JP7369844B1 - Wireless power transmission system, power transmission system, power receiving system, power transmitting device, power receiving device, and space solar power generation satellite - Google Patents

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Abstract

【課題】高高度に位置する送電装置から受電装置への安定した無線電力伝送が可能になるシステムを提供する。【解決手段】システムは、所定高度に位置する浮揚体10に搭載され、所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を送信する複数の送電装置100と、複数の送電装置から送信された複数の送信信号を受信した複数の受信信号を位相合成して電力を出力する一又は複数の受電装置20とを備える。電磁波の周波数は300[GHz]以下であってもよく、電磁波はマイクロ波であってもよい。電磁波は、送電装置から受電装置に向かう指向性を有するように形成されたビーム形状の電磁波であってもよい。浮揚体は、成層圏に位置するHAPS、気球又はドローンであってもよい。受電装置は、地上、海上若しくは湖上に位置してもよいし、又は、送電装置よりも低い低高度の空間に位置してもよい。【選択図】図1The present invention provides a system that enables stable wireless power transmission from a power transmitting device located at a high altitude to a power receiving device. The system is mounted on a floating body 10 located at a predetermined altitude, and includes a plurality of power transmission devices 100 that transmit transmission signals for wireless power transmission via electromagnetic waves of a predetermined frequency; The power receiving device 20 includes one or more power receiving devices 20 that output power by phase-combining a plurality of received signals that have received a plurality of transmitted signals. The frequency of the electromagnetic waves may be 300 [GHz] or less, and the electromagnetic waves may be microwaves. The electromagnetic wave may be a beam-shaped electromagnetic wave formed to have directivity from the power transmitting device to the power receiving device. The floating object may be a HAPS, a balloon or a drone located in the stratosphere. The power receiving device may be located on the ground, the sea, or a lake, or may be located in a space at a lower altitude than the power transmitting device. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、無線電力伝送(WPT)に関する。 The present invention relates to wireless power transfer (WPT).

従来、電磁波を利用して電力を伝送するシステムが知られている。例えば、特許文献1には、電気エネルギーをマイクロ波ビームとして送信する宇宙空間の送電システム(送電装置)と、送電システムから送信されたマイクロ波ビームを受信する地上の受電システム(受電装置)と、を備えた電力供給システムが開示されている。 Conventionally, systems that transmit power using electromagnetic waves are known. For example, Patent Document 1 describes a power transmission system (power transmission device) in space that transmits electrical energy as a microwave beam, a power reception system (power reception device) on the ground that receives the microwave beam transmitted from the power transmission system, A power supply system is disclosed.

特開2008-259392号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-259392

従来の電磁波を利用して電力を伝送するシステムにおいて、高高度に位置する送電装置から地上、海上、湖上又は低高度の空間に位置する受電装置への安定した無線電力伝送を実現したい、という課題がある。 In conventional systems that transmit power using electromagnetic waves, the challenge is to realize stable wireless power transmission from a power transmitting device located at high altitude to a power receiving device located on the ground, at sea, on a lake, or in a low-altitude space. There is.

本発明の第1態様に係るシステムは、無線電力伝送を行うシステムである。このシステムは、所定高度に位置する浮揚体に搭載され、所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を送信する複数の送電装置と、前記複数の送電装置から送信された前記複数の送信信号を受信した複数の受信信号を位相合成して電力を出力する一又は複数の受電装置と、を備える。 A system according to a first aspect of the present invention is a system that performs wireless power transmission. This system is mounted on a floating body located at a predetermined altitude, and includes a plurality of power transmission devices that transmit transmission signals for wireless power transmission via electromagnetic waves of a predetermined frequency, and a plurality of power transmission devices that transmit transmission signals from the plurality of power transmission devices. The power receiving device includes one or more power receiving devices that receive the transmitted signals, combine the phases of a plurality of received signals, and output power.

第1態様に係るシステムにおいて、前記受電装置は、前記複数の送電装置にパイロット信号を送信し、前記複数の送電装置は、互いに時刻同期され、前記複数の送電装置から送信された複数の無線電力伝送用の送信信号が前記受電装置に同位相で到達するように、前記受電装置から受信した前記パイロット信号の受信結果に基づいて前記無線電力伝送用の送信信号の送信タイミングを決定してもよい。 In the system according to the first aspect, the power receiving device transmits a pilot signal to the plurality of power transmitting devices, and the plurality of power transmitting devices are time-synchronized with each other, and the plurality of wireless power transmitted from the plurality of power transmitting devices are synchronized with each other. The transmission timing of the transmission signal for wireless power transmission may be determined based on the reception result of the pilot signal received from the power reception device so that the transmission signal for transmission reaches the power reception device in the same phase. .

第1態様に係るシステムにおいて、前記電磁波の周波数は、300[GHz]以下であってもよい。 In the system according to the first aspect, the frequency of the electromagnetic wave may be 300 [GHz] or less.

第1態様に係るシステムにおいて、前記電磁波は、マイクロ波であってもよい。 In the system according to the first aspect, the electromagnetic wave may be a microwave.

第1態様に係るシステムにおいて、前記電磁波は、前記送電装置から前記受電装置に向かう指向性を有するように形成されたビーム形状の電磁波であってもよい。 In the system according to the first aspect, the electromagnetic wave may be a beam-shaped electromagnetic wave formed to have directivity from the power transmitting device toward the power receiving device.

