JP6810071B2 - Wireless power supply system to the aircraft - Google Patents

Wireless power supply system to the aircraft Download PDF

Info

Publication number
JP6810071B2
JP6810071B2 JP2018018628A JP2018018628A JP6810071B2 JP 6810071 B2 JP6810071 B2 JP 6810071B2 JP 2018018628 A JP2018018628 A JP 2018018628A JP 2018018628 A JP2018018628 A JP 2018018628A JP 6810071 B2 JP6810071 B2 JP 6810071B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wireless power
haps
control
microwave
transmission device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018018628A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019135900A (en
Inventor
太田 喜元
喜元 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SoftBank Corp
Original Assignee
SoftBank Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SoftBank Corp filed Critical SoftBank Corp
Priority to JP2018018628A priority Critical patent/JP6810071B2/en
Priority to PCT/JP2019/001905 priority patent/WO2019151055A1/en
Publication of JP2019135900A publication Critical patent/JP2019135900A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6810071B2 publication Critical patent/JP6810071B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B64F1/35
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plant in aircraft; Aircraft characterised thereby
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plant
    • B64D27/24Aircraft characterised by the type or position of power plant using steam, electricity, or spring force
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H02J50/23Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves characterised by the type of transmitting antennas, e.g. directional array antennas or Yagi antennas
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64FGROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F3/00Ground installations specially adapted for captive aircraft
    • B64F3/02Ground installations specially adapted for captive aircraft with means for supplying electricity to aircraft during flight
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Description

本発明は、無線送電装置及びこれを備えた飛行体、無線送電装置から電力供給を受ける無線受電装置を備えた飛行体、並びに、無線電力供給システムに関するものである。 The present invention relates to a wireless power transmission device and an air vehicle equipped with the wireless power transmission device, an air vehicle equipped with a wireless power receiving device that receives power from the wireless power transmission device, and a wireless power supply system.

現在、航空機、ドローン、気球、飛行船、飛行型ラジコン玩具など、電力を消費する機器を搭載した種々の飛行体が存在する。例えば、特許文献1、2には、バッテリーから電力が供給されたモータでプロペラを回転駆動することにより飛行することができる航空機が開示されている。 Currently, there are various flying objects equipped with power-consuming devices such as aircraft, drones, balloons, airships, and flying radio-controlled toys. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose an aircraft capable of flying by rotationally driving a propeller with a motor powered by a battery.

特開2015−085934号公報JP-A-2015-05934 特開2016−222031号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-22231

従来の飛行体において、当該飛行体に搭載される電力消費機器への給電方法としては、例えば、当該飛行体に搭載した蓄電装置(二次電池等)から電力を供給する方法や、当該飛行体に搭載した太陽光発電パネルやガソリン発電機などの発電装置から電力を供給する方法が挙げられる。しかしながら、従来の給電方法は、飛行体の飛行を継続したまま当該飛行体に搭載された電力消費機器への長期間の安定した電力供給を実現するという観点からは不十分である。 In a conventional flying object, as a method of supplying electric power to a power consuming device mounted on the flying object, for example, a method of supplying electric power from a power storage device (secondary battery or the like) mounted on the flying object, or the flying object. There is a method of supplying electric power from a power generation device such as a solar power generation panel or a gasoline generator mounted on the vehicle. However, the conventional power supply method is insufficient from the viewpoint of realizing stable power supply for a long period of time to the power consuming equipment mounted on the air vehicle while continuing the flight of the air vehicle.

一方、近年、マイクロ波等のエネルギービームを用いたワイヤレス給電技術(無線電力供給技術)が開発されており、その実用化が進んでいる。しかしながら、既存のワイヤレス給電技術に用いられる無線送電装置では、上空で移動したり旋回したりする飛行体に対して電力を供給する場合、受電効率が悪く、効率のよい無線電力供給を実現できない。 On the other hand, in recent years, wireless power supply technology (wireless power supply technology) using an energy beam such as a microwave has been developed, and its practical application is progressing. However, in the wireless power transmission device used in the existing wireless power transfer technology, when power is supplied to an air vehicle moving or turning in the sky, the power receiving efficiency is poor and efficient wireless power supply cannot be realized.

本発明の一態様に係る無線送電装置は、飛行体に搭載された無線受電装置へ給電用のエネルギービームを送出するビーム送出部と、前記無線受電装置の受電効率を高めるための制御情報を取得する情報取得部と、前記制御情報に基づいて、前記無線受電装置の受電効率が高まるように前記エネルギービームの制御を行う制御部とを有する。
前記無線送電装置において、前記制御は、前記ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向を変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御は、前記ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの範囲を変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御は、前記エネルギービームを成形する制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御は、前記エネルギービームの発散角を変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記ビーム送出部を2以上有し、前記制御は、前記2以上のビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向をそれぞれ独立して変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御は、前記無線受電装置のビーム受け部を複数に分割した各ビーム受け領域に前記2以上のビーム送出部をそれぞれ対応させ、前記各ビーム受け領域の位置に応じて各ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向を変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記ビーム送出部の位置及び向きの少なくとも一方を変化させる駆動部を有し、前記エネルギービームの方向を変える制御は、前記駆動部に対する制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記ビーム送出部は、指向性を有する前記エネルギービームを形成可能なアンテナを有し、前記エネルギービームの方向を変える制御及び前記エネルギービームの範囲を変える制御の少なくとも一方の制御は、前記アンテナに対する制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記アンテナは、複数の指向性アンテナからなるアレイアンテナであり、前記ビーム送出部は、前記アレイアンテナから互いに異なる周波数の複数のエネルギービームを同時に送出するものであり、前記エネルギービームの方向を変える制御及び前記エネルギービームの範囲を変える制御の少なくとも一方の制御は、前記アレイアンテナを制御して、前記互いに異なる周波数の複数のエネルギービームがそれぞれ送出される方向を独立して変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御情報は、前記無線受電装置が前記エネルギービームを受けるビーム受け部の位置情報及び姿勢情報、該無線受電装置の受電効率情報、並びに、前記飛行体から送信されるガイドビームの受信情報のうちの少なくとも1つの情報を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御情報は、前記飛行体から送信された制御情報を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御情報は、前記飛行体へ送信される飛行制御情報を該飛行体を経由せずに取得するものであってもよい。
The wireless power transmission device according to one aspect of the present invention acquires a beam transmission unit that transmits an energy beam for power supply to a wireless power receiving device mounted on an air vehicle and control information for increasing the power receiving efficiency of the wireless power receiving device. It has an information acquisition unit and a control unit that controls the energy beam so that the power receiving efficiency of the wireless power receiving device is increased based on the control information.
In the wireless power transmission device, the control may include a control for changing the direction of the energy beam transmitted from the beam transmitting unit.
Further, in the wireless power transmission device, the control may include a control for changing the range of the energy beam transmitted from the beam transmitting unit.
Further, in the wireless power transmission device, the control may include a control for forming the energy beam.
Further, in the wireless power transmission device, the control may include a control for changing the divergence angle of the energy beam.
Further, the wireless power transmission device may include two or more beam transmission units, and the control may include a control for independently changing the directions of the energy beams transmitted from the two or more beam transmission units.
Further, in the wireless power transmission device, in the control, the two or more beam transmission units are associated with each beam receiving region obtained by dividing the beam receiving unit of the wireless power receiving device into a plurality of portions, and the position of each beam receiving region is set. A control for changing the direction of the energy beam transmitted from each beam transmitting unit may be included accordingly.
Further, in the wireless power transmission device, the control for changing the direction of the energy beam may include the control for the drive unit, which has a drive unit that changes at least one of the position and the direction of the beam transmission unit.
Further, in the wireless power transmission device, the beam transmission unit has an antenna capable of forming the energy beam having directivity, and at least one of control for changing the direction of the energy beam and control for changing the range of the energy beam. The control of may include control over the antenna.
Further, in the wireless power transmission device, the antenna is an array antenna composed of a plurality of directional antennas, and the beam transmitting unit simultaneously transmits a plurality of energy beams having different frequencies from the array antenna. At least one of the control for changing the direction of the energy beam and the control for changing the range of the energy beam controls the array antenna, and the directions in which the plurality of energy beams having different frequencies are transmitted are independent of each other. May include control to change.
Further, in the wireless power transmission device, the control information is transmitted from the position information and attitude information of the beam receiving unit where the wireless power receiving device receives the energy beam, the power receiving efficiency information of the wireless power receiving device, and the flying object. At least one of the received information of the guide beam may be included.
Further, in the wireless power transmission device, the control information may include control information transmitted from the flying object.
Further, in the wireless power transmission device, the control information may acquire flight control information transmitted to the flying object without passing through the flying object.

前記無線送電装置は、地上に設置される施設又は地上を移動する移動体に設置されてもよい。
また、前記無線送電装置は、前記飛行体とは別の飛行体に設置されてもよい。
The wireless power transmission device may be installed in a facility installed on the ground or a mobile body moving on the ground.
Further, the wireless power transmission device may be installed in an air vehicle different from the air vehicle.

また、本発明の他の態様に係る飛行体は、外部から給電される電力を受け取る受電装置、発電装置及び蓄電装置の少なくとも1つの装置を搭載して飛行する飛行体であって、前記無線送電装置を搭載し、前記少なくとも1つの装置から得られる電力を変換した給電用のエネルギービームを、前記無線送電装置から、他の飛行体に搭載された無線受電装置へ送出する。 Further, the air vehicle according to another aspect of the present invention is an air vehicle that flies with at least one device of a power receiving device, a power generation device, and a power storage device that receives electric power supplied from the outside, and the wireless power transmission. A device is mounted, and an energy beam for power supply obtained by converting electric power obtained from at least one device is transmitted from the wireless power transmission device to a wireless power receiving device mounted on another air vehicle.

また、本発明の更に他の態様に係る飛行体は、前記無線送電装置から送出される給電用のエネルギービームを受けるビーム受け部を備えた無線受電装置を搭載して飛行する飛行体であって、前記無線送電装置の前記制御部が前記エネルギービームの制御に用いる制御情報を送信する情報送信部を有する。 Further, the air vehicle according to still another aspect of the present invention is an air vehicle that flies with a wireless power receiving device provided with a beam receiving unit that receives an energy beam for power supply transmitted from the wireless power transmitting device. The control unit of the wireless power transmission device has an information transmission unit that transmits control information used for controlling the energy beam.

前記飛行体において、電力を発電する太陽光発電パネルを備えた発電装置を有してもよい。
また、前記飛行体において、移動通信の基地局との間で無線通信を行う無線通信部を有してもよい。
また、前記飛行体において、移動通信の端末装置との間で無線通信を行う無線通信部を有してもよい。
The flying object may have a power generation device including a photovoltaic panel for generating electric power.
Further, the aircraft may have a wireless communication unit that performs wireless communication with a mobile communication base station.
Further, the flying object may have a wireless communication unit that performs wireless communication with a mobile communication terminal device.

また、本発明の更に他の態様に係る無線電力供給システムは、飛行体に電力を供給する無線電力供給システムであって、前記いずれかの無線送電装置と、前記無線送電装置から送出された給電用のエネルギービームを受けるように前記飛行体に設けられた無線受電装置とを備える。 Further, the wireless power supply system according to still another aspect of the present invention is a wireless power supply system that supplies electric power to an air vehicle, and is one of the wireless power transmission devices and the power supply transmitted from the wireless power transmission device. It is provided with a wireless power receiving device provided in the air vehicle so as to receive an energy beam for use.

本発明によれば、飛行体に対し、受電効率の高く、効率のよい無線電力供給を実現することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize an efficient wireless power supply with high power receiving efficiency to an air vehicle.

本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the whole structure of the communication system which concerns on one Embodiment of this invention. 他の実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the whole structure of the communication system which concerns on another embodiment. 実施形態の通信システムに用いられるHAPSの一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of HAPS used for the communication system of embodiment. HAPSに対する無線電力供給の様子の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the state of wireless power supply to HAPS. 実施形態の通信システムに用いられるHAPSの他の例を示す側面図。FIG. 5 is a side view showing another example of HAPS used in the communication system of the embodiment. 実施形態におけるHAPSの無線中継局の一構成例を示すブロック図。The block diagram which shows one configuration example of the wireless relay station of HAPS in embodiment. HAPSのマイクロ波受電部の一構成例を示すブロック図。The block diagram which shows one configuration example of the microwave power receiving part of HAPS. 実施形態におけるHAPSの無線中継局の他の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the other configuration example of the radio relay station of HAPS in embodiment. HAPSがマイクロ波ビームの範囲外へ移動して、HAPS上のマイクロ波受電部での受電が不可能な状況の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the situation that HAPS moves out of the range of a microwave beam, and power cannot be received by a microwave power receiving part on HAPS. HAPSが移動する飛行範囲の全域にわたってマイクロ波ビームが送出した場合の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the case where the microwave beam is transmitted over the entire flight range in which HAPS moves. 実施形態のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。The block diagram which shows one configuration example of the microwave power transmission apparatus of embodiment. マイクロ波ビームの発散角を、飛行空域の上端にHAPSが位置するときを基準に設定する例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example which sets the divergence angle of a microwave beam based on the time when HAPS is located at the upper end of a flight airspace. マイクロ波ビームの発散角を、飛行空域の下端にHAPSが位置するときを基準に設定する例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example which sets the divergence angle of a microwave beam based on the time when HAPS is located at the lower end of a flight airspace. 実施形態において、マイクロ波ビームの送出方向がHAPSの移動に追従して変化する様子を示す説明図。The explanatory view which shows how the transmission direction of a microwave beam changes according to the movement of HAPS in an embodiment. 変形例1のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。The block diagram which shows one configuration example of the microwave power transmission apparatus of the modification 1. 変形例1において、HAPSからのGPS情報を、移動通信網を介してマイクロ波送電装置で受信する例を示す説明図。An explanatory diagram showing an example in which GPS information from HAPS is received by a microwave power transmission device via a mobile communication network in the first modification. 変形例2のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。The block diagram which shows one configuration example of the microwave power transmission apparatus of the modification 2. 変形例2において、遠隔制御装置からのHAPS制御情報を、移動通信網を介してマイクロ波送電装置で受信する例を示す説明図。An explanatory diagram showing an example in which the HAPS control information from the remote control device is received by the microwave power transmission device via the mobile communication network in the second modification. 変形例3のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。The block diagram which shows one configuration example of the microwave power transmission device of the modification 3. 変形例3において、マイクロ波ビームの送出方向がHAPSの移動に追従して変化する様子を示す説明図。The explanatory view which shows how the transmission direction of a microwave beam changes according to the movement of HAPS in the modification 3. 変形例3におけるアレイアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the control flow of the microwave beam transmitted from the array antenna in the modification 3. HAPSとマイクロ波送電装置との距離が変わることで、HAPSによって受けられないマイクロ波ビームの部分が増大して受電効率の低下を招く状況を示す説明図。An explanatory diagram showing a situation in which a portion of a microwave beam that cannot be received by HAPS increases due to a change in the distance between HAPS and a microwave power transmission device, resulting in a decrease in power receiving efficiency. 変形例4におけるアレイアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the control flow of the microwave beam transmitted from the array antenna in the modification 4. 変形例4において、HAPSとマイクロ波送電装置との距離に応じてマイクロ波ビームの発散角が変更される様子を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing how the divergence angle of the microwave beam is changed according to the distance between the HAPS and the microwave power transmission device in the modified example 4. 変形例5のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。The block diagram which shows one configuration example of the microwave power transmission apparatus of the modification 5. 変形例5における各パラボラアンテナの向きを変更する制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the control which changes the direction of each parabolic antenna in the modification 5. 変形例5において、HAPSとマイクロ波送電装置との距離に応じて、各パラボラアンテナからのマイクロ波ビームの範囲の重なり量が変更される様子を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing how the amount of overlap in the range of the microwave beam from each parabolic antenna is changed according to the distance between the HAPS and the microwave power transmission device in the modified example 5. (a)は、マイクロ波ビームが送出される範囲の形状がHAPSのレクテナ部の全体形状に整合していない例を示す説明図。(b)は、マイクロ波ビームが送出される範囲の形状がHAPSのレクテナ部の全体形状に整合している例を示す説明図。(c)は、マイクロ波送電装置に対するHAPSの相対的な向き(姿勢)が変化して、HAPSによって受けられないマイクロ波ビームの部分Aが増大した様子を示す説明図。(A) is an explanatory diagram showing an example in which the shape of the range in which the microwave beam is transmitted does not match the overall shape of the rectenna portion of HAPS. (B) is an explanatory diagram showing an example in which the shape of the range in which the microwave beam is transmitted matches the overall shape of the rectenna portion of HAPS. (C) is an explanatory diagram showing how the relative orientation (attitude) of the HAPS with respect to the microwave power transmission device changes, and the portion A of the microwave beam that cannot be received by the HAPS increases. (a)及び(b)は、HAPSが旋回してマイクロ波送電装置に対するHAPSの相対的な向き(姿勢)が変化する様子を示す説明図。(A) and (b) are explanatory views showing how the HAPS turns and the relative direction (posture) of the HAPS with respect to the microwave power transmission device changes. 変形例6におけるアレイアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the control flow of the microwave beam transmitted from the array antenna in the modification 6. (a)及び(b)は、変形例6において、マイクロ波送電装置に対するHAPSの相対的な向き(姿勢)の変化に応じて、マイクロ波ビームのビーム形状が変更される様子を示す説明図。(A) and (b) are explanatory views showing how the beam shape of the microwave beam is changed according to the change in the relative direction (posture) of the HAPS with respect to the microwave power transmission device in the modified example 6. (a)及び(b)は、変形例6において、マイクロ波送電装置に対するHAPSの相対的な向き(姿勢)の変化に応じて、マイクロ波ビームのビーム形状が変更される様子を示す他の説明図。(A) and (b) are other explanations showing how the beam shape of the microwave beam is changed in response to the change in the relative direction (posture) of the HAPS with respect to the microwave power transmission device in the modified example 6. Figure. 変形例7におけるパラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the control flow of the microwave beam transmitted from the parabolic antenna in the modification 7. (a)及び(b)は、変形例7において、マイクロ波送電装置に対するHAPSの相対的な向き(姿勢)の変化に応じて、各パラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビームの範囲全体の形状が変更される様子を示す説明図。In the modifications (a) and (b), in the modified example 7, the shape of the entire range of the microwave beam transmitted from each parabolic antenna is changed according to the change in the relative direction (attitude) of the HAPS with respect to the microwave power transmission device. Explanatory drawing which shows the state of being changed. 変形例8のビーム制御部159におけるアンテナエレメントに対する制御部分を示す説明図。The explanatory view which shows the control part with respect to the antenna element in the beam control part 159 of the modification 8. 変形例8におけるアレイアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the control flow of the microwave beam transmitted from the array antenna in the modification 8. (a)及び(b)は、変形例8において、マイクロ波送電装置に対するHAPSの相対的な向き(姿勢)の変化に応じて、アレイアンテナから送出される3種類の周波数のマイクロ波ビームの範囲全体の形状が変更される様子を示す説明図。In the modified example 8, (a) and (b) are ranges of microwave beams of three different frequencies transmitted from the array antenna according to the change in the relative orientation (attitude) of the HAPS with respect to the microwave power transmission device. Explanatory drawing which shows how the whole shape is changed.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第5世代移動通信の3次元化ネットワークの実現に適する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration of the communication system according to the embodiment of the present invention.
The communication system according to the present embodiment is suitable for realizing a three-dimensional network of fifth-generation mobile communication that supports simultaneous connection to a large number of terminal devices and low delay.

図1に示すように、本通信システムは、複数の飛行型(空中浮揚型)の通信中継装置である飛行体としての高高度プラットフォーム局(HAPS)10,20を備えている。HAPS10,20は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域40に図中ハッチング領域で示すような3次元セル(3次元エリア)41,42を形成する。HAPS10,20は、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から100[km]以下の高高度の浮揚空域50に浮遊(飛行)して位置するように制御される飛行体(ソーラープレーン、飛行船など)に、無線中継局が搭載されたものである。 As shown in FIG. 1, this communication system includes high-altitude platform stations (HAPS) 10 and 20 as an air vehicle, which is a plurality of flight-type (levitation-type) communication relay devices. The HAPSs 10 and 20 are located in an airspace at a predetermined altitude, and form three-dimensional cells (three-dimensional areas) 41 and 42 as shown in the hatched region in the figure in the cell formation target airspace 40 at a predetermined altitude. The HAPS 10 and 20 are air vehicles (solar planes, airships, etc.) that are controlled to float (fly) in a high altitude floating airspace 50 of 100 [km] or less from the ground or sea surface by autonomous control or external control. ) Is equipped with a wireless relay station.

HAPS10,20の位置する空域50は、例えば、高度が11[km]以上及び50[km]以下の成層圏の空域である。この空域50は、気象条件が比較的安定している高度15[km]以上25[km]以下の空域であってもよく、特に高度がほぼ20[km]の空域であってもよい。図中のHrsl及びHrsuはそれぞれ、地面(GL)を基準にしたHAPS10,20の位置する空域50の下端及び上端の相対的な高度を示している。 The airspace 50 in which the HAPS 10 and 20 are located is, for example, an airspace in the stratosphere having an altitude of 11 [km] or more and 50 [km] or less. The airspace 50 may be an airspace having an altitude of 15 [km] or more and 25 [km] or less in which the weather conditions are relatively stable, and in particular, an airspace having an altitude of approximately 20 [km]. Hrsl and Hrsu in the figure indicate the relative altitudes of the lower and upper ends of the airspace 50 where HAPS 10 and 20 are located with respect to the ground (GL), respectively.

