JP3339968B2 - Microwave power transmission equipment - Google Patents

Microwave power transmission equipment

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JP3339968B2
JP3339968B2 JP17136194A JP17136194A JP3339968B2 JP 3339968 B2 JP3339968 B2 JP 3339968B2 JP 17136194 A JP17136194 A JP 17136194A JP 17136194 A JP17136194 A JP 17136194A JP 3339968 B2 JP3339968 B2 JP 3339968B2
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見 真 志 國
邊 秋 範 渡
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株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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 from the earth into a geosynchronous orbit 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 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 an arrival direction of a pilot signal transmitted from the power receiving object using an antenna.

【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
信号からの共役移相をとり、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
This is a method in which a conjugate phase shift from a pilot signal sent from a target object as a power receiving object is taken 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3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
0 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. 3, 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 radiated 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4に示
す。
FIG. 4 shows the configuration of this microwave power transmitting device.

【0008】図4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。なお、受信回路102は、図5に示すように、
通常、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および入力信号レベルの変動に
対し、利得を可変にして出力信号のレベルを一定にする
のに用いられるAGCアンプ124から構成されてい
る。
In FIG. 4, 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. The receiving circuit 102, as shown in FIG.
Usually, it comprises a band-pass filter 123 that allows only the frequency band of the pilot signal to pass, and an AGC amplifier 124 that is used to vary the gain and keep the level of the output signal constant with respect to fluctuations in the input signal level.

【0009】ここで、図3に示す送電側の基準点P0
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。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。
Here, assuming that the phase of the input signal at the power transmitting side reference point P 0 shown in FIG. 3 is ω i · t, the phase φ i at the point P 1 is given by the following equation (3): φ i = ω i · t−ω i · r / c = ω i (t−r / c) (6) The phase φ of the output signal after compensating the phase at the point P 1 must be given by the following equation (5): φ = ωt · t−ωt · r / c = ωt (t + r / c) (7) 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個のアンテナ素子120a,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 antenna elements 120a, 120b,..., 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
ンテナの各アンテナ素子120a,120b,...,12
0nから出力されるマイクロ波が受電物体の受電アンテ
ナ(図示せず)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,114b,...,114n
へ出力する。可変位相器114a,114b,...,11
4n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1
21a,121b,...,121nへ出力する。
The arithmetic processing unit 119 includes a microcomputer, and based on the input angle signal, each of the antenna elements 120a, 120b,.
, 114n by calculating the phase difference of the microwaves such that the microwaves output from 0n converge on a power receiving antenna (not shown) of the power receiving object.
Output to Variable phase shifters 114a, 114b, ..., 11
4n respectively generate a phase difference in the reference phase microwave input from the demultiplexing circuit 113 according to the phase difference signal input from the arithmetic processing circuit 119, and
21a, 121b,..., 121n.

【0014】電力増幅器121a,121b, ...,12
1nは、送電アンテナの各アンテナ素子120a,12
0b, ...,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、送電アンテナの各アン
テナ素子120a,120b,..., 120nへ出力す
る。
The power amplifiers 121a, 121b,..., 12
1n is each antenna element 120a, 12a of the power transmission antenna.
0b,..., 120n, respectively, and converts the power supplied from the external power supply 122 into the variable phase shifters 114a,
, 114n are amplified to microwaves having the phase and frequency of signals output from the power transmitting antennas, and output to the antenna elements 120a, 120b,..., 120n of the power transmission antenna.

【0015】送電アンテナの各アンテナ素子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側の目標物体に向けて放
射する。
[0015] Each antenna element 120a,
Each of 120b,..., 120n radiates a microwave having a power-amplified phase difference toward a target object on the power receiving side.