第1態様に係るシステムにおいて、前記浮揚体は、成層圏に位置するHAPS、気球又はドローンであってもよい。 In the system according to the first aspect, the floating object may be a HAPS, a balloon or a drone located in the stratosphere.

第1態様に係るシステムにおいて、前記受電装置は、地上、海上若しくは湖上に位置する、又は、前記送電装置よりも低い低高度の空間に位置するものであってもよい。 In the system according to the first aspect, the power receiving device may be located on the ground, on the sea, or on a lake, or may be located in a space at a low altitude lower than the power transmitting device.

本発明の第1態様に係る送電装置は、無線電力伝送の送電装置である。この送電装置は、所定高度に位置する浮揚体に搭載され、所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を送信する送信部を備える。 A power transmission device according to a first aspect of the present invention is a power transmission device for wireless power transmission. This power transmission device is mounted on a floating body located at a predetermined altitude, and includes a transmitter that transmits a transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of a predetermined frequency.

第1態様に係る送電装置において、送電対象が共通の他の送電装置との間で時刻同期を行う同期処理部を備え、前記送信部は、前記複数の送電装置から送信された複数の無線電力伝送用の送信信号が前記受電装置に同位相で到達するように、前記受電装置から受信したパイロット信号の受信結果に基づいて前記無線電力伝送用の送信信号の送信タイミングを決定してもよい。 The power transmission device according to the first aspect includes a synchronization processing unit that performs time synchronization with another power transmission device that has a common power transmission target, and the transmission unit includes a plurality of wireless power transmitted from the plurality of power transmission devices. The transmission timing of the transmission signal for wireless power transmission may be determined based on a reception result of a pilot signal received from the power reception device so that the transmission signal for transmission reaches the power reception device in the same phase.

本発明の第1態様に係る送電システムは、前記送電装置を複数備える。 A power transmission system according to a first aspect of the present invention includes a plurality of the power transmission devices.

本発明の第1態様に係る受電装置は、無線電力伝送の受電装置である。この受電装置は、所定高度に位置する浮揚体にそれぞれ搭載された複数の送電装置から、所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を受信する受信部と、前記複数の送信信号を受信した複数の受信信号を同位相で合成する合成部と、を備える。 A power receiving device according to a first aspect of the present invention is a power receiving device for wireless power transmission. This power receiving device includes a receiving section that receives transmission signals for wireless power transmission via electromagnetic waves of a predetermined frequency from a plurality of power transmission devices each mounted on a floating body located at a predetermined altitude, and a receiver that receives the plurality of transmission signals via electromagnetic waves of a predetermined frequency. A combining unit that combines the plurality of received signals in the same phase.

第1態様に係る受電装置において、前記複数の送電装置にパイロット信号を送信する送信部を備えてもよい。 The power receiving device according to the first aspect may include a transmitting unit that transmits a pilot signal to the plurality of power transmitting devices.

本発明の第2態様に係るシステムは、無線電力伝送を行うシステムである。このシステムは、所定高度に位置する浮揚体に搭載され、外部装置から第1周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を受信し、前記無線電力伝送用の送信信号の周波数を前記第1周波数よりも低い第2周波数に変換し、前記第2周波数の電磁波を介して前記無線電力伝送用の送信信号を送信する送電装置と、前記送電装置から送信された前記送信信号を受信して電力を出力する受電装置と、を備える。 A system according to a second aspect of the present invention is a system that performs wireless power transmission. This system is mounted on a floating body located at a predetermined altitude, receives a transmission signal for wireless power transmission from an external device via electromagnetic waves of a first frequency, and changes the frequency of the transmission signal for wireless power transmission to the first frequency. a power transmission device that converts the transmission signal to a second frequency lower than the first frequency and transmits the transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of the second frequency; and a power transmission device that receives the transmission signal transmitted from the power transmission device. A power receiving device that outputs electric power.

第2態様に係るシステムにおいて、前記第1周波数の電磁波は、ミリ波、テラヘルツ波又は光波であり、前記第2周波数の電磁波は、マイクロ波であってもよい。 In the system according to the second aspect, the first frequency electromagnetic wave may be a millimeter wave, a terahertz wave, or a light wave, and the second frequency electromagnetic wave may be a microwave.

第2態様に係るシステムにおいて、前記第1周波数の電磁波は、外部装置から前記送電装置に向かう指向性を有するように形成されたビーム形状の電磁波であり、前記第2周波数の電磁波は、前記送電装置から前記受電装置に向かう指向性を有するように形成されたビーム形状の電磁波であってもよい。 In the system according to the second aspect, the electromagnetic wave of the first frequency is a beam-shaped electromagnetic wave formed to have directivity from an external device toward the power transmission device, and the electromagnetic wave of the second frequency is It may be a beam-shaped electromagnetic wave formed to have directivity from the device to the power receiving device.

第2態様に係るシステムにおいて、前記外部装置は、大気圏の外側の空間に位置する宇宙太陽光発電衛星であり、前記浮揚体は、成層圏に位置するHAPS、気球又はドローンであってもよい。 In the system according to the second aspect, the external device may be a space solar power generation satellite located in a space outside the atmosphere, and the floating body may be a HAPS, a balloon, or a drone located in the stratosphere.

第2態様に係るシステムにおいて、前記受電装置は、地上、海上若しくは湖上に位置する、又は、前記送電装置よりも低い低高度の空間に位置するものであってもよい。 In the system according to the second aspect, the power receiving device may be located on the ground, on the sea, or on a lake, or may be located in a space at a low altitude lower than the power transmitting device.