セル形成目標空域40は、本実施形態の通信システムにおける1又は2以上のHAPSで3次元セルを形成する目標の空域である。セル形成目標空域40は、HAPS10,20が位置する空域50と従来のマクロセル基地局等の基地局90がカバーする地面近傍のセル形成領域との間に位置する、所定高度範囲(例えば、50[m]以上1000[m]以下の高度範囲)の空域である。図中のHcl及びHcuはそれぞれ、地面(GL)を基準にしたセル形成目標空域40の下端及び上端の相対的な高度を示している。 The cell formation target airspace 40 is a target airspace for forming a three-dimensional cell with one or more HAPS in the communication system of the present embodiment. The cell formation target airspace 40 is located between the airspace 50 where the HAPS 10 and 20 are located and the cell formation region near the ground covered by the base station 90 such as a conventional macrocell base station, and has a predetermined altitude range (for example, 50 [for example]. It is an airspace (altitude range of m] or more and 1000 [m] or less). Hcl and Hcu in the figure indicate the relative altitudes of the lower end and the upper end of the cell formation target airspace 40 with respect to the ground (GL), respectively.

なお、本実施形態の3次元セルが形成されるセル形成目標空域40は、海、川又は湖の上空であってもよい。 The cell formation target airspace 40 in which the three-dimensional cell of the present embodiment is formed may be above the sea, river, or lake.

HAPS10,20の無線中継局はそれぞれ、移動局である端末装置と無線通信するためのビーム100,200を地面に向けて形成する。端末装置は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプター等の航空機であるドローン60に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機65の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。セル形成目標空域40においてビーム100,200が通過する領域が3次元セル41,42である。セル形成目標空域40において互いに隣り合う複数のビーム100,200は部分的に重なってもよい。 The wireless relay stations of HAPS 10 and 20, respectively, form beams 100 and 200 for wireless communication with a terminal device which is a mobile station toward the ground. The terminal device may be a communication terminal module incorporated in a drone 60, which is an aircraft such as a small helicopter that can be remotely controlled, or may be a user device used by a user in an airplane 65. In the cell formation target airspace 40, the regions through which the beams 100 and 200 pass are the three-dimensional cells 41 and 42. A plurality of beams 100, 200 adjacent to each other in the cell formation target airspace 40 may partially overlap.

HAPS10,20の無線中継局はそれぞれ、地上又は海上に設置された中継局であるフィーダ局(ゲートウェイ)70を介して、移動通信網80のコアネットワークに接続されている。HAPS10,20とフィーダ局70との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。 The wireless relay stations of HAPS 10 and 20, respectively, are connected to the core network of the mobile communication network 80 via a feeder station (gateway) 70 which is a relay station installed on the ground or at sea. Communication between the HAPS 10 and 20 and the feeder station 70 may be performed by wireless communication using radio waves such as microwaves, or by optical communication using laser light or the like.

HAPS10,20はそれぞれ、内部に組み込まれたコンピュータ等で構成された制御部が制御プログラムを実行することにより、自身の飛行移動や無線中継局での処理を自律制御してもよい。例えば、HAPS10,20はそれぞれ、自身の現在位置情報(例えばGPS(グローバル・ポジショニング・システム)位置情報)、予め記憶した位置制御情報(例えば、飛行スケジュール情報)、周辺に位置する他のHAPSの位置情報などを取得し、それらの情報に基づいて飛行移動や無線中継局での処理を自律制御してもよい。 The HAPS 10 and 20 may autonomously control their own flight movement and processing at a wireless relay station by executing a control program by a control unit composed of a computer or the like incorporated therein. For example, HAPS10 and 20 respectively have their own current position information (for example, GPS (Global Positioning System) position information), pre-stored position control information (for example, flight schedule information), and the positions of other HAPS located in the vicinity. Information and the like may be acquired, and flight movement and processing at the wireless relay station may be autonomously controlled based on the information.

また、HAPS10,20それぞれの飛行移動や無線中継局での処理は、移動通信網80の通信センター等に設けられた管理装置としての遠隔制御装置85によって制御できるようにしてもよい。この場合、HAPS10,20は、遠隔制御装置85からの制御情報を受信できるように制御用通信端末装置(例えば、移動通信モジュール)が組み込まれ、遠隔制御装置85から識別できるように端末識別情報(例えば、IPアドレス、電話番号など)が割り当てられるようにしてもよい。制御用通信端末装置の識別には通信インターフェースのMACアドレスを用いてもよい。また、HAPS10,20はそれぞれ、自身又は周辺のHAPSの飛行移動や無線中継局での処理に関する情報や各種センサなどで取得した観測データなどの情報を、遠隔制御装置85等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。 Further, the flight movement of each of the HAPS 10 and 20 and the processing at the wireless relay station may be controlled by the remote control device 85 as a management device provided in the communication center of the mobile communication network 80 or the like. In this case, the HAPS 10 and 20 incorporate a control communication terminal device (for example, a mobile communication module) so that the control information from the remote control device 85 can be received, and the terminal identification information (for example, can be identified from the remote control device 85). For example, an IP address, a telephone number, etc.) may be assigned. The MAC address of the communication interface may be used to identify the control communication terminal device. Further, the HAPS 10 and 20, respectively, send information such as information on the flight movement of the HAPS itself or its surroundings, processing by the wireless relay station, and observation data acquired by various sensors to a predetermined destination such as the remote control device 85. You may send it.

セル形成目標空域40では、HAPS10,20のビーム100,200が通過していない領域(3次元セル41,42が形成されない領域)が発生するおそれがある。この領域を補完するため、図1の構成例のように、地上側又は海上側から上方に向かって放射状のビーム300を形成して3次元セル43を形成してATG(Air To Ground)接続を行う基地局(以下「ATG局」という。)30を備えてもよい。 In the cell formation target airspace 40, a region (a region in which the three-dimensional cells 41 and 42 are not formed) in which the beams 100 and 200 of the HAPS 10 and 20 do not pass may occur. In order to complement this region, as shown in the configuration example of FIG. 1, a radial beam 300 is formed from the ground side or the sea side upward to form a three-dimensional cell 43, and an ATG (Air To Ground) connection is made. A base station (hereinafter referred to as "ATG station") 30 to perform may be provided.

また、ATG局30を用いずに、HAPS10,20の位置やビーム100,200の発散角(ビーム幅)等を調整することにより、HAPS10,20の無線中継局が、セル形成目標空域40に3次元セルがくまなく形成されるように、セル形成目標空域40の上端面の全体をカバーするビーム100,200を形成してもよい。 Further, by adjusting the positions of the HAPS 10 and 20 and the divergence angle (beam width) of the beams 100 and 200 without using the ATG station 30, the wireless relay stations of the HAPS 10 and 20 are set to the cell formation target airspace 40 by 3. Beams 100 and 200 may be formed to cover the entire upper end surface of the cell formation target airspace 40 so that the dimensional cells are formed all over.

なお、前記HAPS10,20で形成する3次元セルは、地上又は海上に位置する端末装置との間でも通信できるよう地面又は海面に達するように形成してもよい。 The three-dimensional cell formed by the HAPS 10 and 20 may be formed so as to reach the ground or the sea surface so that it can communicate with a terminal device located on the ground or the sea.

図2は、他の実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
なお、図2において、前述の図1と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of the overall configuration of the communication system according to another embodiment.
In FIG. 2, the same reference numerals are given to the parts common to those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted.

図2の実施形態では、HAPS10と移動通信網80のコアネットワークとの間の通信を、フィーダ局70及び低軌道の人工衛星72を介して行っている。この場合、人工衛星72とフィーダ局70との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。また、HAPS10と人工衛星72との間の通信については、マイクロ波などの電波による無線通信で行っているが、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。 In the embodiment of FIG. 2, communication between the HAPS 10 and the core network of the mobile communication network 80 is performed via the feeder station 70 and the low earth orbit artificial satellite 72. In this case, the communication between the artificial satellite 72 and the feeder station 70 may be performed by wireless communication using radio waves such as microwaves, or by optical communication using laser light or the like. Further, the communication between the HAPS 10 and the artificial satellite 72 is performed by wireless communication using radio waves such as microwaves, but may be performed by optical communication using laser light or the like.

図3は、実施形態の通信システムに用いられるHAPS10の一例を示す斜視図である。
図3のHAPS10は、ソーラープレーンタイプのHAPSであり、主翼部101と、主翼部101の短手方向の一端縁部にバス動力系の推進装置としての複数のモータ駆動のプロペラ103とを備える。主翼部101の上面には、太陽光発電機能を有する発電装置としての太陽光発電パネル(以下「ソーラーパネル」という。)102が設けられている。また、主翼部101の下面の長手方向の2箇所には、板状の連結部104を介して、ミッション機器が収容される複数の機器収容部としてのポッド105が連結されている。このミッション機器は、主翼部101の下部へ内蔵したり、主翼部101の下部にポッド105を直接取り付けてその内部に格納されたりしてもよい。各ポッド105の内部には、ミッション機器としての無線中継局110と、蓄電装置としてのバッテリー106とが収容されている。バッテリー106は、主翼部101に内蔵してもよい。また、各ポッド105の下面側には離発着時に使用される車輪107が設けられている。ソーラーパネル102で発電された電力はバッテリー106に蓄電され、バッテリー106から供給される電力により、プロペラ103のモータが回転駆動され、無線中継局110による無線中継処理が実行される。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of HAPS 10 used in the communication system of the embodiment.
The HAPS 10 of FIG. 3 is a solar-powered HAPS, and includes a main wing portion 101 and a plurality of motor-driven propellers 103 as propulsion devices for a bus power system at one end edge of the main wing portion 101 in the lateral direction. A solar power generation panel (hereinafter referred to as "solar panel") 102 as a power generation device having a solar power generation function is provided on the upper surface of the main wing portion 101. Further, pods 105 as a plurality of equipment accommodating portions accommodating mission equipment are connected to two locations in the longitudinal direction of the lower surface of the main wing portion 101 via a plate-shaped connecting portion 104. This mission device may be built in the lower part of the main wing portion 101, or the pod 105 may be directly attached to the lower part of the main wing portion 101 and stored in the pod 105. Inside each pod 105, a wireless relay station 110 as a mission device and a battery 106 as a power storage device are housed. The battery 106 may be built in the main wing portion 101. Further, wheels 107 used for takeoff and landing are provided on the lower surface side of each pod 105. The electric power generated by the solar panel 102 is stored in the battery 106, and the motor of the propeller 103 is rotationally driven by the electric power supplied from the battery 106, and the wireless relay process by the wireless relay station 110 is executed.

ソーラープレーンタイプのHAPS10は、例えば旋回飛行を行ったり8の字飛行を行ったりすることにより揚力で浮揚し、所定の高度で水平方向の所定の範囲に滞在するように飛行することができる。なお、ソーラープレーンタイプのHAPS10は、プロペラ103が回転駆動されていないときは、グライダーのように飛ぶこともできる。例えば、昼間などのソーラーパネル102の発電によってバッテリー106の電力が余っているときに高い位置に上昇し、夜間などのソーラーパネル102で発電できないときにバッテリー106からモータへの給電を停止してグライダーのように飛ぶことができる。 The solar-powered HAPS 10 can be lifted by lift by, for example, making a turning flight or a figure eight flight, and can fly so as to stay in a predetermined range in the horizontal direction at a predetermined altitude. The solar-powered HAPS 10 can fly like a glider when the propeller 103 is not rotationally driven. For example, when the power of the battery 106 is surplus due to the power generation of the solar panel 102 in the daytime, the power rises to a high position, and when the solar panel 102 cannot generate power at night, the power supply from the battery 106 to the motor is stopped and the glider You can fly like.

図4は、HAPS10に対する無線電力供給の様子の一例を示す説明図である。
HAPS10は、無線送電装置としてのマイクロ波送電装置から送出される高出力の給電用マイクロ波ビーム(エネルギービーム)を受けて電力を生じさせる無線受電装置としてのマイクロ波受電部を備えている。マイクロ波受電部を構成するレクテナ部は、図3及び図4に示すようにHAPS10の主翼部101の下面に設けられたビーム受け部としての受電アンテナ部(例えば面状のアレイアンテナ)131aと、整流器とを備え、マイクロ波送電装置からの給電用マイクロ波ビームを受電アンテナ部131aで受け、整流器で整流して直流の電力に変換する。なお、図3の例では、主翼部101の下面のほぼ全体にわたって受電アンテナ部131aを設けているが、受電アンテナ部131aを設ける場所や範囲、大きさなどは適宜設定される。マイクロ波受電部で受電された電力も、バッテリー106に蓄電され、バッテリー106から供給される電力により、プロペラ103のモータが回転駆動され、無線中継局110による無線中継処理が実行される。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the state of wireless power supply to the HAPS 10.
The HAPS 10 includes a microwave power receiving unit as a wireless power receiving device that generates electric power by receiving a high-output power feeding microwave beam (energy beam) transmitted from the microwave power transmitting device as a wireless power transmitting device. As shown in FIGS. 3 and 4, the rectenna portion constituting the microwave power receiving portion includes a power receiving antenna portion (for example, a planar array antenna) 131a as a beam receiving portion provided on the lower surface of the main wing portion 101 of the HAPS 10. A rectifier is provided, and a microwave beam for feeding from a microwave power transmission device is received by a power receiving antenna unit 131a, rectified by the rectifier, and converted into DC power. In the example of FIG. 3, the power receiving antenna portion 131a is provided over almost the entire lower surface of the main wing portion 101, but the location, range, size, etc. of providing the power receiving antenna portion 131a are appropriately set. The electric power received by the microwave power receiving unit is also stored in the battery 106, and the motor of the propeller 103 is rotationally driven by the electric power supplied from the battery 106, and the wireless relay process by the wireless relay station 110 is executed.

マイクロ波送電装置は、例えば、地上又は海上の施設であるマイクロ波給電局75や、飛行体である給電用飛行船25などに設けられ、HASPS10に向けて給電用マイクロ波ビーム750,250を送出する。また、マイクロ波送電装置は、地上又は海上を移動する自動車等の車両や船舶などの移動体に設置されてもよい。マイクロ波送電装置の構成及び動作の詳細については後述する。 The microwave power transmission device is provided in, for example, a microwave power supply station 75 which is a facility on the ground or at sea, an airship 25 which is an airship, and the like, and transmits microwave beams 750 and 250 for power supply toward HASPS 10. .. Further, the microwave power transmission device may be installed on a moving body such as a vehicle such as an automobile or a ship moving on the ground or on the sea. Details of the configuration and operation of the microwave power transmission device will be described later.

エネルギービームにより飛行体であるHAPS10に対して電力を供給する無線電力供給システムは、HAPS10に設けられた無線受電装置としてのマイクロ波受電部と、無線送電装置としてのマイクロ波送電装置とを用いて構成される。なお、本実施形態の無線電力供給(遠隔エネルギービーム給電)では、エネルギービームとしてマイクロ波ビームを用いる場合について説明するが、レーザビームなどの他のエネルギービームを用いてもよい。 The wireless power supply system that supplies electric power to the HAPS10, which is an air vehicle, by means of an energy beam uses a microwave power receiving unit as a wireless power receiving device provided in the HAPS10 and a microwave power transmitting device as a wireless power transmitting device. It is composed. In the wireless power supply (remote energy beam feeding) of the present embodiment, a case where a microwave beam is used as the energy beam will be described, but another energy beam such as a laser beam may be used.

また、HAPS10は、他のHAPSや人工衛星との間でマイクロ波などの電波による無線通信に用いられる通信部としての無線通信アンテナ装置140を備えている。なお、図3の例では主翼部101の長手方向の両端部に無線通信アンテナ装置140を配置しているが、HAPS10の他の箇所に無線通信アンテナ装置140を配置してもよい。なお、他のHAPSや人工衛星との無線通信に用いられる通信部は、マイクロ波などの電波による無線通信を行うものに限らず、光通信などの他の方式のものでもよい。 Further, the HAPS 10 includes a wireless communication antenna device 140 as a communication unit used for wireless communication by radio waves such as microwaves with other HAPS and artificial satellites. In the example of FIG. 3, the wireless communication antenna devices 140 are arranged at both ends in the longitudinal direction of the main wing portion 101, but the wireless communication antenna devices 140 may be arranged at other positions of the HAPS 10. The communication unit used for wireless communication with other HAPS or artificial satellites is not limited to the one that performs wireless communication by radio waves such as microwaves, and may be another method such as optical communication.

図5は、実施形態の通信システムに用いられるHAPS20の他の例を示す斜視図である。
図5のHAPS20は、無人飛行船タイプのHAPSであり、ペイロードが大きいため大容量のバッテリーを搭載することができる。HAPS20は、浮力で浮揚するためのヘリウムガス等の気体が充填された飛行船本体201と、バス動力系の推進装置としてのモータ駆動のプロペラ202と、ミッション機器が収容される機器収容部203とを備える。機器収容部203の内部には、無線中継局210とバッテリー204とが収容されている。バッテリー204から供給される電力により、プロペラ202のモータが回転駆動され、無線中継局210による無線中継処理が実行される。
FIG. 5 is a perspective view showing another example of HAPS 20 used in the communication system of the embodiment.
The HAPS 20 of FIG. 5 is an unmanned airship type HAPS, and has a large payload, so that a large capacity battery can be mounted. The HAPS 20 includes an airship main body 201 filled with a gas such as helium gas for buoyancy, a motor-driven propeller 202 as a propulsion device for a bus power system, and an equipment accommodating portion 203 for accommodating mission equipment. Be prepared. A wireless relay station 210 and a battery 204 are housed inside the device housing unit 203. The motor of the propeller 202 is rotationally driven by the electric power supplied from the battery 204, and the wireless relay process by the wireless relay station 210 is executed.

無人飛行船タイプのHAPS20にも、マイクロ波送電装置から送出される高出力の給電用マイクロ波ビームを受けて電力を生じさせる無線受電装置としてのマイクロ波受電部が備わっている。HAPS20のマイクロ波受電部を構成するレクテナ部は、図5に示すように、HAPS20の飛行船本体201の下面に設けられた受電アンテナ部(例えば面状のアレイアンテナ)131aと、整流器とを備え、マイクロ波送電装置からの給電用マイクロ波ビームを受電アンテナ部131aで受け、整流器で整流して直流の電力に変換する。なお、図5の例では、飛行船本体201の下面のほぼ全体にわたって受電アンテナ部131aを設けているが、受電アンテナ部131aを設ける場所や範囲、大きさなどは適宜設定される。マイクロ波受電部で受電された電力は、バッテリー204に蓄電され、バッテリー204から供給される電力により、プロペラ202のモータが回転駆動され、無線中継局210による無線中継処理が実行される。 The unmanned airship type HAPS20 also has a microwave power receiving unit as a wireless power receiving device that generates electric power by receiving a high-power power feeding microwave beam transmitted from a microwave power transmitting device. As shown in FIG. 5, the rectenna unit constituting the microwave power receiving unit of the HAPS 20 includes a power receiving antenna unit (for example, a planar array antenna) 131a provided on the lower surface of the airship main body 201 of the HAPS 20 and a rectifier. The power receiving microwave beam from the microwave power transmission device is received by the power receiving antenna unit 131a, rectified by the rectifier, and converted into DC power. In the example of FIG. 5, the power receiving antenna portion 131a is provided over almost the entire lower surface of the airship main body 201, but the location, range, size, etc. of providing the power receiving antenna portion 131a are appropriately set. The electric power received by the microwave power receiving unit is stored in the battery 204, and the motor of the propeller 202 is rotationally driven by the electric power supplied from the battery 204, and the wireless relay process by the wireless relay station 210 is executed.

なお、飛行船本体201の上面に、太陽光発電機能を有するソーラーパネルを設け、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリー204に蓄電するようにしてもよい。 A solar panel having a solar power generation function may be provided on the upper surface of the airship main body 201, and the electric power generated by the solar panel may be stored in the battery 204.

また、無人飛行船タイプのHAPS20も、他のHAPSや人工衛星との間のマイクロ波などの電波による無線通信に用いられる通信部としての3次元対応指向性の無線通信アンテナ装置140を備えている。なお、図5の例では飛行船本体201の上面部及び機器収容部203の下面部に無線通信アンテナ装置140を配置しているが、HAPS20の他の部分に無線通信アンテナ装置140を配置してもよい。なお、他のHAPSや人工衛星と無線通信に用いられる通信部は、マイクロ波などの電波による無線通信を行うものに限らず、光通信などの他の方式のものであってもよい。 In addition, the unmanned airship type HAPS 20 also includes a three-dimensional directional wireless communication antenna device 140 as a communication unit used for wireless communication using radio waves such as microwaves with other HAPS and artificial satellites. In the example of FIG. 5, the wireless communication antenna device 140 is arranged on the upper surface of the airship main body 201 and the lower surface of the equipment accommodating portion 203, but the wireless communication antenna device 140 may be arranged on other parts of the HAPS 20. Good. The communication unit used for wireless communication with other HAPS or artificial satellites is not limited to the one that performs wireless communication by radio waves such as microwaves, and may be another method such as optical communication.

図6は、本実施形態のHAPS10,20の無線中継局110,210の一構成例を示すブロック図である。
本実施形態の無線中継局110,210はリピータータイプの無線中継局の例である。無線中継局110,210はそれぞれ、3Dセル形成アンテナ部111と、送受信部112と、フィード用アンテナ部113と、送受信部114と、リピーター部115と、監視制御部116と、電源部117とを備える。更に、無線中継局110,210はそれぞれ、HAPS間通信などに用いる無線通信部125と、ビーム制御部126とを備える。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPS 10 and 20 of the present embodiment.
The wireless relay stations 110 and 210 of this embodiment are examples of repeater type wireless relay stations. The wireless relay stations 110 and 210 have a 3D cell forming antenna unit 111, a transmission / reception unit 112, a feed antenna unit 113, a transmission / reception unit 114, a repeater unit 115, a monitoring control unit 116, and a power supply unit 117, respectively. Be prepared. Further, each of the wireless relay stations 110 and 210 includes a wireless communication unit 125 used for communication between HAPS and the like, and a beam control unit 126, respectively.

