は、方向性結合器12より入力されるマイクロ波(質問信号)を復調回路17に向けて出力し、変調回路18より入力されるマイクロ波(応答信号)を方向性結合器12に向けて出力する。復調回路17は、切替スイッチ14からのマイクロ波を元の質問信号に復調する。復調された質問信号は、負荷回路16に入力される。   The changeover switch 14 outputs the microwave (question signal) input from the directional coupler 12 toward the demodulation circuit 17 and the microwave (response signal) input from the modulation circuit 18 to the directional coupler 12. Output toward. The demodulation circuit 17 demodulates the microwave from the changeover switch 14 into the original interrogation signal. The demodulated interrogation signal is input to the load circuit 16.

負荷回路16は、CPU16aやメモリ16b等から構成されており、電源安定化回路15を経て入力される直流電力を駆動電力として作動する。CPU16aは、質問信号が入力されたら、メモリ16bにアクセスして予め記憶されている応答信号を変調回路18に入力する。変調回路18は、応答信号をマイクロ波に変調する。変調されたマイクロ波は、切替スイッチ14及び方向性結合器12を経てアンテナ11より出力される。   The load circuit 16 includes a CPU 16a, a memory 16b, and the like, and operates using DC power input through the power supply stabilization circuit 15 as drive power. When the question signal is input, the CPU 16a accesses the memory 16b and inputs a response signal stored in advance to the modulation circuit 18. The modulation circuit 18 modulates the response signal into a microwave. The modulated microwave is output from the antenna 11 via the changeover switch 14 and the directional coupler 12.

質問器(図示せず)は、RFIDタグ10より送信されるマイクロ波を受信・復調することで、RFIDタグ10が組み込まれた移動体またはこの移動体を所持している人を認識する。   The interrogator (not shown) receives and demodulates the microwave transmitted from the RFID tag 10 to recognize a mobile object in which the RFID tag 10 is incorporated or a person who owns this mobile object.

図2に示すように、並列整流回路13は、本発明の複数の整流回路に相当する第1〜第4レクテナ基板19〜22と、第1スイッチ回路23と、第2スイッチ回路24とから構成されている。第1レクテナ基板19は、伝送線路25aを介してアンテナ11(方向性結合器12)に直列接続されるとともに、伝送線路25bを介して負荷回路16(電源安定昇圧回路15)に直列接続されている。第2〜第4レクテナ基板20〜22は、第1及び第2スイッチ回路23,24を介して第1レクテナ基板19に並列接続されている。つまり、第1〜第4レクテナ基板19〜22は互いに並列接続されている。   As shown in FIG. 2, the parallel rectifier circuit 13 includes first to fourth rectenna substrates 19 to 22 corresponding to a plurality of rectifier circuits of the present invention, a first switch circuit 23, and a second switch circuit 24. Has been. The first rectenna substrate 19 is connected in series to the antenna 11 (directional coupler 12) via the transmission line 25a, and is connected in series to the load circuit 16 (power supply stable booster circuit 15) via the transmission line 25b. Yes. The second to fourth rectenna substrates 20 to 22 are connected in parallel to the first rectenna substrate 19 via the first and second switch circuits 23 and 24. That is, the first to fourth rectenna substrates 19 to 22 are connected in parallel to each other.

図3及び図4に示すように、第1〜第4レクテナ基板19〜22はそれぞれ入力されたマイクロ波を直流電力に変換する同一の回路基板であり、下から第1レクテナ基板19、第2レクテナ基板20、第3レクテナ基板21、第4レクテナ基板22の順に積層されている。なお、各レクテナ基板19〜22の積層順序は特に限定はされない。このように、各レクテナ基板19〜22を積層することで、各レクテナ基板間の配線長を短くすることができる。これにより、マイクロ波を直流電力に変換する際の損失を抑えることができる。さらに、各レクテナ基板19〜22を積層することで小型化が可能となり、RFIDタグ10等の小型の応答器に内蔵可能となる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the first to fourth rectenna boards 19 to 22 are the same circuit boards that convert the inputted microwaves to DC power, and the first rectenna board 19 and the second rectenna board 19 from the bottom. The rectenna substrate 20, the third rectenna substrate 21, and the fourth rectenna substrate 22 are stacked in this order. Note that the order of stacking the rectenna substrates 19 to 22 is not particularly limited. Thus, by stacking the rectenna substrates 19 to 22, the wiring length between the rectenna substrates can be shortened. Thereby, the loss at the time of converting a microwave into direct-current power can be suppressed. Further, by stacking the rectenna substrates 19 to 22, the size can be reduced, and the rectenna substrates 19 to 22 can be built in a small responder such as the RFID tag 10.

各レクテナ基板19〜22には、それぞれ同一の回路パターン31が形成されている。各レクテナ基板19〜22の回路パターン31を共通化することで、解析設計が複雑で難しいレクテナ基板を複数種類用意する場合よりも、製造コストが抑えられる。   The same circuit pattern 31 is formed on each of the rectenna substrates 19 to 22. By sharing the circuit pattern 31 of each of the rectenna substrates 19 to 22, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case of preparing a plurality of rectenna substrates that are complicated and difficult to analyze and design.

回路パターン31には、マイクロ波入力部32、コンデンサ実装部33、ダイオード実装部35、ローパスフイルタ(LPF)36、直流電力出力部37がマイクロ波の入力側から順に形成されている。第1レクテナ基板19のマイクロ波入力部32は、伝送線路25aに直接接続され、第2〜第4レクテナ基板20〜22のマイクロ波入力部32は、第1スイッチ回路23を介して伝送線路25aに接続される(図2参照)。   In the circuit pattern 31, a microwave input unit 32, a capacitor mounting unit 33, a diode mounting unit 35, a low pass filter (LPF) 36, and a DC power output unit 37 are formed in this order from the microwave input side. The microwave input unit 32 of the first rectenna substrate 19 is directly connected to the transmission line 25 a, and the microwave input units 32 of the second to fourth rectenna substrates 20 to 22 are connected to the transmission line 25 a via the first switch circuit 23. (See FIG. 2).

コンデンサ実装部33には、直流(DC)カット用のコンデンサ38が実装されている。コンデンサ38としては、例えばチップセラミックコンデンサ(10pF)が用いられる。コンデンサ38は、ダイオード39により整流された直流電力がアンテナ11側に出力されるのを防止する。なお、コンデンサ38としては、入力されたマイクロ波の高調波信号がダイオード39に効率良く伝送されるように、インピーダンスが充分に低いものを用いることが好ましい。   The capacitor mounting portion 33 is mounted with a direct current (DC) cut capacitor 38. For example, a chip ceramic capacitor (10 pF) is used as the capacitor 38. The capacitor 38 prevents the DC power rectified by the diode 39 from being output to the antenna 11 side. The capacitor 38 preferably has a sufficiently low impedance so that the input microwave harmonic signal is efficiently transmitted to the diode 39.

ダイオード実装部35にはダイオード39が実装される。ダイオード39としては、例えばUHF帯の高周波検波・ミキサ用のショットキーバリアダイオードが使用される。ダイオード39のアノードは、回路パターン31に形成されたビアホール42を介して、基板の反対面側に形成されたGNDパターン(図示せず)に接続されている。また、ダイオード39のカソードは、マイクロ波入力部32と直流電力出力部37との間の線路に接続されている。ダイオード39は、マイクロ波を整流して直流に変換する。   A diode 39 is mounted on the diode mounting portion 35. As the diode 39, for example, a Schottky barrier diode for UHF band high-frequency detection / mixer is used. The anode of the diode 39 is connected to a GND pattern (not shown) formed on the opposite surface side of the substrate through a via hole 42 formed in the circuit pattern 31. The cathode of the diode 39 is connected to a line between the microwave input unit 32 and the DC power output unit 37. The diode 39 rectifies the microwave and converts it into direct current.

LPF36は、回路パターン31のオープンスタブにより形成されている。LPF36は、ダイオード39の出力から漏れ出してくる基本周波数の信号や、整流時に生じる高調波成分の信号を遮断して、負荷回路16に高調波信号が流れることを防止する。また、LPF36は、ダイオード39により整流された直流を平滑化する。LPF36で平滑化された直流電力は、直流電力出力部37より出力される。第1レクテナ基板19の直流電力出力部37は、伝送線路25bに直接接続され、第2〜第4レクテナ基板20〜22の直流電力出力部37は、第2スイッチ回路24を介して伝送線路25bに接続される(図2参照)。   The LPF 36 is formed by an open stub of the circuit pattern 31. The LPF 36 blocks a fundamental frequency signal leaking from the output of the diode 39 and a harmonic component signal generated during rectification to prevent the harmonic signal from flowing through the load circuit 16. The LPF 36 smoothes the direct current rectified by the diode 39. The DC power smoothed by the LPF 36 is output from the DC power output unit 37. The DC power output unit 37 of the first rectenna substrate 19 is directly connected to the transmission line 25 b, and the DC power output units 37 of the second to fourth rectenna substrates 20 to 22 are connected to the transmission line 25 b via the second switch circuit 24. (See FIG. 2).

図2に戻って、第1スイッチ回路23は、各レクテナ基板19〜22の中から1以上のレクテナ基板を選択的にアンテナ11に接続するためのものであり、スイッチ23a〜23cを備えている。スイッチ23a〜23cは、それぞれ独立にON/OFF切替可能である。スイッチ23aは、第2レクテナ基板20とアンテナ11との接続をON/OFFし、スイッチ23b,23cは、それぞれ第3,第4レクテナ基板21,22とアンテナ11との接続をON/OFFする。   Returning to FIG. 2, the first switch circuit 23 is for selectively connecting one or more rectenna substrates among the rectenna substrates 19 to 22 to the antenna 11, and includes switches 23 a to 23 c. . The switches 23a to 23c can be switched ON / OFF independently. The switch 23a turns on / off the connection between the second rectenna substrate 20 and the antenna 11, and the switches 23b, 23c turn on / off the connection between the third and fourth rectenna substrates 21, 22 and the antenna 11, respectively.

スイッチ23a〜23cとしては、例えばGaAsMMIC(モノリシックマイクロ波集積回路)スイッチなどの高周波スイッチが用いられる。また、ダイオード、電界効果トランジスタ(FET)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などからなるスイッチを用いてもよい。なお、第1スイッチ回路23は、マイクロ波の電力損失を抑えるため、各レクテナ基板19〜22とのインピーダンス整合がとれるように調整されている。   As the switches 23a to 23c, for example, high-frequency switches such as GaAs MMIC (monolithic microwave integrated circuit) switches are used. Alternatively, a switch formed of a diode, a field effect transistor (FET), a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), or the like may be used. In addition, the 1st switch circuit 23 is adjusted so that impedance matching with each rectenna board | substrates 19-22 can be taken in order to suppress the power loss of a microwave.

第2スイッチ回路24は、第1スイッチ回路23と同じものであり、スイッチ24a〜24cとから構成されている。スイッチ24aは、第2レクテナ基板20と伝送線路25b(負荷回路16)との接続をON/OFFし、スイッチ24b,24cは、それぞれ第3,第4レクテナ基板21,22と伝送線路25bとの接続をON/OFFする。スイッチ23aのON/OFFに連動してスイッチ24aはON/OFFされる。同様にスイッチ23b,23cのON/OFFに連動して、スイッチ24b,24cもそれぞれON/OFFされる。   The second switch circuit 24 is the same as the first switch circuit 23, and includes switches 24a to 24c. The switch 24a turns on / off the connection between the second rectenna substrate 20 and the transmission line 25b (load circuit 16), and the switches 24b and 24c are respectively connected to the third and fourth rectenna substrates 21 and 22 and the transmission line 25b. Turn the connection ON / OFF. The switch 24a is turned ON / OFF in conjunction with the ON / OFF of the switch 23a. Similarly, the switches 24b and 24c are turned ON / OFF in conjunction with the ON / OFF of the switches 23b and 23c, respectively.