本発明に第2態様に係る送電装置は、無線電力伝送の送電装置である。この送電装置は、所定高度に位置する浮揚体に搭載され、第1周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を受信する受信部と、前記無線電力伝送用の送信信号の周波数を前記第1周波数よりも低い第2周波数に変換する変換部と、前記第2周波数の電磁波を介して前記無線電力伝送用の送信信号を送信する送信部と、を備える。 A power transmission device according to a second aspect of the present invention is a power transmission device for wireless power transmission. This power transmission device is mounted on a floating body located at a predetermined altitude, and includes a receiving unit that receives a transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of a first frequency, and a reception unit that receives a transmission signal for wireless power transmission using a first frequency. It includes a converter that converts the first frequency to a second frequency lower than the first frequency, and a transmitter that transmits the transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of the second frequency.

本発明の第3態様に係るシステムは、無線電力伝送を行うシステムである。このシステムは、は、大気圏よりも高い高度に位置し、所定周波数の電磁波を介して複数の無線電力伝送用の送信信号をマルチビームで送信する宇宙太陽光発電衛星と、前記宇宙太陽光発電衛星よりも低い所定高度に位置する複数の浮揚体のそれぞれに搭載され、前記宇宙太陽光発電衛星からマルチビームで送信された前記複数の無線電力伝送用の送信信号のそれぞれを受信する複数の受電装置と、を備える。 A system according to a third aspect of the present invention is a system that performs wireless power transmission. This system consists of a space solar power generation satellite that is located at a higher altitude than the atmosphere and transmits multi-beam transmission signals for multiple wireless power transmissions via electromagnetic waves of a predetermined frequency; A plurality of power receiving devices are mounted on each of a plurality of floating bodies located at a predetermined altitude lower than and.

第3態様に係るシステムにおいて、前記電磁波は、ミリ波、テラヘルツ波、または光波であってもよい。 In the system according to the third aspect, the electromagnetic wave may be a millimeter wave, a terahertz wave, or a light wave.

第3態様に係るシステムにおいて、前記浮揚体は、成層圏に位置するHAPS、気球又はドローンであってもよい。 In the system according to the third aspect, the floating object may be a HAPS, a balloon or a drone located in the stratosphere.

本発明の第3態様に係る宇宙太陽光発電衛星は、大気圏よりも高い高度に位置し、当該宇宙太陽光発電衛星よりも低い所定高度に位置する複数の浮揚体のそれぞれに搭載された複数の受電装置に、所定周波数の電磁波を介して複数の無線電力伝送用の送信信号をマルチビームで送信する送信部を備える。 A space solar power generation satellite according to a third aspect of the present invention includes a plurality of floating bodies mounted on each of a plurality of floating bodies located at an altitude higher than the atmosphere and at a predetermined altitude lower than the space solar power generation satellite. The power receiving device includes a transmitter that transmits a plurality of transmission signals for wireless power transmission in a multi-beam manner via electromagnetic waves of a predetermined frequency.

本発明の第3態様に係る受電装置は、無線電力伝送の受電装置である。この受電装置は、宇宙太陽光発電衛星よりも低い所定高度に位置する複数の浮揚体のそれぞれに搭載され、所定周波数の電磁波を介して前記宇宙太陽光発電衛星から送信された無線電力伝送用の送信信号を受信する受信部を備える。 A power receiving device according to a third aspect of the present invention is a power receiving device for wireless power transmission. This power receiving device is mounted on each of a plurality of floating bodies located at a predetermined altitude lower than the space solar power generation satellite, and is used for wireless power transmission transmitted from the space solar power generation satellite via electromagnetic waves of a predetermined frequency. It includes a receiving section that receives the transmission signal.

本発明の第3態様に係る無線電力伝送の受電システムは、前記受電装置を複数備える。 A power receiving system for wireless power transmission according to a third aspect of the present invention includes a plurality of the power receiving devices.

本発明によれば、高高度に位置する送電装置から受電装置への安定した無線電力伝送が可能になる。 According to the present invention, stable wireless power transmission from a power transmitting device located at a high altitude to a power receiving device is possible.

実施形態1に係るシステムの概略構成の一例を示す説明図。1 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a system according to a first embodiment. FIG. 実施形態1の無線電力伝送(WPT)システムを構成するHAPS及び基地局の主要構成の一例を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating an example of the main configurations of a HAPS and a base station that constitute the wireless power transfer (WPT) system of Embodiment 1. FIG. (a)は、複数のHAPSからの各送信信号による基地局の受信信号間の位相が整合されていないときの合成信号を示すグラフ。(b)は、複数のHAPSからの各送信信号による基地局の受信信号間の位相が整合されているとき(位相合成されているとき)の合成信号を示すグラフ。(a) is a graph showing a composite signal when the phases of reception signals of a base station due to respective transmission signals from a plurality of HAPS are not matched. (b) is a graph showing a composite signal when the phases of the received signals of the base station are matched (when the phases are combined) between the respective transmission signals from a plurality of HAPS. 複数の受信信号間の位相が整合するように位相合成する方法の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a method for performing phase synthesis so that the phases of a plurality of received signals match. 実施形態2に係るシステムの概略構成の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a system according to a second embodiment. 実施形態2の無線電力伝送(WPT)システムを構成するHAPS及び基地局の主要構成の一例を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the main configurations of a HAPS and a base station that constitute a wireless power transfer (WPT) system according to a second embodiment. 実施形態3に係るシステムの概略構成の一例を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a system according to Embodiment 3. FIG. 実施形態3の無線電力伝送(WPT)システムを構成するHAPSの主要構成の一例を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the main configuration of HAPS that constitutes the wireless power transfer (WPT) system of Embodiment 3;