【0016】なお、受信アンテナ103,受信回路10
2,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 10
2, the phase conjugate circuit 112, the demultiplexing circuit 113, and the variable phase shifters 114a, 114b,..., 114n constitute a phase control unit, and the receiving antennas 104 to 106 and the receiving circuit 115
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
うな従来のマイクロ波送電装置においては、受電物体と
マイクロ波送電装置との距離が大きくなる等の原因によ
って受電物体からのパイロット信号が微弱になった場
合、AGCアンプ124への入力信号レベルがAGCア
ンプ124の動作範囲外となってしまうことがあり、こ
のような場合には、AGCアンプ124からの出力信号
レベが低下し、その結果、電力増幅器121a,121
b,...,121nへの入力信号レベルが電力増幅器12
1a,121b,...,121nの線形増幅可能な入力信
号レベルの範囲外となるため、電力増幅器121a,1
21b,...,121nは非線形動作をおこして高調波を
発生してしまう。
However, in such a conventional microwave power transmitting device, the pilot signal from the power receiving object becomes weak due to an increase in the distance between the power receiving object and the microwave power transmitting device. In such a case, the level of the input signal to the AGC amplifier 124 may be out of the operating range of the AGC amplifier 124. In such a case, the level of the output signal from the AGC amplifier 124 decreases, and as a result, the power Amplifiers 121a, 121
b,..., 121n are input to the power amplifier 12
Since the input signal levels of the input signals 1a, 121b,..., 121n are outside the range that can be linearly amplified, the power amplifiers 121a, 121b,.
.., 121n perform nonlinear operations and generate harmonics.

【0019】そして、電力増幅器121a,121
b,...,121n内に高調波が発生した場合、電力増幅
器121a,121b,...,121nに使用されるFE
Tの劣化を促進させる。
The power amplifiers 121a and 121a
, 121n, the FE used for the power amplifiers 121a, 121b,.
Promotes the deterioration of T.

【0020】さらに、高調波が発生したままでの送電
は、宇宙空間においては、電力供給が限られているた
め、その時の使用電力が無駄になるという問題を有して
いる。
Further, power transmission with harmonics generated has a problem in that the power supply at that time is wasted in space because the power supply is limited.

【0021】また、高調波の発生は、スプリアス発射規
定(基本波の50dBc以下)を守ることができないと
いう問題があり、これらの問題を解決することが課題で
あった。
Further, there is a problem that generation of harmonics cannot comply with spurious emission regulations (50 dBc or less of a fundamental wave), and it has been a problem to solve these problems.

【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、高調波が発生しない送電効率のよい
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 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a microwave power transmission device which does not generate harmonics and has high power transmission efficiency.

【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AGCアンプを備えた
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、前記電力増幅器へ
入力される信号のレベルが所定のレベルより低い場合に
は電力増幅器に印加される直流バイアスをカットするバ
イアス制御回路をそなえた構成としたことを特徴として
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 provided with an AGC amplifier for amplifying or attenuating a pilot signal received by a receiving antenna to a fixed level, and a frequency conjugated to the pilot signal output from the receiving circuit and having a phase conjugate with n times the pilot signal A phase conjugate circuit that generates the signal of the following, an angle detection circuit that detects the direction of arrival of the pilot signal, and a microwave transmitted from the power transmission antenna based on the signal that represents the direction of arrival of the pilot signal output from the angle detection circuit. An arithmetic processing unit for calculating a phase difference focused on the power receiving object, a variable phase shifter for generating a phase difference in a signal output from the phase conjugate circuit by a signal output from the arithmetic processing unit, and an externally supplied A power amplifier that amplifies the applied power to a microwave having a phase and frequency of a signal output from the variable phase shifter; and In the microwave power transmitting device basically configured by the power transmitting antenna that transmits the microwave output from the width unit to the power receiving object, when the level of the signal input to the power amplifier is lower than a predetermined level, The present invention is characterized in that a bias control circuit for cutting a DC bias applied to the power amplifier is provided.

