JP4370296B2 - 平衡二線線路式レクテナおよびそれを使用したレクテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、マイクロ波を受信し、このマイクロ波に基づき直流出力端子に直流出力を出力する平衡二線線路式レクテナおよびそれを使用したレクテナ装置に関するものである。

特開平５−３３５８１１号公報には、従来のレクテナが開示される。しかし、この先行技術に開示された従来のレクテナは、その図７に示すような平面パターンを有しており、この平面パターンから見て、下主面が地導体層で覆われた基板を用いるマイクロストリップ線路を使用するものと推察され、その上主面に図７の平面パターンを配置したものと推察される。

特開平５−３３５８１１号公報、とくに図７

先行技術のマイクロストリップ線路では、図１５に示すように、基板の厚さｈが小さい場合に、アンテナの放射効率が大きく低下する。この図１５において、λ_０は真空中におけるマイクロ波の波長であり、またε_ｒは基板の比誘電率である。このアンテナの放射効率の低下は、アンテナの受信効率の低下を意味し、マイクロ波の受信効率の低下により、直流変換出力が小さくなる問題もある。

この発明は、平衡二線線路式レクテナおよびそれを用いたレクテナ装置を提案するものである。

この発明による平衡二線線路式レクテナは、基板の一主面上に、平衡二線型のアンテナと、平衡二線線路と、整流回路と、負荷抵抗と、直流出力端子とを備え、平衡二線型のアンテナによりマイクロ波を受信し、このマイクロ波に基づき前記直流出力端子に直流電力を出力する平衡二線線路式レクテナであって、平衡二線型のアンテナは、基板の一主面上に相対向する一対のアンテナ素子を有し、平衡二線線路は、基板の一主面上で各アンテナ素子の中央側端部に接続されそれらの各アンテナ素子の対向方向と直交する方向に延びる互いに平行な一対の線路を有し、整流回路は、一対の線路のそれぞれの配置された直流遮断用キャパシタと、直流遮断用キャパシタの後段で一対の線路間に配置されたショットキーダイオードと、このショットキーバリアダイオードの後段でこのショットキーバリアダイオードから所定間隔だけ離れて一対の線路間に配置された平滑用キャパシタとを有し、負荷抵抗は、平滑用キャパシタの後段において、一対の線路の間に接続され、直流出力端子は、平滑用キャパシタの後段で前記一対の線路のそれぞれに接続されており、マイクロ波の波長をλｇとして、所定間隔をλｇ／２２．５からλｇ／１４の範囲に設定したことを特徴とする。

また、この発明によるレクテナ装置は、基板の一主面上に、複数個の平衡二線線路式レクテナをアレイ状に配置し、これらの各平衡二線線路式レテクナを共通の集電線路に接続したレクテナ装置であって、各平衡二線線路式レクテナのそれぞれは、前記基板の一主面上に、平衡二線型のアンテナと、平衡二線線路と、整流回路と、直流出力端子とを備え、平衡二線型のアンテナは、前記基板の一主面上に相対向する一対のアンテナ素子を有し、平衡二線線路は、前記基板の一主面上で前記各アンテナ素子の中央側端部に接続されそれらの各アンテナ素子の対向方向と直交する方向に延びる互いに平行な一対の線路を有し、整流回路は、一対の線路のそれぞれに配置された直流遮断用キャパシタと、直流遮断用キャパシタの後段で一対の線路間に配置されたショットキーバリアダイオードと、このショットキーバリアダイオードの後段でこのショットキーバリアダイオードから所定間隔だけ離れて一対の線路間に配置された平滑用キャパシタを有し、直流出力端子は、前記平滑用キャパシタの後段で一対の線路のそれぞれに接続されており、マイクロ波の波長をλｇとして、前記所定間隔は、λｇ／２２．５からλｇ／１４の範囲に設定され、また集電線路は、各平衡二線線路式レクテナの直流出力端子のそれぞれに接続された一対の集電路と、これらの各集電路のそれぞれに接続された直流取出端子を有し、直流取出端子の近くには負荷抵抗が配置され、この負荷抵抗は、一対の集電路の間に接続されたことを特徴とする。