3Dセル形成アンテナ部111は、セル形成目標空域40に向けて放射状のビーム100,200を形成するアンテナを有し、端末装置と通信可能な3次元セル41,42を形成する。送受信部112は、3Dセル形成アンテナ部111とともに第一無線通信部を構成し、送受共用器(DUP:DUPlexer)や増幅器などを有し、3Dセル形成アンテナ部111を介して、3次元セル41,42に在圏する端末装置に無線信号を送信したり端末装置から無線信号を受信したりする。 The 3D cell forming antenna unit 111 has an antenna that forms radial beams 100 and 200 toward the cell forming target airspace 40, and forms three-dimensional cells 41 and 42 that can communicate with the terminal device. The transmission / reception unit 112 constitutes the first wireless communication unit together with the 3D cell formation antenna unit 111, has a transmission / reception duplexer (DUP: Duplexer), an amplifier, and the like, and has a three-dimensional cell 41 via the 3D cell formation antenna unit 111. , 42 sends a wireless signal to the terminal device in the area and receives a wireless signal from the terminal device.

フィード用アンテナ部113は、地上又は海上のフィーダ局70と無線通信するための指向性アンテナを有する。送受信部114は、フィード用アンテナ部113とともに第二無線通信部を構成し、送受共用器(DUP:DUPlexer)や増幅器などを有し、フィード用アンテナ部113を介して、フィーダ局70に無線信号を送信したりフィーダ局70から無線信号を受信したりする。 The feed antenna unit 113 has a directional antenna for wireless communication with the feeder station 70 on the ground or at sea. The transmission / reception unit 114 constitutes a second wireless communication unit together with the feed antenna unit 113, has a transmission / reception duplexer (DUP: Duplexer), an amplifier, and the like, and transmits a wireless signal to the feeder station 70 via the feed antenna unit 113. Or receives a radio signal from the feeder station 70.

リピーター部115は、端末装置との間で送受信される送受信部112の信号と、フィーダ局70との間で送受信される送受信部114の信号とを中継する。リピーター部115は、周波数変換機能を有してもよい。 The repeater unit 115 relays the signal of the transmission / reception unit 112 transmitted / received to / from the terminal device and the signal of the transmission / reception unit 114 transmitted / received to / from the feeder station 70. The repeater unit 115 may have a frequency conversion function.

監視制御部116は、例えばCPU及びメモリ等で構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、HAPS10,20内の各部の動作処理状況を監視したり各部を制御したりする。特に、監視制御部116は、制御プログラムを実行することにより、プロペラ103,202を駆動するモータ駆動部141を制御して、HAPS10,20を目標位置へ移動させ、また、目標位置近辺に留まるように制御する。 The monitoring control unit 116 is composed of, for example, a CPU and a memory, and by executing a program incorporated in advance, it monitors the operation processing status of each unit in the HAPS 10 and 20 and controls each unit. In particular, the monitoring control unit 116 controls the motor drive unit 141 that drives the propellers 103 and 202 by executing the control program, moves the HAPS 10 and 20 to the target position, and stays in the vicinity of the target position. To control.

電源部117は、バッテリー106,204から出力された電力をHAPS10,20内の各部に供給する。電源部117は、マイクロ波受電部130により給電用マイクロ波ビーム750,250を変換した電力を、バッテリー106,204に蓄電させる機能を有している。また、電源部117は、太陽光発電パネル等で発電した電力や、外部から有線等で給電される電力をバッテリー106,204に蓄電させる機能を有してもよい。 The power supply unit 117 supplies the electric power output from the batteries 106 and 204 to each unit in the HAPS 10 and 20. The power supply unit 117 has a function of storing the electric power converted from the power feeding microwave beams 750 and 250 by the microwave power receiving unit 130 into the batteries 106 and 204. Further, the power supply unit 117 may have a function of storing the electric power generated by the photovoltaic power generation panel or the like or the electric power supplied from the outside by wire or the like in the batteries 106 and 204.

無線通信部125は、マイクロ波等の電波により周辺の他のHAPS10,20や人工衛星72と通信する。この通信により、ドローン60等の端末装置と移動通信網80との間の無線通信を動的に中継するダイナミックルーティングが可能になるとともに、いずれかのHAPSが故障したときに他のHAPSがバックアップして無線中継することにより移動通信システムのロバスト性を高めることができる。 The wireless communication unit 125 communicates with other nearby HAPS 10, 20 and artificial satellites 72 by radio waves such as microwaves. This communication enables dynamic routing that dynamically relays wireless communication between a terminal device such as a drone 60 and a mobile communication network 80, and backs up another HAPS when one of the HAPSs fails. By wirelessly relaying the mobile communication system, the robustness of the mobile communication system can be enhanced.

ビーム制御部126は、HAPS間通信や人工衛星との通信に用いる電波のビーム方向や強度を制御したり、周辺の他のHAPS(無線中継局)との間の相対的な位置の変化に応じて無線通信を行う他のHAPS(無線中継局)を切り替えるように制御したりする。この制御は、例えば、HAPS自身の位置及び姿勢、周辺のHAPSの位置などに基づいて行ってもよい。HAPS自身の位置及び姿勢の情報は、そのHAPSに組み込んだGPS受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサなどの出力に基づいて取得し、周辺のHAPSの位置の情報は、移動通信網80に設けた遠隔制御装置85又は他のHAPS管理サーバから取得してもよい。 The beam control unit 126 controls the beam direction and intensity of radio waves used for inter-HAPS communication and communication with artificial satellites, and responds to changes in relative positions with other nearby HAPS (radio relay stations). It controls to switch other HAPS (radio relay station) that performs wireless communication. This control may be performed based on, for example, the position and posture of the HAPS itself, the position of the surrounding HAPS, and the like. Information on the position and attitude of the HAPS itself is acquired based on the output of the GPS receiver, gyro sensor, acceleration sensor, etc. incorporated in the HAPS, and the information on the position of the surrounding HAPS is obtained by remote control provided in the mobile communication network 80. It may be obtained from the control device 85 or another HAPS management server.

図7は、HAPS10のマイクロ波受電部130の一構成例を示すブロック図である。
図7において、マイクロ波受電部130は、レクテナ部131とレクテナ制御部132と出力装置133とパイロット信号送信アンテナ部134とビーム方向制御部135とを備える。レクテナ部131は、地上又は海上のマイクロ波給電局75又は給電用飛行船25から送信される給電用マイクロ波ビーム750,250を受けて整流する。レクテナ制御部132は、レクテナ部131による給電用マイクロ波ビームの受電処理及び整流処理の制御を行う。レクテナ制御部132は、例えば、レクテナ部131による給電用マイクロ波ビームの受電処理及び整流処理のON/OFF制御を行ったり、レクテナ部131で受電した電力量のモニタリングやレクテナ部131で受電した電力のバッテリーへの電力配分などの制御を行ったりしてもよい。なお、レクテナ部131の制御を行う必要がない場合はレクテナ制御部132を設けなくてもよい。出力装置133は、レクテナ部131から出力される整流後の電力をバッテリー106,204に出力する。パイロット信号送信アンテナ部134は、給電用マイクロ波ビーム750,250の受電に先立って、給電用マイクロ波ビームを案内するためのレーザビーム等からなるパイロット信号のビーム(ガイドビーム)を、マイクロ波給電局75や給電用飛行船25に向けて送信する。ビーム方向制御部135は、パイロット信号のビームの方向を制御する。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the microwave power receiving unit 130 of the HAPS 10.
In FIG. 7, the microwave power receiving unit 130 includes a rectenna unit 131, a rectenna control unit 132, an output device 133, a pilot signal transmitting antenna unit 134, and a beam direction control unit 135. The rectenna unit 131 receives and rectifies the feeding microwave beams 750 and 250 transmitted from the ground or sea microwave feeding station 75 or the feeding airship 25. The rectenna control unit 132 controls the power receiving process and the rectification process of the feeding microwave beam by the rectenna unit 131. The rectenna control unit 132, for example, performs ON / OFF control of power receiving processing and rectification processing of the power feeding microwave beam by the rectenna unit 131, monitoring the amount of power received by the rectenna unit 131, and the power received by the rectenna unit 131. You may control the distribution of power to the battery. If it is not necessary to control the rectenna unit 131, the rectenna control unit 132 may not be provided. The output device 133 outputs the rectified electric power output from the rectenna unit 131 to the batteries 106 and 204. Prior to receiving power from the power feeding microwave beams 750 and 250, the pilot signal transmitting antenna unit 134 feeds a pilot signal beam (guide beam) including a laser beam for guiding the feeding microwave beam. It transmits to the station 75 and the airship 25 for power supply. The beam direction control unit 135 controls the direction of the beam of the pilot signal.

本実施形態のHAPS10,20における無線中継局110,210での給電制御系(エネルギー・マネージメント・システム)に関する制御は、例えば、次のように状況に応じたアルゴリズムにより効率的なエネルギーマネージメントを行うように実行する。
バッテリー106,204に蓄電された電力を、監視制御部116からの指示により、バス動力系へ供給する電力とミッション系へ供給する電力のバランスを状況に応じて、調整変更する。具体的には、例えば、HAPS10,20で形成する3次元セル内にアクティブユーザ数(端末装置の数)が少ない場合は、ミッション系からバス動力系へ給電量を融通し、HAPS10,20の高度を上げて位置エネルギーとして蓄えるように制御してもよい。また、ミッション系が電力を必要とする場合には、バス動力系への供給量を減らし、HAPS10,20の飛行モードを、位置エネルギーを利用したグライダーモードに移行するように制御してもよい。
The control related to the power supply control system (energy management system) at the wireless relay stations 110 and 210 in the HAPS 10 and 20 of the present embodiment is such that efficient energy management is performed by an algorithm according to the situation as follows, for example. To execute.
The balance between the electric power supplied to the bus power system and the electric power supplied to the mission system is adjusted and changed according to the instruction from the monitoring and control unit 116 for the electric power stored in the batteries 106 and 204. Specifically, for example, when the number of active users (the number of terminal devices) is small in the three-dimensional cell formed by HAPS 10 and 20, the amount of power supplied from the mission system to the bus power system is accommodated, and the altitude of HAPS 10 and 20 is high. May be controlled to be raised and stored as potential energy. Further, when the mission system requires electric power, the supply amount to the bus power system may be reduced, and the flight mode of the HAPS 10 and 20 may be controlled to shift to the glider mode using potential energy.

また、マイクロ波受電部130が給電用マイクロ波ビームを受けて電力を出力している期間には、バッテリー106,204への蓄電以外にも余力がある場合、HAPS10の高度を上げて位置エネルギーとして蓄えるように制御してもよい。また、ソーラープレーンタイプのHAPS10において、ソーラーパネル102で電力を発電している場合は、HAPS10の高度を上げて位置エネルギーとして蓄えるように制御してもよい。 In addition, during the period when the microwave power receiving unit 130 receives the power feeding microwave beam and outputs electric power, if there is spare capacity other than the storage in the batteries 106 and 204, the altitude of HAPS 10 is raised as potential energy. It may be controlled to store. Further, in the solar plane type HAPS 10, when the solar panel 102 is generating electric power, the altitude of the HAPS 10 may be raised and controlled to be stored as potential energy.

本実施形態のHAPS10,20は、マイクロ波受電部130で受電した電力をバッテリー106,204で一時蓄電する構成を採用しているが、バッテリー106,204は必ずしも必要であるわけではない。例えば、給電用マイクロ波ビーム750,250をレクテナ部131で常時受けることができるシステムであれば、マイクロ波受電部130で受電した電力をバス動力系やミッション系の電力消費機器へ直接的に供給する構成としてもよい。また、給電用マイクロ波ビーム750,250をレクテナ部131で常時受けるシステムでなくとも、ソーラーパネル102等の発電装置との併用により、発電装置が発電しない期間の電力をマイクロ波受電部130で受電した電力で賄うようにすれば、バッテリー106,204は必ずしも必要であるわけではない。なお、HAPS10のように揚力で浮揚するタイプの飛行体において、バス動力系へ一時的に電力を供給できない状況になっても、その間は位置エネルギーを利用したグライダーモードに移行するなどして、飛行を維持することができる。 The HAPS 10 and 20 of the present embodiment adopt a configuration in which the electric power received by the microwave power receiving unit 130 is temporarily stored by the batteries 106 and 204, but the batteries 106 and 204 are not always necessary. For example, in a system in which the microwave beams 750 and 250 for power supply can be constantly received by the rectenna unit 131, the power received by the microwave power receiving unit 130 is directly supplied to the power consuming equipment of the bus power system or the mission system. It may be configured to be used. Further, even if the system does not always receive the power feeding microwave beams 750 and 250 at the rectenna section 131, the microwave power receiving section 130 receives the electric power during the period when the power generation device does not generate power by using it in combination with the power generation device such as the solar panel 102. Batteries 106 and 204 are not always necessary if they are to be covered by the generated power. In addition, in a type of flying object such as HAPS10 that floats by lift, even if it becomes impossible to temporarily supply electric power to the bus power system, during that time, it shifts to glider mode using potential energy and flies. Can be maintained.

図8は、実施形態のHAPS10,20の無線中継局110,210の他の構成例を示すブロック図である。
図8の無線中継局110,210は基地局タイプの無線中継局の例である。
なお、図8において、図6と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図8の無線中継局110,210はそれぞれ、モデム部118を更に備え、リピーター部115の代わりに基地局処理部119を備える。更に、無線中継局110,210はそれぞれ、無線通信部125とビーム制御部126とを備える。
FIG. 8 is a block diagram showing another configuration example of the wireless relay stations 110 and 210 of the HAPS 10 and 20 of the embodiment.
The wireless relay stations 110 and 210 in FIG. 8 are examples of base station type wireless relay stations.
In FIG. 8, the same components as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Each of the wireless relay stations 110 and 210 of FIG. 8 further includes a modem unit 118, and includes a base station processing unit 119 instead of the repeater unit 115. Further, each of the wireless relay stations 110 and 210 includes a wireless communication unit 125 and a beam control unit 126, respectively.

モデム部118は、例えば、フィーダ局70からフィード用アンテナ部113及び送受信部114を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、基地局処理部119側に出力するデータ信号を生成する。また、モデム部118は、基地局処理部119側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、フィード用アンテナ部113及び送受信部114を介してフィーダ局70に送信する送信信号を生成する。 For example, the modem unit 118 executes demodulation processing and decoding processing on the received signal received from the feeder station 70 via the feed antenna unit 113 and the transmission / reception unit 114, and outputs a data signal to the base station processing unit 119 side. To generate. Further, the modem unit 118 executes coding processing and modulation processing on the data signal received from the base station processing unit 119 side, and transmits the data signal to the feeder station 70 via the feed antenna unit 113 and the transmission / reception unit 114. Generate a signal.

基地局処理部119は、例えば、LTE/LTE−Advancedの標準規格に準拠した方式に基づいてベースバンド処理を行うe−NodeBとしての機能を有する。基地局処理部119は、第5世代等の将来の移動通信の標準規格に準拠する方式で処理するものであってもよい。 The base station processing unit 119 has, for example, a function as an e-NodeB that performs baseband processing based on a method compliant with the LTE / LTE-Advanced standard. The base station processing unit 119 may process in a manner conforming to future mobile communication standards such as the 5th generation.

基地局処理部119は、例えば、3次元セル41,42に在圏する端末装置から3Dセル形成アンテナ部111及び送受信部112を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、モデム部118側に出力するデータ信号を生成する。また、基地局処理部119は、モデム部118側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、3Dセル形成アンテナ部111及び送受信部112を介して3次元セル41,42の端末装置に送信する送信信号を生成する。 The base station processing unit 119 executes demodulation processing and decoding processing on the received signal received from the terminal devices located in the three-dimensional cells 41 and 42 via the 3D cell forming antenna unit 111 and the transmission / reception unit 112, for example. , Generates a data signal to be output to the modem unit 118 side. Further, the base station processing unit 119 executes coding processing and modulation processing on the data signal received from the modem unit 118 side, and performs the three-dimensional cell 41, 42 via the 3D cell forming antenna unit 111 and the transmission / reception unit 112. Generates a transmission signal to be transmitted to the terminal device of.

無線中継局110、210を介した端末装置との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信(Time Division Duplex:TDD)方式でもよいし、周波数分割複信(Frequency Division Duplex:FDD)方式でもよい。また、無線中継局110、210を介した端末装置との無線通信のアクセス方式は、特定の方式に限定されず、例えば、FDMA(Frequency Division Multiple Access)方式、TDMA(Time Division Multiple Access)方式、CDMA(Code Division Multiple Access)方式、又は、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)であってもよい。また、前記無線通信には、ダイバーシティ・コーディング、送信ビームフォーミング、空間分割多重化(SDM:Spatial Division Multiplexing)等の機能を有し、送受信両方で複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすことができるMIMO(多入力多出力:Multi−Input and Multi−Output)技術を用いてもよい。また、前記MIMO技術は、1つの基地局が1つの端末装置と同一時刻・同一周波数で複数の信号を送信するSU−MIMO(Single−User MIMO)技術でもよいし、1つの基地局が複数の異なる通信端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信又は複数の異なる基地局が1つの端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信するMU−MIMO(Multi−User MIMO)技術であってもよい。 The uplink and downlink duplex schemes for wireless communication with terminal devices via radio relay stations 110 and 210 are not limited to specific schemes, and may be, for example, Time Division Duplex (TDD) schemes. Alternatively, a Frequency Division Duplex (FDD) system may be used. Further, the access method for wireless communication with the terminal device via the wireless relay stations 110 and 210 is not limited to a specific method, and for example, an FDMA (Frequency Division Multiple Access) method, a TDMA (Time Division Multiple Access) method, and the like. It may be a CDMA (Code Division Multiple Access) method or OFDMA (Orthogonal Frequency Division Access). In addition, the wireless communication has functions such as diversity coding, transmission beamforming, and spatial division multiplexing (SDM: Spatial Division Multiplexing), and by using a plurality of antennas for both transmission and reception at the same time, per unit frequency. You may use MIMO (Multi-Input Multi-Output: Multi-Input and Multi-Output) technology which can increase the transmission capacity of the above. Further, the MIMO technology may be SU-MIMO (Single-User MIMO) technology in which one base station transmits a plurality of signals at the same time and the same frequency as one terminal device, or one base station may have a plurality of multiple signals. Even with MU-MIMO (Multi-User MIMO) technology, which transmits signals to different communication terminal devices at the same time and frequency, or multiple different base stations transmit signals to one terminal device at the same time and frequency. Good.

本実施形態において、マイクロ波送電装置から送出されるマイクロ波ビーム(エネルギービーム)を受けて受電するマイクロ波受電部130は、マイクロ波送電装置が設けられるマイクロ波給電局75や給電用飛行船25に対し、相対的に移動するHAPS10,20に搭載される。そして、マイクロ波給電局75や給電用飛行船25のマイクロ波送電装置から送出されるマイクロ波ビーム750,250の送出方向が固定されている場合、図9に示すように、HAPS10,20がマイクロ波ビーム750,250の範囲外へ移動したときには、HAPS10,20のレクテナ部131の受電アンテナ部131aでマイクロ波ビーム750,250を受けることができず、マイクロ波受電部130での受電が不可能となる。このようなマイクロ波受電部130での受電が不可能となる不受電期間により、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130の受電効率は悪化する。 In the present embodiment, the microwave power receiving unit 130 that receives and receives the microwave beam (energy beam) transmitted from the microwave power transmission device is attached to the microwave power supply station 75 or the power supply airship 25 provided with the microwave power transmission device. On the other hand, it is mounted on the relatively moving HAPS 10 and 20. When the transmission directions of the microwave beams 750 and 250 transmitted from the microwave power transmission station 75 and the microwave power transmission device of the power supply airship 25 are fixed, the HAPS 10 and 20 are microwaves as shown in FIG. When moving out of the range of the beams 750 and 250, the microwave beam 750 and 250 cannot be received by the power receiving antenna unit 131a of the rectenna unit 131 of the HAPS 10 and 20, and the microwave power receiving unit 130 cannot receive power. Become. Due to the non-power receiving period during which the microwave power receiving unit 130 cannot receive power, the power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 deteriorates.

ここでいう「受電効率」とは、マイクロ波送電装置から送出されるマイクロ波ビームのエネルギー量に対する、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130が当該マイクロ波ビームから得ることのできる電力量の比率をいう。 The "power receiving efficiency" here is the ratio of the amount of power that the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 can obtain from the microwave beam to the amount of energy of the microwave beam transmitted from the microwave power transmitting device. To say.

一方で、例えば、限られた飛行範囲内をHAPS10,20が移動するケースでは、図10に示すように、送出方向が固定されているマイクロ波ビームの発散角を広げ、当該限られた飛行範囲の全域にマイクロ波ビームが送出されるようにすることが考えられる。これにより、HAPS10,20のレクテナ部131は、マイクロ波ビームを常時受けられるため、マイクロ波受電部130での受電が不可能となる不受電期間(HAPS10,20がマイクロ波ビームの範囲外に位置する期間)が無くなる。しかしながら、マイクロ波ビームの発散角を広げることで、マイクロ波ビームのエネルギー密度が下がるため、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130で受電できる単位時間あたりの受電量が少なくなる。しかも、マイクロ波ビームの大部分が常にHAPS10,20によって受けられずに無駄となる。したがって、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130の受電効率はやはり悪いものとなる。 On the other hand, for example, in the case where the HAPS 10 and 20 move within a limited flight range, as shown in FIG. 10, the divergence angle of the microwave beam having a fixed transmission direction is widened, and the limited flight range is widened. It is conceivable to send a microwave beam over the entire area of. As a result, the rectenna section 131 of the HAPS 10 and 20 can always receive the microwave beam, so that the non-power receiving period (HAPS 10 and 20 are located outside the range of the microwave beam) during which the microwave power receiving section 130 cannot receive power. Period) disappears. However, by widening the divergence angle of the microwave beam, the energy density of the microwave beam is lowered, so that the amount of power received per unit time that can be received by the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 is reduced. Moreover, most of the microwave beam is not always received by the HAPS 10 and 20 and is wasted. Therefore, the power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 is still poor.