スイッチ23a〜23c,24a〜24cを全てOFFにした場合には、アンテナ11に接続されるのは第1レクテナ基板19のみとなる。つまり、第1レクテナ基板19は、常時アンテナ11及び負荷回路16に接続される。これにより、マイクロ波受信時に少なくとも第1レクテナ基板19は必ず動作される。その結果、第2〜第4レクテナ基板20〜22を使用しない場合に、OFF状態のスイッチ23a〜23cの入力側で生じる反射電力(マイクロ波)を第1レクテナ基板19で直流電力に変換することができる。よって、スイッチ23a〜23cの入力側での反射による損失を吸収することができる。   When all the switches 23a to 23c and 24a to 24c are turned off, only the first rectenna substrate 19 is connected to the antenna 11. That is, the first rectenna substrate 19 is always connected to the antenna 11 and the load circuit 16. As a result, at least the first rectenna substrate 19 is always operated during microwave reception. As a result, when the second to fourth rectenna substrates 20 to 22 are not used, the reflected power (microwave) generated on the input side of the switches 23a to 23c in the OFF state is converted to DC power by the first rectenna substrate 19. Can do. Therefore, loss due to reflection on the input side of the switches 23a to 23c can be absorbed.

スイッチ23a,24aのみがONされると、第2レクテナ基板20がアンテナ11に接続される。さらに、スイッチ23b、24bがONされると、第3レクテナ基板21もアンテナ11に接続される。そして、全てのスイッチ23a〜23c,24a〜24cがONされると、全てのレクテナ基板19〜22がアンテナ11に接続される。   When only the switches 23 a and 24 a are turned on, the second rectenna substrate 20 is connected to the antenna 11. Further, when the switches 23 b and 24 b are turned on, the third rectenna substrate 21 is also connected to the antenna 11. When all the switches 23 a to 23 c and 24 a to 24 c are turned on, all the rectenna boards 19 to 22 are connected to the antenna 11.

このように、各スイッチ23a〜23c,24a〜24cをそれぞれON/OFFすることで、アンテナ11に接続されるレクテナ基板の接続数(以下、単にレクテナ接続数という)を1〜4の範囲で任意に変えることができる。この際に、各レクテナ基板19〜22は、個々にインピーダンスを持っている。このため、レクテナ接続数を変えると、並列整流回路13の合成インピーダンス(以下、入力側インピーダンスZiという)が変化する。具体的には、各レクテナ基板19〜22は、両スイッチ回路23,24を介して互いに並列接続されているため、レクテナ接続数が増えると入力側インピーダンスZi(第2合成インピーダンス)は小さくなり、逆に減ると入力側インピーダンスZiは大きくなる。   In this way, the number of connections of the rectenna board connected to the antenna 11 (hereinafter simply referred to as the number of rectenna connections) can be arbitrarily set within a range of 1 to 4 by turning on / off each of the switches 23a to 23c and 24a to 24c. Can be changed to At this time, each of the rectenna substrates 19 to 22 has an impedance individually. For this reason, when the number of rectenna connections is changed, the combined impedance of the parallel rectifier circuit 13 (hereinafter referred to as input-side impedance Zi) changes. Specifically, since the rectenna substrates 19 to 22 are connected in parallel to each other via both switch circuits 23 and 24, the input-side impedance Zi (second combined impedance) decreases as the number of rectenna connections increases. Conversely, if it decreases, input side impedance Zi will become large.

第1レクテナ基板19から出力される直流電力と、第2〜第4レクテナ基板20〜22から出力される直流電力とは、第2スイッチ回路24を介して伝送線路25bで電力合成され後、負荷回路16に向けて出力される。なお、以下の説明では並列整流回路13から出力される直流電力を合成直流電力と定義して説明を行う。   The DC power output from the first rectenna substrate 19 and the DC power output from the second to fourth rectenna substrates 20 to 22 are combined in the transmission line 25b via the second switch circuit 24, and then loaded. It is output toward the circuit 16. In the following description, the DC power output from the parallel rectifier circuit 13 is defined as combined DC power.

並列整流回路13から出力される合成直流電力は、電源安定昇圧回路15(図1参照)を経て負荷回路16に入力される。なお、図示は省略するが、並列整流回路13と負荷回路16との間に、コンデンサなどからなり、第1及び第2スイッチ回路23,24が切り替えられる際の合成直流電力の電圧変動を抑える蓄電機能部(回路)を設けてもよい。   The combined DC power output from the parallel rectifier circuit 13 is input to the load circuit 16 via the power source stable booster circuit 15 (see FIG. 1). In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the electrical storage which consists of a capacitor | condenser etc. between the parallel rectifier circuit 13 and the load circuit 16, and suppresses the voltage fluctuation of the synthetic | combination DC power when the 1st and 2nd switch circuits 23 and 24 are switched. A functional unit (circuit) may be provided.

負荷回路16には、可変抵抗43が並列接続されている。可変抵抗43は、一端が伝送線路25bに接続され、他端がGND端子等に接地されている。可変抵抗43としては、例えば電圧印加により抵抗値ZVRを可変可能な各種の可変抵抗素子(MOSFET等)が用いられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種可変抵抗を用いてよい。 A variable resistor 43 is connected to the load circuit 16 in parallel. The variable resistor 43 has one end connected to the transmission line 25b and the other end grounded to a GND terminal or the like. The variable resistor 43, for example, capable of changing various variable resistance element the resistance value Z VR by applying a voltage (MOSFET, etc.) is used, the present invention is not limited thereto, using various variable resistor Good.

可変抵抗43の抵抗値ZVRを増減することで、負荷回路16の負荷抵抗(回路インピーダンス)Zと、可変抵抗43の抵抗値ZVRとの合成インピーダンス(以下、単に出力側インピーダンスZoという)を調整することができる。これにより、CPU16a等の消費電力の増減による負荷回路16の負荷抵抗Zの変動をある程度吸収することができる。この出力側インピーダンスZo(第1合成インピーダンス)は、下記式(1)で表される。
(1)Zo=(Z×ZVR)÷(Z+ZVR
By increasing or decreasing the resistance value Z VR of the variable resistor 43, the combined impedance of the load resistance (circuit impedance) Z L of the load circuit 16 and the resistance value Z VR of the variable resistor 43 (hereinafter simply referred to as output-side impedance Zo). Can be adjusted. Thus, it is possible to some extent absorb the variation of the load resistance Z L of the load circuit 16 by increasing or decreasing the power consumption of such CPU 16a. The output side impedance Zo (first combined impedance) is expressed by the following formula (1).
(1) Zo = (Z L × Z VR ) ÷ (Z L + Z VR )

入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoの調整は、インピーダンスマッチング制御回路(以下、単に制御回路という)45により行われる。制御回路45は、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoをインピーダンスマッチング(以下、単にマッチングという)させることで、マイクロ波の入力電力に対する合成直流電力の変換効率ηを最適に調整する。   Adjustment of the input side and output side impedances Zi and Zo is performed by an impedance matching control circuit (hereinafter simply referred to as a control circuit) 45. The control circuit 45 optimally adjusts the conversion efficiency η of the combined DC power with respect to the microwave input power by impedance matching (hereinafter simply referred to as matching) of the input side and output side impedances Zi and Zo.

変換効率ηは、マイクロ波の入力電力をPINRF、合成直流電力をPoutDC、合成直流電力の出力電圧をVoutDCとしたときに、下記(2)、(3)式に基づいて下記(4)式で表される。
(2)η=PoutDC/PINRF
(3)PoutDC=(VoutDC)/Zo
(4)η=(VoutDC)/(Zo×PINRF)
The conversion efficiency η is expressed by the following equation (4) based on the following equations (2) and (3) when the input power of the microwave is PINRF, the combined DC power is PoutDC, and the output voltage of the combined DC power is VoutDC. expressed.
(2) η = PoutDC / PINRF
(3) PoutDC = (VoutDC) 2 / Zo
(4) η = (VoutDC) 2 / (Zo × PINRF)

上記式(4)で表される変換効率が最大となるのは、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoが完全にマッチングしてZo=Ziとなる場合である。両者をマッチングさせる際に、入力側インピーダンスZiはレクテナ接続数に応じて変わる。このため、レクテナ接続数が変わると、入力側インピーダンスZiにマッチングする出力側インピーダンスZoも変わる。さらに、レクテナ特有の性質としてZi、Zoが完全にマッチングしたときのレクテナ接続数ごとの変換効率ηの最大値も異なる。以下、レクテナ接続数ごとの出力側インピーダンスZoと変換効率ηとの関係について、下記表1及びこの表1をグラフ化した図5(A)を用いて説明する。   The conversion efficiency represented by the above formula (4) is maximized when the input side and output side impedances Zi and Zo are perfectly matched to satisfy Zo = Zi. When matching both, the input side impedance Zi changes according to the number of rectenna connections. For this reason, when the number of rectenna connections changes, the output side impedance Zo matching the input side impedance Zi also changes. Furthermore, the maximum value of the conversion efficiency η for each number of rectenna connections when Zi and Zo are completely matched is also a property unique to the rectenna. Hereinafter, the relationship between the output side impedance Zo and the conversion efficiency η for each number of rectenna connections will be described with reference to Table 1 below and FIG. 5A in which Table 1 is graphed.

Figure 2009065726
Figure 2009065726

表1に示すように、レクテナ接続数1〜4においてそれぞれ出力側インピーダンスZoを27Ω、50Ω、180Ω、270Ω、560Ω、780Ω、1000Ωと変えた時の出力電圧VoutDCを測定し、この出力電圧測定結果をそれぞれ上記式(3)、(4)に代入して合成直流電力PoutDC及び変換効率ηを求めた。なお、出力電圧VoutDCは、電圧検出回路47(図2参照)により測定した。   As shown in Table 1, the output voltage VoutDC was measured when the output side impedance Zo was changed to 27Ω, 50Ω, 180Ω, 270Ω, 560Ω, 780Ω, and 1000Ω, respectively, with 1 to 4 rectenna connections. Was substituted into the above formulas (3) and (4), respectively, to determine the combined DC power PoutDC and the conversion efficiency η. The output voltage VoutDC was measured by the voltage detection circuit 47 (see FIG. 2).

表1のデータは、入力電力PINRFを10mWに固定した状態で測定されたものである。また、レクテナ接続数「1」のときは第1レクテナ基板19のみ、レクテナ接続数「2」のときは第1及び第2レクテナ基板19,20、レクテナ接続数「3」のときは第1〜第3レクテナ基板19〜21、レクテナ接続数「4」のときは第1〜第4レクテナ基板19〜22をそれぞれアンテナ11及び負荷回路16に接続している。   The data in Table 1 was measured with the input power PINRF fixed at 10 mW. When the number of rectenna connections is “1”, only the first rectenna board 19 is used. When the number of rectenna connections is “2”, the first and second rectenna boards 19 and 20 are used. When the third rectenna substrates 19 to 21 and the number of rectenna connections “4”, the first to fourth rectenna substrates 19 to 22 are connected to the antenna 11 and the load circuit 16, respectively.

図5(A)に示すように、レクテナ接続数が増えるに従って、変換効率ηがピーク値ηmaxとなる出力側インピーダンスZoの値が小さくなるとともに、変換効率のピーク値ηmaxも小さくなる。具体的には、レクテナ接続数「1」のときはZo=270Ω(Z1P)でηmax=65%となり、レクテナ接続数「2」のときはZo=180Ω(Z2P)付近でηmax=62%、レクテナ接続数「3」のときはZo=50Ω(Z3P)付近でηmax=54%、レクテナ接続数「4」のときはZo=27Ω(Z4P)付近でηmax=48%となる。 As shown in FIG. 5A, as the number of rectenna connections increases, the value of the output side impedance Zo at which the conversion efficiency η becomes the peak value ηmax decreases and the peak value ηmax of the conversion efficiency also decreases. Specifically, when the number of rectenna connections is “1”, Zo = 270Ω (Z 1P ) and η 1 max = 65%, and when the number of rectenna connections is “2”, η 2 near Zo = 180Ω (Z 2P ). When max = 62%, the number of rectenna connections “3”, η 3 max = 54% near Zo = 50Ω (Z 3P ), and when the number of rectenna connections “4”, η 4 near Zo = 27Ω (Z 4P ). max = 48%.

