JP3339967B2 - Microwave power transmission equipment - Google Patents
Microwave power transmission equipmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、太陽発電等によって得
られた電気エネルギをマイクロ波で地上や飛翔体または
宇宙ステーションあるいは宇宙工場等の受電物体として
の目標物体に送電するのに利用されるマイクロ波送電装
置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for transmitting electric energy obtained by solar power generation or the like to a target object as a power receiving object such as a ground, a flying object, a space station or a space factory by a microwave. The present invention relates to a microwave power transmitting device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】マイクロ波送電装置としては、例えば、
発電装置として地球から静止軌道上に打ち上げられた太
陽発電衛星が太陽エネルギを収集し、この収集した太陽
エネルギをマイクロ波送電装置によりマイクロ波に変換
し、そして、マイクロ波送電装置に備わった送電アンテ
ナによりこのマイクロ波を受電物体から送られてくるパ
イロット信号の到来方向に送ることによって、太陽発電
衛星から電気エネルギを受電物体に送電するといったも
のがある。2. Description of the Related Art As a microwave power transmitting device, for example,
A solar power satellite launched into the geosynchronous orbit from the earth as a power generation device collects solar energy, converts the collected solar energy into microwaves using a microwave power transmission device, and transmits power to the power transmission antenna provided in the microwave power transmission device. There is a method in which electric power is transmitted from a solar power generation satellite to a power receiving object by transmitting the microwave in the direction of arrival of a pilot signal transmitted from the power receiving object.
【０００３】このようなマイクロ波送電装置において、
送電する際に、マイクロ波のビームを受電物体の受電ア
ンテナに正確に収束させないと、電力の送電効率が低下
してしまうため、送電するマイクロ波の位相を制御し
て、マイクロ波をパイロット信号の到来方向と同じ方向
に送ることを可能ならしめるようにした、フェイズドア
レイアンテナの一方式であるレトロディレクティブ方式
と呼ばれる方式が試みられている。In such a microwave power transmitting device,
Unless the microwave beam is converged accurately on the power receiving antenna of the power receiving object during power transmission, the power transmission efficiency decreases, so the phase of the microwave to be transmitted is controlled and the microwave is transmitted to the pilot signal. A method called a retrodirective method, which is a type of phased array antenna, which enables transmission in the same direction as the direction of arrival, has been attempted.
【０００４】つまり、レトロディレクティブ方式とは、
受電物体としての目標物体から送られてくるパイロット
信号からの共役位相をとり、そのまま受電物体に送電す
る方式である。[0004] In other words, the retrodirective method is
In this method, a conjugate phase is obtained from a pilot signal transmitted from a target object as a power receiving object, and power is directly transmitted to the power receiving object.
【０００５】レトロディレクティブ方式の原理について
説明すると、図２において、送電波を集中したい受電側
の目標点をＡとし、この目標点Ａから送電側に向けて周
波数ωi なるパイロット信号を放射するものとする。さ
らに、送電側では、このパイロット信号を受信すると共
に、周波数ωt なる送電波を受電側の目標点Ａに向けて
放射するものとする。目標点Ａから発せられたパイロッ
ト信号が、ｔ0 時間後に距離Ｘ0 離れた送電側の基準点
Ｐ0 に到達するものと仮定すると、基準点Ｐ0における
パイロット信号の位相φ0 は、 φ0 ＝ωi （ｔ0 −ｘ0 ／ｃ） （１） となる。ただし、ｃは光速である。The principle of the retrodirective system will be described. In FIG. 2, a target point on the power receiving side where radio waves are to be concentrated is denoted by A, and a pilot signal having a frequency ω i is emitted from the target point A toward the power transmitting side. And Further, in the power transmission side, which receives the pilot signal, and radiates toward the radio wave transmission becomes frequency omega t to the target point A of the power receiving side. When the pilot signal emitted from the target point A, assuming that reaches the reference point P 0 of the distance X 0 apart transmitting side 0 hours after t, the phase phi 0 of the pilot signal at the reference point P 0 is, phi 0 = Ω i (t 0 −x 0 / c) (1) Here, c is the speed of light.