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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔実施形態1〕
本書に記載された一実施形態に係る無線電力伝送(WPT)システムは、上空の成層圏などに分散して位置する複数の浮揚体(例えばHAPS、気球、ドローン)に搭載された複数の送電装置から地上、海上、湖上などに位置する受電装置や低高度の空間に位置するドローンなどに搭載された受電装置に安定して給電可能な大空間分散給電システムである。
[Embodiment 1]
A wireless power transfer (WPT) system according to an embodiment described in this document transmits power from multiple power transmission devices mounted on multiple floating bodies (e.g., HAPS, balloons, drones) distributed in the upper stratosphere, etc. This is a large-space distributed power supply system that can stably supply power to power receiving devices located on the ground, at sea, on lakes, etc., and to power receiving devices mounted on drones and other devices located at low altitudes.

図1は、本実施形態1に係るシステムの概略構成の一例を示す説明図である。
本実施形態1のシステムは、無線電力伝送(WPT)を行うシステムであり、所定高度に位置する浮揚体にそれぞれ搭載される複数の送電装置と、一又は複数の受電装置と、を備える。複数の送電装置は、いずれも、所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を送信する。また、一又は複数の受電装置は、各浮揚体に搭載された複数の送電装置から送信される複数の送信信号を受信した複数の受信信号を位相合成して電力を出力する。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a system according to the first embodiment.
The system of Embodiment 1 is a system that performs wireless power transmission (WPT), and includes a plurality of power transmitting devices and one or more power receiving devices, each of which is mounted on a floating body located at a predetermined altitude. Each of the plurality of power transmission devices transmits a transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of a predetermined frequency. Further, one or more power receiving devices receive a plurality of transmission signals transmitted from a plurality of power transmission devices mounted on each floating body, phase synthesize the plurality of reception signals, and output power.

浮揚体は、例えば、HAPS、気球又はドローンである。本実施形態は、浮揚体として、高高度プラットフォーム局であるHAPS(「高高度疑似衛星」ともいう。)10を用いる例である。HAPS10は、通信中継装置を搭載し、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に3次元セル(3次元エリア)を形成する。HAPS10の位置する空域は、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。セル形成目標空域は、海、川又は湖の上空であってもよい。 Floating objects are, for example, HAPS, balloons or drones. This embodiment is an example in which a HAPS (also referred to as a "high altitude pseudosatellite") 10, which is a high altitude platform station, is used as a floating object. The HAPS 10 is equipped with a communication relay device, is located in an airspace at a predetermined altitude, and forms a three-dimensional cell (three-dimensional area) in a cell formation target airspace at a predetermined altitude. The airspace where the HAPS 10 is located is, for example, a stratospheric airspace with an altitude of 11 [km] or more and 50 [km] or less. This airspace may be an airspace at an altitude of 15 [km] or more and 25 [km] or less where weather conditions are relatively stable, and particularly may be an airspace at an altitude of approximately 20 [km]. The cell formation target airspace may be over an ocean, river or lake.

HAPS10の中継通信装置は、移動局である端末装置と無線通信するためのビーム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に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機(航空機)の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。 The relay communication device of the HAPS 10 forms a beam toward the ground for wireless communication with a terminal device, which is a mobile station. The terminal device may be a communication terminal module built into a drone, which is an aircraft such as a small helicopter that can be remotely controlled, or a user device used by a user in an airplane (aircraft).

また、HAPS10の中継通信装置は、地上、海上若しくは湖上に位置する中継局であるフィーダ局を介して、移動通信網のコアネットワークに接続されている。HAPS10とフィーダ局との間の通信は、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。 Further, the relay communication device of the HAPS 10 is connected to the core network of the mobile communication network via a feeder station that is a relay station located on land, on the sea, or on a lake. Communication between the HAPS 10 and the feeder station may be performed by wireless communication using radio waves such as microwaves, or by optical communication using laser light or the like.

HAPS10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、自身の飛行移動や中継通信局での処理を自律制御してもよい。例えば、HAPS10は、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中継通信装置での処理を自律制御してもよい。 Each HAPS 10 may autonomously control its own flight movement and processing at a relay communication station by having a control unit configured with an internal computer or the like execute a control program. For example, the HAPS 10 stores its own current location information (e.g., GPS (Global Positioning System) location information), pre-stored position control information (e.g., flight schedule information), location information of other HAPSs located in the vicinity, etc. The flight movement and the processing at the relay communication device may be autonomously controlled based on the acquired information.

また、HAPS10での飛行移動や中継通信装置での処理は、移動通信網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によって制御できるようにしてもよい。HAPS10と遠隔制御装置との間の通信は、地上又は海上などの施設であるHAPS制御用通信局によって行う。HAPS制御用通信局は、複数のHAPS10に対応できるように無指向性アンテナを用いたものが好ましいが、指向性アンテナを用いてもよい。このようなHAPS制御用通信局としては、GCS(Ground Control System)(地上制御局)を利用することができる。 Further, the flight movement in the HAPS 10 and the processing in the relay communication device may be controlled by a remote control device as a management device provided at a communication center of a mobile communication network. Communication between the HAPS 10 and the remote control device is performed by a HAPS control communication station, which is a facility on land or on the sea. The HAPS control communication station preferably uses an omnidirectional antenna so that it can support a plurality of HAPSs 10, but a directional antenna may also be used. As such a HAPS control communication station, a GCS (Ground Control System) can be used.