ηmax〜ηmaxを比較するとηmaxが最も大きくなる。従って、レクテナ接続数を1に切り替えて、可変抵抗43の増減により出力側インピーダンスZoをZ1Pに調整すれば、最も効率の良い変換効率で直流電力を確保することができる。しかしながら、出力側インピーダンスZoは、上記式(1)で表される負荷回路16と可変抵抗43との合成インピーダンスである。従って、負荷回路16の消費電力が増加して負荷抵抗Zが著しく低下した場合には、抵抗値ZVRを最大にしても出力側インピーダンスZoの増加には限界がある。その結果、レクテナ接続数が1のままでは入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoのマッチングがとれず、レクテナ接続数2〜4のときよりも変換効率ηが低下してしまう場合がある(後述する図5(B)のWZ2〜WZ4の範囲内の点線部分)。 When η 1 max to η 4 max are compared, η 1 max is the largest. Therefore, by switching the rectenna number of connections to 1, by adjusting the output impedance Zo to Z 1P by increasing or decreasing the variable resistor 43 can be secured DC power in the most efficient conversion efficiency. However, the output side impedance Zo is a combined impedance of the load circuit 16 and the variable resistor 43 expressed by the above formula (1). Therefore, when the power consumption of the load circuit 16 is significantly reduced to the load resistance Z L is increased, the increase in the output impedance Zo even if the resistance value Z VR to the maximum is limited. As a result, if the number of rectenna connections remains 1, matching between the input side and output side impedances Zi and Zo cannot be achieved, and the conversion efficiency η may be lower than when the number of rectenna connections is 2 to 4 (described later). Dotted line portion within the range of W Z2 to W Z4 in FIG.

そこで、このような場合には、レクテナ接続数を1から2〜4に切り替えて、入力側インピーダンスZiを下げることで、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoのマッチングをとる。このため、制御回路45は、出力側インピーダンスZoに応じて、最適な変換効率が得られるレクテナ接続数を選択する。以下、レクテナ接続数の選択の一例について説明を行う。   Therefore, in such a case, the input side impedance Zi and Zo are matched by switching the number of rectenna connections from 1 to 2 to lower the input side impedance Zi. For this reason, the control circuit 45 selects the number of rectenna connections that can obtain the optimum conversion efficiency in accordance with the output-side impedance Zo. Hereinafter, an example of selection of the number of rectenna connections will be described.

詳しくは後述する方法で出力側インピーダンスZoが求められたら、図5(A)に示したような出力インピーダンスZoと変換効率ηとの関係を参照して、出力側インピーダンスZoの値から各レクテナ接続数のそれぞれにおける変換効率ηを求める。そして、求められた各変換効率ηの値を比較して、変換効率ηが最も大きくなるレクテナ接続数を選択する。   In detail, when the output side impedance Zo is obtained by a method described later, referring to the relationship between the output impedance Zo and the conversion efficiency η as shown in FIG. 5A, each rectenna connection is determined from the value of the output side impedance Zo. Determine the conversion efficiency η in each of the numbers. Then, the obtained values of the conversion efficiencies η are compared, and the number of rectenna connections that maximizes the conversion efficiencies η is selected.

図5(B)は、図5(A)中の出力インピーダンスの各値において最も高い変換効率の値のみを示している。図5(B)に示すように、レクテナ接続数1が最も変換効率が高くなる出力側インピーダンスZoの範囲をWZ1としたときに、求められた出力側インピーダンスZoがWZ1の範囲内であればレクテナ接続数1が選択される。同様に、レクテナ接続数2,3,4が最も変換効率が高くなる出力側インピーダンスZoの範囲をそれぞれWZ2,WZ3,WZ4としたときに、求められた出力側インピーダンスZoがWZ2,WZ3,WZ4の範囲内であれば、それぞれレクテナ接続数2,3,4が選択される。なお、図中のZaは、範囲WZ1とWZ2との境界値となる出力側インピーダンスZoの値であり、Zb,Zcは、それぞれ範囲WZ2とWZ3との境界値、WZ3とWZ4との境界値となる出力側インピーダンスZoの値である。 FIG. 5B shows only the value of the highest conversion efficiency in each value of the output impedance in FIG. As shown in FIG. 5B, when the output impedance Zo where the conversion efficiency is highest when the number of rectenna connections is 1 is W Z1 , the obtained output impedance Zo is within the range of W Z1. In this case, the number of rectenna connections 1 is selected. Similarly, when the ranges of the output side impedance Zo where the conversion efficiency is highest when the number of rectenna connections 2 , 3 , and 4 are W Z2 , W Z3 , and W Z4 , respectively, the obtained output side impedance Zo is W Z2 , If it is within the range of W Z3 and W Z4, the number of rectenna connections 2, 3, and 4 is selected. Incidentally, Za in the figure, the value of output impedance Zo to be a boundary value of the range W Z1 and W Z2, Zb, Zc, the boundary value of the range W Z2 and W Z3 respectively, W Z3 and W This is the value of the output side impedance Zo that becomes a boundary value with Z4 .

このように、出力側インピーダンスZoがWZ2〜WZ4の範囲内まで低下した場合には、レクテナ接続数を増やして入力側インピーダンスZiを低下させることで、両インピーダンスZo,Ziのマッチングをとる。これにより、レクテナ接続数を1のままにした時と比較して変換効率ηを上げることができる。 Thus, if the output impedance Zo is lowered to a range of W Z2 to W-Z4, by reducing the input impedance Zi increase the rectenna number of connections, both impedance Zo, take the matching of Zi. Thereby, conversion efficiency (eta) can be raised compared with the case where the number of rectenna connections is kept at one.

図2に戻って、制御回路45は、最適なレクテナ接続数を選択する際に出力側インピーダンスZoを最初に求める。出力側インピーダンスZoは、合成直流電力PoutDCの出力電圧VoutDCから求められる。   Returning to FIG. 2, the control circuit 45 first obtains the output-side impedance Zo when selecting the optimum number of rectenna connections. The output side impedance Zo is obtained from the output voltage VoutDC of the combined DC power PoutDC.

電圧検出回路47は、本発明の出力電圧検出手段に相当するものであり、出力電圧VoutDCを検出する。電圧検出回路47は、その一端が可変抵抗43よりも並列整流回路13側で伝送線路25bに接続されるとともに、その他端がGND端子等に接地されており、負荷回路16及び可変抵抗43に対して並列接続されている。電圧検出回路47は、検出した出力電圧VoutDCを制御回路45に入力する。なお、出力電圧VoutDCを検出可能であれば、電圧検出回路の種類は特に限定されず、電圧検出回路47を接続する位置も上記位置に限定はされない。   The voltage detection circuit 47 corresponds to the output voltage detection means of the present invention, and detects the output voltage VoutDC. One end of the voltage detection circuit 47 is connected to the transmission line 25 b on the parallel rectifier circuit 13 side with respect to the variable resistor 43, and the other end is grounded to the GND terminal or the like, with respect to the load circuit 16 and the variable resistor 43. Connected in parallel. The voltage detection circuit 47 inputs the detected output voltage VoutDC to the control circuit 45. Note that the type of the voltage detection circuit is not particularly limited as long as the output voltage VoutDC can be detected, and the position where the voltage detection circuit 47 is connected is not limited to the above position.

ここで、出力電圧VoutDCと出力側インピーダンスZoの関係は、上記式(4)に基づき図5(A),(B)の縦軸「変換効率(%)」をそれぞれ「出力電圧(V)」に置き換えた図6(A),(B)で示される。   Here, the relationship between the output voltage VoutDC and the output side impedance Zo is based on the above formula (4), and the vertical axis “conversion efficiency (%)” in FIGS. 5A and 5B is “output voltage (V)”. 6A and 6B replaced with.

図6(A)に示すような、出力電圧VoutDCと出力側インピーダンスZoとの関係を予め求めておくことで、現在のレクテナ接続数情報と出力電圧VoutDCとから、出力側インピーダンスZoが求められる。また、求められた出力側インピーダンスZoと、既知の可変抵抗43の抵抗値ZVRとに基づき、上記式(1)から負荷回路16の負荷抵抗Zも求められる。このように、並列整流回路13から出力される出力電圧VoutDCを検出した結果に基づき出力側インピーダンスZoを求めるようにしたので、測定困難な負荷回路16の負荷抵抗Zを実測する手間が省ける。 By obtaining the relationship between the output voltage VoutDC and the output side impedance Zo in advance as shown in FIG. 6A, the output side impedance Zo is obtained from the current rectenna connection number information and the output voltage VoutDC. Further, the output impedance Zo obtained, based on the resistance value Z VR known variable resistor 43, is also required load resistance Z L of the load circuit 16 from the above equation (1). Thus, since to obtain the output impedance Zo on the basis of a result of detecting the output voltage VoutDC output from the parallel rectifier circuit 13, trouble of measuring the load resistance Z L of the measurement difficult load circuit 16 can be omitted.

求められた出力側インピーダンスZoがWZ1の範囲内にある場合には、レクテナ接続数
は「1」が選択されるため、図6(B)に示すように、出力電圧VoutDCはWV1の範囲内になる。この場合には、出力電圧VoutDCが1.32V(V1P)となった時に、出力側インピーダンスZoがZ1Pとなり、変換効率ηが最大になる(表1参照)。従って、レクテナ接続数を1に設定した後、出力電圧VoutDCがV1Pとなるように、可変抵抗43の抵抗値ZVRを増減させて出力電圧VoutDCを増減させることで、出力側インピーダンスZoをZ1Pに調整することができる。これにより、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoを完全にマッチングさせることができる。
When the obtained output-side impedance Zo is within the range of W Z1 , since “1” is selected as the number of rectenna connections, the output voltage VoutDC is within the range of W V1 as shown in FIG. Be inside. In this case, when the output voltage VoutDC becomes 1.32 V (V 1P ), the output-side impedance Zo becomes Z 1P and the conversion efficiency η is maximized (see Table 1). Therefore, after setting the rectenna number of connections to 1, so that the output voltage VoutDC becomes V 1P, that increase or decrease the resistance value Z VR of the variable resistor 43 increases or decreases the output voltage VoutDC, the output impedance Zo Z It can be adjusted to 1P . Thereby, the input side and output side impedances Zi and Zo can be perfectly matched.

また、出力側インピーダンスZoがWZ2,WZ3,WZ4の範囲内にある場合には、レクテナ接続数はそれぞれ2、3、4が選択されるため、出力電圧VoutDCはそれぞれWV2,WV3,WV4の範囲内となる。この場合も同様に、出力電圧VoutDCがV2P、V3P、V4Pとなるように可変抵抗43の抵抗値ZVRを増減させることで、出力側インピーダンスZoをそれぞれZ2P、Z3P、Z4Pに調整して、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoを完全にマッチングさせることができる。なお、例えば出力電圧V4Pは0.4Vを下回っているが、上述の電源安定昇圧回路15により負荷回路16の駆動電圧まで昇圧される。 Further, when the output side impedance Zo is in the range of W Z2 , W Z3 , W Z4 , the number of rectenna connections is selected as 2, 3, 4 respectively, so that the output voltage VoutDC is W V2 , W V3 , respectively. , W V4 . Again, the output voltage VoutDC is V 2P, V 3-Way, by increasing and decreasing the resistance value Z VR of the variable resistor 43 so that the V 4P, the output impedance Zo each Z 2P, Z 3P, Z 4P Thus, the input side and output side impedances Zi and Zo can be perfectly matched. For example, although the output voltage V 4P is lower than 0.4V, the output voltage V 4P is boosted to the drive voltage of the load circuit 16 by the power source stable boost circuit 15 described above.

可変抵抗43の抵抗値ZVRを調整する際に、可変抵抗43の調整可能範囲を超えてしまうと、出力電圧VoutDCをV1P〜V4Pに調整できない場合がある。この場合には、可変抵抗43の抵抗値ZVRを最大または最小にして、出力電圧VoutDCを可能な限りV1P〜V4Pに近づければよい。 When adjusting the resistance value Z VR of the variable resistor 43, when exceeding the adjustable range of the variable resistor 43, there may not be adjusted output voltage VoutDC the V 1P ~V 4P. In this case, the resistance value Z VR of the variable resistor 43 in the maximum or minimum may be brought close to V 1P ~V 4P as possible output voltage VoutDC.