【０００６】同様に、目標点Ａから距離Ｘ1 離れた送電
側の一点Ｐ1 における位相φ1 は、 φ1 ＝ωi （ｔ0 −ｘ1 ／ｃ） （２） となる。したがって、２点Ｐ0 ，Ｐ1 間の位相差φ
i は、 φi ＝φ1 −φ0 ＝−ωi ・ｒ／ｃ （３） となる。ただし、ｒ＝ｘ1 −ｘ0 今、送電側の２点Ｐ0 ，Ｐ1 から同相で送電波を放射し
たとすれば、目標点Ａで受信されるこれらの送電波の位
相差は、送電波の周波数がωt であるから、（３）式に
より、 φt ＝−ωt ／ｃ （４） となる。したがって、２点Ｐ0 ，Ｐ1 からの送電波の位
相を目標点Ａにおいて等しくするためには、点Ｐ1 から
放射される送電波の位相を、 φc ＝ωt ・ｒ／ｃ （５） だけ補償してやればよい。つまり、送電側の基準点Ｐ0
以外の点において（５）式の位相補償を行なうことによ
り、送電側から発せられたすべての送電波の位相が目標
点において等しくなる。これがレトロディレクティブ方
式の原理である。上記のレトロディレクティブ方式を採
用したマイクロ波送電装置として、例えば、特願平４−
２５９２０５号明細書および図面に記載されたものがあ
る。Similarly, the phase φ 1 at one point P 1 on the power transmission side at a distance X 1 from the target point A is φ 1 = ω i (t 0 −x 1 / c) (2) Therefore, the phase difference φ between the two points P 0 and P 1
i is as follows: φ i = φ 1 −φ 0 = −ω i · r / c (3) However, if it is assumed that r = x 1 −x 0 radiate transmitted waves in phase from the two points P 0 and P 1 on the power transmission side, the phase difference between these transmitted waves received at the target point A is since the frequency of the radio wave is omega t, becomes the equation (3), φ t = -ω t / c (4). Therefore, in order to equalize the transmission wave of the phase from the two points P 0, P 1 at the target point A, the transmission wave of the phase emitted from the point P 1, φ c = ω t · r / c (5 You only have to compensate. That is, the reference point P 0 on the power transmission side
By performing the phase compensation of equation (5) at points other than the above, the phases of all transmitted radio waves emitted from the power transmission side become equal at the target point. This is the principle of the retrodirective system. As a microwave transmission device adopting the above-described retrodirective method, for example, Japanese Patent Application No.
No. 259205 and the drawings.
【０００７】このマイクロ波送電装置の構成を図３に示
す。FIG. 3 shows the configuration of the microwave power transmitting device.
【０００８】図３において、受信回路１０２は、受信ア
ンテナ１０３により受信したパイロット信号を所定のレ
ベルになるように増幅または減衰させ、得られた信号を
位相共役回路１１２へ出力する。位相共役回路１１２
は、入力されたパイロット信号と位相が共役なｎ倍周波
数の基準マイクロ波信号を生成して分波回路１１３へ出
力する。In FIG. 3, a receiving circuit 102 amplifies or attenuates a pilot signal received by a receiving antenna 103 to a predetermined level, and outputs the obtained signal to a phase conjugate circuit 112. Phase conjugate circuit 112
Generates a reference microwave signal having an n-fold frequency conjugate in phase with the input pilot signal and outputs the signal to the demultiplexing circuit 113.
【０００９】ここで、図２に示す送電側の基準点Ｐ0 に
おける入力信号の位相をωi ・ｔとすると、（３）式に
より点Ｐ1 における位相φi は、 φi ＝ωi ・ｔ−ωi ・ｒ／ｃ ＝ωi （ｔ−ｒ／ｃ） （６） となる。また、点Ｐ1 において位相を補償した後の出力
信号の位相φは、（５）式により、 φ＝ωｔ・ｔ−ωｔ・ｒ／ｃ ＝ωｔ（ｔ＋ｒ／ｃ） （７） とならなければならない。つまり、位相共役回路１１２
は、（６）式に示すパイロット信号の位相φi を（７）
式に示す位相φに変換する。[0009] Here, when the phase of the input signal at the reference point P 0 of the transmission side shown in FIG. 2 and omega i · t, the phase phi i at point P 1 by (3), φ i = ω i · t−ω i · r / c = ω i (t−r / c) (6) Further, the phase φ of the output signal after the phase compensation at the point P 1 must be as follows according to the equation (5): φ = ωt · t−ωt · r / c = ωt (t + r / c) (7) No. That is, the phase conjugate circuit 112
Sets the phase φ i of the pilot signal shown in the equation (6) to (7)
Is converted to the phase φ shown in the equation.
【００１０】分波回路１１３は、入力された基準マイク
ロ波信号を分波してｎ個の可変位相器１１４ａ，１１４
ｂ，...,１１４ｎへ出力する。なお、可変位相器１１４
ａ，．．．，ｎは複数に分割されたサブアレイの送電ア
ンテナのｎ個のマイクロストリップ送電アンテナ素子１
２０ａ，１２０ｂ，...,１２０ｎにそれぞれ対応してい
る。[0010] The demultiplexing circuit 113 demultiplexes the input reference microwave signal into n variable phase shifters 114a and 114.
, 114n. The variable phase shifter 114
a,. . . , N are n microstrip power transmitting antenna elements 1 of a plurality of divided sub-array power transmitting antennas
, 120n, respectively.
【００１１】一方、受信回路１１５〜１１７は、それぞ
れ受信アンテナ１０４〜１０６により受信したパイロッ
ト信号を所定のレベルに増幅または減衰して角度検出回
路１１８へ出力する。On the other hand, receiving circuits 115 to 117 amplify or attenuate pilot signals received by receiving antennas 104 to 106 to a predetermined level and output the signals to angle detecting circuit 118.