【0024】本発明に係るマイクロ波送電装置の実施態
様においては、電力増幅器へ入力される信号の信号レベ
ルが所定のレベルより低いかどうかを判断するのに、前
記受信回路におけるAGCアンプの出力を包絡線検波し
て直流化された直流信号のレベルで判断する構成とする
ことができる。
In an embodiment of the microwave power transmitting apparatus according to the present invention, the output of the AGC amplifier in the receiving circuit is used to determine whether the signal level of the signal input to the power amplifier is lower than a predetermined level. It is possible to adopt a configuration in which the envelope detection is performed and the determination is made based on the level of the DC signal converted to DC.

【0025】[0025]

【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、電力増幅
器へ入力される信号のレベルが所定のレベルより小さい
場合、すなわち、電力増幅器の線形増幅可能な入力信号
レベルの範囲外の場合には、電力増幅器に印加される直
流バイアスをカットするバイアス制御回路を備えたこと
により、電力増幅器が非線形動作をおこして高調波を発
生することがなくなり、その結果、無駄な電力が消費さ
れることがなくなり、また、電力増幅器に使用されるF
ETの劣化が促進されることがなくなり、さらに、スプ
リアス発射規定(基本波の50dBc以下)が達成され
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 for transmitting electric energy using a retrodirective method to a target object as a power receiving object by microwaves. When the level of the input signal is smaller than a predetermined level, that is, when the input signal level is out of the range of the input signal level that can be linearly amplified by the power amplifier, a bias control circuit that cuts a DC bias applied to the power amplifier is provided. As a result, the power amplifier does not operate nonlinearly to generate harmonics. As a result, unnecessary power is not consumed, and the F
Deterioration of the ET is not promoted, and the spurious emission regulation (50 dBc or less of the fundamental wave) is achieved.

【0026】ここで、電力増幅器へ入力される信号の信
号レベルが所定のレベルより低いかどうかを判断するの
に、前記受信回路におけるAGCアンプの出力を包絡線
検波して直流化された直流信号のレベルで判断する構成
とすることにより、パイロット信号が高周波の信号であ
るため、その信号レベルを検出するためにはあらたに検
出装置を付加しなければならない。
Here, in order to determine whether or not the signal level of the signal input to the power amplifier is lower than a predetermined level, a DC signal obtained by performing envelope detection on the output of the AGC amplifier in the receiving circuit and converting the signal into a DC signal is used. In this configuration, the pilot signal is a high-frequency signal. Therefore, a new detecting device must be added to detect the signal level.

【0027】しかし、受信回路のAGCアンプは入力さ
れた信号のレベルを増幅または減衰して一定の利得の出
力信号を生成する際に、出力信号の大きさに応じて増幅
または減衰の割合を制御して出力信号の大きさを一定に
保つようにするAGC制御回路を備えており、このAG
C制御回路において、出力信号の大きさを判断する際
に、AGCアンプの出力を包絡線検波して直流化された
直流信号をフィードバックしてこの情報を基に増幅また
は減衰の割合を制御しているため、AGCアンプの出力
を包絡線検波して直流化された直流信号を分波してバイ
アス制御回路に入力し、バイアス制御回路においてこの
直流信号が電力増幅器の線形増幅可能な入力信号レベル
の範囲内にあるかどうかを判断して、範囲外であるとき
には、直流バイアスはカットされることとなり、上記し
たように、高調波の発生が抑制されることとなる。
However, when the AGC amplifier of the receiving circuit amplifies or attenuates the level of the input signal to generate an output signal having a constant gain, the rate of amplification or attenuation is controlled in accordance with the magnitude of the output signal. And an AGC control circuit for keeping the magnitude of the output signal constant.
In the C control circuit, when judging the magnitude of the output signal, the output of the AGC amplifier is envelope-detected and a DC signal is fed back to control the amplification or attenuation ratio based on this information. Therefore, the output of the AGC amplifier is envelope-detected, the DC signal converted into a DC signal is demultiplexed and input to the bias control circuit, and the DC signal in the bias control circuit has an input signal level that can be linearly amplified by the power amplifier. It is determined whether it is within the range, and when it is outside the range, the DC bias is cut, and as described above, generation of harmonics is suppressed.

【0028】[0028]

【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.