図2に戻って、制御回路45は、スイッチ制御部50と可変抵抗制御部51とから構成されている。スイッチ制御部50は、本発明の判別手段及びスイッチ制御手段に相当するものであり、各スイッチ23a〜23c,24a〜24cのON/OFFを制御する。スイッチ制御部50には、第1演算式記憶部53(第1の記憶手段)と第2演算式記憶部54(第2の記憶手段)とが設けられている。   Returning to FIG. 2, the control circuit 45 includes a switch control unit 50 and a variable resistance control unit 51. The switch control unit 50 corresponds to the determination unit and the switch control unit of the present invention, and controls ON / OFF of the switches 23a to 23c and 24a to 24c. The switch control unit 50 includes a first arithmetic expression storage unit 53 (first storage unit) and a second arithmetic expression storage unit 54 (second storage unit).

第1演算式記憶部53には、上述の図6(A)に示したような、各レクテナ接続数1〜4のそれぞれについて、出力電圧VoutDCに対する出力側インピーダンスZoの第1の関係を示す第1演算式が計4種類記憶されている。第2演算式記憶部54には、上述の図5(A)に示したような、各レクテナ接続数1〜4のそれぞれについて、出力側インピーダンスZoに対する変換効率ηの第2の関係を示す第2演算式が計4種類記憶されている。   In the first arithmetic expression storage unit 53, the first relationship of the output side impedance Zo with respect to the output voltage VoutDC for each of the rectenna connection numbers 1 to 4 as shown in FIG. A total of four types of one arithmetic expression are stored. The second arithmetic expression storage unit 54 indicates the second relationship of the conversion efficiency η with respect to the output side impedance Zo for each of the rectenna connections 1 to 4 as shown in FIG. A total of four types of two arithmetic expressions are stored.

スイッチ制御部50は、出力電圧VoutDCの検出結果が入力されたら、第1演算式記憶部53から現在のレクテナ接続数に対応する第1演算式を読み込む。次いで、スイッチ制御部50は、入力された出力電圧VoutDCを第1演算式に代入して、出力側インピーダンスZoを求める。そして、スイッチ制御部50は、第2演算式記憶部54からレクテナ接続数1〜4にそれぞれ対応する第2演算式を読み込み、各第2演算式に第1演算式で求められた出力側インピーダンスZoを代入する。これにより、レクテナ接続数1〜4ごとの変換効率ηが求められる。スイッチ制御部50は、変換効率ηが最大となるレクテナ接続数を選択して、各スイッチ23a〜23c,24a〜24cのON/OFFを制御する。   When the detection result of the output voltage VoutDC is input, the switch control unit 50 reads the first arithmetic expression corresponding to the current number of connected rectennas from the first arithmetic expression storage unit 53. Next, the switch control unit 50 obtains the output-side impedance Zo by substituting the input output voltage VoutDC into the first arithmetic expression. Then, the switch control unit 50 reads the second arithmetic expression corresponding to each of the rectenna connection numbers 1 to 4 from the second arithmetic expression storage unit 54, and outputs the output-side impedance obtained by the first arithmetic expression in each second arithmetic expression. Substitute Zo. Thereby, conversion efficiency (eta) for every rectenna connection number 1-4 is calculated | required. The switch controller 50 selects the number of rectenna connections that maximizes the conversion efficiency η, and controls ON / OFF of the switches 23a to 23c and 24a to 24c.

可変抵抗制御部51は、本発明の可変抵抗制御手段に相当するものであり、可変抵抗43の抵抗値ZVRを調整する。可変抵抗制御部51は、電圧検出回路47から入力される出力電圧VoutDCの検出結果に基づき、現在のレクテナ接続数1〜4に応じて出力電圧VoutDCがそれぞれ可能な限りV1P〜V4Pに近づくように可変抵抗43の抵抗値ZVRを増減させる。これにより、各レクテナ接続数において変換効率ηをそれぞれηmax〜ηmaxに近づけることができる。 The variable resistance control unit 51 corresponds to the variable resistance control means of the present invention, and adjusts the resistance value ZVR of the variable resistance 43. Based on the detection result of the output voltage VoutDC input from the voltage detection circuit 47, the variable resistance control unit 51 approaches the output voltage VoutDC as close as possible to V 1P to V 4P according to the current number of rectenna connections 1 to 4, respectively. In this manner, the resistance value ZVR of the variable resistor 43 is increased or decreased. Thus, it is possible to make the conversion efficiency eta respectively η 1 max~η 4 max in each rectenna connections.

入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoをマッチングさせた際に、レクテナ接続数が1であるときは変換効率ηが最大値ηmaxとなるため、出力電圧VoutDCも最大となる。この際に、マイクロ波の入力電力が増大すると、出力電圧VoutDCも増大するため、出力電圧VoutDCが定格電圧を超えて負荷回路16や各レクテナ基板19〜22に実装されているコンデサ38やダイオード39(図3参照)等が破壊されるおそれがある。このため、スイッチ制御部50は、電圧検出回路47から入力された出力電圧VoutDCが定格電圧を超えるときは、レクテナ接続数を+1増加させる。これにより、変換効率ηが低下して出力電圧VoutDCを定格電圧よりも小さくすることができる。なお、+1増加しても出力電圧VoutDCが定格電圧を下回らない場合には、レクテナ接続数を+2以上増加させてもよい。 When the input-side and output-side impedances Zi and Zo are matched, when the number of rectenna connections is 1, the conversion efficiency η is the maximum value η 1 max, so the output voltage VoutDC is also maximum. At this time, when the microwave input power increases, the output voltage VoutDC also increases. Therefore, the output voltage VoutDC exceeds the rated voltage, and the capacitor 38 and the diode 39 mounted on the load circuit 16 and each rectenna substrate 19-22. (See FIG. 3) and the like may be destroyed. For this reason, when the output voltage VoutDC input from the voltage detection circuit 47 exceeds the rated voltage, the switch control unit 50 increases the number of rectenna connections by +1. Thereby, conversion efficiency (eta) falls and output voltage VoutDC can be made smaller than a rated voltage. If the output voltage VoutDC does not fall below the rated voltage even if it increases by +1, the number of rectenna connections may be increased by +2 or more.

負荷回路16の起動時は、負荷抵抗Zは高く、出力側インピーダンスZoも高いと考えられる。この際に入力側インピーダンスZiが低いと、変換効率ηが著しく低下して、負荷回路16の起動電力が確保できないおそれがある。このため、起動時においては、出力側インピーダンスZoに合わせて入力側インピーダンスZiを高くすれば、変換効率ηが高くなる。従って、起動時には、入力側インピーダンスZiを高くするため、レクテナ接続数が1になるように初期設定されている。これにより、負荷回路16の起動時に少なくとも負荷回路16の起動電力だけは確保することができる。また、出力側インピーダンスZoを減少させて、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoの差を小さくするために、可変抵抗43の抵抗値ZVRは所定の値よりも小さい値に初期設定されている。なお、抵抗値ZVRの初期設定値は、マイクロ波の入力電力の大きさやレクテナ基板の種類により適宜選択される。 Startup of the load circuit 16, load resistor Z L is high, output impedance Zo can also be considered high. At this time, if the input-side impedance Zi is low, the conversion efficiency η is remarkably lowered, and the starting power of the load circuit 16 may not be ensured. For this reason, at the time of starting, if the input side impedance Zi is increased in accordance with the output side impedance Zo, the conversion efficiency η is increased. Therefore, at the time of activation, in order to increase the input side impedance Zi, the initial setting is made so that the number of rectenna connections is 1. As a result, at least the starting power of the load circuit 16 can be secured when the load circuit 16 is started. Moreover, by reducing the output impedance Zo, the input side and the output side impedance Zi, in order to reduce the difference in Zo, the resistance value Z VR of the variable resistor 43 is initially set to a value smaller than a predetermined value . The initial setting value of the resistance value Z VR is appropriately selected depending on the size and rectenna type substrate of the input power of the microwave.

次に図7〜図9に示すフローチャートを用いて、本発明の第1実施形態のRFIDタグ10の作用について説明を行う。初期設定として、並列整流回路13のレクテナ接続数は「1」が選択され、可変抵抗43の抵抗値ZVRも所定の初期設定値に調整されている。これにより、起動時において出力側インピーダンスZoが高い場合に、入力側インピーダンスZiを高くすることで、高い変換効率ηが得られる。その結果、負荷回路16を動作可能な電力を確実に確保することができる。 Next, the operation of the RFID tag 10 according to the first embodiment of the present invention will be described using the flowcharts shown in FIGS. As an initial setting, “1” is selected as the number of rectenna connections in the parallel rectifier circuit 13, and the resistance value ZVR of the variable resistor 43 is also adjusted to a predetermined initial setting value. Thereby, when the output side impedance Zo is high at the time of starting, high conversion efficiency (eta) is obtained by making the input side impedance Zi high. As a result, electric power that can operate the load circuit 16 can be ensured.

アンテナ11でマイクロ波が受信されると、受信されたマイクロ波は第1レクテナ基板19により直流電力に変換される。変換された直流電力は、その出力電圧VoutDCが電源安定昇圧回路15により負荷回路16の動作電圧まで昇圧された後、負荷回路16に入力される。これにより、負荷回路16が作動する。   When the microwave is received by the antenna 11, the received microwave is converted into DC power by the first rectenna substrate 19. The converted direct current power is input to the load circuit 16 after its output voltage VoutDC is boosted to the operating voltage of the load circuit 16 by the power source stable booster circuit 15. Thereby, the load circuit 16 operates.

電圧検出回路47は、出力電圧VoutDCを検出して、その検出結果を制御回路45に入力する。スイッチ制御部50は、レクテナ接続数1に対応する第1演算式に出力電圧VoutDCの検出結果を代入して、出力側インピーダンスZoを求める。次いで、スイッチ制御部50は、求めた出力側インピーダンスZoをレクテナ接続数1〜4のそれぞれに対応する第2演算式に代入し、レクテナ接続数1〜4ごとの変換効率ηを求める。そして、求めた変換効率ηのうち、変換効率ηが最大となるレクテナ接続数を決定する。   The voltage detection circuit 47 detects the output voltage VoutDC and inputs the detection result to the control circuit 45. The switch control unit 50 obtains the output side impedance Zo by substituting the detection result of the output voltage VoutDC into the first arithmetic expression corresponding to the number of rectenna connections 1. Next, the switch control unit 50 substitutes the obtained output-side impedance Zo into the second arithmetic expression corresponding to each of the rectenna connection numbers 1 to 4, and obtains the conversion efficiency η for each of the rectenna connection numbers 1 to 4. Then, of the obtained conversion efficiencies η, the number of rectenna connections that maximizes the conversion efficiencies η is determined.

レクテナ接続数1の変換効率ηが最大となり、レクテナ接続数が1に決定されたら、レクテナ接続数はそのままで、可変抵抗制御部51は可変抵抗43の抵抗値ZVRの調整を開始する(図8参照)。出力電圧VoutDCがV1Pを下回っている場合には、可変抵抗43の抵抗値ZVRを増加させる。逆に出力電圧VoutDCがV1Pを上回っている場合には、可変抵抗43の抵抗値ZVRを減少させる。そして、出力電圧VoutDCをV1P、または可能な限りV1Pに近づけたら、可変抵抗43の抵抗値ZVRの調整が完了する。これにより、出力側インピーダンスZoがWZ1(図5参照)の範囲内にあるときに、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoのマッチングがとれて変換効率ηmaxが得られる。 When the conversion efficiency η of the number of rectenna connections 1 is maximized and the number of rectenna connections is determined to be 1, the variable resistance control unit 51 starts adjusting the resistance value Z VR of the variable resistance 43 without changing the number of rectenna connections (FIG. 8). When the output voltage VoutDC is below V 1P increases the resistance value Z VR of the variable resistor 43. If conversely the output voltage VoutDC is above V 1P reduces the resistance value Z VR of the variable resistor 43. Then, when brought close to the output voltage VoutDC the V 1P or as possible V 1P,, adjustment of the resistance value Z VR of the variable resistor 43 is completed. Thereby, when the output side impedance Zo is within the range of W Z1 (see FIG. 5), the input side and output side impedances Zi and Zo are matched to obtain the conversion efficiency η 1 max.