そこで、本実施形態におけるマイクロ波給電局75や給電用飛行船25に設けられるマイクロ波送電装置では、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130の受電効率が高まるように、マイクロ波ビームの制御を行っている。以下、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御について、説明する。 Therefore, in the microwave power transmission device provided in the microwave power supply station 75 and the power supply airship 25 in the present embodiment, the microwave beam is controlled so that the power reception efficiency of the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 is increased. ing. Hereinafter, the control of the microwave beam in the present embodiment will be described.

図11は、本実施形態のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図である。
本実施形態のマイクロ波送電装置150は、パラボラアンテナ151と、駆動支持台152と、パイロット信号受信部153と、ビーム制御部154と、支持台制御部155とを備える。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the present embodiment.
The microwave power transmission device 150 of the present embodiment includes a parabolic antenna 151, a drive support base 152, a pilot signal receiving unit 153, a beam control unit 154, and a support base control unit 155.

パラボラアンテナ151は、ビーム送出部として機能し、HAPS10,20に搭載されたマイクロ波受電部130へ給電用のマイクロ波ビーム750,250を送出する。本実施形態では、マイクロ波ビーム750,250を送出するアンテナとして、パラボラアンテナを用いる例であるが、給電用のマイクロ波ビーム750,250を送出できるものであれば、アンテナの種類や方式には特に制限はない。なお、アンテナの種類や方式は、給電用のエネルギービームとして用いるビームの種類に応じて適宜変更してもよい。 The parabolic antenna 151 functions as a beam transmitting unit, and transmits the microwave beams 750 and 250 for feeding to the microwave power receiving unit 130 mounted on the HAPS 10 and 20. In this embodiment, a parabolic antenna is used as an antenna for transmitting the microwave beams 750 and 250. However, as long as the antenna can transmit the microwave beams 750 and 250 for feeding, the type and method of the antenna may be changed. There are no particular restrictions. The type and method of the antenna may be appropriately changed according to the type of beam used as the energy beam for feeding.

駆動支持台152は、駆動部として機能し、パラボラアンテナ151を支持していて、パラボラアンテナ151の向きを変更する。駆動支持台152は、パラボラアンテナ151を支持するアンテナ支持部と、このアンテナ支持部を1軸又は2軸以上の回転軸回りで回転駆動させる回転駆動部とから構成される。駆動支持台152としては、例えばジンバルを用いることができるが、パラボラアンテナ151の向きを制御できるものであれば、特に制限はない。また、本実施形態では、パラボラアンテナ151の向きを変更する例であるが、パラボラアンテナ151の向きの変更に代えて又は向きの変更とともに、パラボラアンテナ151の位置(水平方向位置や垂直方向位置)を変更する駆動部を採用してもよい。 The drive support base 152 functions as a drive unit, supports the parabolic antenna 151, and changes the direction of the parabolic antenna 151. The drive support base 152 includes an antenna support portion that supports the parabolic antenna 151, and a rotary drive portion that rotationally drives the antenna support portion around a rotation axis of one axis or two or more axes. As the drive support base 152, for example, a gimbal can be used, but there is no particular limitation as long as the direction of the parabolic antenna 151 can be controlled. Further, in the present embodiment, the orientation of the parabolic antenna 151 is changed, but instead of or with the change of the orientation of the parabolic antenna 151, the position of the parabolic antenna 151 (horizontal position or vertical position). You may adopt the drive part which changes.

パイロット信号受信部153は、HAPS10,20に搭載されたパイロット信号送信アンテナ部134から送信されるパイロット信号(制御情報)134a(図14参照)を受信する。パイロット信号を受信するためのアンテナ部と、アンテナ部で受信したパイロット信号から、当該パイロット信号の送信元であるHAPS10,20の位置情報を取得する信号処理部とから構成される。パイロット信号受信部153は、受信したパイロット信号から得られるHAPS10,20の位置情報を、後述の支持台制御部155へ出力する。 The pilot signal receiving unit 153 receives the pilot signal (control information) 134a (see FIG. 14) transmitted from the pilot signal transmitting antenna unit 134 mounted on the HAPS 10 and 20. It is composed of an antenna unit for receiving a pilot signal and a signal processing unit for acquiring the position information of HAPS 10 and 20, which are the sources of the pilot signal, from the pilot signal received by the antenna unit. The pilot signal receiving unit 153 outputs the position information of the HAPS 10 and 20 obtained from the received pilot signal to the support base control unit 155, which will be described later.

ビーム制御部154は、パラボラアンテナ151から所定強度のマイクロ波ビーム750,250が送出されるようにパラボラアンテナ151を制御する。パラボラアンテナ151から送出されるマイクロ波ビーム750,250の強度は、固定されたものであってもよいし、可変制御されるものであってもよい。なお、パラボラアンテナ151から送出されるマイクロ波ビーム750,250の発散角は、パラボラアンテナ151の構造上、固定されている。 The beam control unit 154 controls the parabolic antenna 151 so that microwave beams 750 and 250 having a predetermined intensity are transmitted from the parabolic antenna 151. The intensities of the microwave beams 750 and 250 transmitted from the parabolic antenna 151 may be fixed or variably controlled. The divergence angles of the microwave beams 750 and 250 transmitted from the parabolic antenna 151 are fixed due to the structure of the parabolic antenna 151.

マイクロ波ビーム750,250の発散角は、例えば、図12に示すように、HAPS10,20の飛行範囲である空域50の上端HrsuにHAPS10,20が位置するときに、HAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体にマイクロ波ビーム750,250が送出される範囲内で、できるだけ狭く設定してもよい。この場合、HAPS10,20が空域50内であれば、後述するようにマイクロ波ビームの送出方向を制御することを前提に、鉛直方向どの位置に位置していても(図12に示すように空域50の下端Hrslに位置していても)、マイクロ波ビーム750,250の全部あるいは大部分をHAPS10,20の受電アンテナ部131aで受けることが可能となる。 The divergence angle of the microwave beams 750 and 250 is, for example, as shown in FIG. 12, when the HAPS 10 and 20 are located at the upper end Hrsu of the airspace 50 which is the flight range of the HAPS 10 and 20, the power receiving antenna portion of the HAPS 10 and 20 It may be set as narrow as possible within the range in which the microwave beams 750 and 250 are transmitted over the entire 131a. In this case, as long as the HAPS 10 and 20 are within the airspace 50, they may be located at any position in the vertical direction on the premise that the microwave beam transmission direction is controlled as described later (as shown in FIG. 12). Even if it is located at the lower end Hrsl of 50), all or most of the microwave beams 750 and 250 can be received by the power receiving antenna portion 131a of HAPS 10 and 20.

また、マイクロ波ビーム750,250の発散角は、例えば、図13に示すように、HAPS10,20の飛行範囲である空域50の下端HrslにHAPS10,20が位置するときに、HAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体にマイクロ波ビーム750,250が送出される範囲内で、できるだけ狭く設定してもよい。この場合、HAPS10,20が空域50内であれば、後述するようにマイクロ波ビームの送出方向を制御することを前提に、鉛直方向どの位置に位置していても、常にHAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体で、マイクロ波ビーム750,250を受けることが可能となる。 Further, the divergence angle of the microwave beams 750 and 250 is, for example, as shown in FIG. 13, when the HAPS 10 and 20 are located at the lower end Hrsl of the airspace 50 which is the flight range of the HAPS 10 and 20, the power reception of the HAPS 10 and 20 is performed. It may be set as narrow as possible within the range in which the microwave beams 750 and 250 are transmitted to the entire antenna portion 131a. In this case, if the HAPS 10 and 20 are within the airspace 50, the power receiving antenna of the HAPS 10 and 20 is always located regardless of the position in the vertical direction on the premise that the transmission direction of the microwave beam is controlled as described later. The entire portion 131a can receive the microwave beams 750 and 250.

なお、上述したいずれの設定が受電効率が高いかどうかは、すなわち、レクテナ部131の受電アンテナ部131aの一部で高密度のマイクロ波ビームを受ける方が受電効率を高められるか、それとも、レクテナ部131の受電アンテナ部131aの全体を使って比較的低密度のマイクロ波ビームを受ける方が受電効率を高められるかは、種々の条件で変わってくるので、適宜選択される。 Which of the above settings has high power receiving efficiency, that is, whether it is possible to improve the power receiving efficiency by receiving a high-density microwave beam in a part of the power receiving antenna part 131a of the rectenna part 131, or the rectenna. Whether or not the power receiving efficiency can be improved by receiving a microwave beam having a relatively low density by using the entire power receiving antenna unit 131a of the unit 131 depends on various conditions, and is appropriately selected.

支持台制御部155は、パイロット信号受信部153から出力されるHAPS10,20の位置情報に基づいて、駆動支持台152を駆動してパラボラアンテナ151の向きを変え、パラボラアンテナ151から送出されるマイクロ波ビーム750,250の送出方向が当該HAPS10,20へ向くように制御する。 The support base control unit 155 drives the drive support base 152 to change the direction of the parabolic antenna 151 based on the position information of the HAPS 10 and 20 output from the pilot signal reception unit 153, and the micro transmitted from the parabolic antenna 151. The transmission direction of the wave beams 750 and 250 is controlled to be directed to the HAPS 10 and 20.

本実施形態によれば、支持台制御部155により駆動支持台152の駆動制御を行うことで、図14に示すように、HAPS10,20の移動に伴ってパラボラアンテナ151の向きが変わり、マイクロ波ビーム750,250の送出方向がHAPS10,20の移動に追従するように変化する。これにより、高いエネルギー密度のマイクロ波ビーム750,250を得るために、マイクロ波ビーム750,250の発散角を図12や図13に示したように狭く設定しても(マイクロ波ビーム750,250の範囲を狭く設定しても)、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130での受電が不可能となる不受電期間(HAPS10,20がマイクロ波ビームの範囲外に位置する期間)が無くなる、あるいは少なくなる。これにより、HAPS10,20上のレクテナ部131は、高いエネルギー密度のマイクロ波ビーム750,250を常時受け続けることができ、あるいは、高いエネルギー密度のマイクロ波ビーム750,250を受けることのできる期間が長くなる。その結果、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130の受電効率の悪化を抑制でき、あるいは、受電効率を向上させることができる。 According to the present embodiment, by controlling the drive of the drive support base 152 by the support base control unit 155, as shown in FIG. 14, the direction of the parabolic antenna 151 changes with the movement of the HAPS 10 and 20, and the microwave wave. The delivery direction of the beams 750 and 250 changes to follow the movement of the HAPS 10 and 20. As a result, even if the divergence angle of the microwave beams 750 and 250 is set narrow as shown in FIGS. 12 and 13 in order to obtain the microwave beams 750 and 250 with high energy density (microwave beams 750 and 250). (Even if the range of HAPS 10 and 20 is set narrower), the non-power receiving period (the period in which HAPS 10 and 20 are located outside the range of the microwave beam) during which power cannot be received by the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 disappears. Or less. As a result, the rectenna unit 131 on the HAPS 10 and 20 can continuously receive the high energy density microwave beams 750 and 250, or can receive the high energy density microwave beams 750 and 250 for a period of time. become longer. As a result, deterioration of the power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 can be suppressed, or the power receiving efficiency can be improved.

〔変形例1〕
次に、本実施形態における制御情報の一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
本変形例1では、マイクロ波受電部130の受電効率を高めるための制御情報であるビーム方向制御情報として、パイロット信号に代えて、HAPS10,20上に搭載されたGPS受信装置の出力情報(GPS情報)を用いる。GPS受信装置は、GPS受信モジュールやGPSアンテナ等で構成され、地球の周りに配置されている複数のGPS衛星から電波を受信し、その受信結果に基づいてHAPS10,20が位置する緯度、経度及び高度のデータを算出する。
[Modification 1]
Next, a modified example of the control information in the present embodiment (hereinafter, referred to as “modified example 1”) will be described.
In the first modification, the output information (GPS) of the GPS receiving device mounted on the HAPS 10 and 20 is replaced with the pilot signal as the beam direction control information which is the control information for increasing the power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130. Information) is used. The GPS receiving device is composed of a GPS receiving module, a GPS antenna, etc., receives radio waves from a plurality of GPS satellites arranged around the earth, and based on the reception results, the latitude, longitude, and the latitude and longitude at which HAPS 10 and 20 are located are located. Calculate altitude data.

図15は、本変形例1のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図である。
本変形例1のマイクロ波送電装置150は、パイロット信号受信部153に代えて、GPS情報受信部156を備える点で、図11に示したマイクロ波送電装置とは異なっている。なお、図15において、前述の図11と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the present modification 1.
The microwave power transmission device 150 of the first modification is different from the microwave power transmission device shown in FIG. 11 in that it includes a GPS information receiving unit 156 instead of the pilot signal receiving unit 153. In FIG. 15, the same reference numerals are given to the parts common to those in FIG. 11 described above, and the description thereof will be omitted.

GPS情報受信部156は、HAPS10,20に搭載されたGPS受信装置が受信したGPS情報(制御情報)を受信する。このGPS情報は、HAPS10,20の位置を特定するための情報が含まれているので、GPS情報受信部156は、GPS情報を受信することで、HAPS10,20の位置を特定することができる。GPS情報受信部156は、HAPS10,20に搭載された通信部から送信されるGPS情報を、直接的に又は間接的に受信する。 The GPS information receiving unit 156 receives the GPS information (control information) received by the GPS receiving device mounted on the HAPS 10 and 20. Since this GPS information includes information for specifying the positions of HAPS 10 and 20, the GPS information receiving unit 156 can specify the position of HAPS 10 and 20 by receiving the GPS information. The GPS information receiving unit 156 directly or indirectly receives the GPS information transmitted from the communication unit mounted on the HAPS 10 and 20.

直接的に受信する方法としては、例えば、HAPS10,20に搭載された無線通信アンテナ装置140から送信される電波や、パイロット信号送信アンテナ部134から送信されるパイロット信号を、GPS情報受信部156で直接受信して、受信した電波やパイロット信号に含まれるGPS情報を取得する。あるいは、例えば、HAPS10,20の3Dセル形成アンテナ部111やフィード用アンテナ部113から送信される無線信号を、GPS情報受信部156で直接受信して、受信した無線信号に含まれるGPS情報を取得する。 As a method of directly receiving, for example, a radio wave transmitted from the wireless communication antenna device 140 mounted on the HAPS 10 and 20 and a pilot signal transmitted from the pilot signal transmitting antenna unit 134 are received by the GPS information receiving unit 156. It receives directly and acquires GPS information included in the received radio waves and pilot signals. Alternatively, for example, the GPS information receiving unit 156 directly receives the radio signal transmitted from the 3D cell forming antenna unit 111 of the HAPS 10 and 20 and the feed antenna unit 113 to acquire the GPS information included in the received radio signal. To do.

間接的に受信する方法としては、例えば、HAPS10,20が備える基地局としての機能、中継局としての機能、あるいは、端末装置としての機能を使用して、移動通信ネットワークを介して送信されるGPS情報を、GPS情報受信部156によって受信して取得する。具体的には、例えば、図16に示すように、HAPS10,20から無線通信によって地上又は海上に設置されたフィーダ局70を介して移動通信網80のコアネットワークへ送信されるGPS情報を、移動通信網80に有線又は無線によって接続されたマイクロ波送電装置150のGPS情報受信部156で受信する。 As a method of indirectly receiving, for example, GPS transmitted via a mobile communication network by using the function as a base station, the function as a relay station, or the function as a terminal device of HAPS 10 and 20. The information is received and acquired by the GPS information receiving unit 156. Specifically, for example, as shown in FIG. 16, GPS information transmitted from HAPS 10 and 20 to the core network of the mobile communication network 80 via a feeder station 70 installed on the ground or at sea by wireless communication is moved. It is received by the GPS information receiving unit 156 of the microwave power transmitting device 150 connected to the communication network 80 by wire or wirelessly.

GPS情報受信部156は、取得したGPS情報から得られるHAPS10,20の位置情報を、支持台制御部155へ出力する。これにより、支持台制御部155は、このHAPS10,20の位置情報に基づいて、駆動支持台152を駆動してパラボラアンテナ151の向きを変え、パラボラアンテナ151から送出されるマイクロ波ビーム750,250の送出方向が当該HAPS10,20へ向くように制御する。 The GPS information receiving unit 156 outputs the position information of the HAPS 10 and 20 obtained from the acquired GPS information to the support base control unit 155. As a result, the support base control unit 155 drives the drive support base 152 to change the direction of the parabolic antenna 151 based on the position information of the HAPS 10 and 20, and the microwave beams 750 and 250 transmitted from the parabolic antenna 151. Is controlled so that the sending direction of is directed to the HAPS 10 and 20.

本変形例1によれば、GPS情報によりHAPS10,20の位置を高精度に得ることができるので、マイクロ波ビーム750,250の送出方向をHAPS10,20へ向かせる制御をより高い精度で行うことができる。 According to this modification 1, since the positions of HAPS 10 and 20 can be obtained with high accuracy by GPS information, the control of directing the transmission direction of the microwave beams 750 and 250 toward HAPS 10 and 20 is performed with higher accuracy. Can be done.

〔変形例2〕
次に、本実施形態における制御情報の他の変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
本変形例2では、マイクロ波受電部130の受電効率を高めるための制御情報であるビーム方向制御情報として、パイロット信号に代えて、HAPS10,20の飛行(移動)が移動通信網80の遠隔制御装置85によって制御されるときに用いられるHAPS制御情報を用いる。
[Modification 2]
Next, another modification of the control information in the present embodiment (hereinafter, this modification is referred to as “modification 2”) will be described.
In the second modification, the flight (movement) of the HAPS 10 and 20 is remotely controlled by the mobile communication network 80 instead of the pilot signal as the beam direction control information which is the control information for increasing the power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130. The HAPS control information used when controlled by the device 85 is used.

図17は、本変形例2のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図である。
本変形例2のマイクロ波送電装置150は、パイロット信号受信部153に代えて、HAPS制御情報受信部157を備える点で、図11に示したマイクロ波送電装置とは異なっている。なお、図17において、前述の図11と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the second modification.
The microwave power transmission device 150 of the second modification is different from the microwave power transmission device shown in FIG. 11 in that the HAPS control information receiving unit 157 is provided instead of the pilot signal receiving unit 153. In FIG. 17, the same reference numerals are given to the parts common to those in FIG. 11 described above, and the description thereof will be omitted.

HAPS制御情報受信部157は、遠隔制御装置85からHAPS10,20へ送信されるHAPS制御情報を遠隔制御装置85から受信する。HAPS制御情報は、HAPS10,20の飛行(移動)を制御するための制御情報であるため、HAPS制御情報受信部157は、このHAPS制御情報を受信することで、そのHAPS制御情報の送信先であるHAPS10,20の位置を特定することができる。 The HAPS control information receiving unit 157 receives the HAPS control information transmitted from the remote control device 85 to the HAPS 10 and 20 from the remote control device 85. Since the HAPS control information is control information for controlling the flight (movement) of the HAPS 10 and 20, the HAPS control information receiving unit 157 receives the HAPS control information, and at the transmission destination of the HAPS control information. The position of a certain HAPS 10, 20 can be specified.

遠隔制御装置85からHAPS10,20へ送信されるHAPS制御情報が移動通信ネットワーク(移動通信網80)を介して送信される場合、遠隔制御装置85からのHAPS制御情報の送信先に、HAPS10,20だけでなく、マイクロ波送電装置150を追加する。そして、HAPS制御情報受信部157は、図18に示すように、移動通信網80を介して、遠隔制御装置85からHAPS10,20へ送信されるHAPS制御情報を受信する。 When the HAPS control information transmitted from the remote control device 85 to the HAPS 10 and 20 is transmitted via the mobile communication network (mobile communication network 80), the HAPS control information from the remote control device 85 is transmitted to the HAPS 10 and 20. Not only that, the microwave power transmission device 150 is added. Then, as shown in FIG. 18, the HAPS control information receiving unit 157 receives the HAPS control information transmitted from the remote control device 85 to the HAPS 10 and 20 via the mobile communication network 80.

HAPS制御情報受信部157は、取得したHAPS制御情報から得られるHAPS10,20の位置情報を、支持台制御部155へ出力する。これにより、支持台制御部155は、このHAPS10,20の位置情報に基づいて、駆動支持台152を駆動してパラボラアンテナ151の向きを変え、パラボラアンテナ151から送出されるマイクロ波ビーム750,250の送出方向が当該HAPS10,20へ向くように制御する。 The HAPS control information receiving unit 157 outputs the position information of the HAPS 10 and 20 obtained from the acquired HAPS control information to the support base control unit 155. As a result, the support base control unit 155 drives the drive support base 152 to change the direction of the parabolic antenna 151 based on the position information of the HAPS 10 and 20, and the microwave beams 750 and 250 transmitted from the parabolic antenna 151. Is controlled so that the sending direction of is directed to the HAPS 10 and 20.

本変形例2によれば、マイクロ波送電装置150で用いる制御情報を送信するための構成をHAPS10,20に搭載する必要がなく、HAPS10,20の軽量化、低消費電力化を実現できる。 According to the second modification, it is not necessary to mount the configuration for transmitting the control information used in the microwave power transmission device 150 on the HAPS 10 and 20, and the weight and power consumption of the HAPS 10 and 20 can be reduced.

〔変形例3〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの方向制御の一変形例(以下、本変形例を「変形例3」という。)について説明する。
本変形例3では、駆動支持台152を駆動してパラボラアンテナ151の向きを制御するのではなく、アンテナに対する制御を行うことで、マイクロ波ビーム750,250の送出方向がHAPS10,20へ向くように制御する。なお、本変形例3では、制御情報であるビーム方向制御情報として、上述した変形例1と同様にGPS情報を用いるが、他のビーム方向制御情報を用いてもよい。
[Modification 3]
Next, a modification of the direction control of the microwave beam in the present embodiment (hereinafter, this modification will be referred to as “modification 3”) will be described.
In the third modification, the direction of the microwave beams 750 and 250 is directed toward HAPS 10 and 20 by controlling the antenna instead of driving the drive support 152 to control the direction of the parabolic antenna 151. To control. In the present modification 3, GPS information is used as the beam direction control information which is the control information as in the above-described modification 1, but other beam direction control information may be used.