【0029】図1において、複数の送電アンテナのうち
の1つの送電アンテナ素子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、送電アンテナ素子14が複数集まって形成さ
れる。
In FIG. 1, receiving antennas 1, 2, 3, and 4 for receiving a pilot signal transmitted from a power receiving object (not shown) are provided for one power transmitting antenna element 14 of a plurality of power transmitting antennas. In addition, the power transmission antenna is formed by collecting a plurality of power transmission antenna elements 14.

【0030】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に入
力される。
The pilot signal of frequency f 0 (for example, 8 GHz) received by the receiving antenna 1 is input to the receiving circuit 5.

【0031】受信回路5は、バンドパスフィルタ6およ
びAGCアンプ7から基本的に構成されており、バンド
パスフィルタ6は、パイロット信号の周波数帯域のみを
通過させるフィルタであり、このバンドパスフィルタ6
から出力された信号はAGCアンプ7に入力される。
The receiving circuit 5 is basically composed of a band-pass filter 6 and an AGC amplifier 7, and the band-pass filter 6 is a filter for passing only the frequency band of the pilot signal.
Is output to the AGC amplifier 7.

【0032】AGCアンプ7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もの
であるが、図2に示すように、AGCアンプ7内の構成
は、通常、入力されたパイロット信号を増幅または減衰
する可変増幅・減衰器8および可変増幅・減衰器8から
の出力信号の大きさに応じて可変増幅・減衰器8の増幅
または減衰の割合を制御して出力信号の大きさを一定に
保つようにするAGC制御回路9を備えている。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。
The AGC amplifier 7 amplifies or attenuates an input pilot signal to a signal having a predetermined amplitude. As shown in FIG. Variable amplifier / attenuator 8 for amplifying or attenuating the pilot signal and the rate of amplification or attenuation of variable amplifier / attenuator 8 according to the magnitude of the output signal from variable amplifier / attenuator 8 to control the output signal. An AGC control circuit 9 for keeping the size constant is provided. This is to keep the input level to the power amplifier 13 constant.

【0033】AGC制御回路9は、AGCアンプ7の出
力を包絡線検波して直流化された直流信号を可変増幅・
減衰器8にフィードバックし、この情報を基に可変増幅
・減衰器8は増幅または減衰の割合を制御してAGCア
ンプ7の出力の大きさを一定になるように制御してい
る。
The AGC control circuit 9 variably amplifies and direct-converts the direct-current DC signal by envelope detection of the output of the AGC amplifier 7.
The variable amplifier / attenuator 8 controls the rate of amplification or attenuation based on this information by feeding back to the attenuator 8 and controls the output of the AGC amplifier 7 to be constant.

【0034】図1に示したAGCアンプ7からの出力信
号は、位相共役回路11への入力信号とともに、AGC
制御回路9における前記したAGCアンプ7の出力を包
絡線検波して直流化された直流信号である。この直流信
号はバイアス制御回路10へ入力される。
The output signal from the AGC amplifier 7 shown in FIG.
This is a DC signal obtained by performing envelope detection on the output of the AGC amplifier 7 in the control circuit 9 and converting the output to DC. This DC signal is input to the bias control circuit 10.

【0035】位相共役回路11は、AGCアンプ7から
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 whose phase is conjugate to the signal input from the AGC amplifier 7 and outputs the signal to the variable phase shifter 12.

【0036】バイアス制御回路10は、AGC制御回路
9から入力された直流信号が所定のレベルより小さい場
合、つまり、電力増幅器13の線形増幅可能な入力信号
レベルの範囲にあるかどうかを判断して、電力増幅器1
3の線形増幅可能な範囲外であるときは、電力増幅器1
3の直流バイアスをカットするよう指令する信号を電力
増幅器13へ送る。あるいは、バイアス制御回路10の
一部に電力増幅器13の直流バイアスをカットする機能
をもった回路を備えることもできる。
The bias control circuit 10 determines whether the DC signal input from the AGC control circuit 9 is smaller than a predetermined level, that is, whether or not the input signal level is within a range in which the power amplifier 13 can perform linear amplification. , Power amplifier 1
3, the power amplifier 1
3 is sent to the power amplifier 13 to instruct to cut the DC bias. Alternatively, a circuit having a function of cutting the DC bias of the power amplifier 13 can be provided in a part of the bias control circuit 10.