HAPS10とHAPS制御用通信局との間の無線通信は、HAPS10の飛行移動やセル最適化などを制御するための通信を含むため、高い信頼性と低遅延性が求められる。したがって、HAPS10とHAPS制御用通信局との間の無線通信には、HAPS10とフィーダ局との間で行われる移動通信のフィーダリンクを介した無線通信で用いる周波数帯域よりも低い周波数帯域を用いるのが好ましい。例えば、HAPS10とフィーダ局との間で行われる無線通信にギガヘルツ(GHz)帯の周波数帯域を用いる場合、HAPS10とHAPS制御用通信局との間の無線通信にはメガヘルツ(MHz)帯の周波数帯域を用いる。 The wireless communication between the HAPS 10 and the HAPS control communication station includes communication for controlling flight movement and cell optimization of the HAPS 10, and therefore requires high reliability and low delay. Therefore, for wireless communication between the HAPS 10 and the HAPS control communication station, a frequency band lower than the frequency band used for wireless communication via the feeder link of mobile communication performed between the HAPS 10 and the feeder station is used. is preferred. For example, when using a gigahertz (GHz) frequency band for wireless communication between the HAPS 10 and a feeder station, a megahertz (MHz) frequency band is used for wireless communication between the HAPS 10 and a HAPS control communication station. Use.

また、遠隔制御装置によって制御する場合、HAPS10は、遠隔制御装置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は、自身又は周辺のHAPSの飛行移動や中継通信装置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、遠隔制御装置等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。 In addition, when controlled by a remote control device, the HAPS 10 is equipped with a control communication terminal device (for example, a mobile communication module) so that it can receive control information from the remote control device, and the terminal is configured so that it can be identified from the remote control device. Identification information (eg, IP address, telephone number, etc.) may be assigned. The MAC address of the communication interface may be used to identify the control communication terminal device. In addition, the HAPS 10 is configured to transmit information such as information regarding the flight movement of itself or surrounding HAPS, processing at relay communication devices, and observation data acquired by various sensors to a predetermined destination such as a remote control device. It's okay.

受電装置は、HAPS10上の送電装置からの無線電力伝送(WPT)により給電される給電対象であり、特に限定されるものではない。本実施形態では、例えば、地上、海上若しくは湖上に位置する受電装置(例えば、移動通信の基地局、移動局、その他の設備装置)、又は、HAPS10の位置よりも低い低高度の空間に位置する受電装置(例えば、他のHAPS、気球、ドローン、飛行機(航空機)、その他の浮揚体)である。本実施形態は、地上に設置されている移動通信の基地局20を受電装置とした例である。 The power receiving device is a target to which power is supplied by wireless power transmission (WPT) from the power transmitting device on the HAPS 10, and is not particularly limited. In this embodiment, for example, a power receiving device (for example, a mobile communication base station, a mobile station, or other equipment) located on the ground, the sea, or a lake, or a power receiving device located in a space at a low altitude lower than the position of the HAPS 10 is used. A power receiving device (eg, another HAPS, balloon, drone, airplane, or other floating object). This embodiment is an example in which a mobile communication base station 20 installed on the ground is used as a power receiving device.

基地局20は、例えば、多数のアンテナ素子を有する複数のアレーアンテナ210を備え、複数の端末装置(例えば、移動通信のUE(移動局)やIoTデバイス。以下「UE20」ともいう。)との間でmassive MIMO(以下「mMIMO」ともいう。)伝送方式の通信を行うことができる。mMIMOは、アレーアンテナ210を用いてデータ送受信を行うことにより大容量・高速通信を実現する無線伝送技術である。また、複数のUE20のそれぞれに対して時分割で又は同時にビームを形成するビームフォーミングを行うMU(Multi User)-MIMO伝送方式で通信を行うことができる。多素子のアレーアンテナを用いてMU-MIMO伝送を行うことにより、各UE20の通信環境に応じてUE20ごとに適切なビームを向けて通信できるため、セル全体の通信品質を改善できる。また、同一の無線リソース(時間・周波数リソース)を用いて複数のUE20との通信ができるため、システム容量を拡大することができる。 The base station 20 is equipped with, for example, a plurality of array antennas 210 having a large number of antenna elements, and is capable of communicating with a plurality of terminal devices (for example, a mobile communication UE (mobile station) or an IoT device; hereinafter also referred to as "UE 20"). Massive MIMO (hereinafter also referred to as "mMIMO") transmission method communication can be performed between the two. mMIMO is a wireless transmission technology that achieves high-capacity, high-speed communication by transmitting and receiving data using the array antenna 210. Further, communication can be performed using an MU (Multi User)-MIMO transmission method in which beamforming is performed to form beams for each of the plurality of UEs 20 in time division or simultaneously. By performing MU-MIMO transmission using a multi-element array antenna, it is possible to direct and communicate an appropriate beam to each UE 20 according to the communication environment of each UE 20, thereby improving the communication quality of the entire cell. Moreover, since communication with a plurality of UEs 20 can be performed using the same radio resource (time/frequency resource), system capacity can be expanded.