この発明による平衡二線線路式レクテナは、基板の一主面に、平衡二線型のアンテナと、平衡二線線路と、整流回路と、負荷抵抗と、直流出力端子とを有するので、基板の一主面上に、容易に製造できる。また、マイクロ波の波長をλｇとして、ショットキーバリアダイオードと平滑用キャパシタとの間隔を、λｇ／２２．５からλｇ／１４の範囲に設定するので、最大の直流出力の変換効率で動作されることができる。また、この発明による平衡二線線路式レクテナは、基板の厚さに関係なく、常に高いアンテナの放射効率（アンテナの受信効率）を得ることができる。

この発明による平衡二線線路式レクテナ装置は、基板の一主面上に、複数個の平衡二線線路式レクテナをアレイ状に配置し、これらの各平衡二線線路式レテクナを共通の集電線路に接続したレクテナ装置であって、各平衡二線線路式レクテナは、基板の一主面に、平衡二線型のアンテナと、平衡二線線路と、整流回路と、直流出力端子とを有し、また、レクテナ装置の集電線路は、各平衡二線線路式レクテナの直流出力端子のそれぞれに接続された一対の集電路と、これらの各集電路のそれぞれに接続された直流取出端子を有し、直流取出端子の近くには負荷抵抗が配置され、この負荷抵抗は、一対の集電路の間に接続されたので、フィルム基板の一主面上に、容易に製造できる。また、マイクロ波の波長をλｇとして、ショットキーバリアダイオードと平滑用キャパシタとの間隔を、λｇ／２２．５からλｇ／１４の範囲に設定することで、各平衡二線線路式レクテナを、最大変換効率で直流電力を得ることが可能となる。また、この発明による平衡二線線路式レクテナ装置は、基板の一主面上に複数個の平衡二線線路式レクテナをアレイ状に配置して構成されるので、例えば地表に存在する潅木を覆うように配置し、潅木への光を確保しながら、凹凸のある潅木の上面を効果的に覆うことができる。またフィルム基板の厚さに関係なく、常に高いアンテナの放射効率（アンテナの受信効率）を得ることができる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明による平衡二線線路式レクテナの実施の形態１の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図、図３は、実施の形態１による平衡二線線路式レクテナの等価回路図、図４は、実施の形態１による平衡二線線路式レクテナの整流回路の動作説明用の回路モデル、図５および図６はその整流回路の動作説明用波形図、図７および図８は、実施の形態１による平衡二線線路式レクテナの特性図である。

実施の形態１の平衡二線線路式レクテナ１０は、基板１１を用いて構成される。この基板１１は、例えば厚さが２５〜１２５（μｍ）のポリイミドフィルムを用いて構成される。このポリイミドフィルムは、可撓性と太陽光に対する透過性を有する。ポリイミドフィルムに代って、前記と同じ厚さのポリエチレンテレフタレートを用いて基板１１を構成することもできる。このポリエチレンテレフタレートも可撓性と太陽光に対する光透過性を有する。

基板１１は、図２に示すように、相対向する一対の主面１１Ａ、１１Ｂを有する。主面１１Ａは、上主面であり、主面１１Ｂは下主面である。マイクロストリップ線路に用いられる基板は、その下主面の全面が地導体層で覆われるが、この実施の形態１で用いられる基板１１は、その下主面１１Ｂには、地導体層は設けられていない。この下主面１１Ｂには何も配置されず、下主面１１Ｂはその全面が露出している。基板１１の厚さをｈとする。