【0037】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.

【0038】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.

【0039】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 includes an RF interferometer, and 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.

【0040】演算処理部19は、マイクロコンピュータ
ーを備えており、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 the microwave output from the antenna element 14 of the power transmitting antenna converges on the power receiving antenna of the power receiving object based on the angle signal input from the angle detecting circuit 18. The phase difference of the microwave is calculated and the variable phase shifter 12
Output to

【0041】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. .

【0042】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へ出力するが、バイアス制御回路より直
流バイアスをカットするよう指令する信号が入力された
場合には出力しない。
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 amplified microwave to the antenna element 14 of the power transmission antenna. When a signal for instructing to cut the DC bias is input from the circuit, the signal is not output.

【0043】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 subjected to power amplification toward a power receiving object.

【0044】したがって、この実施例においては、パイ
ロット信号の信号レベルに対応したAGC制御回路9に
おける直流信号がバイアス制御回路10に入力されるた
め、パイロット信号の信号レベルがマイクロ波送電装置
と受電物体との距離が離れてしまう等の原因で所定のレ
ベル以下となった場合には、バイアス制御回路10にお
いてパイロット信号の信号レベルが所定のレベル以下と
判断して電力増幅器13の直流バイアスをカットし、電
力増幅器13の出力をオフするため、電力増幅器13に
高調波が発生するのを未然に防止することができる。
Therefore, in this embodiment, since the DC signal in the AGC control circuit 9 corresponding to the signal level of the pilot signal is input to the bias control circuit 10, the signal level of the pilot signal is If the signal level falls below a predetermined level due to a cause such as the distance from the power amplifier 13 being increased, the bias control circuit 10 determines that the signal level of the pilot signal is below the predetermined level and cuts the DC bias of the power amplifier 13. Since the output of the power amplifier 13 is turned off, generation of harmonics in the power amplifier 13 can be prevented.

【0045】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3に示したマイクロ波送電装置のように、複数のアン
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 device 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. 3, four receiving antennas 1, 2, 3, 4 for a plurality of antenna elements 14 are provided.
Needless to say, it is also possible to adopt a configuration in which

【0046】[0046]

【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、電力増幅器へ入力される信号のレベル
が所定のレベルより低い場合、すなわち、電力増幅器の
線形増幅可能な入力信号レベルの範囲外の場合には、電
力増幅器に印加される直流バイアスをカットするバイア
ス制御回路を備えたことにより、電力増幅器が非線形動
作をおこして高調波を発生するのを防止することが可能
となり、その結果、無駄な電力消費を抑制でき、また、
電力増幅器に使用されるFETの劣化の促進を防止でき
る。
As described above, the microwave power transmitting apparatus according to the present invention has the above-described configuration, and transmits microwave energy to a target object as a power receiving object by applying microwave energy to the retrodirective system. In the power transmission device, when the level of the signal input to the power amplifier is lower than a predetermined level, that is, when the level of the input signal level that can be linearly amplified by the power amplifier is out of the range, the DC bias applied to the power amplifier is reduced. By providing a bias control circuit for cutting, it is possible to prevent the power amplifier from performing a non-linear operation and generating harmonics, thereby suppressing wasteful power consumption,
Acceleration of deterioration of the FET used in the power amplifier can be prevented.

【0047】さらに、高調波が発生しないため、スプリ
アス発射規定(基本波の50dBc以下)を達成するこ
とができる。
Further, since no harmonic is generated, the spurious emission regulation (50 dBc or less of the fundamental wave) can be achieved.