【００１２】角度検出回路１１８は、ＲＦ干渉計を備え
ており、３個の受信アンテナ１０４〜１０６により受信
したパイロット信号の位相差を計ることにより受電物体
の方向を求め、その方向を示す角度信号を演算処理部１
１９へ出力する。The angle detecting circuit 118 includes an RF interferometer, and determines the direction of the power receiving object by measuring the phase difference between pilot signals received by the three receiving antennas 104 to 106, and obtains an angle signal indicating the direction. To the processing unit 1
Output to 19.
【００１３】演算処理部１１９は、マイクロコンピュー
タを備えており、入力された角度信号に基づいて送電ア
ンテナの各マイクロストリップ送電アンテナ素子１２０
ａ，１２０ｂ，...,１２０ｎから出力されるマイクロ波
が受電物体の図示しない受電アンテナに収束するような
マイクロ波の位相差を演算して可変位相器１１４ａ，１
１４ｂ，...,１１４ｎへ出力する。可変位相器１１４
ａ，１１４ｂ，...,１１４ｎはそれぞれ、演算処理回路
１１９から入力された位相差信号にしたがって分波回路
１１３から入力された基準位相のマイクロ波に位相差を
生じさせ、電力増幅器１２１ａ，１２１ｂ，...,１２１
ｎへ出力する。The arithmetic processing unit 119 includes a microcomputer, and based on the input angle signal, each microstrip power transmitting antenna element 120 of the power transmitting antenna.
, 120n calculate the phase difference between the microwaves such that the microwaves converge on a power receiving antenna (not shown) of the power receiving object, and calculate the phase difference of the variable phase shifters 114a, 114a.
, 114n. Variable phase shifter 114
, 114n respectively generate a phase difference in the reference phase microwave input from the demultiplexing circuit 113 in accordance with the phase difference signal input from the arithmetic processing circuit 119, and output the power amplifiers 121a, 121b. , ..., 121
output to n.
【００１４】電力増幅器１２１ａ，１２１ｂ, ...,１２
１ｎは、送電アンテナの各マイクロストリップ送電アン
テナ素子１２０ａ，１２０ｂ, ...,１２０ｎにそれぞれ
対応して設けられ、外部電源１２２より供給された電力
を可変位相器１１４ａ，１１４ｂ, ...,１１４ｎから出
力される信号の位相および周波数のマイクロ波へ増幅
し、送電アンテナの各マイクロストリップ送電アンテナ
素子１２０ａ，１２０ｂ,..., １２０ｎへ出力する。The power amplifiers 121a, 121b,..., 12
1n are provided corresponding to the respective microstrip power transmitting antenna elements 120a, 120b,..., 120n of the power transmitting antenna, and convert the power supplied from the external power supply 122 into the variable phase shifters 114a, 114b,. , And amplifies them into microwaves having the phase and frequency of the signal output from the antenna, and outputs the amplified signals to the microstrip power transmitting antenna elements 120a, 120b,..., 120n of the power transmitting antenna.
【００１５】送電アンテナの各マイクロストリップ送電
アンテナ素子１２０ａ，１２０ｂ,..., １２０ｎはそれ
ぞれ、電力増幅された位相差を有するマイクロ波を受電
物体に向けて放射する。Each of the microstrip power transmitting antenna elements 120a, 120b,..., 120n of the power transmitting antenna radiates a microwave having a power-amplified phase difference toward a power receiving object.
【００１６】なお、受信アンテナ１０３，受信回路１１
１，位相共役回路１１２，分波回路１１３および可変位
相器１１４ａ，１１４ｂ,..., １１４ｎが位相制御部を
構成し、受信アンテナ１０４〜１０６，受信回路１１５
〜１１７，角度検出回路１１８および演算処理回路１１
９が信号処理部を構成する。The receiving antenna 103 and the receiving circuit 11
1, phase conjugate circuit 112, demultiplexing circuit 113, and variable phase shifters 114a, 114b,..., 114n constitute a phase control unit.
To 117, the angle detection circuit 118 and the arithmetic processing circuit 11
9 constitutes a signal processing unit.
【００１７】上記したマイクロ波送電装置を用いて電力
の送電を行なうことにより、マイクロ波ビームの指向性
が向上し、その結果、効率の良い電力の送電が可能とな
る。By transmitting power using the above-described microwave power transmitting device, the directivity of the microwave beam is improved, and as a result, efficient power transmission becomes possible.
【００１８】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなマイクロ波送電装置においては、その前提として、
マイクロ波送電装置を構成する回路に信号の位相を変動
させる要素がないことが必要である。つまり、特に位相
制御部において、信号の位相に変動があると、レトロデ
ィレクティブ方式の本来の目的であるパイロット信号か
ら正確な送電位相を決定することができなくなってしま
う。However, in such a microwave power transmitting device,
It is necessary that the circuit constituting the microwave power transmitting device has no element for changing the phase of the signal. That is, in particular, if the phase of the signal fluctuates in the phase control unit, it becomes impossible to determine an accurate transmission potential phase from the pilot signal, which is the original purpose of the retrodirective system.