負荷回路16の消費電力が増大した場合には、負荷抵抗Zが減少するため、出力側インピーダンスZoも減少する。その結果、出力側インピーダンスZoがWZ2の範囲内にあるときは、レクテナ接続数2の変換効率ηが最大となり、スイッチ制御部50による演算でレクテナ接続数2が決定される。また、出力側インピーダンスZoがWZ3、WZ4の範囲内にあるときは、同様にしてスイッチ制御部50による演算でそれぞれレクテナ接続数3,4が決定される。新たなレクテナ接続数が決定されたら、スイッチ制御部50は、各スイッチ23a〜23c,24a〜24cを制御して、決定されたレクテナ接続数に切り替える(図9参照)。 If the power consumption of the load circuit 16 is increased, since the load resistance Z L decreases, also decreases the output impedance Zo. As a result, when the output side impedance Zo is within the range of W Z2 , the conversion efficiency η of the number of rectenna connections 2 is maximized, and the number of rectenna connections 2 is determined by calculation by the switch control unit 50. Further, when the output side impedance Zo is within the range of W Z3 and W Z4 , the rectenna connection numbers 3 and 4 are determined by the calculation by the switch control unit 50 in the same manner. When the new number of rectenna connections is determined, the switch control unit 50 controls each of the switches 23a to 23c and 24a to 24c to switch to the determined number of rectenna connections (see FIG. 9).

レクテナ接続数の切替が完了したら、可変抵抗制御部51は可変抵抗43の抵抗値ZVRを調整して、出力電圧VoutDCをそれぞれV2P〜V4P、または可能な限りV2P〜V4Pに近づける。これにより、出力側インピーダンスZoがWZ2〜WZ4の範囲内まで低下した場合でも、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoのマッチングがとれて最適な変換効率ηmax〜ηmaxが得られる。このように、可変抵抗43の抵抗値ZVRを調整して、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoをより完全にマッチングさせるようにしたので、より最適な変換効率で直流電力を確保することができる。 After completing the switching of the rectenna connections, variable resistance control unit 51 adjusts the resistance value Z VR of the variable resistor 43, close to the output voltage VoutDC the V 2P ~V 4P or where possible V 2P ~V 4P, respectively . As a result, even when the output side impedance Zo falls within the range of W Z2 to W Z4 , matching between the input side and output side impedances Zi and Zo is achieved and the optimum conversion efficiency η 2 max to η 4 max is obtained. . As described above, the resistance value ZVR of the variable resistor 43 is adjusted so that the input side and output side impedances Zi and Zo are more perfectly matched, so that it is possible to secure DC power with more optimal conversion efficiency. it can.

入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoのマッチングをとることで、出力電圧VoutDCも高くなるため、スイッチ制御部50は、出力電圧VoutDCが定格電圧を超えるか否かを常時監視する。そして、出力電圧VoutDCが定格電圧を超えてしまうときは、レクテナ接続数を+1増加させて出力電圧VoutDCを下げる。これにより、負荷回路16、コンデサ38、ダイオード39等の破壊が防止される。   By matching the input side and output side impedances Zi and Zo, the output voltage VoutDC also increases. Therefore, the switch controller 50 constantly monitors whether or not the output voltage VoutDC exceeds the rated voltage. When the output voltage VoutDC exceeds the rated voltage, the number of rectenna connections is increased by +1 to lower the output voltage VoutDC. Thereby, destruction of the load circuit 16, the capacitor 38, the diode 39, etc. is prevented.

これら一連の処理は、RFIDタグ10から質問器(図示せず)への応答信号の出力が完了して、RFIDタグ10の動作が終了するまで繰り返し続行される。スイッチ制御部50及び可変抵抗制御部51は、動作を終了する前にレクテナ接続数、可変抵抗43の抵抗値ZVRを初期設定の状態に戻す。 These series of processes are repeatedly continued until the output of the response signal from the RFID tag 10 to the interrogator (not shown) is completed and the operation of the RFID tag 10 is completed. Switch control unit 50 and the variable resistance control unit 51, rectenna connections before terminating the operation to return the resistance value Z VR of the variable resistor 43 to the state of the initialization.

以上のように本発明の第1実施形態のRFIDタグ10は、負荷回路16の消費電力の急激な増加により出力側インピーダンスZoが著しく低下した場合でも、レクテナ接続数を増やして入力側インピーダンスZiを下げることで、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoのマッチングがとれて、最適な変換効率で直流電力を確保することができる。   As described above, the RFID tag 10 according to the first embodiment of the present invention increases the number of rectenna connections and reduces the input-side impedance Zi even when the output-side impedance Zo is significantly reduced due to a sudden increase in power consumption of the load circuit 16. By lowering, the input side and output side impedances Zi and Zo can be matched, and DC power can be secured with optimum conversion efficiency.

次に、図10を用いて本発明の第2実施形態のRFIDタグ60について説明を行う。なお、以下の説明では、上記第1実施形態のRFIDタグ10と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する(第3実施形態も同様)。   Next, the RFID tag 60 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, components that are the same in function and configuration as those of the RFID tag 10 of the first embodiment are given the same reference numerals and description thereof is omitted (the same applies to the third embodiment).

RFIDタグ60は、基本的には第1実施形態のRFIDタグ10と同じ構成である。ただし、RFIDタグ60では、出力側インピーダンスZoを負荷回路16のCPU16aの動作状況から推定する。このため、CPU16aには消費電力推定回路62が設けられ、制御回路64には、スイッチ制御部65と可変抵抗制御部66とが設けられている。   The RFID tag 60 has basically the same configuration as the RFID tag 10 of the first embodiment. However, in the RFID tag 60, the output side impedance Zo is estimated from the operation state of the CPU 16a of the load circuit 16. Therefore, the CPU 16a is provided with a power consumption estimation circuit 62, and the control circuit 64 is provided with a switch control unit 65 and a variable resistance control unit 66.

消費電力推定回路62は、CPU16aの動作状況に基づき、負荷回路16の消費電力Pを推定する。このような推定を行う場合には、例えばCPU16aが各種プログラムをそれぞれ実行しているときの消費電力や、CPU16aがメモリ16bにアクセスしているときの消費電力を予め実験や動作シミュレーション等で求めておく。これにより、消費電力検出回路62は、CPU16aがどのプログラムを実行しているか、或いはメモリ16bにアクセスしているか等の動作状況に基づき、消費電力Pを推定することができる。なお、消費電力Pを推定可能であれば上記方法以外の各種方法を用いてよい。消費電力Pの推定結果は、制御回路64に入力される。   The power consumption estimation circuit 62 estimates the power consumption P of the load circuit 16 based on the operation status of the CPU 16a. When performing such estimation, for example, the power consumption when the CPU 16a is executing various programs and the power consumption when the CPU 16a is accessing the memory 16b are obtained in advance through experiments or operation simulations. deep. As a result, the power consumption detection circuit 62 can estimate the power consumption P based on the operation status such as which program the CPU 16a is executing or accessing the memory 16b. Various methods other than the above method may be used as long as the power consumption P can be estimated. The estimation result of the power consumption P is input to the control circuit 64.

スイッチ制御部65には、Zo推定部67と、上述の第2演算式記憶部54とが設けられている。Zo推定部67は、消費電力推定回路62と共に本発明の判別手段を構成するものである。上述したように、消費電力Pが増加すると負荷回路16の負荷抵抗Zが低下して出力側インピーダンスZoは低下し、逆に負荷回路16の消費電力が低下すると負荷抵抗Zが増加して出力側インピーダンスZoは増加する。従って、Zo推定部67は、消費電力Pの推定結果に基づき負荷抵抗Zを推定し、この推定結果及び既知の抵抗値ZVRを上記式(1)に代入することで、出力側インピーダンスZoを推定する。このため、Zo推定部67には、Zo推定用テーブル67aが記憶されている。 The switch control unit 65 is provided with a Zo estimation unit 67 and the second arithmetic expression storage unit 54 described above. The Zo estimation unit 67 constitutes a determination unit of the present invention together with the power consumption estimation circuit 62. As described above, output impedance Zo load resistance Z L is reduced with the consumption power P increases the load circuit 16 is lowered, the load resistance Z L and the power consumption of the load circuit 16 conversely decreases is increased The output side impedance Zo increases. Therefore, the Zo estimation unit 67 estimates the load resistance Z L based on the estimation result of the power consumption P, and substitutes the estimation result and the known resistance value Z VR into the above equation (1), thereby outputting the output side impedance Zo. Is estimated. Therefore, the Zo estimation unit 67 stores a Zo estimation table 67a.

Zo推定用テーブル67aは、各レクテナ接続数1〜4のそれぞれについて、消費電力Pに対する負荷抵抗Zの関係を示すデータテーブルであり、予め実験や動作シミュレーション等により求められる。Zo推定部67は、現行のレクテナ接続数情報とZo推定用テーブル67aとを参照して、消費電力Pの推定結果に対応する負荷抵抗Zを推定した結果に基づき、出力側インピーダンスZoを推定(取得)する。なお、出力側インピーダンスZoの推定方法は特には限定されず、例えばZo推定用テーブル67aの代わりにZo推定用演算式を用いてもよい。また、消費電力Pと出力側インピーダンスZoとの関係を示すデータテーブルを求めておき、消費電力Pの推定結果から出力側インピーダンスZoを直接推定してもよい。 Zo estimation table 67a, for each of the rectenna connection number 1-4, a data table showing the relationship between the load resistance Z L for the power P, is determined in advance by experiment or the simulation or the like. Zo estimating unit 67 refers to the current rectenna connection number information and Zo estimation table 67a, corresponding to the estimation result of the power consumption P based on the load resistance Z L results were estimated, estimates the output impedance Zo (get. Note that the estimation method of the output-side impedance Zo is not particularly limited. For example, a Zo estimation arithmetic expression may be used instead of the Zo estimation table 67a. Alternatively, a data table indicating the relationship between the power consumption P and the output side impedance Zo may be obtained, and the output side impedance Zo may be directly estimated from the estimation result of the power consumption P.

スイッチ制御部65は、出力側インピーダンスZoの推定結果と、第2演算式記憶部54に記憶されている第2演算式とに基づき、レクテナ接続数1〜4ごとの変換効率ηを求める。第1実施形態と同様に、スイッチ制御部65は、変換効率ηが最大となるレクテナ接続数を選択して、各スイッチ23a〜23c,24a〜24cのON/OFFを制御する。   The switch control unit 65 obtains the conversion efficiency η for each number of rectenna connections 1 to 4 based on the estimation result of the output-side impedance Zo and the second calculation formula stored in the second calculation formula storage unit 54. As in the first embodiment, the switch control unit 65 selects the number of rectenna connections that maximizes the conversion efficiency η, and controls ON / OFF of the switches 23a to 23c and 24a to 24c.

可変抵抗制御部66は、消費電力Pの推定結果に基づき可変抵抗43の抵抗値ZVRを調整する。このため、可変抵抗制御部66のメモリ(図示せず)には、各レクテナ接続数1〜4についてそれぞれ出力側インピーダンスZoがZ1P〜Z4Pに調整されたときの消費電力P1P〜P4Pが予め記憶されている。可変抵抗制御部66は、現在のレクテナ接続数1〜4に応じて、消費電力P(推定結果)がそれぞれP1P〜P4Pに一致、或いは可能な限りP1P〜P4Pに近づくように可変抵抗43の抵抗値ZVRを増減させる。これにより、変換効率ηをそれぞれηmax〜ηmaxに近づけることができる。 The variable resistance control unit 66 adjusts the resistance value ZVR of the variable resistance 43 based on the estimation result of the power consumption P. For this reason, in the memory (not shown) of the variable resistance control unit 66, the power consumption P 1P to P 4P when the output side impedance Zo is adjusted to Z 1P to Z 4P for each of the rectenna connections 1 to 4 respectively. Is stored in advance. The variable resistance control unit 66 is variable so that the power consumption P (estimation result) matches P 1P to P 4P or approaches P 1P to P 4P as much as possible according to the current number of rectenna connections 1 to 4. The resistance value Z VR of the resistor 43 is increased or decreased. Thus, it is possible to make the conversion efficiency eta respectively η 1 max~η 4 max.

次に、図11及び図12に示すフローチャートを用いて本発明の第2実施形態のRFIDタグ60の作用について説明する。なお、直流電力が負荷回路16に入力されるまでは、上記第1実施形態と同じであるため、説明は省略する。   Next, the operation of the RFID tag 60 according to the second embodiment of the present invention will be described using the flowcharts shown in FIGS. Note that until DC power is input to the load circuit 16, the description is omitted because it is the same as in the first embodiment.