基板１１の上主面１１Ａ上に、平衡二線線路式レクテナ１０が配置される。この平衡二線線路式レクテナ１０は、平衡二線型のアンテナ２０と、平衡二線線路３０と、入力フィルタ４０と、直流遮断キャパシタ回路５０を含む整流回路６０と、負荷抵抗７０と、直流出力部８０とを含む。これらの平衡二線型のアンテナ２０、平衡二線線路３０、入力フィルタ４０、直流遮断キャパシタ回路５０、整流回路６０、負荷抵抗７０、および直流出力部８０は、いずれも基板１１の上主面１１Ａだけに配置され、下主面１１Ｂには配置されない。

平衡二線型のアンテナ２０は、マイクロ波を受信するダイポールアンテナであり、相対向する一対のアンテナ素子２１、２２を有する。マイクロ波は、例えば５．８（ＧＨｚ）の基本周波数ｆを有し、その波長λｇは４５（ｍｍ）である。これらのアンテナ素子２１、２２は、互いに同じ形状と寸法を有し、それらが対向する方向に、長さａを有する。この各アンテナ素子２１、２２の中央側端部２１ａ、２２ａは、互いに間隔ｄを隔てて相対向している。この間隔ｄは、例えば１（ｍｍ）とされる。各アンテナ素子２１，２２は、銅で作られる。

各アンテナ素子２１、２２の中央側端部２１ａ、２２ａから、平衡二線線路３０が引き出される。この平衡二線線路３０は、互いに平行な一対の線路３１、３２を有する。これらの一対の線路３１、３２は、各アンテナ素子２１、２２の中央側端部２１ａ、２２ａから、それらの対向する方向と直交する方向に、互いに平行に延びている。これらの一対の線路３１、３２の間の線路間隔ｄも例えば１（ｍｍ）である。一対の線路３１、３２の線路幅Ｗは、例えば２（ｍｍ）とされ、その厚さは１８〜４０（μｍ）とされる。この各線路３１，３２も、アンテナ素子と同じ材料で作られる。

入力フィルタ４０は、整流回路６０で発生する高調波を抑制するもので、平衡二線型のアンテナ２０の後段に設けられる。この入力フィルタ４０は、一対のフィルタ素子４１、４２を有する。この一対のフィルタ素子４１、４２は、それぞれ各線路３１、３２をパターン化して形成されており、これらの一対のフィルタ素子４１、４２により、入力フィルタ４０のインダクタンスとキャパシタンスを構成する。

整流回路６０は、平衡二線型のアンテナ２０で受信されたマイクロ波を整流して、直流電圧に変換する回路であり、直流遮断キャパシタ回路５０と、ショットキーバリアダイオード６１と、平滑用キャパシタ６２を有する。直流遮断キャパシタ回路５０は、入力フィルタ４０の後段に設けられ、整流回路６０からアンテナ素子２１、２２および入力フィルタ４０への直流電圧を遮断する。この直流遮断キャパシタ回路５０は、一対の直流遮断用キャパシタ５１、５２を有する。これらの各直流遮断用キャパシタ５１、５２は、各線路３１、３２を分断するように、各線路３１、３２に挿入されている。

ショットキーバリアダイオード６１は、直流遮断キャパシタ回路５０の後段にそれと隣接するようにして、線路３１、３２の間に配置される。平滑用キャパシタ６２は、ショットキーバリアダイオード６１の後段に、このショットキーバリアダイオード６１から所定間隔Ｌだけ離れて、線路３１、３２の間に配置される。この平滑用キャパシタ６２は出力フィルタ６５を構成する。この平滑用キャパシタ６２のキャパシタンスは、１〜１００（ｐＦ）、例えば５（ｐＦ）とされる。

負荷抵抗７０は、平滑用キャパシタ６２の後段で、線路３１、３２の間に配置される。この負荷抵抗７０の抵抗値は、８００〜２０００（Ω）、例えば１０００（Ω）とされる。

直流出力部８０は、線路３１、３２のアンテナ２０から最も離れた部分に形成される。この直流出力部８０は、一対の直流出力端子８１、８２を有する。これらの直流出力端子８１、８２は、各線路３１、３２のそれぞれに接続される。直流出力端子８１は、正側の直流出力端子であり、また直流出力端子８２は、負側の直流出力端子である。