【００１９】例えば、受信回路にフィルタ等の遅れ要素
が接続されており、この遅れ要素によってパイロット信
号に△φの位相遅れが生じたとすると、位相共役回路１
１２で（６）式に示すパイロット信号の位相φi を
（７）式に示す位相φに正確に変換したとしても、結果
的には、送電アンテナから所望の位相のマイクロ波が送
電されていないことになるが、フィルタによる位相の遅
れは、予めその遅れを求めておき、その情報に基づき演
算処理回路１１９においてマイクロ波が受電物体の受電
アンテナに収束するようなマイクロ波の位相差を補正演
算すれば、位相の遅れの問題を回避することができる。For example, if a delay element such as a filter is connected to the receiving circuit, and this delay element causes a phase delay of △ φ in the pilot signal, the phase conjugate circuit 1
Even if the phase φ i of the pilot signal shown in Expression (6) is accurately converted to the phase φ shown in Expression (7) in Step 12, as a result, the microwave of the desired phase is not transmitted from the power transmission antenna. That is, the delay of the phase due to the filter is obtained in advance, and the arithmetic processing circuit 119 corrects the phase difference of the microwave such that the microwave converges on the receiving antenna of the receiving object based on the information. Then, the problem of phase delay can be avoided.
【００２０】しかし、図４に示すように、通常、受信回
路１０２はパイロット信号の周波数帯域のみを通過させ
るバンドパスフィルタ１２３およびＡＧＣ（Active Gai
n Control)アンプ１２４からなっており、このＡＧＣア
ンプ１２４は、入力レベルの変動に対し、利得を可変に
して出力レベルを一定にする増幅器である。つまり、電
力増幅器１２１ａ，１２１ｂ,...，１２１ｎへの信号の
入力レベルを一定にするために、入力レベルの変動に対
し利得を可変にして出力レベルを一定にするアンプであ
って、ＡＧＣアンプ１２４内での信号の位相変動につい
ては補償されていないため、ＡＧＣアンプ１２４内で信
号は時間的に位相が変動する。However, as shown in FIG. 4, normally, the receiving circuit 102 includes a band-pass filter 123 for passing only the frequency band of the pilot signal and an AGC (Active Gai).
n Control) amplifier 124. The AGC amplifier 124 is an amplifier that varies the gain and keeps the output level constant with respect to the fluctuation of the input level. That is, in order to keep the signal input level to the power amplifiers 121a, 121b,... Since the phase fluctuation of the signal in the signal 124 is not compensated, the phase of the signal changes in time in the AGC amplifier 124.
【００２１】このため、ＡＧＣアンプ１２４内で信号の
位相が時間的に変動すると、マイクロ波ビームの指向性
に大きな影響を及ぼし、マイクロ波受電装置に効率良く
送電が行なえなくなるといった問題が発生する。Therefore, if the phase of the signal fluctuates with time in the AGC amplifier 124, the directivity of the microwave beam is greatly affected, and a problem arises in that the power cannot be efficiently transmitted to the microwave power receiving device.
【００２２】[0022]
【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたもので、マイクロ波のビームの指向性が良好
で、効率良く送電を行なうことができるマイクロ波送電
装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a microwave power transmitting device which has good directivity of a microwave beam and can transmit power efficiently. With the goal.
【００２３】[0023]
【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
送電装置は、受電物体から送られてきた所定の周波数を
持つパイロット信号を受信する複数の受信アンテナと、
受信アンテナで受信したパイロット信号を一定のレベル
になるように増幅または減衰する受信回路と、この受信
回路から出力されたパイロット信号と位相が共役でかつ
パイロット信号のｎ倍の周波数の信号を発生する位相共
役回路と、パイロット信号の到来方向を検出する角度検
出回路と、この角度検出回路から出力されたパイロット
信号の到来方向を表す信号に基づいて送電アンテナから
送電されるマイクロ波が受電物体に集束する位相差を演
算する演算処理部と、この演算処理部から出力された信
号によって前記位相共役回路から出力された信号に位相
差を生じさせる可変位相器と、外部から供給された電力
を前記可変位相器から出力された信号の位相および周波
数のマイクロ波に増幅する電力増幅器と、この電力増幅
器から出力されたマイクロ波を受電物体へ送電する前記
送電アンテナとから基本的に構成されるマイクロ波送電
装置において、前記受信回路へ入力されるパイロット信
号と前記受信回路から出力されるパイロット信号との位
相差を検出する位相差検出回路をそなえ、かつ、この位
相差検出回路から出力された信号および前記角度検出回
路から出力されたパイロット信号の到来方向を表す信号
に基づいて送電アンテナから送電されるマイクロ波が受
電物体に集束する位相差を前記演算処理部において演算
する構成としたことを特徴としている。According to the present invention, there is provided a microwave power transmitting apparatus comprising: a plurality of receiving antennas for receiving a pilot signal having a predetermined frequency transmitted from a power receiving object;
A receiving circuit for amplifying or attenuating a pilot signal received by a receiving antenna to a predetermined level, and a signal having a phase conjugate with the pilot signal output from the receiving circuit and having a frequency n times the pilot signal is generated. A phase conjugate circuit, an angle detection circuit for detecting the direction of arrival of the pilot signal, and a microwave transmitted from the power transmission antenna based on the signal indicating the direction of arrival of the pilot signal output from the angle detection circuit is focused on the power receiving object. An arithmetic processing unit that calculates a phase difference to be performed, a variable phase shifter that causes a signal output from the phase conjugate circuit to generate a phase difference based on a signal output from the arithmetic processing unit, and an externally supplied power that is variable. A power amplifier for amplifying the phase and frequency of the signal output from the phase shifter into microwaves, and a power amplifier output from the power amplifier. In a microwave power transmitting device basically including the power transmitting antenna for transmitting an microwave to a power receiving object, a phase difference between a pilot signal input to the receiving circuit and a pilot signal output from the receiving circuit is detected. A microwave transmitted from a power transmitting antenna based on a signal output from the phase difference detecting circuit and a signal indicating an arrival direction of a pilot signal output from the angle detecting circuit. A phase difference converging on an object is calculated by the arithmetic processing unit.
