JP2016119666A5

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Publication number: JP2016119666A5
Application number: JP2015243088A
Authority: JP
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2035-12-14

Claims

高周波（ＲＦ）エネルギーハーベスティング装置であって、
ほぼ平坦な表面を有する基板と、
前記基板の前記表面上に共形的に固定して配置される、少なくとも１つの金属要素を含むメタマテリアル共振器アンテナであって、前記少なくとも１つの金属要素が、
第１のアンテナ端点から第１の中間点まで延在する第１の主アンテナ部と、
第２のアンテナ端点から第２の中間点まで延在する第２の主アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と均一な隙間距離で平行に離間して配置される、少なくとも１つの副アンテナ部であって、第３の中間点に配置される第１の端、および第４の中間点に配置される反対側の第２の端を有する、少なくとも１つの副アンテナ部と、
前記第１の中間点と前記第３の中間点との間に接続される第１の連結部と、
前記第２の中間点と前記第４の中間点との間に接続される第２の連結部と、を含み、
第１の取り込みＲＦ信号が、前記第１のアンテナ端点で生成され、第２の取り込みＲＦ信号が、前記第２のアンテナ端点で生成され、前記第１の取り込みＲＦ信号と前記第２の取り込みＲＦ信号とは、位相が互いに１８０°ずれるよう、前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部、ならびに前記少なくとも１つの副アンテナ部が、関連する帯域幅の範囲内のＲＦ周波数で共振するよう構成される、メタマテリアル共振器アンテナと、
前記第１のアンテナ端点および前記第２のアンテナ端点に連結される整流回路であって、前記第１の取り込みＲＦ信号および前記第２の取り込みＲＦ信号からの正電圧パルスを組み合わせて、出力ノードに送るよう構成される回路素子を含む整流回路と、を含む、ＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記メタマテリアル共振器アンテナを形成する前記少なくとも１つの細長い金属構造体が、銀インク材料を含む、請求項１に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記整流回路が、前記基板の前記表面上に共形的に固定して配置される複数の導電構造体をさらに含む、請求項１に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記整流回路が、
前記第１のアンテナ端点と第１のノードとの間に連結される第１のダイオードと、
前記第２のアンテナ端点と前記第１のノードとの間に連結される第１のキャパシタと、
前記第１のノードと第２のノードとの間に連結される第２のダイオードと、をさらに含み、
前記第１のダイオードが、前記第２のダイオードより低い順電圧を有し、前記第１のダイオードが、前記第２のダイオードより低い逆電圧を有し、これにより、前記第１のノードで生成される第１の中間電圧には、前記第１のダイオードを介して送られる前記第１のＲＦ信号の正電圧パルスと、前記第１のキャパシタを介して送られる前記第２のＡＣ信号の正電圧パルスとの合計が含まれ、これにより、前記第１のノードから前記第２のダイオードを介して送られる正電圧パルスによって、前記第２のノードで第２の中間電圧が生成される、請求項３に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記整流回路が、グライナッヘル回路を含む、請求項３に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記アンテナが、左右対称の第１の金属要素および第２の金属要素を含む２部分から成るダイポールアンテナを含み、
前記第１の金属要素が、前記第１の主アンテナ部と、前記第１の連結部と、前記第１の連結部から前記第１のアンテナ端点に隣接して配置される第１の先端点まで延在する第１の副アンテナ部と、を含み、前記第１の主アンテナ部と前記第１の副アンテナ部とが、それらのアンテナ部の全長に沿って均一な間隔で離れるよう、前記第１の主アンテナ部と前記第１の副アンテナ部とが同心円状に配置され、
前記第２の金属要素が、前記第２の主アンテナ部と、前記第２の連結部と、前記第２の連結部から前記第２のアンテナ端点に隣接して配置される第２の先端点まで延在する第２の副アンテナ部と、を含み、前記第２の主アンテナ部と前記第２の副アンテナ部とが、それらのアンテナ部の全長に沿って均一な間隔で離れるよう、前記第２の主アンテナ部と前記第２の副アンテナ部とが同心円状に配置される、請求項１に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と、前記第１の副ワイヤー部および前記第２の副ワイヤー部とはそれぞれ、コーナ部で接続される少なくとも２つの直線部を含む、請求項６に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と、前記第１の副ワイヤーおよび前記第２の副ワイヤーとはそれぞれ、Ｌ形状のパターンを含む、請求項７に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と、前記第１の副アンテナ部および前記第２の副アンテナ部とはそれぞれ、相互接続される３つの直線部を含み、これらがＣ形状のパターンを形成する、請求項７に