負荷回路16が動作したら、消費電力推定回路62は、CPU16aの動作状況に基づき負荷回路16の消費電力Pを推定して、この推定結果を制御回路64に入力する。Zo推定部67は、現行のレクテナ接続数情報と、入力された消費電力Pの推定結果と、Zo推定用テーブル67aとから負荷抵抗Zを推定した結果に基づき、出力側インピーダンスZoを推定する。 When the load circuit 16 operates, the power consumption estimation circuit 62 estimates the power consumption P of the load circuit 16 based on the operation state of the CPU 16 a and inputs the estimation result to the control circuit 64. Zo estimating unit 67, based on the current and rectenna connection number information, and the estimation result of the power consumption P inputted, a result of estimating the load resistance Z L and a Zo estimation table 67a, to estimate the output impedance Zo .

次いで、スイッチ制御部65は、出力側インピーダンスZoの推定結果と、第2演算式記憶部54から読み込んだ第2演算式とに基づき、レクテナ接続数1〜4ごとの変換効率ηを求めて、変換効率ηが最大となるレクテナ接続数を決定する。   Next, the switch control unit 65 obtains the conversion efficiency η for each number of rectenna connections 1 to 4 based on the estimation result of the output-side impedance Zo and the second calculation formula read from the second calculation formula storage unit 54. The number of rectenna connections that maximizes the conversion efficiency η is determined.

レクテナ接続数1の状態の継続が決定されたら、可変抵抗制御部66は、入力された消費電力Pの推定結果に基づき、消費電力Pの推定結果がP1Pになる、或いは可能な限りP1Pに近づくように可変抵抗43の抵抗値ZVRを増減させる(図12参照)。これにより、出力側インピーダンスZoがZ1P(図5参照)に近づくため、入力側及び出力側インピーダンスZi,Zoのマッチングがとれて変換効率がηmaxに近い値となる。 If the continuation of the rectenna connection number 1 is determined, the variable resistance control unit 66 determines that the estimation result of the power consumption P is P 1P based on the input estimation result of the power consumption P, or P 1P as much as possible. The resistance value ZVR of the variable resistor 43 is increased or decreased so as to approach (see FIG. 12). Thereby, since the output side impedance Zo approaches Z 1P (see FIG. 5), the input side and output side impedances Zi and Zo are matched, and the conversion efficiency becomes a value close to η 1 max.

また、レクテナ接続数2〜4が決定された場合には、図9で説明したように、レクテナ接続数の切替が行われる。このレクテナ接続数の切替が終了したら、可変抵抗制御部66は、同様に消費電力Pの推定結果がそれぞれP2P〜P4Pになる、或いは可能限り近づくように、可変抵抗43の抵抗値ZVRを調整する。これにより、各レクテナ接続数2〜4においても、出力側インピーダンスZoをZ2P〜Z4Pに近づけられるため、変換効率がηmax〜ηmaxに近い値となる。これらの調整が完了した後は、上記第1実施形態と同じであるので、説明は省略する。 When the number of rectenna connections 2 to 4 is determined, the number of rectenna connections is switched as described with reference to FIG. When the switching of the number of rectenna connections is completed, the variable resistance control unit 66 similarly determines the resistance value Z VR of the variable resistance 43 so that the estimation results of the power consumption P are respectively P 2P to P 4P or as close as possible. Adjust. Thus, even in the rectenna connect two to four, because it is closer to the output side impedance Zo to Z 2P to Z 4P, conversion efficiency is close to η 2 max~η 4 max. Since these adjustments are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

以上のように本発明の第2実施形態のRFIDタグ60は、負荷回路16のCPU16aの動作状況に基づき、負荷回路16の消費電力Pを推定し、この推定結果に基づき出力側インピーダンスZoを推定して、レクテナ接続数の切替を行うので、上記第1実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。また、第2実施形態では、CPU16aに負荷回路16の消費電力を推定させることで、第1実施形態とは異なり電圧検出回路47が不要となるため、コストダウン及び小型化を図ることができる。   As described above, the RFID tag 60 according to the second embodiment of the present invention estimates the power consumption P of the load circuit 16 based on the operation state of the CPU 16a of the load circuit 16, and estimates the output side impedance Zo based on the estimation result. Since the number of rectenna connections is switched, the same effect as that described in the first embodiment can be obtained. Further, in the second embodiment, by causing the CPU 16a to estimate the power consumption of the load circuit 16, unlike the first embodiment, the voltage detection circuit 47 is not required, so that cost reduction and size reduction can be achieved.

次に、図13を用いて本発明の第3実施形態のRFIDタグ70について説明を行う。上記第1実施形態のRFIDタグ10では、出力側インピーダンスZoを求めた後、各レクテナ接続数1〜4における変換効率ηを求めた上で、変換効率ηが最大となるレクテナ接続数を決定している。この場合には、出力側インピーダンスZoからレクテナ接続数を決めるために各レクテナ接続数の変換効率ηを求める必要があり、レクテナ接続数の決定処理に時間が掛かるという問題がある。そこで、RFIDタグ70の制御回路72には、レクテナ接続数の決定を迅速に行うためのスイッチ制御部73が設けられている。   Next, the RFID tag 70 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the RFID tag 10 of the first embodiment, after obtaining the output-side impedance Zo, the conversion efficiency η for each number of rectenna connections 1 to 4 is obtained, and then the number of rectenna connections that maximizes the conversion efficiency η is determined. ing. In this case, in order to determine the number of rectenna connections from the output-side impedance Zo, it is necessary to obtain the conversion efficiency η of the number of rectenna connections, and there is a problem that it takes time to determine the number of rectenna connections. Therefore, the control circuit 72 of the RFID tag 70 is provided with a switch control unit 73 for quickly determining the number of rectenna connections.

スイッチ制御部73には、上述の第1演算式記憶部53と、データテーブル75とが設けられている。データテーブル75は、上記表1及び図5(A),(B)に基づき作成されている。上述したように、出力側インピーダンスZoがZa以上(WZ1の範囲内)にあるときは、レクテナ接続数1が最も変換効率ηが高くなる。また、出力側インピーダンスZoがZb〜Za(WZ2の範囲内)、Zc〜Zb(WZ3の範囲内)、Zc未満(WZ4の範囲内)のときは、それぞれレクテナ接続数2〜4が最も変換効率ηが高くなる(図5参照)。この関係はレクテナ基板が同じであれば変わらない。従って、図14に示すように、データテーブル75は、出力側インピーダンスZoの各範囲(Za以上、Zb〜Za、Zc〜Zb、Zc未満)において、それぞれ最適なレクテナ接続数が選択されるように作成されている。 The switch control unit 73 is provided with the first arithmetic expression storage unit 53 and the data table 75 described above. The data table 75 is created based on Table 1 and FIGS. 5 (A) and 5 (B). As described above, when the output side impedance Zo is equal to or higher than Za (within the range of W Z1 ), the conversion efficiency η is the highest when the number of rectenna connections is 1. Further, output impedance Zo is Zb~Za (within the range of W Z2), (in the range of W Z3) Zc~Zb, when less than Zc of (within the range of W Z4), respectively rectenna number of connections 2-4 Conversion efficiency η is highest (see FIG. 5). This relationship does not change if the rectenna substrates are the same. Therefore, as shown in FIG. 14, in the data table 75, the optimum number of rectenna connections is selected in each range of the output side impedance Zo (Za or more, Zb to Za, Zc to Zb, less than Zc). Has been created.

図13に戻って、スイッチ制御部73は、出力電圧VoutDCの検出結果に基づき出力側インピーダンスZoが求められたら、データテーブル75を参照して、求められたインピーダンスZoにおいて最も変換効率ηが高くなるレクテナ接続数を決定する。この決定結果に基づき、スイッチ制御部73は、各スイッチ23a〜23c,24a〜24cを制御して、決定されたレクテナ接続数に切り替える。   Returning to FIG. 13, when the output-side impedance Zo is obtained based on the detection result of the output voltage VoutDC, the switch control unit 73 refers to the data table 75 and the conversion efficiency η is highest at the obtained impedance Zo. Determine the number of rectenna connections. Based on the determination result, the switch control unit 73 controls each of the switches 23a to 23c and 24a to 24c to switch to the determined number of rectenna connections.

次に、図15に示すフローチャートを用いて本発明の第3実施形態のRFIDタグ70の作用について説明する。なお、出力側インピーダンスZoが求められるまでは、上記第1実施形態と同じであるため、説明は省略する。   Next, the operation of the RFID tag 70 according to the third embodiment of the present invention will be described using the flowchart shown in FIG. Until the output-side impedance Zo is obtained, the description is omitted because it is the same as that in the first embodiment.

出力側インピーダンスZoが求められたら、スイッチ制御部73はデータテーブル75を参照する。スイッチ制御部73は、出力側インピーダンスZoがZa以上であれば、レクテナ接続数1の状態を継続する。また、スイッチ制御部73は、出力側インピーダンスZoがZb〜Za、Zc〜Zb、Zc未満であれば、それぞれレクテナ接続数が2、3,4に切り替えられるように、各スイッチ23a〜23c,24a〜24cを制御する。以降の処理は、上記第1実施形態と同じであるため、説明は省略する。   When the output side impedance Zo is obtained, the switch control unit 73 refers to the data table 75. If the output side impedance Zo is equal to or higher than Za, the switch control unit 73 continues the state where the number of rectenna connections is one. Further, the switch control unit 73 switches the switches 23a to 23c and 24a so that the number of rectenna connections is switched to 2, 3, and 4 if the output side impedance Zo is less than Zb to Za, Zc to Zb, and Zc. ˜24c is controlled. Subsequent processing is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

以上のように本発明の第3実施形態のRFIDタグ70は、データテーブル75を参照することで、求められた出力側インピーダンスZoから変換効率ηが最も高くなるレクテナ接続数を直接的に決定することができるので、上記第1実施形態で説明した効果に加えて、レクテナ接続数の決定処理を迅速に行うことができる。   As described above, the RFID tag 70 according to the third embodiment of the present invention directly determines the number of rectenna connections with the highest conversion efficiency η from the obtained output-side impedance Zo by referring to the data table 75. Therefore, in addition to the effects described in the first embodiment, the rectenna connection number determination process can be quickly performed.

なお、上記各実施形態では並列整流回路13として、第1〜第4レクテナ基板19〜22を順に積層した積層基板を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図16に示すように、並列整流回路80として、2枚のレクテナ基板81を積層した積層基板を用いて、各レクテナ基板81にそれぞれ2つの回路パターン83a,83bを並列に形成してもよい。   In each of the above embodiments, the parallel rectifier circuit 13 has been described by taking a laminated substrate in which the first to fourth rectenna substrates 19 to 22 are sequentially laminated as an example. However, the present invention is not limited to this. Absent. For example, as shown in FIG. 16, two parallel circuit patterns 83a and 83b may be formed in parallel on each rectenna substrate 81 by using a laminated substrate in which two rectenna substrates 81 are stacked as the parallel rectifier circuit 80. Good.

回路パターン83aは、上述の回路パターン31(図3参照)と同じパターンに形成されている。回路パターン83bは、回路パターン83aと対称性を有するように形成されている。両回路パターン83a,83bには、それぞれマイクロ波入力部32a,32bと、コンデンサ38が実装されたコンデンサ実装部33a,33bと、ダイオード39が実装されたダイオード実装部35a,35bと、LPF36a,36bと、スイッチ24a〜24cと基本的に同じスイッチ84a,84bが設けられた直流電力出力部37a,37bとが形成されている。これら各部については、回路パターン31に形成されているものと同じであるため、説明は省略する。   The circuit pattern 83a is formed in the same pattern as the circuit pattern 31 (see FIG. 3) described above. The circuit pattern 83b is formed to have symmetry with the circuit pattern 83a. Both circuit patterns 83a and 83b include microwave input portions 32a and 32b, capacitor mounting portions 33a and 33b on which a capacitor 38 is mounted, diode mounting portions 35a and 35b on which a diode 39 is mounted, and LPFs 36a and 36b, respectively. And DC power output units 37a and 37b provided with basically the same switches 84a and 84b as the switches 24a to 24c. Since these parts are the same as those formed in the circuit pattern 31, description thereof will be omitted.