図19は、本変形例3のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図である。なお、図19において、前述の図15と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
本変形例3のマイクロ波送電装置150は、ビーム送出部として、パラボラアンテナ151に代えて、アンテナ制御によってマイクロ波ビーム750,250の送出方向を変更可能なアンテナが用いられる。例えば、複数の無指向性アンテナ(オムニアンテナ)からなるアンテナエレメントを配列したアレイアンテナを用い、各アンテナエレメントの信号位相を制御して指向性をもつビームを形成するものであってもよい。また、例えば、複数の指向性アンテナからなるアンテナエレメントを配列したアレイアンテナを用い、各アンテナエレメントの信号位相を制御して指向性をもつビームを形成するものであってもよい。本変形例3では、複数の無指向性アンテナからなるアンテナエレメントが配列されたアレイアンテナ158を用いる。
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the third modification. In FIG. 19, the same reference numerals are given to the parts common to those in FIG. 15, and the description thereof will be omitted.
In the microwave power transmission device 150 of the third modification, instead of the parabolic antenna 151, an antenna capable of changing the transmission direction of the microwave beams 750 and 250 by antenna control is used as the beam transmission unit. For example, an array antenna in which antenna elements composed of a plurality of omnidirectional antennas (omni-antennas) are arranged may be used, and the signal phase of each antenna element may be controlled to form a directional beam. Further, for example, an array antenna in which antenna elements composed of a plurality of directional antennas are arranged may be used, and the signal phase of each antenna element may be controlled to form a beam having directivity. In the third modification, an array antenna 158 in which antenna elements composed of a plurality of omnidirectional antennas are arranged is used.

また、本変形例3のマイクロ波送電装置150は、駆動支持台152及び支持台制御部155を省き、記憶部160に記憶されたデータを用いてビーム制御部159によりアレイアンテナ158を制御することで、マイクロ波ビーム750,250の送出方向がHAPS10,20へ向くように制御する。すなわち、本変形例3のマイクロ波送電装置150は、ビーム制御部159の制御の下、GPS情報から特定されるHAPS10,20の位置に応じた方向へアレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビーム750,250を向けるビームフォーミング機能を備えている。ビームフォーミング機能で用いることができる複数種類のプリコーディングの候補データは、記憶部160に記憶されている。 Further, in the microwave power transmission device 150 of the present modification 3, the drive support base 152 and the support base control unit 155 are omitted, and the array antenna 158 is controlled by the beam control unit 159 using the data stored in the storage unit 160. Then, the transmission direction of the microwave beams 750 and 250 is controlled to be directed toward HAPS 10 and 20. That is, the microwave power transmission device 150 of the present modification 3 is a microwave beam 750 transmitted from the array antenna 158 in the direction corresponding to the positions of the HAPS 10 and 20 specified from the GPS information under the control of the beam control unit 159. It has a beamforming function that directs 250. A plurality of types of precoding candidate data that can be used in the beamforming function are stored in the storage unit 160.

ここで、プリコーディングによるビームフォーミング機能とは、マイクロ波ビームが特定の方向へ送信されるように、アレイアンテナ158の各アンテナエレメントの信号位相の組(プリコーディング)を複数種類(N個)用意しておき、その中から一つを選択してプリコーディング制御を行い、ビームを制御する機能である。本実施形態では、GPS情報から特定されるHAPS10,20の位置に基づき、ビーム制御部159におけるデータ処理によって、本マイクロ波送電装置150(マイクロ波給電局75、給電用飛行船25)のアレイアンテナ158に対するHAPS10,20の相対方向を特定する。そして、ビーム制御部159は、そのHAPS10,20の相対位置に対して最適となるプリコーディングを選択して、図20に示すように、そのHAPS10,20へマイクロ波ビームが向くようにビーム方向の制御を行う。 Here, with the beamforming function by precoding, a plurality of types (N) of signal phase sets (precoding) of each antenna element of the array antenna 158 are prepared so that the microwave beam is transmitted in a specific direction. It is a function to control the beam by selecting one of them and performing precoding control. In the present embodiment, the array antenna 158 of the microwave power transmission device 150 (microwave power transmission station 75, power supply airship 25) is processed by data processing in the beam control unit 159 based on the positions of HAPS 10 and 20 specified from GPS information. The relative directions of HAPS 10 and 20 with respect to are specified. Then, the beam control unit 159 selects the precoding that is optimal for the relative positions of the HAPS 10 and 20, and as shown in FIG. 20, the beam direction is such that the microwave beam is directed to the HAPS 10 and 20. Take control.

図21は、本変形例3におけるアレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例3におけるアレイアンテナ158のビーム制御では、GPS情報受信部156がGPS情報を受信し(S1)、そのGPS情報から得られる当該GPS情報の送信元のHAPS10,20の位置情報が、ビーム制御部159へ出力される。ビーム制御部159は、この位置情報から、HAPS10,20の現在位置を特定する(S2)。
FIG. 21 is a flowchart showing a control flow of the microwave beam transmitted from the array antenna 158 in the third modification.
In the beam control of the array antenna 158 in the third modification, the GPS information receiving unit 156 receives the GPS information (S1), and the position information of the HAPS 10 and 20 of the source of the GPS information obtained from the GPS information is the beam. It is output to the control unit 159. The beam control unit 159 specifies the current positions of HAPS 10 and 20 from this position information (S2).

続いて、ビーム制御部159は、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向を特定する処理を行う(S3)。この処理は、当該マイクロ波送電装置150の現在位置情報を用いて行われる。この処理は、当該マイクロ波送電装置150が給電用飛行船25のような移動体上に設置されている場合に必要となるが、当該マイクロ波送電装置150が地上又は海上のマイクロ波給電局75のような固定施設に設置されている場合には省略可能である。 Subsequently, the beam control unit 159 performs a process of specifying the relative direction of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 (S3). This process is performed using the current position information of the microwave power transmission device 150. This processing is necessary when the microwave power transmission device 150 is installed on a moving body such as an airship 25 for power supply, and the microwave power transmission device 150 is a ground or sea microwave power transmission station 75. It can be omitted if it is installed in such a fixed facility.

このようにしてアレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向を特定したら、ビーム制御部159は、記憶部160に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、アレイアンテナ158に対するHAPS10,20の相対方向に基づき、アレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームをHAPS10,20に向かせるプリコーディング候補を選択する(S4)。本変形例3におけるプリコーディング候補には、方向が異なるビームを形成するもので構成されている。そのため、アレイアンテナ158に対するHAPS10,20の相対方向に応じてマイクロ波ビームの送出方向(ビーム方向)を特定し、特定したビーム方向に適合するプリコーディング候補を選択する。 After specifying the relative directions of the HAPSs 10 and 20 as seen from the array antenna 158 in this way, the beam control unit 159 can use the HAPS10, 10 for the array antenna 158 from among a plurality of types of precoding candidates stored in the storage unit 160. Based on the relative directions of 20, the precoding candidates that direct the microwave beam transmitted from the array antenna 158 toward the HAPS 10 and 20 are selected (S4). The precoding candidates in the third modification are configured to form beams having different directions. Therefore, the transmission direction (beam direction) of the microwave beam is specified according to the relative direction of the HAPS 10 and 20 with respect to the array antenna 158, and a precoding candidate suitable for the specified beam direction is selected.

ビーム制御部159は、プリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データに従って、アレイアンテナ158の各アンテナエレメントの信号の振幅及び位相を制御するプリコーディング制御を実施する(S5)。これにより、アレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームは、移動しているHAPS10,20に追従するように向けられ、アレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームを、移動先でもHAPS10,20の受電アンテナ部131aで受けることができる。 When the precoding candidate is selected, the beam control unit 159 performs precoding control for controlling the amplitude and phase of the signal of each antenna element of the array antenna 158 according to the precoding candidate data (S5). As a result, the microwave beam transmitted from the array antenna 158 is directed to follow the moving HAPS 10 and 20, and the microwave beam transmitted from the array antenna 158 receives power from the HAPS 10 and 20 even at the moving destination. It can be received by the antenna unit 131a.

なお、本変形例3においては、アレイアンテナ158の各アンテナエレメントの信号位相を制御することで、アレイアンテナ158のビーム方向を制御しているが、他の方法でアレイアンテナ158のビーム方向を制御してもよい。また、本変形例3においては、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向の特定結果に応じて、あらかじめ用意したプリコーディング候補の中から適合するものを選択し、ビーム方向及び範囲(ビーム発散角)を制御しているが、当該特定結果からリアルタイムにビーム方向を計算し、その計算結果に基づいてビーム方向を制御してもよい。 In the third modification, the beam direction of the array antenna 158 is controlled by controlling the signal phase of each antenna element of the array antenna 158, but the beam direction of the array antenna 158 is controlled by another method. You may. Further, in the present modification 3, a suitable precoding candidate is selected from the precoding candidates prepared in advance according to the specific result of the relative direction of the HAPS 10 and 20 seen from the array antenna 158, and the beam direction and range (beam). Although the divergence angle) is controlled, the beam direction may be calculated in real time from the specific result, and the beam direction may be controlled based on the calculation result.

本変形例3によれば、マイクロ波ビームの方向制御において、駆動支持台152のような機械的な設備が不要となるうえ、マイクロ波ビームの方向をより迅速に変更可能となるため、より高速で移動する飛行体への対応が容易となる。 According to the third modification, in controlling the direction of the microwave beam, mechanical equipment such as the drive support 152 is not required, and the direction of the microwave beam can be changed more quickly, so that the speed is higher. It becomes easy to deal with flying objects that move with.

なお、本変形例3では、アレイアンテナ158で単一のビームを形成する例であるが、アレイアンテナ158で互いに異なる方向へ送出される複数のビームを形成することも可能である。この場合、図2に示すように、互いに異なる方向に位置する複数のHAPS10,20に対して同時にマイクロ波ビームを送出し、複数のHAPS10,20に対して同時に電力を供給することが可能となる。このとき、各HAPS10,20に対して送出されるマイクロ波ビームは、互いに周波数を異ならせるなどの調整が必要となる。 In addition, although this modification 3 is an example in which a single beam is formed by the array antenna 158, it is also possible to form a plurality of beams transmitted in different directions by the array antenna 158. In this case, as shown in FIG. 2, it is possible to simultaneously transmit a microwave beam to a plurality of HAPSs 10 and 20 located in different directions and to supply electric power to the plurality of HAPSs 10 and 20 at the same time. .. At this time, the microwave beams transmitted to the HAPS 10 and 20 need to be adjusted so that their frequencies are different from each other.

〔変形例4〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の一変形例(以下、本変形例を「変形例4」という。)について説明する。
上述した実施形態や変形例1乃至3のように、マイクロ波ビーム750,250の送出方向をHAPS10,20の移動に追従するように変化させることで、不受電期間が無くなり(あるいは少なくなり)、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130の受電効率が向上する。しかしながら、マイクロ波ビームが送出される範囲(マイクロ波ビームの発散角)が固定されている場合、図22に示すように、HAPS10,20とマイクロ波送電装置150との距離が変わることで、HAPS10,20によって受けられないマイクロ波ビームの部分Aが増大し、受電効率の低下を招く場合がある。
[Modification example 4]
Next, one modification of the control content of the microwave beam in the present embodiment (hereinafter, this modification will be referred to as “modification example 4”) will be described.
By changing the transmission direction of the microwave beams 750 and 250 so as to follow the movement of the HAPS 10 and 20, as in the above-described embodiments and modifications 1 to 3, the non-reception period is eliminated (or reduced). The power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 is improved. However, when the range in which the microwave beam is transmitted (the divergence angle of the microwave beam) is fixed, as shown in FIG. 22, the distance between the HAPS 10 and 20 and the microwave power transmission device 150 changes, so that the HAPS 10 , 20 may increase the portion A of the microwave beam that cannot be received, resulting in a decrease in power receiving efficiency.

そこで、本変形例4では、マイクロ波受電部130の受電効率を高めるための制御情報として、マイクロ波ビームの送出方向を制御するためのビーム方向制御情報だけでなく、マイクロ波ビームが送出される範囲を制御するためのビーム範囲制御情報も用いる。特に、本変形例4では、ビーム範囲制御情報として、HAPS10,20の位置を特定するための位置情報を用い、その位置情報からHAPS10,20とマイクロ波送電装置150との相対距離を特定して、マイクロ波ビームの範囲(マイクロ波ビームの発散角)を変える制御を行う。 Therefore, in the present modification 4, not only the beam direction control information for controlling the transmission direction of the microwave beam but also the microwave beam is transmitted as the control information for increasing the power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130. Beam range control information for controlling the range is also used. In particular, in the present modification 4, the position information for specifying the position of the HAPS 10 and 20 is used as the beam range control information, and the relative distance between the HAPS 10 and 20 and the microwave power transmission device 150 is specified from the position information. , Controls to change the range of the microwave beam (the divergence angle of the microwave beam).

本変形例4では、マイクロ波ビームの範囲を変える制御を実現するため、ビーム送出部として、アンテナ制御によってマイクロ波ビーム750,250の発散角(ビーム幅)を変更可能なアンテナを用いる。具体的には、複数の無指向性アンテナからなるアンテナエレメントが配列されたアレイアンテナ158を用いる。そして、本変形例4のマイクロ波送電装置150は、記憶部160に記憶されたデータを用いてビーム制御部159によりアレイアンテナ158を制御することで、上述した変形例3と同様にHAPS10,20へマイクロ波ビームが向くようにビーム方向の制御を行うとともに、HAPS10,20上の受電アンテナ部131aにマイクロ波ビーム750,250が集中するように、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲の広狭(マイクロ波ビームの発散角)を制御する。 In the present modification 4, in order to realize the control of changing the range of the microwave beam, an antenna capable of changing the divergence angle (beam width) of the microwave beams 750 and 250 is used as the beam transmitting unit. Specifically, an array antenna 158 in which antenna elements composed of a plurality of omnidirectional antennas are arranged is used. Then, the microwave power transmission device 150 of the present modification 4 controls the array antenna 158 by the beam control unit 159 using the data stored in the storage unit 160, so that the HAPS 10 and 20 are the same as the modification 3 described above. The beam direction is controlled so that the microwave beam faces, and the range in which the microwave beams 750 and 250 are transmitted so that the microwave beams 750 and 250 are concentrated on the power receiving antenna portion 131a on the HAPS 10 and 20. Controls the width (radiation angle of microwave beam).

なお、本変形例4におけるマイクロ波送電装置150の基本的なハードウェア構成は、上述した変形例3と同様であるので、本変形例4のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図は、図19を参照する。 Since the basic hardware configuration of the microwave power transmission device 150 in the present modification 4 is the same as that of the above-described modification 3, a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the present modification 4 is shown. Refers to FIG.

図23は、本変形例4におけるアレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例4におけるアレイアンテナ158のビーム制御では、GPS情報受信部156がGPS情報を受信し(S11)、そのGPS情報から得られる当該GPS情報の送信元のHAPS10,20の位置情報が、ビーム制御部159へ出力される。ビーム制御部159は、この位置情報から、HAPS10,20の現在位置を特定する(S12)。
FIG. 23 is a flowchart showing a control flow of the microwave beam transmitted from the array antenna 158 in the present modification 4.
In the beam control of the array antenna 158 in the present modification 4, the GPS information receiving unit 156 receives the GPS information (S11), and the position information of the HAPS 10 and 20 of the source of the GPS information obtained from the GPS information is the beam. It is output to the control unit 159. The beam control unit 159 identifies the current positions of HAPS 10 and 20 from this position information (S12).

続いて、ビーム制御部159は、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向及び相対距離を特定する処理を行う(S13)。マイクロ波送電装置150のアレイアンテナ158とHAPS10,20との距離については、当該アレイアンテナ158の現在位置と、GPS情報から特定されるHAPS10,20の現在位置とから算出することができる。 Subsequently, the beam control unit 159 performs a process of specifying the relative direction and the relative distance of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 (S13). The distance between the array antenna 158 of the microwave power transmission device 150 and the HAPS 10 and 20 can be calculated from the current position of the array antenna 158 and the current position of the HAPS 10 and 20 specified from the GPS information.

このようにしてアレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向及び相対距離を特定したら、ビーム制御部159は、記憶部160に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、アレイアンテナ158に対するHAPS10,20の相対方向及び相対距離に基づき、アレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームをHAPS10,20に向かせるプリコーディング候補を選択する(S14)。本変形例4におけるプリコーディング候補には、方向と範囲(ビーム発散角)が異なるビームを形成するもので構成されている。そのため、アレイアンテナ158に対するHAPS10,20の相対方向及び相対距離に応じてマイクロ波ビームの送出方向(ビーム方向)及び範囲(ビーム発散角)を特定し、特定したビーム方向及び範囲(ビーム発散角)に適合するプリコーディング候補を選択する。 After specifying the relative directions and relative distances of the HAPSs 10 and 20 as seen from the array antenna 158 in this way, the beam control unit 159 can use the array antenna 158 from among a plurality of types of precoding candidates stored in the storage unit 160. Based on the relative direction and relative distance of the HAPS 10 and 20 with respect to, a precoding candidate for directing the microwave beam transmitted from the array antenna 158 toward the HAPS 10 and 20 is selected (S14). The precoding candidates in the present modification 4 are configured to form beams having different directions and ranges (beam divergence angles). Therefore, the transmission direction (beam direction) and range (beam divergence angle) of the microwave beam are specified according to the relative direction and relative distance of the HAPS 10 and 20 with respect to the array antenna 158, and the specified beam direction and range (beam divergence angle) are specified. Select a precoding candidate that matches.

ビーム制御部159は、プリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データに従って、アレイアンテナ158の各アンテナエレメントの信号の振幅及び位相を制御するプリコーディング制御を実施する(S15)。これにより、アレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームは、図24に示すように、移動しているHAPS10,20に追従するように向けられるとともに、HAPS10,20上の受電アンテナ部131aに集中するように、マイクロ波ビーム750,250の方向と範囲(ビーム発散角θ1→θ2)が変更される。 When the precoding candidate is selected, the beam control unit 159 performs precoding control for controlling the amplitude and phase of the signal of each antenna element of the array antenna 158 according to the precoding candidate data (S15). As a result, as shown in FIG. 24, the microwave beam transmitted from the array antenna 158 is directed to follow the moving HAPSs 10 and 20, and is concentrated on the power receiving antenna portion 131a on the HAPSs 10 and 20. As described above, the directions and ranges (beam divergence angles θ1 → θ2) of the microwave beams 750 and 250 are changed.

本変形例4によれば、マイクロ波ビーム750,250の範囲を制御することで、HAPS10,20とマイクロ波送電装置150(アレイアンテナ158)との距離が変わっても、HAPS10,20によって受けられないマイクロ波ビームの部分の増大を抑え、HAPS10,20が無駄なくマイクロ波ビームを受けることができ(常に高密度のマイクロ波ビームを受けることができ)、高い受電効率を得ることができる。 According to the present modification 4, by controlling the range of the microwave beams 750 and 250, even if the distance between the HAPS 10 and 20 and the microwave power transmission device 150 (array antenna 158) changes, the HAPS 10 and 20 can receive it. The increase of the portion of the microwave beam that does not exist is suppressed, and the HAPS 10 and 20 can receive the microwave beam without waste (always receive the high-density microwave beam), and high power receiving efficiency can be obtained.

なお、本変形例4においては、アレイアンテナ158で単一のビームを形成する例であるが、アレイアンテナ158で互いに異なる方向へ互いに異なる範囲の複数のビームを送出されることも可能である。この場合、図2に示すように、互いに異なる方向・距離に位置する複数のHAPS10,20に対して同時にマイクロ波ビームを送出し、複数のHAPS10,20に対して同時に電力を供給するとともに、それぞれのHAPS10,20が無駄なくマイクロ波ビームを受けて(常に高密度のマイクロ波ビームを受けて)、高い受電効率を得ることができる。このとき、各HAPS10,20に対して送出されるマイクロ波ビームは、互いに周波数を異ならせるなどの調整が必要となる。 Although the array antenna 158 forms a single beam in the present modification 4, it is also possible for the array antenna 158 to transmit a plurality of beams in different directions and in different ranges. In this case, as shown in FIG. 2, a microwave beam is simultaneously transmitted to a plurality of HAPSs 10 and 20 located in different directions and distances, and power is supplied to the plurality of HAPSs 10 and 20 at the same time, respectively. HAPS 10 and 20 receive a microwave beam without waste (always receive a high-density microwave beam), and high power receiving efficiency can be obtained. At this time, the microwave beams transmitted to the HAPS 10 and 20 need to be adjusted so that their frequencies are different from each other.

また、本変形例4においては、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向及び相対距離の特定結果に応じて、あらかじめ用意したプリコーディング候補の中から適合するものを選択してビーム方向及び範囲(ビーム発散角)を制御しているが、当該特定結果からリアルタイムにビーム方向及び範囲を計算し、その計算結果に基づいてビーム方向及び範囲を制御してもよい。 Further, in the present modification 4, the beam direction and the beam direction and the beam direction are selected from the precoding candidates prepared in advance according to the specific result of the relative direction and the relative distance of the HAPS 10 and 20 seen from the array antenna 158. Although the range (beam divergence angle) is controlled, the beam direction and range may be calculated in real time from the specific result, and the beam direction and range may be controlled based on the calculation result.