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と、前記第１の副アンテナ部および前記第２の副アンテナ部とはそれぞれ、連続曲線のワイヤー構造を含む、請求項６に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記第１の連結部および前記第２の連結部のそれぞれが、線形形状のワイヤー構造を含む、請求項１０に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記第１の連結部および前記第２の連結部のそれぞれが、段差形状のワイヤー構造を含み、前記段差形状のワイヤー構造は、前記第１の主アンテナ部の長さが、前記第１の副アンテナ部の長さと等しくなるように、かつ、前記第２の主アンテナ部の長さが、前記第２の副アンテナ部の長さと等しくなるように構成される、請求項１０に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記アンテナが、単一の一体型金属要素を含み、前記単一の一体型金属要素が、
同一線上に配置され、前記第１のアンテナ端点と前記第２のアンテナ端点との間に画定される隙間だけ互いに離れる線形構造体をそれぞれ含む前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と平行に配置される前記副アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部と前記副アンテナ部の第１の端との間に接続される第１の半円部分と、前記第１の半円部分から前記第１の主アンテナ部と前記副アンテナ部との間の空間に延在する第１の曲線端部分および第２の曲線端部分と、を含む第１の開環状パターンを含む前記第１の連結部と、
前記第２の主アンテナ部と前記副アンテナ部の第２の端との間に接続される第２の半円部分と、前記第２の半円部分から前記第２の主アンテナ部と前記副アンテナ部との間の空間に延在する第３の曲線端部分および第４の曲線端部分と、を含む第２の開環状パターンを含む前記第２の連結部と、を含む、請求項１に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
前記単一の一体型金属要素が、
前記第１の副アンテナ部が、前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と前記第２の副アンテナ部との間になるように、前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部、ならびに前記第１の副アンテナ部と平行に配置される第２の副アンテナ部と、
前記第１の副アンテナ部の前記第１の端と前記第２の副アンテナ部の第１の端との間に接続される第３の半円部分と、前記第３の半円部分から前記第１の副アンテナ部と前記第２の副アンテナ部との間の空間に延在する第５の曲線端部分および第６の曲線端部分と、を含む第３の開環状パターンを含む第３の連結部と、
前記第１の副アンテナ部の前記第２の端と前記第２の副アンテナ部の第２の端との間に接続される第４の半円部分と、前記第４の半円部分から前記第１の副アンテナ部と前記第２の副アンテナ部との間の前記空間に延在する第７の曲線端部分および第８の曲線端部分と、を含む第４の開環状パターンを含む第４の連結部と、をさらに含む、請求項１３に記載のＲＦエネルギーハーベスティング装置。
複数のＲＦエネルギーハーベスティング装置を含む高周波（ＲＦ）エネルギーハーベスティングシステムであって、各ＲＦエネルギーハーベスティング装置が、
基板の表面上に共形的に固定して配置される、少なくとも１つの金属要素を含むメタマテリアル共振器アンテナであって、前記少なくとも１つの金属要素が、
第１のアンテナ端点から第１の中間点まで延在する第１の主アンテナ部と、
第２のアンテナ端点から第２の中間点まで延在する第２の主アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と均一な隙間距離で平行に離間して配置される、少なくとも１つの副アンテナ部であって、第３の中間点に配置される第１の端、および第４の中間点に配置される反対側の第２の端を有する、少なくとも１つの副アンテナ部と、
前記第１の中間点と前記第３の中間点との間に接続される第１の連結部と、
前記第２の中間点と前記第４の中間点との間に接続される第２の連結部と、を含み、
第１の取り込みＲＦ信号が、前記第１のアンテナ端点で生成され、第２の取り込みＲＦ信号が、前記第２のアンテナ端点で生成され、前記第１の取り込みＲＦ信号と前記第２の取り込みＲＦ信号とは、位相が互いに１８０°ずれるよう、前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部、ならびに前記少なくとも１つの副アンテナ部が、関連する帯域幅の範囲内のＲＦ周波数で共振するよう構成される、メタマテリアル共振器アンテナと、
前記第１のアンテナ端点および前記第２のアンテナ端点に連結される整流回路であって、前記第１の取り込みＲＦ信号および前記第２の取り込みＲＦ信号から出力ノードに正電圧パルスを送るよう構成される回路素子を含む整流回路と、を含み、
前記複数のＲＦエネルギーハーベスティング装置が、互いに連結されて、組合せシステム出力電圧を生成する、ＲＦエネルギーハーベスティングシステム。
前記整流回路のそれぞれの前記出力制御回路が、
前記第１のアンテナ端点と第１のノードとの間に連結される第１のダイオードと、
前記第２のアンテナ端点と前記第１のノードとの間に連結される第１のキャパシタと、
前記第１のノードと第２のノードとの間に連結される第２のダイオードであって、前記第１のダイオードが、前記第２のダイオードよりも低い順電圧を有し、前記第１のダイオードが、前記第２のダイオードよりも低い逆電圧を有する、第２のダイオードと、