図３は、実施の形態１による平衡二線線路式レクテナの等価回路図である。平衡二線型のアンテナ２０は、平衡二線線路３１、３２に接続され、入力フィルタ４０、直流遮断用キャパシタ５１、５２を介して整流回路６０のショットキーバリアダイオード６１に接続される。ショットキーバリアダイオード６１の出力側には、図１の平滑用キャパシタ６２を含んだ出力フィルタ６５を介して負荷抵抗７０が接続される。

実施の形態１において、整流回路６０のショットキーバリアダイオード６１は、アンテナ２０で受信されたマイクロ波を全波整流する。このマイクロ波の基本周波数がｆ_０であり、その基本角周波数ω_０は２πｆ_０である。図４は、実施の形態１の整流回路６０の回路モデルであり、図５は基本波と２倍高調波の波形を示し、また図６は全波整流波形を示す。

図４において、ショットキーバリアダイオード６１からその出力側を見ると、基本波の周波数ｆ_０の２π倍をω_０とすると、ω_０、３ω_０、５ω_０・・・では、インピーダンスオープン（開放）に見え、また２ω_０、４ω_０、６ω_０では、ショート（短絡）に見える。すなわち、直流成分および偶数次の高調波以外は、ショットキーバリアダイオード６１からその出力側には流れない。よって、ショットキーバリアダイオード６１への入力電流Ｉ_１は、基本波（周波数ｆ_０、角周波数ω_０）の交流で構成され、またショットキーバリアダイオード６１からの出力電流Ｉ_２は、直流成分と偶数次の高調波（角周波数２ｎω_０、ただしｎは正の整数）から構成される。なお、図４において、Ｄｉｏｄｅはショットキーバリアダイオード６１であり、Ｃは平滑用キャパシタ６２であり、Ｒは負荷抵抗７０である。またλｇはマイクロ波の基本周波数ｆ_０に対応する波長であり、λｇ／４＠ω_０は、基本角周波数ω_０におけるλｇ／４を表している。

入力電流Ｉ_１は、基本波のみで構成されるので、次の式（１）で表される。なお、式（１）において、Ｉ _０ は基本波電流の振幅である。
Ｉ_１（ｔ）＝Ｉ_０ｓｉｎ（ωｔ） （１）
ショットキーバリアダイオード６１は、図５の０≦ｔ≦Ｔ／２（０≦ωｔ≦π）の半周期において、インピーダンスオープン（Ｉ_Ｒ＝０）となるため、この半周期における出力電流Ｉ_２は、次の式（２）で表される。
Ｉ_２（ｔ）＝Ｉ_０ｓｉｎ（ωｔ） （ただし０≦ｔ≦Ｔ／２） （２）

ここで、出力電流Ｉ_２（ｔ）は偶数次の高調波で構成されるので（ω＝２ω_０、４ω_０、６ω_０・・・）、出力電流Ｉ_２（ωｔ）は次の式（３）で表される。
Ｉ_２（ωｔ）＝Ｉ_２（ωｔ＋π） （３）

図５において、実線で示される基本波の周期がＴであり、破線で示される２倍高調波の周期がＴ／２であり、式（３）の関係は、４倍、６倍の各偶数次の高調波についても、同様に成り立つ。したがって、Ｉ_２（ｔ）は、周期０≦ｔ≦Ｔ／２と、Ｔ／２≦ｔ≦Ｔにおいて、同じ正の値となり、そのピーク値がＩ _０ の全波整流の正弦波となる。すなわち、Ｉ_２（ωｔ）は次の式（４）で表わされ、図６のように変化する。
Ｉ_２（ωｔ）＝Ｉ_０｜ｓｉｎ（ωｔ）｜ （ただし０≦ｔ≦Ｔ）