【００２４】[0024]
【発明の作用】本発明に係るマイクロ波送電装置は上記
した構成としており、レトロディレクティブ方式を適用
した電気エネルギをマイクロ波で受電物体としての目標
物体に送電するマイクロ波送電装置において、パイロッ
ト信号の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィル
タおよびＡＧＣアンプからなる受信回路へ入力されるパ
イロット信号と前記受信回路から出力されるパイロット
信号との位相差を検出する位相差検出回路をそなえたこ
とにより、受信回路において発生する信号の位相変動が
位相差として検出されることとなり、この位相差と角度
検出回路によって検出されたパイロット信号の到来方向
との情報に基づいて、送電アンテナから送電されるマイ
クロ波が受電物体に集束するような位相差を演算処理部
において演算する構成としたことにより、送電アンテナ
から送電されるマイクロ波の位相が正確に制御されるた
め、マイクロ波のビームの指向性が良好なものとなり、
その結果、効率の良いマイクロ波送電がもたらされるこ
ととなると共に、マイクロ波ビームにずれが生じないマ
イクロ波送電装置がもたらされることとなる。The microwave power transmitting device according to the present invention has the above-described configuration, and is a microwave power transmitting device that transmits electric energy to which a retrodirective method is applied to a target object as a power receiving object by using a microwave. By providing a phase difference detection circuit for detecting a phase difference between a pilot signal input to a reception circuit including a band-pass filter and an AGC amplifier that passes only the frequency band and a pilot signal output from the reception circuit, reception is improved. The phase variation of the signal generated in the circuit will be detected as a phase difference, and based on the information on the phase difference and the arrival direction of the pilot signal detected by the angle detection circuit, the microwave transmitted from the power transmission antenna will be detected. Calculate the phase difference that converges on the receiving object in the processing unit By was formed, since the phases of microwaves that are transmitted from the power transmission antenna is precisely controlled, directional microwave beam is satisfactory,
As a result, an efficient microwave power transmission is provided, and a microwave power transmission device in which the microwave beam is not shifted is provided.
【００２５】[0025]
【実施例】以下、本発明に係るマイクロ波送電装置の実
施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る
マイクロ波送電装置の一実施例を示している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the microwave power transmitting device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the microwave power transmitting device according to the present invention.
【００２６】図１において、複数の送電アンテナのうち
の１つのマイクロストリップ送電アンテナ素子１４に対
し、図外の受電物体から送信されたパイロット信号を受
信するための受信アンテナ１，２，３，４が設けられて
おり、また、送電アンテナは、マイクロストリップアン
テナ素子１４が複数集まって形成される。In FIG. 1, a receiving antenna 1, 2, 3, 4 for receiving a pilot signal transmitted from a power receiving object (not shown) is applied to one microstrip power transmitting antenna element 14 of a plurality of power transmitting antennas. The power transmission antenna is formed by collecting a plurality of microstrip antenna elements 14.
【００２７】受信アンテナ１で受信した周波数ｆ0 （例
えば、８ＧＨｚ）のパイロット信号は、受信回路５にお
いて、分波器６によりバンドパスフィルタ７に入力され
る信号と位相検出回路１０に入力される信号とに分波さ
れる。In the receiving circuit 5, the pilot signal of the frequency f 0 (for example, 8 GHz) received by the receiving antenna 1 is input to the band-pass filter 7 by the demultiplexer 6 and to the phase detection circuit 10. It is split into a signal and a signal.
【００２８】バンドパスフィルタ７は、パイロット信号
の周波数帯域のみ通過させるフィルタであり、このバン
ドパスフィルタ７から出力された信号はＡＧＣアンプ８
に入力される。The band-pass filter 7 is a filter that passes only the frequency band of the pilot signal, and the signal output from the band-pass filter 7 is an AGC amplifier 8.