〔変形例5〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の他の変形例(以下、本変形例を「変形例5」という。)について説明する。
上述した変形例4では、ビーム送出部として、アンテナ制御によってマイクロ波ビーム750,250の発散角(ビーム幅)を変更可能なアレイアンテナ158を用い、ビーム制御部159によりアレイアンテナ158を制御することで、HAPS10,20上の受電アンテナ部131aにマイクロ波ビーム750,250が集中するように、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲の広狭を制御する。これに対し、本変形例5では、ビーム送出部として、マイクロ波ビーム750,250の発散角(ビーム幅)を変更できない複数のパラボラアンテナを用い、各パラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビームの範囲の重なり量を変更することで、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲全体の広狭を制御する。なお、ホーンアンテナやヘリカルアンテナ等の指向性アンテナでも、パラボラアンテナと同様に、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲全体の広狭を制御するが可能である。
[Modification 5]
Next, another modification of the control content of the microwave beam in the present embodiment (hereinafter, this modification is referred to as “modification 5”) will be described.
In the above-described modification 4, an array antenna 158 capable of changing the divergence angle (beam width) of the microwave beams 750 and 250 by antenna control is used as the beam transmission unit, and the array antenna 158 is controlled by the beam control unit 159. Then, the width of the range in which the microwave beams 750 and 250 are transmitted is controlled so that the microwave beams 750 and 250 are concentrated on the power receiving antenna portion 131a on the HAPS 10 and 20. On the other hand, in the present modification 5, a plurality of parabolic antennas whose divergence angles (beam widths) of the microwave beams 750 and 250 cannot be changed are used as the beam transmitting unit, and the range of the microwave beam transmitted from each parabolic antenna is used. By changing the amount of overlap of the microwave beams 750 and 250, the width of the entire range in which the microwave beams 750 and 250 are transmitted is controlled. Even with a directional antenna such as a horn antenna or a helical antenna, it is possible to control the width of the entire range in which the microwave beams 750 and 250 are transmitted, similarly to the parabolic antenna.

図25は、本変形例5のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図である。
本変形例5のマイクロ波送電装置150は、パラボラアンテナ151A,151B及び駆動支持台152A,152Bを複数備えている点で、上述した変形例1における図15に示したマイクロ波送電装置とは異なっている。なお、図25において、前述の図15と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 25 is a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the present modification 5.
The microwave power transmission device 150 of the present modification 5 is different from the microwave power transmission device shown in FIG. 15 in the above-mentioned modification 1 in that it includes a plurality of parabolic antennas 151A and 151B and drive supports 152A and 152B. ing. In FIG. 25, the same reference numerals are given to the parts common to those in FIG. 15, and the description thereof will be omitted.

本変形例5では、マイクロ波受電部130の受電効率を高めるための制御情報として、上述した変形例4と同様に、マイクロ波ビームの送出方向を制御するためのビーム方向制御情報だけでなく、マイクロ波ビームが送出される範囲を制御するためのビーム範囲制御情報も用いる。そして、上述した変形例4と同様に、そのビーム範囲制御情報として、HAPS10,20の位置を特定するための位置情報を用い、その位置情報からHAPS10,20とマイクロ波送電装置150との相対距離を特定して、マイクロ波ビームの範囲(各パラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビームの範囲の重なり量)を変える制御を行う。 In the present modification 5, as the control information for increasing the power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130, not only the beam direction control information for controlling the transmission direction of the microwave beam but also the beam direction control information for controlling the transmission direction of the microwave beam is used as in the above-described modification 4. Beam range control information for controlling the range in which the microwave beam is transmitted is also used. Then, as in the above-described modification 4, the position information for specifying the position of the HAPS 10 and 20 is used as the beam range control information, and the relative distance between the HAPS 10 and 20 and the microwave power transmission device 150 is used from the position information. Is specified, and control is performed to change the range of the microwave beam (the amount of overlap of the range of the microwave beam transmitted from each of the parabolic antennas 151A and 151B).

図26は、本変形例5における各パラボラアンテナ151A,151Bの向きを変更する制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例5における制御では、GPS情報受信部156がGPS情報を受信し(S21)、そのGPS情報から得られる当該GPS情報の送信元のHAPS10,20の位置情報が、支持台制御部155へ出力される。支持台制御部155は、この位置情報から、HAPS10,20の現在位置を特定する(S22)。そして、支持台制御部155は、上述した変形例4のビーム制御部159と同様、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向及び相対距離を特定する処理を行う(S23)。
FIG. 26 is a flowchart showing a control flow for changing the directions of the parabolic antennas 151A and 151B in the fifth modification.
In the control in the present modification 5, the GPS information receiving unit 156 receives the GPS information (S21), and the position information of the HAPS 10 and 20 of the source of the GPS information obtained from the GPS information is transmitted to the support base control unit 155. It is output. The support base control unit 155 identifies the current positions of HAPS 10 and 20 from this position information (S22). Then, the support base control unit 155 performs a process of specifying the relative direction and the relative distance of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158, similarly to the beam control unit 159 of the modification 4 described above (S23).

このようにしてアレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向及び相対距離を特定したら、支持台制御部155は、このHAPS10,20の相対方向及び相対距離に基づいて、駆動支持台152を駆動して各パラボラアンテナ151A,151Bのそれぞれの向きを独立して変更する(S24)。具体的には、HAPS10,20の相対方向に応じて、各パラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビーム750,250の送出方向が当該HAPS10,20へ向くように制御される。また、HAPS10,20の相対距離に応じて、各パラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビーム750,250の相対的な送出方向を変更し、各パラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビームの範囲の重なり量を変える。 After specifying the relative direction and relative distance of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 in this way, the support base control unit 155 drives the drive support base 152 based on the relative direction and relative distance of the HAPS 10 and 20. Then, the orientations of the parabolic antennas 151A and 151B are changed independently (S24). Specifically, the transmission directions of the microwave beams 750 and 250 transmitted from the parabolic antennas 151A and 151B are controlled so as to face the HAPS 10 and 20 according to the relative directions of the HAPS 10 and 20. Further, the relative transmission directions of the microwave beams 750 and 250 transmitted from the parabolic antennas 151A and 151B are changed according to the relative distances of the HAPSs 10 and 20, and the microwaves transmitted from the parabolic antennas 151A and 151B are changed. Change the amount of overlap in the beam range.

具体的には、支持台制御部155は、パラボラアンテナ151A,151Bに対するHAPS10,20の相対距離が短いほど、マイクロ波ビームの範囲の重なり量を少なくして、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲全体の広さを拡げるように制御する。逆に、パラボラアンテナ151A,151Bに対するHAPS10,20の相対距離が長いほど、マイクロ波ビームの範囲の重なり量を多くして、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲全体の広さを狭めるように制御する。 Specifically, in the support base control unit 155, the shorter the relative distance of the HAPS 10 and 20 to the parabolic antennas 151A and 151B, the smaller the amount of overlap in the microwave beam range, and the microwave beams 750 and 250 are transmitted. Control to expand the size of the entire range. On the contrary, the longer the relative distance of the HAPS 10 and 20 to the parabolic antennas 151A and 151B, the larger the overlap amount of the microwave beam range and the narrower the width of the entire range in which the microwave beams 750 and 250 are transmitted. To control.

本変形例5によれば、パラボラアンテナ151A,151Bのように、マイクロ波ビーム750,250の発散角(ビーム幅)を変更できないアンテナを用いる場合でも、図27に示すように、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲全体の広狭を変更することができる。これにより、上述した変形例4と同様に、HAPS10,20とマイクロ波送電装置150(アレイアンテナ158)との距離が変わっても、HAPS10,20によって受けられないマイクロ波ビームの部分の増大を抑え、HAPS10,20が無駄なくマイクロ波ビームを受けることができ(常に高密度のマイクロ波ビームを受けることができ)、高い受電効率を得ることができる。 According to the present modification 5, even when an antenna whose divergence angle (beam width) of the microwave beams 750 and 250 cannot be changed, such as the parabolic antennas 151A and 151B, is used, as shown in FIG. 27, the microwave beam 750 , 250 can change the width of the entire transmission range. As a result, even if the distance between the HAPS 10 and 20 and the microwave power transmission device 150 (array antenna 158) changes, the increase in the portion of the microwave beam that cannot be received by the HAPS 10 and 20 is suppressed, as in the modification 4 described above. , HAPS10, 20 can receive the microwave beam without waste (can always receive the high-density microwave beam), and high power receiving efficiency can be obtained.

〔変形例6〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の更に他の変形例(以下、本変形例を「変形例6」という。)について説明する。
上述した変形例4や変形例5のように、マイクロ波ビーム750,250の範囲をHAPS10,20との距離に応じて変化させることで、HAPS10,20とマイクロ波送電装置150(アレイアンテナ158)との距離が変わっても、HAPS10,20が無駄なくマイクロ波ビームを受けることができ(常に高密度のマイクロ波ビームを受けることができ)、高い受電効率を得ることができる。しかしながら、マイクロ波ビームが送出される範囲の形状(ビーム形状)が、そのマイクロ波ビームを受けるHAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状に整合していないと、図28(a)に示すように、HAPS10,20の受電アンテナ部131aによって受けられないマイクロ波ビームの部分A(図28(a)中の斜線部分)が常に発生し、受電効率の低下を招く。
[Modification 6]
Next, another modification of the control content of the microwave beam in the present embodiment (hereinafter, this modification is referred to as "modification 6") will be described.
By changing the range of the microwave beams 750 and 250 according to the distance from the HAPS 10 and 20, as in the above-described modification 4 and 5, the HAPS 10 and 20 and the microwave power transmission device 150 (array antenna 158). Even if the distance to and from is changed, the HAPS 10 and 20 can receive the microwave beam without waste (they can always receive the high-density microwave beam), and high power receiving efficiency can be obtained. However, as shown in FIG. 28 (a), the shape (beam shape) of the range in which the microwave beam is transmitted does not match the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of the HAPS 10 and 20 that receives the microwave beam. In addition, a microwave beam portion A (shaded portion in FIG. 28A) that cannot be received by the power receiving antenna portion 131a of the HAPS 10 and 20 is always generated, which causes a decrease in power receiving efficiency.

ここで、マイクロ波ビームが送出される範囲形状(ビーム形状)を変えることが可能なアンテナを用いることで、図28(b)に示すように、マイクロ波ビームが送出される範囲の形状(ビーム形状)を、そのマイクロ波ビームを受けるHAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状に近付け、受電アンテナ部131aによって受けられないマイクロ波ビームの部分Aを少なく抑えることが可能である。この場合、より高密度のマイクロ波ビームを受電アンテナ部131aで受けることができるので、受電効率の向上を図ることができる。 Here, by using an antenna capable of changing the range shape (beam shape) in which the microwave beam is transmitted, as shown in FIG. 28 (b), the shape (beam) in the range in which the microwave beam is transmitted is used. The shape) can be made closer to the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of the HAPS 10 and 20 that receives the microwave beam, and the portion A of the microwave beam that cannot be received by the power receiving antenna portion 131a can be suppressed to a small extent. In this case, since the higher-density microwave beam can be received by the power receiving antenna unit 131a, the power receiving efficiency can be improved.

しかしながら、図28(b)に示すようにマイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)をレクテナ部131の受電アンテナ部131aの全体形状に整合させたとしても、マイクロ波送電装置150に対するHAPS10,20の相対的な向き(姿勢)の変化により、受電効率の低下を招く場合がある。例えば、HAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状が長尺形状であるなど、回転非対称の形状である場合、図29(a)及び(b)に示すように、HAPS10,20が旋回する等により、マイクロ波送電装置150に対するHAPS10,20の相対的な向き(姿勢)が変化すると、図28(c)に示すように、HAPS10,20によって受けられないマイクロ波ビームの部分Aが増大し、受電効率の低下を招く場合がある。 However, even if the range shape (beam shape) of the microwave beam is matched with the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of the rectenna portion 131 as shown in FIG. 28 (b), the HAPS 10 and 20 with respect to the microwave power transmission device 150 A relative change in orientation (posture) may lead to a decrease in power receiving efficiency. For example, when the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of the HAPS 10 and 20 is a long shape and the shape is asymmetrical in rotation, the HAPS 10 and 20 rotate as shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b). As a result, when the relative orientation (attitude) of the HAPS 10 and 20 with respect to the microwave power transmission device 150 changes, as shown in FIG. 28 (c), the portion A of the microwave beam that cannot be received by the HAPS 10 and 20 increases. It may lead to a decrease in power receiving efficiency.

そこで、本変形例6においては、図28(b)に示すようにマイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)をレクテナ部131の受電アンテナ部131aの全体形状に整合させつつも、マイクロ波送電装置150に対するHAPS10,20の相対的な向き(姿勢)の変化に応じて、マイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)を変化させる制御を行う。 Therefore, in the present modification 6, as shown in FIG. 28 (b), the microwave power transmission device is made while matching the range shape (beam shape) of the microwave beam with the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of the rectenna portion 131. Control is performed to change the range shape (beam shape) of the microwave beam according to the change in the relative orientation (posture) of the HAPS 10 and 20 with respect to 150.

本変形例6では、マイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)を変える制御を実現するため、ビーム送出部として、アンテナ制御によってマイクロ波ビーム750,250の発散角(ビーム幅)を変更可能なアンテナを用いる。具体的には、複数の無指向性アンテナからなるアンテナエレメントが配列されたアレイアンテナ158を用いる。そして、本変形例6のマイクロ波送電装置150は、記憶部160に記憶されたデータを用いてビーム制御部159によりアレイアンテナ158を制御することで、HAPS10,20へマイクロ波ビームが向くようにビーム方向の制御と、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲形状(ビーム形状)を制御する。なお、上述した変形例4のように、マイクロ波ビーム750,250が送出される範囲の広狭も併せて制御してもよい。 In this modification 6, in order to realize control for changing the range shape (beam shape) of the microwave beam, an antenna capable of changing the divergence angle (beam width) of the microwave beams 750 and 250 by antenna control as a beam transmitting unit. Is used. Specifically, an array antenna 158 in which antenna elements composed of a plurality of omnidirectional antennas are arranged is used. Then, in the microwave power transmission device 150 of the present modification 6, the array antenna 158 is controlled by the beam control unit 159 using the data stored in the storage unit 160 so that the microwave beam is directed to the HAPS 10 and 20. The beam direction is controlled and the range shape (beam shape) to which the microwave beams 750 and 250 are transmitted is controlled. As in the modified example 4 described above, the width of the range in which the microwave beams 750 and 250 are transmitted may also be controlled.

なお、本変形例6におけるマイクロ波送電装置150の基本的なハードウェア構成は、上述した変形例4と同様であるので、本変形例6のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図は、図19を参照する。 Since the basic hardware configuration of the microwave power transmission device 150 in the present modification 6 is the same as that of the above-described modification 4, a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the present modification 6 is shown. Refers to FIG.

図30は、本変形例6におけるアレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例6において、HAPS10,20には、姿勢検知手段としての方位センサが備わっており、本変形例6のマイクロ波送電装置150のGPS情報受信部156は、HAPS10,20からGPS情報(制御情報)だけでなく、方位センサから出力される方位情報(姿勢情報)も受信する(S31)。本変形例6におけるアレイアンテナ158のビーム制御では、受信したGPS情報から得られるHAPS10,20の位置情報と、受信した方位情報から得られるHAPS10,20の姿勢情報(HAPS10,20の向き)が、GPS情報受信部156からビーム制御部159へ出力される。
FIG. 30 is a flowchart showing a control flow of the microwave beam transmitted from the array antenna 158 in the present modification 6.
In the present modification 6, the HAPS 10 and 20 are provided with a directional sensor as an attitude detection means, and the GPS information receiving unit 156 of the microwave power transmission device 150 of the present modification 6 has GPS information (control) from the HAPS 10 and 20. Not only the information) but also the directional information (attitude information) output from the directional sensor is received (S31). In the beam control of the array antenna 158 in the sixth modification, the position information of the HAPS 10 and 20 obtained from the received GPS information and the attitude information of the HAPS 10 and 20 obtained from the received directional information (directions of the HAPS 10 and 20) are obtained. It is output from the GPS information receiving unit 156 to the beam control unit 159.

ビーム制御部159は、GPS情報受信部156から取得した位置情報から、HAPS10,20の現在位置を特定する(S32)。そして、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向を特定する処理を行う(S33)。 The beam control unit 159 identifies the current positions of the HAPS 10 and 20 from the position information acquired from the GPS information receiving unit 156 (S32). Then, a process of specifying the relative direction of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 is performed (S33).

また、ビーム制御部159は、GPS情報受信部156から取得した姿勢情報から、HAPS10,20の姿勢(向き)を特定する(S34)。そして、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の向きを特定する処理を行う(S35)。HAPS10,20の姿勢情報からは、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対的な移動方向が特定できるので、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対的な向き(例えば、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状の長尺方向(主翼部101の長尺方向))が特定できる。 Further, the beam control unit 159 identifies the attitude (direction) of the HAPS 10 and 20 from the attitude information acquired from the GPS information receiving unit 156 (S34). Then, a process of specifying the orientation of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 is performed (S35). Since the relative moving direction of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 can be specified from the attitude information of the HAPS 10 and 20, the relative orientation of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 (for example, from the array antenna 158). The long direction (long direction of the main wing portion 101) of the entire shape of the power receiving antenna portion 131a of the HAPS 10 and 20 seen can be specified.

このようにして、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対的な方向及び相対的な向きを特定したら、ビーム制御部159は、記憶部160に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、アレイアンテナ158に対するHAPS10,20の相対的な方向及び相対的な向きに適合したプリコーディング候補を選択する(S36)。本変形例6におけるプリコーディング候補には、方向と範囲形状(長軸方向が異なる楕円形状)が異なるビームを形成するもので構成されている。そのため、アレイアンテナ158に対するHAPS10,20の相対的な方向及び相対的な向きに応じ、マイクロ波ビームの送出方向(ビーム方向)及び範囲形状(ビーム形状)を特定し、特定したビーム方向及び範囲形状(ビーム形状)に適合するプリコーディング候補を選択する。具体的には、マイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)に適合するプリコーディング候補は、例えば、HAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状の長尺方向(主翼部101の長尺方向)と、ビーム形状に係る楕円形状の長軸方向とのなす角度が最も小さいものが挙げられる。 After identifying the relative directions and relative directions of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 in this way, the beam control unit 159 is among the plurality of types of precoding candidates stored in the storage unit 160. Therefore, a precoding candidate suitable for the relative direction and the relative direction of the HAPS 10 and 20 with respect to the array antenna 158 is selected (S36). The precoding candidates in the present modification 6 are configured to form beams having different directions and range shapes (elliptical shapes having different major axis directions). Therefore, the transmission direction (beam direction) and range shape (beam shape) of the microwave beam are specified according to the relative direction and relative direction of the HAPS 10 and 20 with respect to the array antenna 158, and the specified beam direction and range shape are specified. Select a precoding candidate that matches (beam shape). Specifically, the precoding candidates that match the range shape (beam shape) of the microwave beam are, for example, the long direction of the entire shape of the power receiving antenna portion 131a of the HAPS 10 and 20 (the long direction of the main wing portion 101). , The one having the smallest angle with the long axis direction of the elliptical shape related to the beam shape can be mentioned.

ビーム制御部159は、プリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データに従って、アレイアンテナ158の各アンテナエレメントの信号の振幅及び位相を制御するプリコーディング制御を実施する(S27)。これにより、アレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームは、移動しているHAPS10,20に追従するように向けられるとともに、図31(b)に示すように、旋回等によるHAPS10,20の向き変更に追従するようにビーム形状が変更される。 When the precoding candidate is selected, the beam control unit 159 performs precoding control for controlling the amplitude and phase of the signal of each antenna element of the array antenna 158 according to the precoding candidate data (S27). As a result, the microwave beam transmitted from the array antenna 158 is directed to follow the moving HAPSs 10 and 20, and as shown in FIG. 31B, the directions of the HAPSs 10 and 20 are changed by turning or the like. The beam shape is changed to follow.

本変形例6によれば、HAPS10,20の向きに応じてマイクロ波ビーム750,250の範囲形状(ビーム形状)を制御することで、マイクロ波送電装置150に対する旋回等によるHAPS10,20の向きが変化しても、図32(a)及び(b)に示すように、HAPS10,20によって受けられないマイクロ波ビームの部分Aの増大を抑え、受電効率の低下を抑制することができる。すなわち、マイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)を受電アンテナ部131aの全体形状に整合させることで受電効率が高まる効果を、マイクロ波送電装置150に対するHAPS10,20の相対的な向き(姿勢)が変化しても継続的に得ることができる。 According to the present modification 6, by controlling the range shape (beam shape) of the microwave beams 750 and 250 according to the directions of the HAPS 10 and 20, the directions of the HAPS 10 and 20 due to turning with respect to the microwave power transmission device 150 and the like can be changed. Even if it changes, as shown in FIGS. 32 (a) and 32 (b), it is possible to suppress an increase in the portion A of the microwave beam that cannot be received by the HAPS 10 and 20, and suppress a decrease in the power receiving efficiency. That is, the effect of increasing the power receiving efficiency by matching the range shape (beam shape) of the microwave beam with the overall shape of the power receiving antenna portion 131a is obtained by the relative orientation (posture) of the HAPS 10 and 20 with respect to the microwave power transmission device 150. It can be obtained continuously even if it changes.

また、本変形例6においては、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対的な方向及び相対的な向きの特定結果に応じて、あらかじめ用意したプリコーディング候補の中から適合するものを選択し、ビーム方向及び範囲形状(ビーム形状)を制御しているが、当該特定結果からリアルタイムにビーム方向及び範囲形状を計算し、その計算結果に基づいてビーム方向及び範囲形状を制御してもよい。 Further, in the present modification 6, a suitable precoding candidate is selected from the precoding candidates prepared in advance according to the relative direction of the HAPS 10 and 20 and the specific result of the relative direction seen from the array antenna 158. , The beam direction and range shape (beam shape) are controlled, but the beam direction and range shape may be calculated in real time from the specific result, and the beam direction and range shape may be controlled based on the calculation result.