図2は、本実施形態1の無線電力伝送(WPT)システムを構成するHAPS10及び基地局20の主要構成の一例を示すブロック図である。
HAPS10は、送電装置としての通信中継装置100とアンテナ110とを備える。アンテナ110は、例えば、多数のアンテナ素子を有するアレーアンテナである。アンテナ110は単数でもよいし複数であってもよい。例えば、アンテナ110は複数のセクタセルに対応させて複数配置してもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the main configurations of the HAPS 10 and the base station 20 that constitute the wireless power transfer (WPT) system of the first embodiment.
HAPS 10 includes a communication relay device 100 as a power transmission device and an antenna 110. Antenna 110 is, for example, an array antenna having a large number of antenna elements. The antenna 110 may be singular or plural. For example, a plurality of antennas 110 may be arranged corresponding to a plurality of sector cells.

通信中継装置100は、通信信号処理部120と、無線処理部130と、電力伝送制御部140と、NW通信部150と、を備える。通信信号処理部120は、基地局20との間で送受信される制御情報等の信号を処理する。無線処理部130は、通信信号処理部120で生成した送信信号をアンテナ110から基地局20に送信したり、基地局20からアンテナ110を介して受信した受信信号を通信信号処理部120に出力したりする。 The communication relay device 100 includes a communication signal processing section 120, a wireless processing section 130, a power transfer control section 140, and a NW communication section 150. The communication signal processing unit 120 processes signals such as control information transmitted and received with the base station 20. The wireless processing unit 130 transmits the transmission signal generated by the communication signal processing unit 120 from the antenna 110 to the base station 20, and outputs the reception signal received from the base station 20 via the antenna 110 to the communication signal processing unit 120. or

電力伝送制御部140は、基地局20からの制御情報を通信信号処理部120に送ったり、その制御情報に基づいてアレーアンテナ110の無線電力伝送用ビームフォーミング(WPTビームフォーミング)の制御信号(BF制御信号)を生成して無線処理部130に送ったりする。通信信号処理部120は、電力伝送制御部140から受けた制御情報に基づいて、WPT信号を含む下りリンク(DL)の送信信号を生成して無線処理部130に送る。 The power transmission control unit 140 sends control information from the base station 20 to the communication signal processing unit 120, and generates a control signal (BF) for wireless power transmission beamforming (WPT beamforming) of the array antenna 110 based on the control information. control signal) and sends it to the wireless processing unit 130. Communication signal processing section 120 generates a downlink (DL) transmission signal including a WPT signal based on the control information received from power transfer control section 140 and sends it to radio processing section 130 .

電力伝送制御部140は、基地局20からの受信した情報をNW通信部150に転送し、その情報に基づいて外部プラットフォーム55で生成された制御情報をNW通信部150から受信し、その制御情報に基づいて、WPT信号を含む下りリンク(DL)の送信信号とBF制御信号とを生成してもよい。 The power transfer control unit 140 transfers the information received from the base station 20 to the NW communication unit 150, receives control information generated by the external platform 55 based on the information from the NW communication unit 150, and transmits the control information. Based on this, a downlink (DL) transmission signal including a WPT signal and a BF control signal may be generated.

NW通信部150は、無線通信回線を介して通信ネットワーク50に接続され、外部プラットフォーム55のクラウドシステム、サーバなどと通信することができる。NW通信部150は、基地局20から受信した通信データ又は情報を通信ネットワーク50側に送信したり、基地局20に送信する通信データ又は情報を通信ネットワーク50側から受信したりすることもできる。NW通信部150は、例えば、地上などに位置するフィーダ局と通信する通信部である。 The NW communication unit 150 is connected to the communication network 50 via a wireless communication line, and can communicate with a cloud system, a server, etc. of an external platform 55. The NW communication unit 150 can also transmit communication data or information received from the base station 20 to the communication network 50 side, or receive communication data or information to be transmitted to the base station 20 from the communication network 50 side. The NW communication unit 150 is, for example, a communication unit that communicates with a feeder station located on the ground.

HAPS10は、基地局20に対する下りリンクの通信の際に、基地局20毎に又は複数の基地局20が属するターゲットエリア毎に、個別のビームを形成するビームフォーミング(BF)制御を行い、基地局20毎に又はターゲットエリア毎に無線電力伝送を行ってもよい。基地局20毎又はターゲットエリア毎のBF制御は、通信信号処理部120における周波数領域のデジタルBF制御で行ってもよいし、無線処理部130におけるアナログBF制御で行ってもよい。 The HAPS 10 performs beamforming (BF) control to form individual beams for each base station 20 or for each target area to which a plurality of base stations 20 belong during downlink communication to the base station 20. Wireless power transfer may be performed every 20 or target areas. BF control for each base station 20 or for each target area may be performed by digital BF control in the frequency domain in the communication signal processing section 120, or by analog BF control in the radio processing section 130.

図2において、基地局20は、アンテナ210と、無線処理部220と、通信信号処理部230と、電力出力部240と、電池250と、を備える。アンテナ210は、例えば、多数のアンテナ素子を有する複数のアレーアンテナで構成される。無線処理部220は、通信信号処理部230で生成した情報や送信信号をアンテナ210からHAPS10に送信したり、HAPS10からアンテナ210を介して受信した受信信号を通信信号処理部230に出力したりする。 In FIG. 2, base station 20 includes an antenna 210, a wireless processing section 220, a communication signal processing section 230, a power output section 240, and a battery 250. Antenna 210 is composed of, for example, a plurality of array antennas each having a large number of antenna elements. The wireless processing unit 220 transmits information and transmission signals generated by the communication signal processing unit 230 from the antenna 210 to the HAPS 10, and outputs a reception signal received from the HAPS 10 via the antenna 210 to the communication signal processing unit 230. .