このように1枚のレクテナ基板81に複数の回路パターンを形成した場合には、4層積層基板である並列整流回路13よりも厚みを薄くすることができるので、RFIDタグ10等の薄型の応答器への内蔵により適している。なお、レクテナ基板81には、回路パターンが2つしか形成されていないが、1つのレクテナ基板上に3つ以上の回路パターンを形成してもよい。この場合には、互いに隣接する回路パターンが対称性を有するように形成すればよい。   When a plurality of circuit patterns are formed on a single rectenna substrate 81 in this way, the thickness can be made thinner than that of the parallel rectifier circuit 13 that is a four-layer laminated substrate. It is more suitable to be built into the vessel. Although only two circuit patterns are formed on the rectenna substrate 81, three or more circuit patterns may be formed on one rectenna substrate. In this case, the circuit patterns adjacent to each other may be formed so as to have symmetry.

なお、上記各実施形態では、負荷回路16に可変抵抗43が並列接続されている場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変抵抗43が設けられていなくともよい。この場合の出力側インピーダンスZoは、負荷回路16の負荷抵抗Zとなる。また、上記各実施形態では、可変抵抗43が1個だけしか設けられていないが、本発明はこれに限定されるものではなく、各レクテナ基板19〜22の直流電力出力部37にそれぞれ個別に接続するようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the case where the variable resistor 43 is connected in parallel to the load circuit 16 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the variable resistor 43 is provided. It does not have to be done. Output impedance Zo of this case, the load resistance Z L of the load circuit 16. In each of the above embodiments, only one variable resistor 43 is provided. However, the present invention is not limited to this, and each DC power output unit 37 of each rectenna substrate 19 to 22 is individually provided. You may make it connect.

また、上記各実施形態では、第1〜第4レクテナ基板19〜22は全て同じものを用いた場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、レクテナ基板の種類は異なっていてもよい。この場合には、レクテナ基板の接続数及びその組み合せ別に、それぞれ上述の図5及び図6に示したような出力側インピーダンスZoと、変換効率η及び出力電圧VoutDCとの関係を求めておけばよい。   In each of the above embodiments, the first to fourth rectenna substrates 19 to 22 have been described by taking the case of using the same one as an example. However, the present invention is not limited to this, and the rectenna is not limited thereto. The type of substrate may be different. In this case, the relationship between the output side impedance Zo, the conversion efficiency η, and the output voltage VoutDC as shown in FIGS. 5 and 6 may be obtained for each number of rectenna substrates and their combinations. .

なお、上記各実施形態では、起動時にはレクテナ接続数が1に切り替えられているように初期設定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば起動時に負荷回路16(CPU16a)の消費電力が大きくなり、出力側インピーダンスZoが著しく低下するような場合には、レクテナ接続数が2以上に切り替えられるように初期設定してもよい。   In each of the above embodiments, the initial setting is such that the number of rectenna connections is switched to 1 at the time of startup, but the present invention is not limited to this. For example, when the power consumption of the load circuit 16 (CPU 16a) increases at the time of startup and the output side impedance Zo significantly decreases, the initial setting may be performed so that the number of rectenna connections can be switched to 2 or more.

また、上記各実施形態ではマイクロ波の入力電力が10mWで一定である場合を例に挙げて説明を行ったが、入力電力の大きさはRFIDタグと質問器との距離によって変わる。このため、複数の入力電力の大きさに対応する複数の第1及び第2演算式やデータテーブルを予め容易しておき、入力電力の大きさに最も適した演算式やデータテーブルを用いて出力側インピーダンスZoの大きさを判断するようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the case where the input power of the microwave is constant at 10 mW has been described as an example. However, the magnitude of the input power varies depending on the distance between the RFID tag and the interrogator. Therefore, a plurality of first and second arithmetic expressions and data tables corresponding to a plurality of input power levels are facilitated in advance, and output is performed using an arithmetic expression and data table most suitable for the input power levels. The magnitude of the side impedance Zo may be determined.

なお、上記第1及び第2実施形態において、可変抵抗制御部51,66はそれぞれ出力電圧VoutDC、消費電力Pの推定結果に基づき可変抵抗43の調整を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スイッチ制御部50,65により求められた出力側インピーダンスZoに基づき、この出力側インピーダンスZoがZ1P、Z2P、Z3P、Z4Pに可能な限り近づくように可変抵抗43を調整してもよい。 In the first and second embodiments, the variable resistance control units 51 and 66 adjust the variable resistance 43 based on the estimation results of the output voltage VoutDC and the power consumption P, respectively, but the present invention is not limited to this. Is not to be done. For example, based on the output side impedance Zo obtained by the switch control units 50 and 65, the variable resistance 43 is adjusted so that the output side impedance Zo is as close as possible to Z 1P , Z 2P , Z 3P , Z 4P. Also good.

また、上記各実施形態では、第2〜第4レクテナ基板20〜22を間に挟むように第1及び第2スイッチ回路23,24が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、いずれか一方のみでもよい。例えば、第1スイッチ回路23のみを設けて、第2〜第4レクテナ基板20〜22の出力側(負荷回路側)は常時接続するようにしても良い。   Moreover, in each said embodiment, although the 1st and 2nd switch circuits 23 and 24 are provided so that the 2nd-4th rectenna board | substrates 20-22 may be pinched | interposed, this invention is limited to this. Instead, only one of them may be used. For example, only the first switch circuit 23 may be provided, and the output side (load circuit side) of the second to fourth rectenna substrates 20 to 22 may be always connected.

なお、上記各実施形態では、第1〜第4レクテナ基板19〜22の計4つの基板が互いに並列接続されている場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、3つ以下或いは5つ以上のレクテナ基板が並列接続されている場合にも、本発明を適用することができる。   In each of the embodiments described above, the case where a total of four substrates of the first to fourth rectenna substrates 19 to 22 are connected in parallel to each other has been described as an example, but the present invention is limited to this. The present invention can also be applied to a case where three or less or five or more rectenna substrates are connected in parallel.

また、上記各実施形態では、本発明のレクテナ装置をRFIDタグに適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種電子機器に適用することができる。例えばレクテナ装置は、カプセル型内視鏡等の電池を内蔵するスペースが確保し難い小型電子機器や、有線で電力供給を行えない電子機器(携帯電子機器を含む)に駆動電力を供給する電力供給源として用いることができる。こうした電子機器では、例えばLCDのバックライトのオン・オフなどによって負荷変動がさらに大きいと考えられるので、本発明を適用することは有効である。また、レクテナ装置は、直接負荷回路に給電するものでなく、充電池を充電するものであっても良い。   In each of the above embodiments, the case where the rectenna device of the present invention is applied to an RFID tag has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to various electronic devices. Can do. For example, the rectenna device supplies power for supplying driving power to small electronic devices that do not have sufficient space for batteries such as capsule endoscopes, and to electronic devices (including portable electronic devices) that cannot supply power via wires. Can be used as a source. In such an electronic device, it is considered that the load fluctuation is larger due to, for example, on / off of the backlight of the LCD, and therefore it is effective to apply the present invention. Further, the rectenna device may be one that charges the rechargeable battery instead of directly supplying power to the load circuit.

RFIDタグの電気的構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the electrical structure of the RFID tag. 第1実施形態のRFIDタグのインピーダンスマッチング制御回路を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the impedance matching control circuit of the RFID tag of 1st Embodiment. 並列整流回路の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of a parallel rectifier circuit. 並列整流回路の上面図である。It is a top view of a parallel rectifier circuit. (A)はレクテナ接続数ごとの出力インピーダンスと変換効率との関係を示したグラフであり、(B)は出力インピーダンスの各値において最も高い変換効率の値のみを示したグラフである。(A) is a graph showing the relationship between output impedance and conversion efficiency for each number of rectenna connections, and (B) is a graph showing only the highest conversion efficiency value for each value of output impedance. (A)はレクテナ接続数ごとの出力インピーダンスと出力電圧との関係を示したグラフであり、(B)は出力インピーダンスの各値において最も高い出力電圧の値のみを示したグラフである。(A) is a graph showing the relationship between output impedance and output voltage for each number of rectenna connections, and (B) is a graph showing only the highest output voltage value for each value of output impedance. 第1実施形態のRFIDタグの作用を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the effect | action of the RFID tag of 1st Embodiment. 可変抵抗の調整処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the adjustment process of a variable resistance. レクテナ接続数の切替処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the switching process of the number of rectenna connections. 第2実施形態のRFIDタグのインピーダンスマッチング制御回路を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the impedance matching control circuit of the RFID tag of 2nd Embodiment. 第2実施形態のRFIDタグの作用を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the effect | action of the RFID tag of 2nd Embodiment. 第2実施形態における可変抵抗の調整処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the adjustment process of the variable resistance in 2nd Embodiment. 第3実施形態のRFIDタグのインピーダンスマッチング制御回路を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the impedance matching control circuit of the RFID tag of 3rd Embodiment. 図13中におけるインピーダンスマッチング制御回路内のデータテーブルの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the data table in the impedance matching control circuit in FIG. 第3実施形態のRFIDタグの作用を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the effect | action of the RFID tag of 3rd Embodiment. 他の実施形態の並列整流回路の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the parallel rectifier circuit of other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10,60,70 RFIDタグ
11 アンテナ
13 並列整流回路
15 電源安定昇圧回路
16 負荷回路
16a CPU
19〜22 第1〜第4レクテナ基板
23 第1スイッチ回路
24 第2スイッチ回路
25 電力分配回路
23a〜23c スイッチ
24a〜24c スイッチ
43 可変抵抗
45,64,72 インピーダンスマッチング制御回路
47 電圧検出回路
50,65,73 スイッチ制御部
51,66 可変抵抗制御部
53 第1演算式記憶部
54 第2演算式記憶部
62 消費電力推定回路
67 Zo推定部
75 データテーブル
10, 60, 70 RFID tag 11 Antenna 13 Parallel rectifier circuit 15 Power supply stable booster circuit 16 Load circuit 16a CPU
19-22 First to fourth rectenna boards 23 First switch circuit 24 Second switch circuit 25 Power distribution circuit 23a-23c Switch 24a-24c Switch 43 Variable resistance 45, 64, 72 Impedance matching control circuit 47 Voltage detection circuit 50, 65, 73 Switch control unit 51, 66 Variable resistance control unit 53 First arithmetic expression storage unit 54 Second arithmetic expression storage unit 62 Power consumption estimation circuit 67 Zo estimation unit 75 Data table

Claims (12)