〔変形例7〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の更に他の変形例(以下、本変形例を「変形例7」という。)について説明する。
上述した変形例6では、ビーム送出部として、アンテナ制御によってマイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)を変更可能なアレイアンテナ158を用い、ビーム制御部159によりアレイアンテナ158を制御することで、HAPS10,20の向きが変化しても、これに応じてマイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)を変える制御を行う。これに対し、本変形例7では、ビーム送出部として、マイクロ波ビームの範囲形状(ビーム形状)を変更できない複数のパラボラアンテナを用い、各パラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビームの範囲の相対的な位置を変更することで、マイクロ波ビームが送出される範囲全体の形状を変える制御を行う。なお、ホーンアンテナやヘリカルアンテナ等の指向性アンテナでも、パラボラアンテナと同様に、マイクロ波ビームが送出される範囲全体の形状を変える制御するが可能である。
[Modification 7]
Next, another modification of the control content of the microwave beam in the present embodiment (hereinafter, this modification is referred to as "modification example 7") will be described.
In the above-described modification 6, an array antenna 158 capable of changing the range shape (beam shape) of the microwave beam by antenna control is used as the beam transmission unit, and the array antenna 158 is controlled by the beam control unit 159 to control the HAPS 10 Even if the directions of, 20 change, the range shape (beam shape) of the microwave beam is controlled to be changed accordingly. On the other hand, in the present modification 7, a plurality of parabolic antennas whose range shape (beam shape) of the microwave beam cannot be changed are used as the beam transmitting portion, and the relative range of the microwave beam transmitted from each parabolic antenna is relative. By changing the position, the shape of the entire range in which the microwave beam is transmitted is changed. Even with a directional antenna such as a horn antenna or a helical antenna, it is possible to control the shape of the entire range in which the microwave beam is transmitted, as in the parabolic antenna.

なお、本変形例7におけるマイクロ波送電装置150の基本的なハードウェア構成は、上述した変形例5と同様であるので、本変形例7のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図は、図25を参照する。 Since the basic hardware configuration of the microwave power transmission device 150 in the present modification 7 is the same as that of the above-mentioned modification 5, a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the present modification 7. Refers to FIG. 25.

図33は、本変形例7におけるパラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例7のマイクロ波送電装置150のGPS情報受信部156は、上述した変形例6と同様、HAPS10,20からGPS情報(制御情報)だけでなく、方位センサから出力される方位情報(姿勢情報)も受信する(S41)。そして、受信したGPS情報から得られるHAPS10,20の位置情報と、受信した方位情報から得られるHAPS10,20の姿勢情報(HAPS10,20の向き)が、GPS情報受信部156から支持台制御部155へ出力される。
FIG. 33 is a flowchart showing the flow of control of the microwave beam transmitted from the parabolic antennas 151A and 151B in the present modification 7.
Similar to the above-described modification 6, the GPS information receiving unit 156 of the microwave power transmission device 150 of the modification 7 has not only the GPS information (control information) from the HAPS 10 and 20, but also the orientation information (direction) output from the orientation sensor. Information) is also received (S41). Then, the position information of HAPS10, 20 obtained from the received GPS information and the attitude information of HAPS10, 20 (direction of HAPS10, 20) obtained from the received orientation information are transmitted from the GPS information receiving unit 156 to the support stand control unit 155. Is output to.

支持台制御部155は、上述した変形例6のビーム制御部159と同様、GPS情報受信部156から取得した位置情報から、HAPS10,20の現在位置を特定し(S42)、パラボラアンテナ151A,151Bから見たHAPS10,20の相対方向を特定する処理を行う(S43)。また、支持台制御部155は、上述した変形例6のビーム制御部159と同様、GPS情報受信部156から取得した姿勢情報から、HAPS10,20の姿勢(向き)を特定し(S44)、パラボラアンテナ151A,151Bから見たHAPS10,20のレクテナ部の受電アンテナ部131aの全体形状(主翼部101の長尺方向の向きを含む)を特定する処理を行う(S45)。 Similar to the beam control unit 159 of the modification 6 described above, the support base control unit 155 identifies the current positions of the HAPS 10 and 20 from the position information acquired from the GPS information reception unit 156 (S42), and the parabolic antennas 151A and 151B. A process of specifying the relative direction of the HAPS 10 and 20 as seen from the above is performed (S43). Further, the support base control unit 155 identifies the attitude (direction) of the HAPS 10 and 20 from the attitude information acquired from the GPS information receiving unit 156 (S44), and parabolic, as in the beam control unit 159 of the modification 6 described above. A process for specifying the overall shape (including the orientation of the main wing portion 101 in the long direction) of the power receiving antenna portion 131a of the rectenna portion of the HAPS 10 and 20 as seen from the antennas 151A and 151B is performed (S45).

このようにして、パラボラアンテナ151A,151Bから見たHAPS10,20の相対的な方向及びHAPS10,20のレクテナ部の受電アンテナ部131aの全体形状(向きを含む)を特定したら、支持台制御部155は、このHAPS10,20の相対的な方向及びHAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状(向きを含む)に基づいて、駆動支持台152を駆動して各パラボラアンテナ151A,151Bのそれぞれの向きを独立して変更する(S46)。具体的には、HAPS10,20の相対的な方向に応じて、各パラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの送出方向が当該HAPS10,20へ向くように制御される。更には、HAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状に基づいて、マイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの全体で受電アンテナ部131aの全体形状をカバーするように、各パラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの相対的な送出方向を変更する。なお、マイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの相対的な送出方向とともにビーム形状(例えばビーム送出時の立体角又はビーム径)を変更してもよい。 In this way, after specifying the relative directions of the HAPS 10 and 20 as seen from the parabolic antennas 151A and 151B and the overall shape (including the orientation) of the power receiving antenna portion 131a of the rectenna portion of the HAPS 10 and 20, the support base control unit 155 Drives the drive support base 152 based on the relative direction of the HAPS 10 and 20 and the overall shape (including the direction) of the power receiving antenna portion 131a of the HAPS 10 and 20, and the orientation of each of the parabolic antennas 151A and 151B. Is changed independently (S46). Specifically, the transmission directions of the microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B transmitted from the parabolic antennas 151A, 151B are controlled to face the HAPS10, 20 according to the relative directions of the HAPS 10 and 20. Will be done. Further, based on the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of the HAPS 10 and 20, the parabolic antennas 151A and 151B so that the entire shape of the power receiving antenna portion 131a is covered by the entire microwave beams 750A, 250A, 750B and 250B. The relative transmission directions of the microwave beams 750A, 250A, 750B, and 250B transmitted from the antenna are changed. The beam shape (for example, the solid angle at the time of beam transmission or the beam diameter) may be changed along with the relative transmission directions of the microwave beams 750A, 250A, 750B, and 250B.

具体的には、支持台制御部155は、例えば、図34(a)及び(b)に示すように、パラボラアンテナから見たHAPS10,20の向き(姿勢)に応じて特定したHAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状(向きを含む)に基づいて、HAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状の長尺方向(主翼部101の長尺方向)と、各パラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bそれぞれの照射範囲の並び方向とが一致するように、各パラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの相対的な送出方向(又は、送出方向とビーム形状の両方)を変更する。これにより、各パラボラアンテナ151A,151Bから送出されるマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの範囲全体の形状は、旋回等によるHAPS10,20の向き(姿勢)の変更に追従するように変更され、マイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの全体で受電アンテナ部131aの全体形状を確実にカバーすることができる。 Specifically, the support base control unit 155, for example, as shown in FIGS. 34 (a) and 34 (b), has the HAPS 10 and 20 specified according to the orientation (attitude) of the HAPS 10 and 20 as seen from the parabolic antenna. Based on the overall shape (including orientation) of the power receiving antenna portion 131a, the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of HAPS 10 and 20 is in the elongated direction (the elongated direction of the main wing portion 101) and the microwaves transmitted from each parabolic antenna. Relative transmission directions of the microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B transmitted from the parabolic antennas 151A, 151B so that the arrangement directions of the irradiation ranges of the wave beams 750A, 250A, 750B, and 250B coincide with each other. Alternatively, change both the transmission direction and the beam shape). As a result, the shape of the entire range of the microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B transmitted from the parabolic antennas 151A and 151B is changed to follow the change in the orientation (posture) of the HAPS 10 and 20 due to turning or the like. , The entire shape of the power receiving antenna portion 131a can be reliably covered by the entire microwave beams 750A, 250A, 750B, and 250B.

本変形例7によれば、HAPS10,20の向きに応じてマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの範囲形状(各マイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの範囲の並び方向)を制御することで、マイクロ波送電装置150に対する旋回等によるHAPS10,20の向き(姿勢)が変化しても、図34(a)及び(b)に示すように、常にHAPS10,20によって受けられないマイクロ波ビームの部分を最小限に抑え、受電効率の低下を抑制することができる。すなわち、各マイクロ波ビーム750A,250A,750B,250Bの範囲全体の形状を受電アンテナ部131aの全体形状に整合させることで受電効率が高まる効果を、マイクロ波送電装置150に対するHAPS10,20の相対的な向き(姿勢)が変化しても継続的に得ることができる。 According to the present modification 7, the range shape of the microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B (the arrangement direction of the ranges of the microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B) is controlled according to the orientation of the HAPS 10 and 20. As a result, even if the orientation (posture) of the HAPS 10 and 20 changes due to turning with respect to the microwave power transmission device 150 or the like, as shown in FIGS. 34 (a) and 34 (b), the microwave cannot always be received by the HAPS 10 and 20. The beam portion can be minimized and the decrease in power receiving efficiency can be suppressed. That is, the effect of increasing the power receiving efficiency by matching the shape of the entire range of each microwave beam 750A, 250A, 750B, 250B with the overall shape of the power receiving antenna portion 131a is exhibited relative to the HAPS 10 and 20 with respect to the microwave power transmission device 150. It can be obtained continuously even if the direction (posture) changes.

〔変形例8〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の更に他の変形例(以下、本変形例を「変形例8」という。)について説明する。
上述した変形例6では、ビーム制御部159によりアレイアンテナ158を制御することで、HAPS10,20の向き(姿勢)が変化しても、これに応じてマイクロ波ビームの範囲形状(ビーム送出方向、又は、ビーム送出方向及びビーム形状の両方)を変える制御を行う。これに対し、本変形例8では、アレイアンテナ158から複数のマイクロ波ビームを送出可能に構成し、各マイクロ波ビームが送出される範囲の相対的な位置を変更することで、マイクロ波ビームが送出される範囲全体の形状を変える制御を行う。
[Modification 8]
Next, another modification of the control content of the microwave beam in the present embodiment (hereinafter, this modification is referred to as “modification 8”) will be described.
In the above-described modification 6, by controlling the array antenna 158 by the beam control unit 159, even if the directions (postures) of the HAPS 10 and 20 change, the range shape of the microwave beam (beam transmission direction, Alternatively, control is performed to change both the beam sending direction and the beam shape). On the other hand, in the present modification 8, a plurality of microwave beams can be transmitted from the array antenna 158, and the relative position of the range in which each microwave beam is transmitted is changed to obtain the microwave beam. Controls to change the shape of the entire transmission range.

なお、本変形例8におけるマイクロ波送電装置150の基本的なハードウェア構成は、上述した変形例6と同様であるので、本変形例8のマイクロ波送電装置150の一構成例を示すブロック図は、図19を参照する。 Since the basic hardware configuration of the microwave power transmission device 150 in the present modification 8 is the same as that of the above-described modification 6, a block diagram showing a configuration example of the microwave power transmission device 150 of the present modification 8 is shown. Refers to FIG.

ただし、本変形例8のビーム制御部159は、図35に示すように、3種類の互いに異なる周波数f1,f2,f3をそれぞれもつ送電用信号に対して信号位相を変更する位相変更部159aを有する。位相変更部159aによって信号位相が変更された各送電用信号は、合成され、送信アンプ159bを経て、アレイアンテナ158を構成する各アンテナエレメント158aに入力される。位相変更部159aは、記憶部160に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から選択されるプリコーディング候補データに従って、各アンテナエレメント158aの信号位相を変更する。これにより、本変形例8では、アレイアンテナ158から、互いに異なる周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250B,750C,250Cを、互いに独立した方向に向けて、同時に送出することができる。 However, as shown in FIG. 35, the beam control unit 159 of the present modification 8 includes a phase change unit 159a that changes the signal phase with respect to the transmission signals having three types of frequencies f1, f2, and f3 that are different from each other. Have. Each power transmission signal whose phase has been changed by the phase changing unit 159a is combined and input to each antenna element 158a constituting the array antenna 158 via the transmission amplifier 159b. The phase changing unit 159a changes the signal phase of each antenna element 158a according to the precoding candidate data selected from the plurality of types of precoding candidates stored in the storage unit 160. As a result, in the present modification 8, microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B, 750C, 250C having frequencies f1, f2, and f3 different from each other are simultaneously transmitted from the array antenna 158 in directions independent of each other. be able to.

図36は、本変形例8におけるアレイアンテナ158から送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例8のマイクロ波送電装置150のGPS情報受信部156は、上述した変形例6と同様、HAPS10,20からGPS情報(制御情報)だけでなく、方位センサから出力される方位情報(姿勢情報)も受信する(S51)。そして、受信したGPS情報から得られるHAPS10,20の位置情報と、受信した方位情報から得られるHAPS10,20の姿勢情報(HAPS10,20の向き)が、GPS情報受信部156からビーム制御部159へ出力される。
FIG. 36 is a flowchart showing a control flow of the microwave beam transmitted from the array antenna 158 in the present modification 8.
The GPS information receiving unit 156 of the microwave power transmission device 150 of the present modification 8 is not only the GPS information (control information) from the HAPS 10 and 20 but also the orientation information (direction) output from the orientation sensor, as in the modification 6 described above. Information) is also received (S51). Then, the position information of HAPS 10 and 20 obtained from the received GPS information and the attitude information (direction of HAPS 10 and 20) of HAPS 10 and 20 obtained from the received azimuth information are transmitted from the GPS information receiving unit 156 to the beam control unit 159. It is output.

ビーム制御部159は、上述した変形例6と同様、GPS情報受信部156から取得した位置情報から、HAPS10,20の現在位置を特定し(S52)、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対方向を特定する処理を行う(S53)。また、ビーム制御部159は、上述した変形例6と同様、GPS情報受信部156から取得した姿勢情報から、HAPS10,20の姿勢(向き)を特定し(S54)、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20のレクテナ部の受電アンテナ部131aの全体形状(主翼部101の長尺方向の向きを含む)を特定する処理を行う(S55)。 Similar to the modification 6 described above, the beam control unit 159 identifies the current positions of the HAPS 10 and 20 from the position information acquired from the GPS information receiving unit 156 (S52), and the relative HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158. A process for specifying the direction is performed (S53). Further, the beam control unit 159 identifies the attitudes (directions) of the HAPS 10 and 20 from the attitude information acquired from the GPS information receiving unit 156 (S54), and the HAPS 10 seen from the array antenna 158, as in the modification 6 described above. , 20 Performs a process of specifying the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of the rectenna portion (including the orientation of the main wing portion 101 in the elongated direction) (S55).

このようにして、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対的な方向及びHAPS10,20のレクテナ部の受電アンテナ部131aの全体形状(主翼部101の長尺方向の向きを含む)を特定したら、ビーム制御部159は、記憶部160に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、アレイアンテナ158に対するHAPS10,20の相対的な方向及びHAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状(主翼部101の長尺方向の向きを含む)に適合したプリコーディング候補を選択する(S56)。本変形例8におけるプリコーディング候補は、各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームの方向の組み合わせが異なるもので構成されている。例えば、各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームがそれぞれ送出される各範囲が直線状に並ぶような各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームの方向の組み合わせであって、その並び方向が異なる複数の組み合わせによって構成されるプリコーディング候補が用意されている。 In this way, if the relative directions of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 and the overall shape of the power receiving antenna portion 131a of the rectenna portion of the HAPS 10 and 20 (including the orientation of the main wing portion 101 in the elongated direction) are specified. , The beam control unit 159 has a relative direction of the HAPS 10 and 20 with respect to the array antenna 158 and an overall shape of the power receiving antenna unit 131a of the HAPS 10 and 20 from among a plurality of types of precoding candidates stored in the storage unit 160. A precoding candidate suitable for (including the orientation of the main wing portion 101 in the long direction) is selected (S56). The precoding candidate in the present modification 8 is composed of different combinations of microwave beam directions at frequencies f1, f2, and f3. For example, it is a combination of the directions of the microwave beams of the frequencies f1, f2, and f3 so that the ranges in which the microwave beams of the frequencies f1, f2, and f3 are transmitted are lined up in a straight line. Precoding candidates composed of a plurality of different combinations are prepared.

ビーム制御部159は、各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームの送出方向がHAPS10,20へ向くように、かつ、HAPS10,20の受電アンテナ部131aの全体形状の長尺方向(主翼部101の長尺方向)と各周波数f1,f2,f3のマイクロ波の範囲の並び方向とのなす角度が最も小さくなるプリコーディング候補を選択する。そして、ビーム制御部159は、プリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データに従って、位相変更部159aにより、アレイアンテナ158の各アンテナエレメントの信号の振幅及び位相を制御するプリコーディング制御を実施する(S57)。これにより、アレイアンテナ158から送出される各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250B,750C,250Cは、移動しているHAPS10,20に追従するように向けられるとともに、図37(a)及び(b)に示すように、旋回等によるHAPS10,20の向き変更に追従するように各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームの範囲の並び方向が変更され、各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームの範囲全体の形状が旋回等によるHAPS10,20の向き変更に追従するように変更され、マイクロ波ビーム750A,250A,750B,250B,750C,250Cの全体で受電アンテナ部131aの全体形状を確実にカバーすることができる。 The beam control unit 159 is set so that the transmission direction of the microwave beam of each frequency f1, f2, f3 is directed toward HAPS10,20, and the overall shape of the power receiving antenna unit 131a of HAPS10, 20 is the long direction (main wing portion 101). The precoding candidate having the smallest angle between the (long direction) and the arrangement direction of the microwave range of each frequency f1, f2, f3 is selected. Then, when the precoding candidate is selected, the beam control unit 159 performs precoding control for controlling the amplitude and phase of the signal of each antenna element of the array antenna 158 by the phase changing unit 159a according to the precoding candidate data. (S57). As a result, the microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B, 750C, 250C of each frequency f1, f2, f3 transmitted from the array antenna 158 are directed to follow the moving HAPS 10, 20 and are also directed. As shown in FIGS. 37 (a) and 37 (b), the arrangement direction of the microwave beam range of each frequency f1, f2, f3 is changed so as to follow the change of direction of HAPS10, 20 due to turning or the like, and each frequency. The shape of the entire range of the microwave beams of f1, f2, and f3 has been changed to follow the change in direction of HAPS10 and 20 due to turning, etc., and the entire range of microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B, 750C, 250C receives power. The entire shape of the antenna portion 131a can be reliably covered.

本変形例8によれば、アレイアンテナ158から同時に送信される3種類の周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビーム750A,250A,750B,250B,750C,250Cの各送出方向を、HAPS10,20の向きに応じて変更する制御を行うことで、マイクロ波送電装置150に対する旋回等によるHAPS10,20の向き(姿勢)が変化しても、図37(a)及び(b)に示すように、常にHAPS10,20によって受けられないマイクロ波ビームの部分を最小限に抑え、受電効率の低下を抑制することができる。すなわち、各マイクロ波ビーム750A,250A,750B,250B,750C,250Cの範囲全体の形状を受電アンテナ部131aの全体形状に整合させることで受電効率が高まる効果を、マイクロ波送電装置150に対するHAPS10,20の相対的な向き(姿勢)が変化しても継続的に得ることができる。 According to the present modification 8, the transmission directions of the microwave beams 750A, 250A, 750B, 250B, 750C, and 250C of the three types of frequencies f1, f2, and f3 simultaneously transmitted from the array antenna 158 are set to the HAPS 10 and 20. By controlling the change according to the direction, even if the direction (attitude) of the HAPS 10 and 20 changes due to turning or the like with respect to the microwave power transmission device 150, as shown in FIGS. 37 (a) and 37 (b), it is always possible. The portion of the microwave beam that cannot be received by the HAPS 10 and 20 can be minimized, and the decrease in power receiving efficiency can be suppressed. That is, the effect of increasing the power receiving efficiency by matching the shape of the entire range of each microwave beam 750A, 250A, 750B, 250B, 750C, 250C with the overall shape of the power receiving antenna portion 131a is exhibited in the HAPP10, which is applied to the microwave power transmission device 150. It can be continuously obtained even if the relative orientation (posture) of 20 changes.

なお、本変形例8においては、アレイアンテナ158から見たHAPS10,20の相対的な方向及びレクテナ部の受電アンテナ部の全体形状(主翼部101の長尺方向の向きを含む)の特定結果に応じて、あらかじめ用意したプリコーディング候補の中から適合するものを選択し、各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームの各送出方向を制御しているが、当該特定結果からリアルタイムに各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームの各送出方向を計算し、その計算結果に基づいて各周波数f1,f2,f3のマイクロ波ビームの各送出方向を制御してもよい。 In the present modification 8, the specific result of the relative direction of the HAPS 10 and 20 as seen from the array antenna 158 and the overall shape of the power receiving antenna portion of the rectenna portion (including the orientation of the main wing portion 101 in the elongated direction) is used. Correspondingly, a suitable one is selected from the precoding candidates prepared in advance, and each transmission direction of the microwave beam of each frequency f1, f2, f3 is controlled, and each frequency f1 is controlled in real time from the specific result. , F2, f3, each transmission direction of the microwave beam may be calculated, and each transmission direction of the microwave beams of each frequency f1, f2, f3 may be controlled based on the calculation result.