実施の形態１による平衡二線線路式レクテナ１０の基板１１は、マイクロストリップ線路のような地導体層を持たないので、基板１１の厚さｈと無関係に常に高いアンテナ２０の放射効率を得ることができる。具体的には、０．１２（ｍｍ）の厚さの基板１１を用い、９５％以上の放射効率を得ることができる。

図７は、実施の形態１による平衡二線線路式レクテナの特性図であり、ショットキーバリアダイオード６１と平滑用キャパシタ６２との間の間隔Ｌ（ｍｍ）と直流変換効率η（％）との関係を実測したグラフである。アンテナ２０で受信するマイクロ波の周波数ｆ_０（基本波）は５．８（ＧＨｚ）である。この図７から明らかなように、間隔Ｌが２．０〜３．１（ｍｍ）において４０〜５０（％）の変換効率が得られる。最大変換効率は、間隔Ｌが２．６（ｍｍ）のときに、４９．７（％）の変換効率となる。基本周波数ｆ０の波長をλｇは４５（ｍｍ）であるので、間隔Ｌ＝２．０〜３．１（ｍｍ）は、λｇ／２２．５〜λｇ／１４に相当する。

図８は、実施の形態１による平衡二線線路式レクテナの特性図であり、アンテナ２０で受信するマイクロ波の入力電力（ｍＷ）と、直流変換効率η（％）との関係を示す。この図８から明らかなように、入力電力が０．１〜１０(ｍＷ）の場合に、約４０（％）以上の変換効率が得られる。とくに、入力電力が２．０〜３．０（ｍＷ）において、最大の変換効率を得ることができる。なお、平滑用キャパシタ６２のキャパシタンスと、負荷抵抗７０も抵抗値を変えることにより、１（Ｗ）の入力電力に対しても、高い直流変換効率を得られる。

なお、平衡二線線路３０では、インピーダンスは基板の厚さに因らず、線路幅Ｗおよび間隔ｄにより決定されるので、実装されるショットキーバリアダイオード６１、平滑用キャパシタ６２のチップ部材の大きさに応じて線路幅Ｗおよび線路間隔ｄを決定できる利点がある。具体的には、平衡二線線路３０を２００（Ω）系とすることで、実施の形態１のような現実的な線路幅Ｗおよび線路間隔ｄとすることができ、また４：１のインピーダンス変換度を有するバランを用いることにより、容易に５０（Ω）系の線路へ接続可能となる。

実施の形態２．
図９は、この発明による平衡二線線路式レクテナの実施の形態２の平面図である。この実施の形態２による平衡二線線路式レクテナは、図９に示すように、実施の形態１における入力フィルタ４０を削除したものである。その他は実施の形態１と同じに構成される。

入力フィルタ４０は、ショットキーバリアダイオード６１による高調波成分を抑制するものであるが、受信するマイクロ波の基本波に対しても通過損失を与え、直流変換効率ηを低下させる。ショットキーバリアダイオード６１で発生する高調波がアンテナ２０に戻り再放射される割合は、受信するマイクロ波の入力電力に比例し、入力電力は０．１（ｍＷ）以下の低電力であれば、その高調波の再放射は極く僅かとなる。実施の形態２は、入力電力が例えば０．１（ｍＷ）の場合に、入力フィルタ４０を削除し、マイクロ波の基本波に対する通過損失を解消する。なお、実施の形態２において、直流遮断用キャパシタ回路５０は、整流回路６０からアンテナ素子２１、２２への直流電圧を遮断する。

実施の形態３．
図１０は、この発明による平衡二線線路式レクテナの実施の形態３の平面図である。この実施の形態３による平衡二線線路式レクテナは、図１０に示すように、平滑用キャパシタ６２の後段に、追加平滑用キャパシタ６３を追加したものである。この追加平滑用キャパシタ６３は、平滑用キャパシタ６２から所定間隔Ｌだけ離れて、線路３１、３２の間に配置される。その他は実施の形態１と同じに構成される。