本実施形態において、無線処理部220は、HAPS10から送信された無線電力伝送用の送信信号を受信する。電力出力部240は、例えば整流器を有し、HAPS10からの無線電力伝送用の送信信号を受信した受信信号の電力を、電池充電用の受電電力として出力する。電力出力部240から出力された受電電力により、電池250を充電することができる。 In this embodiment, the wireless processing unit 220 receives a transmission signal for wireless power transmission transmitted from the HAPS 10. The power output unit 240 includes, for example, a rectifier, and outputs the power of the received signal that has received the transmission signal for wireless power transmission from the HAPS 10 as received power for battery charging. The battery 250 can be charged by the received power output from the power output unit 240.

無線処理部220は、受電ビーム情報(例えば、受電ビームの方向、幅などの情報)、WPT電波の到来方向の情報などの受電に関する情報を測定又は取得する機能を有してもよい。電力出力部240は、受電電力を測定する機能を有してもよい。受電ビーム情報、WPT電波の到来方向の情報などの受電に関する情報、受電電力の情報、制御情報の少なくとも1つは、HAPS10への情報に含めることができる。 The wireless processing unit 220 may have a function of measuring or acquiring information related to power reception, such as power reception beam information (for example, information on the direction and width of the power reception beam), information on the direction of arrival of WPT radio waves, and the like. The power output unit 240 may have a function of measuring received power. At least one of information regarding power reception such as power reception beam information, information on the arrival direction of WPT radio waves, information on received power, and control information can be included in the information to the HAPS 10.

HAPS10から基地局20に送信される無線電力伝送用の送信信号の電磁波の周波数は、300[GHz]以下であるのが好ましく、マイクロ波であるのがより好ましい。本実施形態では、成層圏に位置するHAPS10から地上の基地局20に無線電力伝送用の送信信号を送信することから、大気の影響を受けにくい電磁波、特にマイクロ波であるのが好ましい。 The frequency of the electromagnetic wave of the transmission signal for wireless power transmission transmitted from the HAPS 10 to the base station 20 is preferably 300 [GHz] or less, and more preferably microwave. In this embodiment, since a transmission signal for wireless power transmission is transmitted from the HAPS 10 located in the stratosphere to the base station 20 on the ground, it is preferable to use electromagnetic waves, particularly microwaves, which are less susceptible to the influence of the atmosphere.

ここで、HAPS10から基地局20へ無線電力伝送(WPT)を行う場合、単体のHAPS10からの無線電力伝送では十分な受電電力を確保することが難しい。そのため、本実施形態では、複数のHAPS10からの無線電力伝送用の送信信号により基地局20で生成される受信信号を合成した合成信号から電力(合計電力)を得るシステムとなっている。 Here, when wireless power transmission (WPT) is performed from the HAPS 10 to the base station 20, it is difficult to secure sufficient received power by wireless power transmission from a single HAPS 10. Therefore, in this embodiment, the system obtains power (total power) from a composite signal obtained by combining received signals generated by the base station 20 using transmission signals for wireless power transmission from a plurality of HAPS 10.

ところが、複数のHAPS10から送信される無線電力伝送用の送信信号を受信した複数の受信信号間の位相が整合されていないと、電力伝送効率が低下し、高効率な無線電力伝送(WPT)を実現することができない。すなわち、複数のHAPS10からの各送信信号による基地局20の受信信号PrIn1,PrIn2間の位相が、図3(a)に示すように整合されていない場合、図3(b)に示すように整合されている場合(位相合成されている場合)と比較して、得られる合計電力PrIncが小さいものとなる。 However, if the phases of multiple received signals received from multiple HAPS 10 are not matched, power transmission efficiency decreases, making it difficult to perform highly efficient wireless power transmission (WPT). It cannot be realized. That is, if the phases of the received signals P rIn1 and P rIn2 of the base station 20 due to respective transmission signals from a plurality of HAPS 10 are not matched as shown in FIG. 3(a), the phases as shown in FIG. 3(b) The total power P rInc obtained is smaller than when the power is matched (phase combined).

そこで、本実施形態では、複数のHAPS10から送信された無線電力伝送用の送信信号を受信した複数の受信信号間の位相が整合するように位相合成して電力を得るものとし、高効率で安定した無線電力伝送(WPT)を実現している。 Therefore, in this embodiment, power is obtained by phase-combining transmission signals for wireless power transmission transmitted from a plurality of HAPS 10 so that the phases of a plurality of received signals are matched, and power is obtained with high efficiency and stability. It has realized wireless power transfer (WPT).

図4は、複数の受信信号間の位相が整合するように位相合成する方法の一例を示す説明図である。
複数の受信信号間の位相が整合するように位相合成する方法としては、例えば、複数のHAPS10-0,10-1,・・・10-nから送信される無線電力伝送用の送信信号の位相を調整する方法と、基地局20で受信した複数の受信信号の位相を調整する方法とが挙げられる。ただし、後者の位相調整方法では、本システムに対応していない既存の基地局20への設備変更、設定変更が必要となること、受電する側の基地局20で位相調整を行うと当該位相調整に要する電力消費の分だけ伝送電力が目減りすることなどを考慮すると、前者の位相調整方法が好ましい。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a method for performing phase synthesis so that the phases of a plurality of received signals are matched.
As a method for phase combining so that the phases of multiple received signals match, for example, the phase of the transmission signals for wireless power transmission transmitted from multiple HAPS 10-0, 10-1, ... 10-n is used. and a method of adjusting the phases of a plurality of received signals received by the base station 20. However, with the latter phase adjustment method, it is necessary to change the equipment and settings of the existing base station 20 that is not compatible with this system, and if the phase adjustment is performed at the base station 20 on the power receiving side, the phase adjustment The former phase adjustment method is preferable in consideration of the fact that the transmission power is reduced by the amount of power consumed.