なお、HAPS10,20上のマイクロ波受電部130の受電効率を高めるための制御情報としては、上述したビーム方向制御情報やビーム範囲制御情報に限られない。例えば、HAPS10,20のマイクロ波受電部130での受電効率を特定するための受電効率情報を制御情報として用いてもよい。この場合、マイクロ波送電装置150では、HAPS10,20から送られてくる受電効率情報のフィードバックを受けて、その受電効率が高まるように、マイクロ波ビームの送出方向や範囲などを制御してもよい。 The control information for increasing the power receiving efficiency of the microwave power receiving unit 130 on the HAPS 10 and 20 is not limited to the beam direction control information and the beam range control information described above. For example, the power receiving efficiency information for specifying the power receiving efficiency in the microwave power receiving unit 130 of the HAPS 10 and 20 may be used as the control information. In this case, the microwave power transmission device 150 may receive feedback of the power reception efficiency information sent from the HAPS 10 and 20 and control the transmission direction and range of the microwave beam so as to increase the power reception efficiency. ..

また、上述した実施形態及び各変形例で示した構成は、適宜併用してもよい。例えば、アレイアンテナ158を駆動支持台152で支持し、支持台制御部155により駆動支持台152を駆動してアレイアンテナ158の向きを機械的に変更するようにしてもよい。この場合、例えば、マイクロ波ビームの送出方向や範囲を支持台制御部155による駆動支持台152の駆動制御によって変更しつつ、ビーム制御部159によるアレイアンテナ158の制御によってマイクロ波ビーム750,250の送出方向や範囲を微調整するという制御が可能となる。 Further, the above-described embodiments and the configurations shown in the respective modifications may be used in combination as appropriate. For example, the array antenna 158 may be supported by the drive support base 152, and the drive support base 152 may be driven by the support base control unit 155 to mechanically change the orientation of the array antenna 158. In this case, for example, while the transmission direction and range of the microwave beam are changed by the drive control of the drive support base 152 by the support base control unit 155, the microwave beams 750 and 250 are controlled by the control of the array antenna 158 by the beam control unit 159. It is possible to control the transmission direction and range by fine-tuning.

また、上述した実施形態及び各変形例で示したマイクロ波送電装置150は、マイクロ波給電局75や給電用飛行船25に設置されるものに限られない。例えば、HAPS10,20にマイクロ波送電装置150を搭載してもよく、この場合、HAPS10,20間で互いに電力を分け合うようなシステムを実現することができる。 Further, the microwave power transmission device 150 shown in the above-described embodiment and each modification is not limited to the one installed in the microwave power supply station 75 or the power supply airship 25. For example, the microwave power transmission device 150 may be mounted on the HAPS 10 and 20, and in this case, it is possible to realize a system in which the power is shared between the HAPS 10 and 20.

また、上述した実施形態及び各変形例で示したマイクロ波受電部130は、HAPS10,20に設置されるものに限られず、航空機、ドローン、気球、飛行船、飛行型ラジコン玩具など、電力を消費する機器を搭載したあらゆる飛行体に設置することが可能である。 Further, the microwave power receiving unit 130 shown in the above-described embodiment and each modification is not limited to the one installed in the HAPS 10 and 20, and consumes electric power such as an aircraft, a drone, a balloon, an airship, and a flying radio-controlled toy. It can be installed on any aircraft equipped with equipment.

なお、本明細書で説明された処理工程、並びに、HAPS10,20等の飛行体に搭載される無線受電装置等、給電用飛行船25等の飛行体やマイクロ波給電局75等の地上又は海上の施設に設置されるマイクロ波送電装置150等の無線送電装置、フィーダ局、遠隔制御装置、端末装置(ユーザ装置、移動局、通信端末)、基地局装置などの構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。 In addition, the processing process described in the present specification, as well as the wireless power receiving device mounted on the flying object such as HAPS10, 20, the flying object such as the power feeding airship 25, and the ground or sea such as the microwave power feeding station 75. Components such as wireless power transmission devices such as microwave power transmission device 150 installed in facilities, feeder stations, remote control devices, terminal devices (user devices, mobile stations, communication terminals), base station devices, etc. are implemented by various means. can do. For example, these steps and components may be implemented in hardware, firmware, software, or a combination thereof.

ハードウェア実装については、実体(例えば、無線受電装置、無線送電装置、無線中継局、フィーダ局、基地局装置、無線中継局装置、端末装置(ユーザ装置、移動局、通信端末)、遠隔制御装置、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置)において前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、1つ又は複数の、特定用途向けIC(ASIC)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、デジタル信号処理装置(DSPD)、プログラマブル・ロジック・デバイス(PLD)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。 Regarding hardware implementation, the substance (for example, wireless power receiving device, wireless power transmitting device, wireless relay station, feeder station, base station device, wireless relay station device, terminal device (user device, mobile station, communication terminal), remote control device , Hard disk drive device, or optical disk drive device) means one or more application-specific ICs (ASICs), digital signal processors (DSPs), such as processing units used to realize the above steps and components. ), Digital Signal Processing Device (DSPD), Programmable Logic Device (PLD), Field Programmable Gate Array (FPGA), Processor, Controller, Microcontroller, Microprocessor, Electronic Device, as described herein. It may be implemented in other electronic units, computers, or combinations thereof designed to perform the function.

また、ファームウェア及び/又はソフトウェア実装については、前記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム(例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード)で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び/又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ/プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び/又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び/又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、プログラマブルリードオンリーメモリ(PROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM)、FLASHメモリ、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、1又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。 For firmware and / or software implementation, means such as processing units used to implement the components are programs (eg, procedures, functions, modules, instructions) that perform the functions described herein. , Etc.) may be implemented. In general, any computer / processor readable medium that explicitly embodies the firmware and / or software code is a means such as a processing unit used to implement the steps and components described herein. May be used to implement. For example, the firmware and / or software code may be stored in memory and executed by a computer or processor, for example, in a control device. The memory may be implemented inside the computer or processor, or may be implemented outside the processor. The firmware and / or software code may be, for example, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), non-volatile random access memory (NVRAM), programmable read-only memory (PROM), or electrically erasable PROM (EEPROM). ), FLASH memory, floppy (registered trademark) discs, compact discs (CDs), digital versatile discs (DVDs), magnetic or optical data storage devices, etc., even if they are stored on a computer- or processor-readable medium. Good. The code may be executed by one or more computers or processors, or the computers or processors may be made to perform the functional embodiments described herein.

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。 Also, the description of the embodiments disclosed herein is provided to allow one of ordinary skill in the art to manufacture or use the disclosure. Various amendments to this disclosure will be readily apparent to those of skill in the art and the general principles defined herein are applicable to other variations without departing from the spirit or scope of this disclosure. Therefore, this disclosure is not limited to the examples and designs described herein, but should be accepted in the broadest range consistent with the principles and novel features disclosed herein.

10 HAPS(ソーラープレーンタイプ)
20 HAPS(飛行船タイプ)
25 給電用飛行船
40 セル形成目標空域
41,42,43 3次元セル
50 HAPSが位置する空域
60 ドローン
65 飛行機
70 フィーダ局
72 人工衛星
75 マイクロ波給電局
80 移動通信網
85 遠隔制御装置
101 主翼部
102 ソーラーパネル(太陽光発電パネル)
103,202 プロペラ
104 連結部
105 ポッド
106,204 バッテリー
107 車輪
110,210 無線中継局
111 3次元(3D)セル形成アンテナ部
112 送受信部
113 フィード用アンテナ部
114 送受信部
115 リピーター部
116 監視制御部
117 電源部
118 モデム部
119 基地局処理部
125 無線通信部
126 ビーム制御部
130 マイクロ波受電部
131 レクテナ部
131a 受電アンテナ部
132 レクテナ制御部
133 出力装置
134 パイロット信号送信アンテナ部
134a パイロット信号
135 ビーム方向制御部
140 無線通信アンテナ装置
141 モータ駆動部
150 マイクロ波送電装置
151,151A,151B パラボラアンテナ
152,152A,152B 駆動支持台
153 パイロット信号受信部
154 ビーム制御部
155 支持台制御部
156 GPS情報受信部
157 HAPS制御情報受信部
158 アレイアンテナ
158a アンテナエレメント
159 ビーム制御部
159a 位相変更部
159b 送信アンプ
160 記憶部
750,250 給電用マイクロ波ビーム
10 HAPS (solar plane type)
20 HAPS (airship type)
25 Airship for power supply 40 Cell formation target airspace 41, 42, 43 3D cell 50 Airspace where HAPS is located 60 Drone 65 Airplane 70 Feeder station 72 Artificial satellite 75 Microwave power supply station 80 Mobile communication network 85 Remote control device 101 Main wing 102 Solar panel (photovoltaic panel)
103, 202 Propeller 104 Connection part 105 Pod 106, 204 Battery 107 Wheel 110,210 Wireless relay station 111 3D (3D) cell formation Antenna part 112 Transmission / reception part 113 Feed antenna part 114 Transmission / reception part 115 Repeater part 116 Monitoring control part 117 Power supply unit 118 Moderator unit 119 Base station processing unit 125 Wireless communication unit 126 Beam control unit 130 Microwave power receiving unit 131 Rectainer unit 131a Power receiving antenna unit 132 Rectener control unit 133 Output device 134 Pilot signal transmitting antenna unit 134a Pilot signal 135 Beam direction control Unit 140 Wireless communication antenna device 141 Motor drive unit 150 Microwave power transmission device 151, 151A, 151B Parabolic antenna 152, 152A, 152B Drive support 153 Pilot signal reception 154 Beam control 155 Support base control 156 GPS information reception 157 HAPS control information receiver 158 Array antenna 158a Antenna element 159 Beam control 159a Phase change 159b Transmitter amplifier 160 Storage 750,250 Microwave beam for power supply

Claims (21)

無線送電装置であって、
飛行体に搭載された無線受電装置に給電用のエネルギービームを送出するビーム送出部と、
前記無線受電装置の受電効率を高めるための制御情報を取得する情報取得部と、
前記制御情報に基づいて、当該無線送電装置に対する前記無線受電装置のビーム受け部の相対的な姿勢が変化しても、前記エネルギービームの範囲が前記ビーム受け部の全体形状に整合するように、前記エネルギービームの制御を行う制御部とを有することを特徴とする無線送電装置。
It is a wireless power transmission device
A beam transmitter that sends an energy beam for power supply to the wireless power receiving device mounted on the aircraft,
An information acquisition unit that acquires control information for increasing the power receiving efficiency of the wireless power receiving device, and
Based on the control information, even if the relative attitude of the beam receiving portion of the wireless power receiving device with respect to the wireless power transmitting device changes, the range of the energy beam is aligned with the overall shape of the beam receiving portion. A wireless power transmission device including a control unit that controls the energy beam.
請求項1に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向を変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to claim 1,
The control includes a control for changing the direction of the energy beam transmitted from the beam transmitting unit.
請求項1又は2に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの範囲を変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to claim 1 or 2.
The control includes a control for changing a range of the energy beam transmitted from the beam transmitting unit.
請求項3に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記エネルギービームを成形する制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to claim 3,
The control includes a control for forming the energy beam.
請求項3又は4に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記エネルギービームの発散角を変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to claim 3 or 4.
The control includes a control for changing the divergence angle of the energy beam.
請求項3乃至5のいずれか1項に記載の無線送電装置において、
前記ビーム送出部を2以上有し、
前記2以上のビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向をそれぞれ独立して変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to any one of claims 3 to 5,
It has two or more beam transmission units
A wireless power transmission device including a control for independently changing the directions of the energy beams transmitted from the two or more beam transmission units.
請求項6に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記無線受電装置のビーム受け部を複数に分割した各ビーム受け領域に前記2以上のビーム送出部をそれぞれ対応させ、前記各ビーム受け領域の位置に応じて各ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向を変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to claim 6,
In the control, the two or more beam transmitting units are associated with each beam receiving region obtained by dividing the beam receiving unit of the wireless power receiving device into a plurality of parts, and the beam transmitting unit transmits the beam according to the position of the beam receiving region. A wireless power transmission device comprising a control for changing the direction of the energy beam.
請求項2、6又は7に記載の無線送電装置において、
前記ビーム送出部の位置及び向きの少なくとも一方を変化させる駆動部を有し、
前記エネルギービームの方向を変える制御は、前記駆動部に対する制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to claim 2, 6 or 7.
It has a drive unit that changes at least one of the position and direction of the beam transmission unit.
A wireless power transmission device, wherein the control for changing the direction of the energy beam includes control for the drive unit.
請求項2乃至8のいずれか1項に記載の無線送電装置において、
前記ビーム送出部は、指向性を有する前記エネルギービームを形成可能なアンテナを有し、
前記エネルギービームの方向を変える制御及び前記エネルギービームの範囲を変える制御の少なくとも一方の制御は、前記アンテナに対する制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to any one of claims 2 to 8.
The beam transmitting unit has an antenna capable of forming the energy beam having directivity.
A wireless power transmission device, wherein at least one of the control for changing the direction of the energy beam and the control for changing the range of the energy beam includes a control for the antenna.
請求項9に記載の無線送電装置において、
前記アンテナは、複数の指向性アンテナからなるアレイアンテナであり、
前記ビーム送出部は、前記アレイアンテナから互いに異なる周波数の複数のエネルギービームを同時に送出するものであり、
前記エネルギービームの方向を変える制御及び前記エネルギービームの範囲を変える制御の少なくとも一方の制御は、前記アレイアンテナを制御して、前記互いに異なる周波数の複数のエネルギービームがそれぞれ送出される方向を独立して変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to claim 9,
The antenna is an array antenna composed of a plurality of directional antennas.
The beam transmitting unit simultaneously transmits a plurality of energy beams having different frequencies from the array antenna.
At least one of the control for changing the direction of the energy beam and the control for changing the range of the energy beam controls the array antenna, and the directions in which the plurality of energy beams having different frequencies are transmitted are independent of each other. A wireless power transmission device characterized by including control to change the energy.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の無線送電装置において、
前記制御情報は、前記無線受電装置が前記エネルギービームを受けるビーム受け部の位置情報及び姿勢情報、該無線受電装置の受電効率情報、並びに、前記飛行体から送信されるガイドビームの受信情報のうちの少なくとも1つの情報を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 10.
The control information includes position information and attitude information of a beam receiving unit in which the wireless power receiving device receives the energy beam, power receiving efficiency information of the wireless power receiving device, and reception information of a guide beam transmitted from the flying object. A wireless power transfer device comprising at least one piece of information.
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の無線送電装置において、
前記制御情報は、前記飛行体から送信された制御情報を含むことを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 11.
The control information is a wireless power transmission device including control information transmitted from the flying object.
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の無線送電装置において、
前記制御情報は、前記飛行体へ送信される飛行制御情報を該飛行体を経由せずに取得することを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 12.
The control information is a wireless power transmission device characterized in that flight control information transmitted to the flying object is acquired without passing through the flying object.
請求項1乃至13のいずれか1項に記載の無線送電装置において、
当該無線送電装置が地上に設置される施設又は地上を移動する移動体に設置されることを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 13.
A wireless power transmission device characterized in that the wireless power transmission device is installed in a facility installed on the ground or a mobile body moving on the ground.
請求項1乃至13のいずれか1項に記載の無線送電装置において、
当該無線送電装置が前記飛行体とは別の飛行体に設置されることを特徴とする無線送電装置。
In the wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 13.
A wireless power transmission device characterized in that the wireless power transmission device is installed in an air vehicle different from the air vehicle.
外部から給電される電力を受け取る受電装置、発電装置及び蓄電装置の少なくとも1つの装置を搭載して飛行する飛行体であって、
請求項15に記載の無線送電装置を搭載し、
前記少なくとも1つの装置から得られる電力を変換した給電用のエネルギービームを、前記無線送電装置から、他の飛行体に搭載された無線受電装置へ送出することを特徴とする飛行体。
An air vehicle that flies with at least one device, a power receiving device, a power generation device, and a power storage device, that receives electric power supplied from the outside.
The wireless power transmission device according to claim 15 is installed.
A flying object characterized in that an energy beam for power supply obtained by converting electric power obtained from at least one device is transmitted from the wireless power transmitting device to a wireless power receiving device mounted on another flying body.
請求項1乃至15のいずれか1項に記載の無線送電装置から送出される給電用のエネルギービームを受けるビーム受け部を備えた無線受電装置を搭載して飛行する飛行体であって、
前記無線送電装置の前記制御部が前記エネルギービームの制御に用いる制御情報を送信する情報送信部を有することを特徴とする飛行体。
An air vehicle that flies with a wireless power receiving device provided with a beam receiving unit that receives an energy beam for power supply transmitted from the wireless power transmitting device according to any one of claims 1 to 15.
An air vehicle, wherein the control unit of the wireless power transmission device has an information transmission unit that transmits control information used for controlling the energy beam.
請求項16又は17に記載の飛行体において、
電力を発電する太陽光発電パネルを備えた発電装置を有することを特徴とする飛行体。
In the flying object according to claim 16 or 17.
An air vehicle characterized by having a power generation device equipped with a photovoltaic power generation panel for generating electric power.
請求項16乃至18のいずれか1項に記載の飛行体において、
移動通信の基地局との間で無線通信を行う無線通信部を有することを特徴とする飛行体。
In the flying object according to any one of claims 16 to 18.
An aircraft characterized by having a wireless communication unit that performs wireless communication with a mobile communication base station.
請求項16乃至19のいずれか1項に記載の飛行体において、
移動通信の端末装置との間で無線通信を行う無線通信部を有することを特徴とする飛行体。
In the flying object according to any one of claims 16 to 19.
An air vehicle characterized by having a wireless communication unit that performs wireless communication with a mobile communication terminal device.
飛行体に電力を供給する無線電力供給システムであって、
請求項1乃至15のいずれか1項に記載の無線送電装置と、前記無線送電装置から送出された給電用のエネルギービームを受けるように前記飛行体に設けられた無線受電装置とを備えることを特徴とする無線電力供給システム。
A wireless power supply system that supplies power to an aircraft
The wireless power transmitting device according to any one of claims 1 to 15 and a wireless power receiving device provided in the flying object so as to receive an energy beam for power supply transmitted from the wireless power transmitting device. A featured wireless power supply system.
JP2018018628A 2018-02-05 2018-02-05 Wireless power supply system to the aircraft Active JP6810071B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018018628A JP6810071B2 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Wireless power supply system to the aircraft
PCT/JP2019/001905 WO2019151055A1 (en) 2018-02-05 2019-01-22 System for wireless supply of power to aerial vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018018628A JP6810071B2 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Wireless power supply system to the aircraft

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019135900A JP2019135900A (en) 2019-08-15
JP6810071B2 true JP6810071B2 (en) 2021-01-06

Family

ID=67478800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018018628A Active JP6810071B2 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Wireless power supply system to the aircraft

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6810071B2 (en)
WO (1) WO2019151055A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021201147A1 (en) 2020-03-31 2021-10-07 三菱電機株式会社 Wireless power transmission device
EP4220893A1 (en) * 2020-10-28 2023-08-02 Aeterlink Corp. Power reception device and power transmission device based on wireless power supply method
JP2022102141A (en) * 2020-12-25 2022-07-07 Hapsモバイル株式会社 Control device, program, system, and control method
CN116897489A (en) 2021-02-24 2023-10-17 空间能技术公司 Power transmission device, power transmission control method, power transmission control program, power transmission control device, and wireless power supply system

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006034044A (en) * 2004-07-20 2006-02-02 Mitsubishi Electric Corp Radio power transfer device
JP4632889B2 (en) * 2005-07-19 2011-02-16 三菱電機株式会社 Power supply system for flying object and power transmission device and flying object used for flying object
JP5578885B2 (en) * 2010-02-26 2014-08-27 三菱重工業株式会社 Phased array antenna and control method thereof
JP6097488B2 (en) * 2012-03-27 2017-03-15 三菱重工業株式会社 Satellite system
US11267574B2 (en) * 2013-10-28 2022-03-08 The Boeing Company Aircraft with electric motor and rechargeable power source
US10439444B2 (en) * 2014-10-31 2019-10-08 Teslonix Inc. Wireless energy transfer using alignment of electromagnetic waves
JP6435991B2 (en) * 2015-05-28 2018-12-12 株式会社村田製作所 Electric aircraft
JP6463248B2 (en) * 2015-10-09 2019-01-30 三菱電機株式会社 Wireless power receiving apparatus and wireless power transmitting / receiving system
US10950934B2 (en) * 2016-04-08 2021-03-16 Mitsubishi Electric Corporation Wireless electric power transmission apparatus and electric power transfer system
EP3798647A1 (en) * 2017-05-29 2021-03-31 Mitsubishi Electric Corporation Wireless power transmission device and power transmission system to aerial moving body

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019135900A (en) 2019-08-15
WO2019151055A1 (en) 2019-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6615827B2 (en) Communication system and remote control device
CN111684830B (en) HAPS (Haps-assisted flight System), management device and flight method
JP6580082B2 (en) Communication system, remote control device, levitation body, and method of using levitation body
US10985839B2 (en) 3D-compatible directional optical antenna
JP6810071B2 (en) Wireless power supply system to the aircraft
JP2018157522A5 (en) Communication system, remote control device, levitation body, method for controlling levitation body, and method for using levitation body
WO2019235329A1 (en) Cell optimization using remote control over flight control communication circuit for haps
JP2019213078A (en) Effective use of radio resources for haps feeder link and cell optimization of haps
JP6612282B2 (en) COMMUNICATION SYSTEM, REMOTE CONTROL DEVICE, AND METHOD OF USING LEFT BODY WITH WIRELESS RELAY STATION
JP2018157524A5 (en) COMMUNICATION SYSTEM, REMOTE CONTROL DEVICE, AND METHOD OF USING LEFT BODY WITH WIRELESS RELAY STATION
OA19796A (en) Three dimensionalization of fifth generation communication.
OA19809A (en) Inter-HAPS communication that builds three-dimensionally formed network of fifthgeneration communication, and large-capacity and multi-cell captive airship-type HAPS.

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200630

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200630

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200708

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200717

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200915

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201005

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201210

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6810071

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250