この追加平滑キャパシタ６３は、ショットキーバリアダイオード６１から距離２Ｌだけ離れている。追加平滑用キャパシタ６３は、2ｎ次高調波を平滑する効果があり、直流変換効率が増加する。この追加平滑用キャパシタ６３のキャパシタンスは、平滑用キャパシタ６２よりも小さく、１〜５（ｐＦ）、例えば１（ｐＦ）とされる。

実施の形態４．
この発明による平衡二線線路式レクテナの実施の形態４は、入力フィルタ４０として公知のチェビシェフ型の低域通過フィルタを使用するものである。このチェビシェフ型の低域通過フィルタは、実施の形態１、２、３の何れにも使用される。図１１は、チェビシェフ型低域通過フィルタの周波数特性を示す。受信するマイクロ波の基本波の周波数がｆ_０で示される。この基本周波数ｆ_０は、５．８（ＧＨｚ）である。２次高調波２ｆ_０、３次高調波３ｆ_０およびより高次の高調波では、基本周波数ｆ_０に比べて大きく減衰するので、ショットキーバリアダイオード６１からの各高調波を実質的にカットオフすることができる。

実施の形態５．
図１２から図１４は、この発明によるレクテナ装置１００の実施の形態５を示す。このレクテナ装置１００は、大きな基板１１０に、複数個の平衡二線線路式レクテナ１０をアレイ状に配置したものである。

図１２はこの実施の形態５のレクテナ装置１００の上面図であり、図１３はその下面図であり、図１４は図１２に示す上面パターン１０１と、図１３に示す下面パターン１０２を重ねて示した図である。

大きな基板１１０は、実施の形態１の基板１１と同じ材質で、マイクロストリップ線路のような地導体層を持たずに構成される。この基板１１０は、実施の形態１の基板と同じ厚さを持つように作られ、可撓性を有し、また太陽光を透過する。基板１１０は、実施の形態１の基板１１に比べて、大きさが拡大される。この発明によるレクテナ装置１００は、大きな基板１１０の上主面１１０Ａ上に形成された上面パターン１０１と、その下主面１１０Ｂに形成された下面パターン１０２を含む。

上面パターン１０１は、レクテナアレイ１０３と、直流取出部１０４と、負荷抵抗１０７と、上面側の集電線路１０８を含んでいる。レクテナアレイ１０３は、複数個のレクテナ１０をアレイ状に配置したもので、例えば３６個のレクテナ１０を、縦６列、横６行のアレイ状に配置したものである。レクテナ１０としては、実施の形態１〜４のいずれかの平衡二線線路式レクテナが使用されるが、これらの実施の形態１〜４において、負荷抵抗７０を削除したレクテナが使用される。集電線路１０８は、横方向に延びる６本の集電路１０８ａを有し、この６本の集電路１０８ａのそれぞれに、対応するレクテナ１０の直流出力端子８１が接続される。

下面パターン１０２は、下面側の集電線路１０９を含む。この集電線路１０９は、図１３に示すように、横方向に延びる６本の集電路１０９ａを有し、この６本の集電路１０９ａのそれぞれに、対応するレクテナ１０の直流出力端子８２が、スルーホール１１２を介して接続される。この下面側の集電線路１０９は、図１４に示すように、上面側の集電線路１０８とほぼ重なる位置に形成される。スルーホール１１２の数は、レクテナ１０の数と同数であり、各レクテナ１０の直流出力部８０に対応する位置に形成される。

直流取出部１０４は、一対の直流取出端子１０５、１０６を有し、一方の直流取出端子１０５は上面側の集電線路１０８に接続される。他方の直流取出端子１０６は、スルーホール１１３を介して集電線路１０９に接続される。負荷抵抗１０７は、実施の形態１〜４の負荷抵抗７０に代わるもので、直流取出端子１０５、１０６に近い部分に配置され、集電線路１０８、１０９の間に接続される。スルーホール１１３の数は、単に１個である。基板１１０の形成されるスルーホール１１２、１１３を合わせたスルーホールの数は、レクテナ１０の数に１をプラスした数となる。