Is input to
【００２９】ＡＧＣアンプ８は、入力されたパイロット
信号を増幅または減衰して所定の振幅の信号にする。こ
れは、電力増幅器１３への入力レベルを一定に保つため
である。ＡＧＣアンプ８から出力された信号を分波器９
により分波して、一方の信号を位相共役回路１１に入力
し、他方の信号を位相差検出回路１０に入力する。The AGC amplifier 8 amplifies or attenuates the input pilot signal into a signal having a predetermined amplitude. This is to keep the input level to the power amplifier 13 constant. The signal output from the AGC amplifier 8 is divided by the splitter 9
, And one signal is input to the phase conjugate circuit 11 and the other signal is input to the phase difference detection circuit 10.
【００３０】位相共役回路１１は、入力された信号と位
相が共役なｎ倍周波数の基準マイクロ波信号を生成して
可変位相器１２へ出力する。The phase conjugate circuit 11 generates a reference microwave signal having an n-fold frequency conjugate in phase with the input signal, and outputs the generated signal to the variable phase shifter 12.
【００３１】位相検出回路１０は、入力された分波器６
および９により分波された２つの信号、すなわち、受信
回路５への入力信号と受信回路５からの出力信号との位
相差を検出し、その位相差を示す信号を演算処理部１９
に入力する。The phase detection circuit 10 is provided with the input duplexer 6
And 9, the phase difference between the input signal to the receiving circuit 5 and the output signal from the receiving circuit 5 is detected, and a signal indicating the phase difference is calculated by the arithmetic processing unit 19.
To enter.
【００３２】一方、残りの３つの受信アンテナ２，３，
４は、受信したパイロット信号をそれぞれ受信回路１
５，１６，１７へ出力する。On the other hand, the remaining three receiving antennas 2, 3,
Reference numeral 4 denotes a receiving circuit for receiving the pilot signals.
Output to 5,16,17.
【００３３】受信回路１５，１６，１７では、このパイ
ロット信号を所定のレベルに増幅または減衰して角度検
出回路１８へ出力する。なお、受信回路１５，１６，１
７の構成は、受信回路５の構成と同じである。The receiving circuits 15, 16 and 17 amplify or attenuate the pilot signal to a predetermined level and output it to the angle detecting circuit 18. The receiving circuits 15, 16, 1
The configuration of 7 is the same as the configuration of the receiving circuit 5.
【００３４】角度検出回路１８は、ＲＦ干渉計を備えて
おり、３個の受信アンテナ２〜４により受信したパイロ
ット信号の位相差を計ることにより受電物体の方向を求
め、その方向を示す角度信号を演算処理部１９へ出力す
る。The angle detecting circuit 18 is provided with an RF interferometer, determines the direction of the power receiving object by measuring the phase difference between the pilot signals received by the three receiving antennas 2 to 4, and obtains the angle signal indicating the direction. Is output to the arithmetic processing unit 19.
【００３５】演算処理部１９は、マイクロコンピュータ
を備えており、位相差検出回路１０から入力された位相
差を示す信号および角度検出回路１８から入力された角
度信号に基づいて送電アンテナのアンテナ素子１４から
出力されるマイクロ波が受電物体の図示しない受電アン
テナに収束するようなマイクロ波の位相差を演算して可
変位相器１２へ出力する。The arithmetic processing unit 19 includes a microcomputer, and based on the signal indicating the phase difference inputted from the phase difference detecting circuit 10 and the angle signal inputted from the angle detecting circuit 18, the antenna element 14 of the power transmitting antenna is provided. , And calculates a microwave phase difference such that the microwave output from the power receiving object converges on a power receiving antenna (not shown) of the power receiving object, and outputs the result to the variable phase shifter 12.
【００３６】可変位相器１２は、それぞれ、演算処理部
１９から入力された位相差信号にしたがって位相共役回
路１１から入力された基準位相のマイクロ波に位相差を
生じさせ、電力増幅器１３へ出力する。Each of the variable phase shifters 12 generates a phase difference in the reference phase microwave input from the phase conjugate circuit 11 according to the phase difference signal input from the arithmetic processing unit 19, and outputs the microwave to the power amplifier 13. .
【００３７】電力増幅器１３は、外部電源２０より供給
された電力を可変位相器１２から出力される信号の位相
および周波数のマイクロ波に増幅し、送電アンテナのア
ンテナ素子１４へ出力する。The power amplifier 13 amplifies the power supplied from the external power supply 20 into a microwave having the phase and frequency of the signal output from the variable phase shifter 12, and outputs the microwave to the antenna element 14 of the power transmission antenna.
【００３８】送電アンテナのアンテナ素子１４はそれぞ
れ、電力増幅された位相差を有する周波数ｎ・ｆ0 のマ
イクロ波を受電物体に向けて放射する。Each of the antenna elements 14 of the power transmitting antenna radiates a microwave having a frequency n · f 0 having a phase difference amplified by power toward a power receiving object.