前記第２のノードと出力ノードとの間に連結される出力制御回路であって、前記第２のノードで生成される第２の中間電圧を直流（ＤＣ）出力電圧に変換するよう構成される出力制御回路と、を含み、
前記複数のＲＦエネルギーハーベスティング装置が、互いに連結されて、組合せシステム出力電圧を生成する、請求項１５に記載のＲＦエネルギーハーベスティングシステム。
前記複数のＲＦエネルギーハーベスティング装置の全ての前記出力ノードが、共通のシステム出力ノードに接続される、請求項１６に記載のＲＦエネルギーハーベスティングシステム。
前記ＲＦエネルギーハーベスティング装置のそれぞれの前記アンテナが、左右対称の第１の金属要素および第２の金属要素を含む２部分から成るダイポールアンテナを含み、
前記第１の金属要素が、前記第１の主アンテナ部と、前記第１の連結部と、前記第１の連結部から前記第１のアンテナ端点に隣接して配置される第１の先端点まで延在する第１の副アンテナ部と、を含み、前記第１の主アンテナ部と前記第１の副アンテナ部とが、それらのアンテナ部の全長に沿って均一な間隔で離れるよう、前記第１の主アンテナ部と前記第１の副アンテナ部とが同心円状に配置され、
前記第２の金属要素が、前記第２の主アンテナ部と、前記第２の連結部と、前記第２の連結部から前記第２のアンテナ端点に隣接して配置される第２の先端点まで延在する第２の副アンテナ部と、を含み、前記第２の主アンテナ部と前記第２の副アンテナ部とが、それらのアンテナ部の全長に沿って均一な間隔で離れるよう、前記第２の主アンテナ部と前記第２の副アンテナ部とが同心円状に配置される、請求項１６に記載のＲＦエネルギーハーベスティングシステム。
第１の前記ＲＦエネルギーハーベスティング装置の前記第２のアンテナ端点が、第２の前記ＲＦエネルギーハーベスティング装置の前記出力ノードに接続されるよう、前記複数のＲＦエネルギーハーベスティング装置が直列に接続される、請求項１６に記載のＲＦエネルギーハーベスティングシステム。
前記ＲＦエネルギーハーベスティング装置のそれぞれの前記アンテナが、単一の一体型金属要素を含み、前記単一の一体型金属要素が、
同一線上に配置され、前記第１のアンテナ端点と前記第２のアンテナ端点との間に画定される隙間だけ互いに離れる線形構造体をそれぞれ含む前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と平行に配置される前記副アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部と前記副アンテナ部の第１の端との間に接続される第１の半円部分と、前記第１の半円部分から前記第１の主アンテナ部と前記副アンテナ部との間の空間に延在する第１の曲線端部分および第２の曲線端部分と、を含む第１の開環状パターンを含む前記第１の連結部と、
前記第２の主アンテナ部と前記副アンテナ部の第２の端との間に接続される第２の半円部分と、前記第２の半円部分から前記第２の主アンテナ部と前記副アンテナ部との間の空間に延在する第３の曲線端部分および第４の曲線端部分と、を含む第２の開環状パターンを含む前記第２の連結部と、を含む、請求項１９に記載のＲＦエネルギーハーベスティングシステム。
少なくとも１つの金属要素を含むメタマテリアル共振器アンテナであって、前記少なくとも１つの金属要素が、
第１のアンテナ端点から第１の中間点まで延在する第１の主アンテナ部と、
第２のアンテナ端点から第２の中間点まで延在する第２の主アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と均一な隙間距離で平行に離間して配置される、少なくとも１つの副アンテナ部であって、第３の中間点に配置される第１の端、および第４の中間点に配置される反対側の第２の端を有する、少なくとも１つの副アンテナ部と、
前記第１の中間点と前記第３の中間点との間に接続される第１の連結部と、
前記第２の中間点と前記第４の中間点との間に接続される第２の連結部と、を含み、
第１の取り込み信号が、前記第１のアンテナ端点で生成され、第２の取り込み信号が、前記第２のアンテナ端点で生成され、前記第１の取り込み信号と前記第２の取り込み信号とは、位相が互いに１８０°ずれるよう、前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部、ならびに前記少なくとも１つの副アンテナ部が、関連する帯域幅の範囲内の周波数で共振するよう構成され、
前記メタマテリアル共振器アンテナを形成する前記少なくとも１つの細長い金属要素が、銀インク材料を含む、メタマテリアル共振器アンテナ。
前記少なくとも１つの金属要素が、単一の一体型金属要素を含み、前記単一の一体型金属要素が、
同一線上に配置され、前記第１のアンテナ端点と前記第２のアンテナ端点との間に画定される隙間だけ互いに離れる線形構造体をそれぞれ含む前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部および前記第２の主アンテナ部と平行に配置される前記副アンテナ部と、
前記第１の主アンテナ部と前記副アンテナ部の第１の端との間に接続される第１の半円部分と、前記第１の半円部分から前記第１の主アンテナ部と前記副アンテナ部との間の空間に延在する第１の曲線端部分および第２の曲線端部分と、を含む第１の開環状パターンを含む前記第１の連結部と、
前記第２の主アンテナ部と前記副アンテナ部の第２の端との間に接続される第２の半円部分と、前記第２の半円部分から前記第２の主アンテナ部と前記副アンテナ部との間の空間に延在する第３の曲線端部分および第４の曲線端部分と、を含む第２の開環状パターンを含む前記第２の連結部と、を含む、請求項２１に記載のメタマテリアル共振器アンテナ。