実施の形態５のレクテナ装置１００は、例えば、その基板１１０が、地表に存在する潅木の上部にそれを覆うようにして配置され、その上空からのマイクロ波を各レクテナ１０の平衡二線型のアンテナ２０で受信し、直流取出部１０４から直流出力を取り出す。潅木上には、大きな面積の基板１１０を布設することができるので、より大きな直流電力を取り出すのに有効である。また、基板１１０は、可撓性を有するので、潅木の上部に凹凸があっても容易に布設できる。また、光透過性を持ち、太陽光を透過するので、基板１１０を透過した太陽光が潅木に注がれ、潅木の育成にも大きな障害を与えない。

この発明による平衡二線線路式レクテナおよびレクテナ装置は、マイクロ波から直流への変換手段などに利用される。

この発明による平衡二線線路式レクテナの実施の形態１の上面図。 図１のＡ−Ａ線による断面図。 実施の形態１の等価回路図。 実施の形態１における整流回路の動作説明用回路モデル。 実施の形態１における整流回路の動作説明用波形図。 実施の形態１における整流回路の出力波形図。 実施の形態１のショットキーバリアダイオードと平滑用キャパシタとの離間間隔と直流変換効率との関係を示す特性図。 実施の形態１のマイクロ波の入力電力と直流変換効率との関係を示す特性図。 この発明による平衡二線線路式レクテナの実施の形態２の上面図。 この発明による平衡二線線路式レクテナの実施の形態３の上面図。 この発明による平衡二線線路式レクテナに使用されるチェビシェフ型低域通過フィルタの周波数特性図。 この発明によるレクテナ装置の実施の形態５の上面図。 この発明によるレクテナ装置の実施の形態５の底面図。 この発明によるレクテナ装置の実施の形態５における上面パターンと下面パターンとを重ねた図。 従来のマイクロストリップ線路によるアンテナの放射効率の特性図。

符号の説明

１０：平衡二線線路レクテナ、１１：基板、１１Ａ：一主面、
２０：平衡二線型のアンテナ、２１、２２：アンテナ素子、３０：二線線路、
３１、３２：線路、４０：入力フィルタ、５０：直流遮断キャパシタ回路、
６０：整流回路、６１：ショットキーバリアダイオード、６２：平滑用キャパシタ、
６３：追加平滑キャパシタ、７０：負荷抵抗、８０：直流出力部、
８１、８２：直流出力端子、
１００：レクテナ装置、１１０：基板、１１０Ａ：上主面、１１０Ｂ：下主面、
１０２：上面パターン、１０３：下面パターン、１０４：直流取出部、
１０５、１０６：直流取出端子、１０７：負荷抵抗、１０８：上面側の集電線路、
１０９：下面側の集電線路。

Claims (10)

