JP6554686B2 - フェーズドアレーアンテナの設計方法、フェーズドアレーアンテナおよび電力伝送システム - Google Patents
フェーズドアレーアンテナの設計方法、フェーズドアレーアンテナおよび電力伝送システム Download PDFInfo
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Description
本発明の第1実施形態に係るフェーズドアレーアンテナの設計方法について説明する。図1は、フェーズドアレーアンテナの設計方法の概要を示す模式図である。図2は、フェーズドアレーアンテナの設計方法の概要を示すフローチャートである。まず、球面波による平面波の展開係数を用いて球面放射波および球面吸収波を合成することにより、理想的なビーム電磁界(設計電磁界)の分布を得る(S11)。次に、設計電磁界の断面の振幅分布および位相分布を抽出する(S12)。
送受電アンテナの直径 Da=50m
送電距離 LT=10km
ビーム開き角 θ=0.57°
合成された球面波の最大次数 lmax=1508
ビームウェストの直径 Dw=24.81m
調整変数 σ=3
周波数 5.8GHz
ここで、図15(B)に示すように、第1サイドローブレベルを−40dBまで抑圧するために、調整変数σ=3としている。また、メインローブのヌル点間の角度をビーム開き角としている。
本発明の第2の実施形態に係るフェーズドアレーアンテナの設計方法について説明する。第2の実施形態では、次数mの高次モードの球面波を合成して球面波合成ビームを得る。図17は、次数m=1からm=4までの球面波合成ビームの電力密度分布を示している。図18は、次数m=1からm=4までの球面波合成ビームにおける電力密度分布のXY断面(ビームウェストでの断面)を示している。ここで、次数mの球面波合成ビームは、動径部分が球ベッセル関数である次数mの球面波を次数l=mからl=lmaxまで合成したものである。次数l,mのTEモードおよびTMモードの球面波に対する合成係数は展開係数alである。
本発明の第3の実施形態に係るフェーズドアレーアンテナの設計方法について説明する。第3の実施形態では、次数mが異なる球面波を合成して球面波合成ビームを得る。図20は、次数m=1からm=4までのTEモードの球面波合成ビームの電力密度分布を示している。図21は、次数m=1からm=4までのTEモードの球面波合成ビームにおける電力密度分布のXY断面を示している。ここでは、TEモードの球面波のみを合成して球面波合成ビームを形成している。他の条件は図17における条件と同様である。
図22は電力伝送システム20の模式図である。送電アンテナ21は上記の設計方法で設計されたフェーズドアレーアンテナである。受電アンテナ22は、送電アンテナ21から出力されるビーム電磁界23のビームウェストに配置されている。受電アンテナ22の受電面のサイズは実効的なビームウェストのサイズで規定されている。電力伝送システム20では、ビーム収集効率を低下させずに、受電アンテナ22の受電面のサイズを小さくすることができる。
11…アンテナ素子
12…可変増幅器
13…可変移相器
14…分配器
15…発振器
20,30,40…電力伝送システム
21,31,41…送電アンテナ
22,32,42…受電アンテナ
23,33,43…ビーム電磁界
44A,44B…マイクロ波ミラー
Claims (14)
- 複数の球面波を目的に応じて最適合成することにより設計電磁界の分布を得るステップと、
前記設計電磁界の断面における振幅分布および位相分布を得るステップと、
前記振幅分布および前記位相分布をフェーズドアレーアンテナに入力することにより、前記フェーズドアレーアンテナから出力される出力電磁界の分布を得るステップと、
前記出力電磁界の分布が前記設計電磁界の分布に近づくように前記フェーズドアレーアンテナの構成を調整するステップと、を備える、フェーズドアレーアンテナの設計方法。 - 前記設計電磁界の分布を得るステップで、球面波による平面波の展開係数に基づく合成係数を用いて、動径部分がjl(kr)のみで与えられる球ベッセル関数である球面波を合成する、請求項1に記載のフェーズドアレーアンテナの設計方法。
- 前記球面波の合成において、次数m=1の球面波を次数l=1からl=lmaxまで合成する、請求項2に記載のフェーズドアレーアンテナの設計方法。
- 前記球面波の合成において、次数m≧2の球面波を次数l=mからl=lmaxまで合成する、請求項2に記載のフェーズドアレーアンテナの設計方法。
- 前記球面波の合成において、次数mが異なる球面波を合成する、請求項2に記載のフェーズドアレーアンテナの設計方法。
- 前記合成係数は、球面波による平面波の展開係数に調整係数を乗じたものであり、
次数lの球面波に対する前記調整係数は、次数lが高次になるほど小さくなる、請求項2から5のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナの設計方法。 - 前記断面の法線は前記設計電磁界の伝搬方向に対して斜め方向を向く、請求項1から6のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナの設計方法。
- 請求項1から7のいずれかに記載のフェーズドアレーアンテナの設計方法を用いて設計される、フェーズドアレーアンテナ。
- 送電アンテナおよび受電アンテナを備え、
前記送電アンテナから前記受電アンテナに向けてビーム電磁界が出力され、
前記送電アンテナとして請求項8に記載のフェーズドアレーアンテナが使用される、電力伝送システム。 - 前記ビーム電磁界の分布はビームウェストを中心として対称な形状を有する、請求項9に記載の電力伝送システム。
- 前記ビーム電磁界の分布はビームウェストを有し
前記受電アンテナは前記ビームウェストに配置される、請求項9に記載の電力伝送システム。 - 前記ビーム電磁界の断面において、中心の電力密度は周辺の電力密度より低い、請求項9から11のいずれかに記載の電力伝送システム。
- 前記ビーム電磁界の断面の分布は制御に応じて変化する、請求項9から12のいずれかに記載の電力伝送システム。
- 前記送電アンテナの送電面または前記受電アンテナの受電面の法線のうち少なくとも一方は、前記ビーム電磁界の伝搬方向に対して斜め方向を向く、請求項9から13のいずれかに記載の電力伝送システム。
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JP2015082503A JP6554686B2 (ja) | 2015-04-14 | 2015-04-14 | フェーズドアレーアンテナの設計方法、フェーズドアレーアンテナおよび電力伝送システム |
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JP2016201766A JP2016201766A (ja) | 2016-12-01 |
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2015
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