【００３９】したがって、この実施例においては、受信
回路５を構成するバンドパスフィルタ７およびＡＧＣア
ンプ８によって発生するパイロット信号の位相の変動を
位相差検出回路１０によって２つの信号の位相差として
検出し、この位相差の情報を演算処理部１９へ送り、演
算処理部１９においては、パイロット信号の到来方向の
情報および前記受信回路内の位相差の情報に基づいて受
電アンテナに収束するようなマイクロ波の位相差を演算
してマイクロ波の位相を制御するため、指向性に優れた
マイクロ波ビームの送電が可能となり、この結果、効率
の良いマイクロ波による電力の送電が可能となる。Therefore, in this embodiment, the phase difference of the pilot signal generated by the band pass filter 7 and the AGC amplifier 8 constituting the receiving circuit 5 is detected by the phase difference detecting circuit 10 as the phase difference between the two signals. The information on the phase difference is sent to the arithmetic processing unit 19, and the arithmetic processing unit 19 uses the microwaves converging to the power receiving antenna based on the information on the arrival direction of the pilot signal and the information on the phase difference in the receiving circuit. The phase difference is calculated to control the phase of the microwave, so that it is possible to transmit a microwave beam having excellent directivity, and as a result, it is possible to transmit power efficiently using the microwave.
【００４０】上記の実施例においては、バンドパスフィ
ルタ７の前段に分波器６およびＡＧＣアンプ８の後段に
分波器９を設けて、分波器６および９からそれぞれ位相
検出回路１０に信号を入力しているが、バンドパスフィ
ルタ７によって発生する位相遅れ角をあらかじめ求めて
おき、この位相遅れ角の情報を演算処理部に保持してお
くことにより、分波器６をバンドパスフィルタ７の後段
に設けてＡＧＣアンプ８における位相変動のみを検出す
る構成とすることもできる。In the above-described embodiment, the duplexer 6 and the duplexer 9 are provided before the bandpass filter 7 and after the AGC amplifier 8, respectively. However, the phase delay angle generated by the band-pass filter 7 is obtained in advance, and the information of the phase delay angle is stored in the arithmetic processing unit. A configuration may be provided at the subsequent stage to detect only a phase change in the AGC amplifier 8.
【００４１】なお、図１において示したマイクロ波送電
装置は、１つの送電アンテナ素子１４につき４つの受信
アンテナ１，２，３，４を設ける構成のものとしたが、
図２に示したマイクロ波送電装置のように、複数の送電
アンテナ素子１４につき４つの受信アンテナ１，２，
３，４を設ける構成とすることも可能であることは言う
までもない。The microwave power transmitting apparatus shown in FIG. 1 has a configuration in which four receiving antennas 1, 2, 3, and 4 are provided for one power transmitting antenna element 14.
As in the microwave power transmitting device shown in FIG. 2, four receiving antennas 1, 2, 2,
Needless to say, a configuration in which 3 and 4 are provided is also possible.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
マイクロ波送電装置によれば、レトロディレクティブ方
式を適用した電気エネルギをマイクロ波で受電物体とし
ての目標物体に送電するマイクロ波送電装置において、
パイロット信号の周波数帯域のみを通過させるバンドパ
スフィルタおよびＡＧＣアンプからなる受信回路へ入力
されるパイロット信号と前記受信回路から出力されるパ
イロット信号との位相差を検出する位相差検出回路をそ
なえたことにより、受信回路において発生する信号の位
相変動が位相差として検出でき、この位相差情報と角度
検出回路によって検出されたパイロット信号の到来方向
の情報とに基づいて、送電アンテナから送電されるマイ
クロ波が受電物体に集束するような位相差を演算処理部
において演算する構成としたことにより、送電アンテナ
から送電されるマイクロ波の位相を正確に制御すること
が可能となり、マイクロ波のビームの指向性を良好なも
のとすることができ、その結果、効率の良いマイクロ波
による電力の送電ができるという優れた効果が得られる
と共に、マイクロ波ビームにずれが生じないマイクロ波
送電装置とすることができる。As described above, according to the microwave power transmitting device according to the present invention, the microwave power transmitting device for transmitting the electric energy to which the retrodirective method is applied to the target object as the power receiving object by the microwave is provided. ,
A band-pass filter that passes only the frequency band of the pilot signal and a phase difference detection circuit that detects a phase difference between a pilot signal input to a reception circuit including an AGC amplifier and a pilot signal output from the reception circuit; Thus, the phase variation of the signal generated in the receiving circuit can be detected as a phase difference, and the microwave transmitted from the power transmitting antenna is transmitted based on the phase difference information and the information on the arrival direction of the pilot signal detected by the angle detecting circuit. Is configured to calculate the phase difference at which it converges on the power receiving object in the arithmetic processing unit, so that the phase of the microwave transmitted from the power transmission antenna can be accurately controlled, and the directivity of the microwave beam can be controlled. Can be improved, and as a result, efficient microwave power transmission Excellent an effect is obtained that it may be a microwave power transmission device not lag behind the microwave beam.