【0048】また、AGC制御回路におけるパイロット
信号の信号レベルに対応した直流信号の大きさをバイア
ス制御回路においてこの直流信号が電力増幅器の線形増
幅可能な入力信号レベルの範囲にあるかどうかを判断す
るため、新たに装置を付加することなしに比較的容易に
実施できるという効果が得られる。
Further, the magnitude of the DC signal corresponding to the signal level of the pilot signal in the AGC control circuit is determined in the bias control circuit as to whether or not this DC signal is within the range of the input signal level at which the power amplifier can linearly amplify. Therefore, an effect is obtained that the operation can be performed relatively easily without adding a new device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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】本発明に係るマイクロ波送電装置におけるAG
Cアンプ内の基本的構成を示す説明図である。
FIG. 2 shows an AG in the microwave power transmitting device according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a basic configuration in a C amplifier.

【図3】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. 3 is an explanatory diagram illustrating the principle of a retrodirective system in a microwave power transmitting device.

【図4】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. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a conventional microwave power transmission device.

【図5】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. 5 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a receiving circuit in a conventional microwave power transmitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜4 受信アンテナ 5 受信回路(位相制御部側) 6 バンドパスフィルタ 7 AGCアンプ 8 可変増幅・減衰器 9 AGC制御回路 10 バイアス制御回路 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 Band pass filter 7 AGC amplifier 8 Variable amplifying / attenuator 9 AGC controlling circuit 10 Bias controlling circuit 11 Phase conjugate circuit 12 Variable phase shifter 13 Power amplifier 14 Power transmitting antenna element 15-17 Receiving circuit (signal processing unit side) 18 Angle detection circuit 19 Operation processing unit 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 平6−196921(JP,A) 特開 昭63−166305(JP,A) 特開 平6−327172(JP,A) 特開 昭63−217702(JP,A) 特公 平1−16047(JP,B2) 特公 平3−11562(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-6-196921 (JP, A) JP-A-63-166305 (JP, A) JP-A-6-327172 (JP, A) JP-A-63-217702 (JP, A) 1-16047 (JP, B2) Japanese Patent Publication No. 3-11562 (JP, B2) US Patent 5,686,669 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02J 17/00 H01Q 3 / 26 G01S 7/00-7/66

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】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AGCアンプを備えた
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、前記電力増幅器へ
入力される信号のレベルが所定のレベルより低い場合に
は電力増幅器に印加される直流バイアスをカットするバ
イアス制御回路をそなえ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 provided with an AGC amplifier for amplifying or attenuating a pilot signal received by a receiving antenna to a fixed level, and a frequency conjugated to the pilot signal output from the receiving circuit and having a phase conjugate with n times the pilot signal A phase conjugate circuit that generates the signal of the following, an angle detection circuit that detects the direction of arrival of the pilot signal, and a microwave transmitted from the power transmission antenna based on the signal that represents the direction of arrival of the pilot signal output from the angle detection circuit. An arithmetic processing unit that calculates a phase difference focused on the power receiving object, a variable phase shifter that generates a phase difference in a signal output from the phase conjugate circuit by a signal output from the arithmetic processing unit, A power amplifier that amplifies the applied power to a microwave having a phase and frequency of a signal output from the variable phase shifter; and In the microwave power transmitting device basically configured by the power transmitting antenna that transmits the microwave output from the width unit to the power receiving object, when the level of the signal input to the power amplifier is lower than a predetermined level, A microwave power transmission device comprising a bias control circuit for cutting a DC bias applied to a power amplifier.
【請求項2】 電力増幅器へ入力される信号の信号レベ
ルが所定のレベルより小さいかどうかを判断するのに、
前記受信回路におけるAGCアンプの出力を包絡線検波
して直流化された直流信号のレベルで判断することを特
徴とする請求項1に記載のマイクロ波送電装置。
2. A method for determining whether a signal level of a signal input to a power amplifier is lower than a predetermined level.
2. The microwave power transmitting device according to claim 1, wherein the output of the AGC amplifier in the receiving circuit is envelope-detected and determined based on a level of a DC signal converted into a DC signal.
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