1. 基板の一主面上に、平衡二線型のアンテナと、平衡二線線路と、整流回路と、負荷抵抗と、直流出力端子とを備え、前記平衡二線型のアンテナによりマイクロ波を受信し、このマイクロ波に基づき前記直流出力端子に直流電力を出力する平衡二線線路式レクテナであって、
   前記平衡二線型のアンテナは、前記基板の一主面上に相対向する一対のアンテナ素子を有し、前記平衡二線線路は、前記基板の一主面上で前記各アンテナ素子の中央側端部に接続されそれらの各アンテナ素子の対向方向と直交する方向に延びる互いに平行な一対の線路を有し、前記整流回路は、前記一対の線路のそれぞれに配置された直流遮断用キャパシタと、前記直流遮断用キャパシタの後段で前記一対の線路間に配置されたショットキーダイオードと、このショットキーバリアダイオードの後段でこのショットキーバリアダイオードから所定間隔だけ離れて前記一対の線路間に配置された平滑用キャパシタとを有し、前記負荷抵抗は、前記平滑用キャパシタの後段において、前記一対の線路の間に接続され、前記直流出力端子は、前記平滑用キャパシタの後段で前記一対の線路のそれぞれに接続されており、
   前記マイクロ波の波長をλｇとして、前記所定間隔をλｇ／２２．５からλｇ／１４の範囲に設定したことを特徴とする平衡二線線路式レクテナ。
2. 請求項１記載の平衡二線線路式レクテナであって、さらに入力フィルタを備え、この入力フィルタは、前記平衡二線型のアンテナと前記ショットキーバリアダイオードとの間の前記一対の線路に設けられたことを特徴とする平衡二線線路式レクテナ。
3. 請求項１記載の平衡二線線路式レクテナであって、１００（ｍＷ）以上のマイクロ波の入力時に、直流電圧への最大の変換効率で動作することを特徴とする平衡二線線路式レクテナ。
4. 請求項１記載の平衡二線線路式レクテナであって、０．１（ｍＷ）〜１０（ｍＷ）の低電力マイクロ波の入力時に、直流電圧への最大の変換効率で動作する平衡二線線路式レクテナ。
5. 請求項１記載の平衡二線線路式レクテナであって、さらに追加平滑用キャパシタを備え、この追加平滑用キャパシタは、前記平滑用キャパシタの後段に前記平滑用キャパシタから所定距離離れて前記一対の線路間に配置されたことを特徴とする平衡二線線路式レクテナ。
6. 請求項１記載の平衡二線線路式レクテナであって、前記基板として、地導体を持たず、可撓性を有し、光を通過するフィルム基板を用いたことを特徴とする平衡二線線路式レクテナ。
7. 基板の一主面上に、複数個の平衡二線線路式レクテナをアレイ状に配置し、これらの各平衡二線線路式レクテナを共通の集電線路に接続したレクテナ装置であって、
   前記各平衡二線線路式レクテナのそれぞれは、前記基板の一主面上に、平衡二線型のアンテナと、平衡二線線路と、整流回路と、直流出力端子とを備え、
   前記平衡二線型のアンテナは、前記基板の一主面上に相対向する一対のアンテナ素子を有し、前記平衡二線線路は、前記基板の一主面上で前記各アンテナ素子の中央側端部に接続されそれらの各アンテナ素子の対向方向と直交する方向に延びる互いに平行な一対の線路を有し、前記整流回路は、前記一対の線路のそれぞれに配置された直流遮断用キャパシタと、前記直流遮断用キャパシタの後段で前記一対の線路間に配置されたショットキーバリアダイオードと、このショットキーバリアダイオードの後段でこのショットキーバリアダイオードから所定間隔だけ離れて前記一対の線路間に配置された平滑用キャパシタを有し、前記直流出力端子は、前記平滑用キャパシタの後段で前記一対の線路のそれぞれに接続されており、
   前記マイクロ波の波長をλｇとして、前記所定間隔は、λｇ／２２．５からλｇ／１４の範囲に設定され、
   また前記集電線路は、前記各平衡二線線路式レクテナの前記直流出力端子のそれぞれに接続された一対の集電路と、これらの各集電路のそれぞれに接続された直流取出端子を有し、
   前記直流取出端子の近くには負荷抵抗が配置され、この負荷抵抗は、前記一対の集電路の間に接続されたことを特徴とするレクテナ装置。
8. 請求項７記載のレクテナ装置であって、前記基板の一主面には、前記各平衡二線線路式レクテナと、前記一対の集電路の一方とが配置され、また前記基板の他の主面には、前記一対の集電路の他方が配置されたことを特徴とするレクテナ装置。
9. 請求項７記載のレクテナ装置であって、前記基板は、地表に存在する潅木を覆うように配置され、前記基板を透過した光が、前記潅木に注がれることを特徴とするレクテナ装置。
10. 請求項７記載のレクテナ装置であって、前記基板として、地導体を持たず、可撓性を有し、光を通過するフィルム基板を用いたことを特徴とするレクテナ装置。

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