【図１】本発明に係るマイクロ波送電装置の一実施例の
構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an embodiment of a microwave power transmitting device according to the present invention.
【図２】マイクロ波送電装置におけるレトロディレクテ
ィブ方式の原理を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle of a retrodirective system in a microwave power transmitting device.
【図３】従来のマイクロ波送電装置の構成を示す説明図
である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a conventional microwave power transmission device.
【図４】従来のマイクロ波送電装置における受信回路の
構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a receiving circuit in a conventional microwave power transmitting device.
１〜４ 受信アンテナ ５ 受信回路（位相制御部側） ６ 分波器（入力側） ７ バンドパスフィルター ８ ＡＧＣアンプ ９ 分波器（出力側） １０ 位相差検出回路 １１ 位相共役回路 １２ 可変位相器 １３ 電力増幅器 １４ 送電アンテナ素子 １５〜１７ 受信回路（信号処理部側） １８ 角度検出回路 １９ 演算処理部 ２０ 外部電源 1-4 Receiving antenna 5 Receiving circuit (phase control unit side) 6 Demultiplexer (input side) 7 Bandpass filter 8 AGC amplifier 9 Demultiplexer (output side) 10 Phase difference detection circuit 11 Phase conjugate circuit 12 Variable phase shifter DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Power amplifier 14 Power transmission antenna element 15-17 Receiving circuit (signal processing part side) 18 Angle detection circuit 19 Operation processing part 20 External power supply
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−112635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−97704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−218008（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−188202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−78370（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−327172（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−16047（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−11562（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−10994（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許5068669（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 17/00 H01Q 3/26 G01S 7/00 - 7/66 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-112635 (JP, A) JP-A-57-97704 (JP, A) JP-A-59-218008 (JP, A) JP-A-59-188202 (JP, A) JP-A-60-78370 (JP, A) JP-A-6-327172 (JP, A) JP-B1-116047 (JP, B2) JP-B3-11562 (JP, B2) JP-B 4-10994 (JP, B2) U.S. Pat. No. 5,086,669 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02J 17/00 H01Q 3/26 G01S 7 /00-7/66
Claims (1)
持つパイロット信号を受信する複数の受信アンテナと、
受信アンテナで受信したパイロット信号を一定のレベル
になるように増幅または減衰する受信回路と、この受信
回路から出力されたパイロット信号と位相が共役でかつ
パイロット信号のｎ倍の周波数の信号を発生する位相共
役回路と、パイロット信号の到来方向を検出する角度検
出回路と、この角度検出回路から出力されたパイロット
信号の到来方向を表す信号に基づいて送電アンテナから
送電されるマイクロ波が受電物体に集束する位相差を演
算する演算処理部と、この演算処理部から出力された信
号によって前記位相共役回路から出力された信号に位相
差を生じさせる可変位相器と、外部から供給された電力
を前記可変位相器から出力された信号の位相および周波
数のマイクロ波に増幅する電力増幅器と、この電力増幅
器から出力されたマイクロ波を受電物体へ送電する前記
送電アンテナとから基本的に構成されるマイクロ波送電
装置において、前記受信回路へ入力されるパイロット信
号と前記受信回路から出力されるパイロット信号との位
相差を検出する位相差検出回路をそなえ、かつ、この位
相差検出回路から出力された信号および前記角度検出回
路から出力されたパイロット信号の到来方向を表す信号
に基づいて送電アンテナから送電されるマイクロ波が受
電物体に集束する位相差を前記演算処理部において演算
する構成としたことを特徴とするマイクロ波送電装置。A plurality of receiving antennas for receiving a pilot signal having a predetermined frequency transmitted from a power receiving object;
A receiving circuit for amplifying or attenuating a pilot signal received by a receiving antenna to a fixed level, and a signal having a phase conjugate with the pilot signal output from the receiving circuit and having a frequency n times the pilot signal is generated. A phase conjugate circuit, an angle detection circuit for detecting the direction of arrival of the pilot signal, and a microwave transmitted from the power transmission antenna based on the signal indicating the direction of arrival of the pilot signal output from the angle detection circuit is focused on the power receiving object. An arithmetic processing unit that calculates a phase difference to be performed, a variable phase shifter that causes a signal output from the phase conjugate circuit to generate a phase difference based on a signal output from the arithmetic processing unit, and an externally supplied power that is variable. A power amplifier for amplifying the phase and frequency of the signal output from the phase shifter into microwaves, and a power amplifier output from the power amplifier. In a microwave power transmitting device basically including the power transmitting antenna for transmitting an microwave to a power receiving object, a phase difference between a pilot signal input to the receiving circuit and a pilot signal output from the receiving circuit is detected. A microwave transmitted from a power transmitting antenna based on a signal output from the phase difference detecting circuit and a signal indicating an arrival direction of a pilot signal output from the angle detecting circuit. A microwave power transmission device, wherein a phase difference converged on an object is calculated in the arithmetic processing unit.
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