アンテナで受信したマイクロ波を直流電力に変換し、変換した直流電力を駆動電力として負荷回路を作動させるレクテナ装置において、
前記マイクロ波を直流電力に変換し、互いに並列に接続された複数の整流回路と、
前記複数の整流回路の中から1以上の前記整流回路を選択的に前記アンテナに接続するためのスイッチと、
前記負荷回路の回路インピーダンスの大きさを判別する判別手段と、
前記判別手段の判別結果に基づいて、前記マイクロ波の入力電力に対する前記直流電力の変換効率が最大となる前記整流回路の接続数を決定し、決定した接続数の前記整流回路が前記アンテナに接続されるように、前記スイッチを動作させるスイッチ制御手段とを備えることを特徴とするレクテナ装置。
In the rectenna device that converts the microwave received by the antenna into DC power and operates the load circuit using the converted DC power as drive power,
A plurality of rectifier circuits that convert the microwaves to DC power and are connected in parallel;
A switch for selectively connecting one or more rectifier circuits from the plurality of rectifier circuits to the antenna;
Determining means for determining the magnitude of the circuit impedance of the load circuit;
Based on the determination result of the determination means, the number of connections of the rectifier circuit that maximizes the conversion efficiency of the DC power with respect to the microwave input power is determined, and the determined number of connections of the rectifier circuits are connected to the antenna. As described above, a rectenna device comprising switch control means for operating the switch.
前記負荷回路に並列接続された可変抵抗と、
前記可変抵抗の大きさを制御する可変抵抗制御手段とを備え、
前記判別手段は、前記回路インピーダンスと前記可変抵抗とを合成した第1合成インピーダンスの大きさを取得し、
前記スイッチ制御手段は、前記第1合成インピーダンスに基づいて前記変換効率が最大となる前記整流回路の接続数を決定し、
前記可変抵抗制御手段は、決定した前記接続数に応じた前記整流回路の第2合成インピーダンスに基づいて、前記第1合成インピーダンスが前記第2合成インピーダンスとインピーダンスマッチングするように前記可変抵抗の大きさを制御すること特徴とする請求項1記載のレクテナ装置。
A variable resistor connected in parallel to the load circuit;
Variable resistance control means for controlling the size of the variable resistance,
The determining means obtains a magnitude of a first combined impedance obtained by combining the circuit impedance and the variable resistance,
The switch control means determines the number of connections of the rectifier circuit that maximizes the conversion efficiency based on the first combined impedance.
The variable resistance control means is configured to control the size of the variable resistance so that the first combined impedance matches the second combined impedance based on the second combined impedance of the rectifier circuit corresponding to the determined number of connections. The rectenna device according to claim 1, wherein the rectenna device is controlled.
前記直流電力の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
前記接続数のそれぞれについて、前記出力電圧の大きさに対する前記第1合成インピーダンスの第1の関係を予め記憶した第1の記憶手段とを備え、
前記判別手段は、前記第1の関係を参照して、前記出力電圧検出手段の検出結果に対応する前記第1合成インピーダンスの大きさを取得することを特徴とする請求項2記載のレクテナ装置。
Output voltage detecting means for detecting the output voltage of the DC power;
First storage means for storing in advance a first relationship of the first combined impedance with respect to the magnitude of the output voltage for each of the number of connections;
3. The rectenna device according to claim 2, wherein the determination unit obtains the magnitude of the first combined impedance corresponding to the detection result of the output voltage detection unit with reference to the first relationship.
前記判別手段は、前記負荷回路の動作状況から前記負荷回路の消費電力の大きさを推定して、前記消費電力の推定結果に基づき、前記第1合成インピーダンスの大きさを取得することを特徴とする請求項2記載のレクテナ装置。   The determining means estimates the magnitude of power consumption of the load circuit from the operating condition of the load circuit, and obtains the magnitude of the first combined impedance based on the estimation result of the power consumption. The rectenna device according to claim 2. 前記接続数のそれぞれについて、前記第1合成インピーダンスに対する前記変換効率の第2の関係を予め記憶した第2の記憶手段を備え、
前記スイッチ制御手段は、前記第2の関係を参照して、前記判別手段により取得された前記第1合成インピーダンスに対して、前記変換効率が最大となる前記接続数を決定することを特徴とする請求項3または4記載のレクテナ装置。
For each of the number of connections, a second storage unit that stores in advance a second relationship of the conversion efficiency with respect to the first combined impedance,
The switch control means determines the number of connections that maximizes the conversion efficiency for the first combined impedance acquired by the determination means with reference to the second relationship. The rectenna device according to claim 3 or 4.
前記第2の関係は、前記接続数のそれぞれについて、他の接続数のときよりも前記変換効率が高くなる前記第1合成インピーダンスの範囲が予め設定されているデータテーブルであることを特徴とする請求項5記載のレクテナ装置。   The second relationship is a data table in which a range of the first combined impedance in which the conversion efficiency is higher than that of other numbers of connections is set in advance for each of the numbers of connections. The rectenna device according to claim 5. 前記負荷回路の起動時は、前記接続数が1に設定されていることを特徴とする請求項1ないし6いずれか1項記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to claim 1, wherein the number of connections is set to 1 when the load circuit is activated. 前記スイッチ制御手段は、前記直流電力の出力電圧が定格電圧を超えたときに、前記接続数を増やすことを特徴とする請求項1ないし7いずれか1項記載のレクテナ装置。   8. The rectenna device according to claim 1, wherein the switch control unit increases the number of connections when an output voltage of the DC power exceeds a rated voltage. 前記複数の整流回路と前記負荷回路との間に、前記直流電力の出力電圧を前記負荷回路の動作電圧まで昇圧させる昇圧回路が設けられていることを特徴とする請求項1ないし8いずれか1項記載のレクテナ装置。   9. A booster circuit for boosting the output voltage of the DC power to the operating voltage of the load circuit is provided between the plurality of rectifier circuits and the load circuit. The rectenna device described in the paragraph. 前記複数の整流回路は、それぞれ同一回路パターンを有する複数の基板に設けられていることを特徴とする請求項1ないし9いずれか1項記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to claim 1, wherein the plurality of rectifier circuits are provided on a plurality of substrates each having the same circuit pattern. 前記複数の基板は、積層されていることを特徴する請求項10記載のレクテナ装置。   The rectenna apparatus according to claim 10, wherein the plurality of substrates are stacked. 前記複数の整流回路は、同一基板上に並列に形成された複数の回路パターンにより構成されており、
前記複数の回路パターンは、互いに隣接する回路パターンが対称性を有するように形成されていることを特徴とする請求項1ないし9いずれか1項記載のレクテナ装置。
The plurality of rectifier circuits are configured by a plurality of circuit patterns formed in parallel on the same substrate,
10. The rectenna device according to claim 1, wherein the plurality of circuit patterns are formed such that circuit patterns adjacent to each other have symmetry.
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Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114949A (en) * 2009-11-26 2011-06-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Power receiving device and wireless power transmission system
JP2012139051A (en) * 2010-12-27 2012-07-19 Mitsubishi Electric Corp Power reception circuit
WO2013133028A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 株式会社村田製作所 Power transmission system
JP2015130779A (en) * 2013-12-03 2015-07-16 三菱電機株式会社 Rectifier
JP2016532423A (en) * 2013-08-09 2016-10-13 ドレイソン テクノロジーズ (ヨーロッパ) リミテッド RF energy collector
CN106326967A (en) * 2015-06-29 2017-01-11 四川谦泰仁投资管理有限公司 RFID chip with interactive switch input port
JP2017022825A (en) * 2015-07-08 2017-01-26 三菱電機株式会社 Rectifier
JP2017093123A (en) * 2015-11-09 2017-05-25 住友電気工業株式会社 Wireless power reception device
JP2017188914A (en) * 2011-07-21 2017-10-12 プロテウス デジタル ヘルス, インコーポレイテッド Mobile communication device, system, and method
US10305544B2 (en) 2009-11-04 2019-05-28 Proteus Digital Health, Inc. System for supply chain management
JP6532635B1 (en) * 2017-11-15 2019-06-19 三菱電機株式会社 Rectifier and rectenna device
US10398161B2 (en) 2014-01-21 2019-09-03 Proteus Digital Heal Th, Inc. Masticable ingestible product and communication system therefor
US10441194B2 (en) 2007-02-01 2019-10-15 Proteus Digital Heal Th, Inc. Ingestible event marker systems
US10517506B2 (en) 2007-05-24 2019-12-31 Proteus Digital Health, Inc. Low profile antenna for in body device
US10529044B2 (en) 2010-05-19 2020-01-07 Proteus Digital Health, Inc. Tracking and delivery confirmation of pharmaceutical products
US10682071B2 (en) 2008-07-08 2020-06-16 Proteus Digital Health, Inc. State characterization based on multi-variate data fusion techniques
US10797758B2 (en) 2016-07-22 2020-10-06 Proteus Digital Health, Inc. Electromagnetic sensing and detection of ingestible event markers
JP2020198665A (en) * 2019-05-31 2020-12-10 三菱電機株式会社 Rectifier circuit and rectenna device
CN112368908A (en) * 2018-07-18 2021-02-12 三菱电机株式会社 Rectenna controller and rectenna device provided with same
US11357730B2 (en) 2006-10-25 2022-06-14 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. Controlled activation ingestible identifier
US11464423B2 (en) 2007-02-14 2022-10-11 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. In-body power source having high surface area electrode
WO2022244729A1 (en) * 2021-05-17 2022-11-24 ローレルバンクマシン株式会社 Wireless power supply system and method, and wireless power receiving system
US11744481B2 (en) 2013-03-15 2023-09-05 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. System, apparatus and methods for data collection and assessing outcomes

Cited By (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11357730B2 (en) 2006-10-25 2022-06-14 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. Controlled activation ingestible identifier
US10441194B2 (en) 2007-02-01 2019-10-15 Proteus Digital Heal Th, Inc. Ingestible event marker systems
US11464423B2 (en) 2007-02-14 2022-10-11 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. In-body power source having high surface area electrode
US10517506B2 (en) 2007-05-24 2019-12-31 Proteus Digital Health, Inc. Low profile antenna for in body device
US10682071B2 (en) 2008-07-08 2020-06-16 Proteus Digital Health, Inc. State characterization based on multi-variate data fusion techniques
US11217342B2 (en) 2008-07-08 2022-01-04 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. Ingestible event marker data framework
US10305544B2 (en) 2009-11-04 2019-05-28 Proteus Digital Health, Inc. System for supply chain management
US9287717B2 (en) 2009-11-26 2016-03-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Power receiving device and wireless power transmission system
JP2011114949A (en) * 2009-11-26 2011-06-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Power receiving device and wireless power transmission system
US10529044B2 (en) 2010-05-19 2020-01-07 Proteus Digital Health, Inc. Tracking and delivery confirmation of pharmaceutical products
JP2012139051A (en) * 2010-12-27 2012-07-19 Mitsubishi Electric Corp Power reception circuit
JP2020127235A (en) * 2011-07-21 2020-08-20 プロテウス デジタル ヘルス, インコーポレイテッド Mobile communication device, system, and method
JP2017188914A (en) * 2011-07-21 2017-10-12 プロテウス デジタル ヘルス, インコーポレイテッド Mobile communication device, system, and method
US9478992B2 (en) 2012-03-06 2016-10-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. Power transmission system
WO2013133028A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 株式会社村田製作所 Power transmission system
JPWO2013133028A1 (en) * 2012-03-06 2015-07-30 株式会社村田製作所 Power transmission system
CN104247206A (en) * 2012-03-06 2014-12-24 株式会社村田制作所 Power transmission system
US11744481B2 (en) 2013-03-15 2023-09-05 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. System, apparatus and methods for data collection and assessing outcomes
JP2016532423A (en) * 2013-08-09 2016-10-13 ドレイソン テクノロジーズ (ヨーロッパ) リミテッド RF energy collector
JP2015130779A (en) * 2013-12-03 2015-07-16 三菱電機株式会社 Rectifier
US10398161B2 (en) 2014-01-21 2019-09-03 Proteus Digital Heal Th, Inc. Masticable ingestible product and communication system therefor
US11950615B2 (en) 2014-01-21 2024-04-09 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. Masticable ingestible product and communication system therefor
CN106326967B (en) * 2015-06-29 2023-05-05 四川谦泰仁投资管理有限公司 RFID chip with interactive switch input port
CN106326967A (en) * 2015-06-29 2017-01-11 四川谦泰仁投资管理有限公司 RFID chip with interactive switch input port
JP2017022825A (en) * 2015-07-08 2017-01-26 三菱電機株式会社 Rectifier
JP2017093123A (en) * 2015-11-09 2017-05-25 住友電気工業株式会社 Wireless power reception device
US10797758B2 (en) 2016-07-22 2020-10-06 Proteus Digital Health, Inc. Electromagnetic sensing and detection of ingestible event markers
JP6532635B1 (en) * 2017-11-15 2019-06-19 三菱電機株式会社 Rectifier and rectenna device
US10903696B2 (en) 2017-11-15 2021-01-26 Mitsubishi Electric Corporation Rectifier and rectenna device
CN112368908A (en) * 2018-07-18 2021-02-12 三菱电机株式会社 Rectenna controller and rectenna device provided with same
CN112368908B (en) * 2018-07-18 2024-04-19 三菱电机株式会社 Rectenna controller and rectenna device provided with same
JP7118031B2 (en) 2019-05-31 2022-08-15 三菱電機株式会社 Rectifier circuit and rectenna device
JP2020198665A (en) * 2019-05-31 2020-12-10 三菱電機株式会社 Rectifier circuit and rectenna device
WO2022244729A1 (en) * 2021-05-17 2022-11-24 ローレルバンクマシン株式会社 Wireless power supply system and method, and wireless power receiving system

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