そのため、本実施形態では、図4に示すように、複数のHAPS10-0,10-1,・・・10-nから送信される無線電力伝送用の送信信号の位相を調整する前者の位相調整方法を採用する。すなわち、複数のHAPS10-0,10-1,・・・10-n間における送信信号経路差を補償するような入力位相Δφ1,Δφ2,・・・,Δφnを、基準となるHAPS10-0以外のHAPS10-1,・・・10-nの送信信号に付加し、基地局20での受信信号が同相になるようにする。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. Adopt a method. In other words, the input phases Δφ1, Δφ2, ..., Δφn that compensate for the transmission signal path differences among the plurality of HAPS 10-0, 10-1, ... 10-n are set to It is added to the transmitted signals of the HAPS 10-1, . . . 10-n so that the received signals at the base station 20 are in phase.

具体的な位相調整方法としては、例えば、基地局20からの無線電力伝送に関するフィードバック情報に基づき、複数のHAPS10-0,10-1,・・・10-nから送信される無線電力伝送用の送信信号の位相を調整してもよい。例えば、複数のHAPS10-0,10-1,・・・10-nは、各HAPSと基地局20との間に構築される通信ULを介して、基地局20からの無線電力伝送に関するフィードバック情報を受信して取得する。フィードバック情報は、例えば、基地局20における受電に関する受電装置情報(「WPT受電情報」、「WPT端末情報」、「WPT情報」ともいう。)を含んでもよい。受電装置情報は、例えば、無線電力伝送を要求する要求情報(WPT要求)、基地局20を識別可能な識別情報、基地局20の位置情報、基地局20における受信電力情報、基地局20における受電ビーム情報(例えば、受電ビームの方向、幅などの情報)、基地局20におけるWPT電波の到来方向の情報、基地局20に備える電池の残量情報及び無線電力伝送を承認する承認情報の少なくとも1つの情報を含んでもよい。 As a specific phase adjustment method, for example, based on feedback information regarding wireless power transmission from the base station 20, the phase adjustment method for wireless power transmission transmitted from a plurality of HAPS 10-0, 10-1, ... 10-n may be used. The phase of the transmitted signal may also be adjusted. For example, the plurality of HAPS 10-0, 10-1, ... 10-n receive feedback information regarding wireless power transmission from the base station 20 via the communication UL established between each HAPS and the base station 20. Receive and obtain. The feedback information may include, for example, power receiving device information regarding power reception at the base station 20 (also referred to as "WPT power reception information", "WPT terminal information", or "WPT information"). The power receiving device information includes, for example, request information requesting wireless power transmission (WPT request), identification information that can identify the base station 20, location information of the base station 20, received power information at the base station 20, and power reception at the base station 20. At least one of beam information (for example, information on the direction and width of the power receiving beam), information on the direction of arrival of WPT radio waves at the base station 20, information on the remaining amount of battery provided in the base station 20, and approval information for approving wireless power transmission. It may also contain one piece of information.

HAPS10のアレーアンテナ110で受信した基地局20からのフィードバック情報(FB情報)は、通信中継装置100の通信制御部115に送られる。通信制御部115は、基地局20からのフィードバック情報に基づいて制御情報を生成し、その制御情報に基づいて、無線電力伝送用信号(WPT信号)を含む下りリンク(DL)の送信信号と、HAPS10のアレーアンテナ110の無線電力伝送用ビームフォーミング(WPTビームフォーミング)の制御信号(BF制御信号)とを生成してアレーアンテナ110に送る。アレーアンテナ110は、BF制御信号に基づいて基地局20の方向に無線電力伝送用ビーム(WPTビーム)を形成し、そのWPTビームにより、下りリンク(DL)の無線リソースの一部を介してWPT信号を含む下りリンク(DL)の送信信号(調整位相された送信信号)を送信する。 Feedback information (FB information) from the base station 20 received by the array antenna 110 of the HAPS 10 is sent to the communication control unit 115 of the communication relay device 100. The communication control unit 115 generates control information based on feedback information from the base station 20, and based on the control information, transmits a downlink (DL) transmission signal including a wireless power transmission signal (WPT signal), A control signal (BF control signal) for wireless power transmission beamforming (WPT beamforming) of the array antenna 110 of the HAPS 10 is generated and sent to the array antenna 110. The array antenna 110 forms a wireless power transmission beam (WPT beam) in the direction of the base station 20 based on the BF control signal, and uses the WPT beam to transmit WPT through a part of the downlink (DL) radio resources. A downlink (DL) transmission signal (adjusted phased transmission signal) including the signal is transmitted.

HAPS10の通信制御部115は、基地局20から受信したフィードバック情報を外部プラットフォーム55のクラウドシステムやサーバ等に転送し、フィードバック情報に基づいて外部プラットフォーム55で生成された制御情報を受信し、その制御情報に基づいて、WPT信号を含む下りリンク(DL)の送信信号とBF制御信号とを生成してもよい。 The communication control unit 115 of the HAPS 10 transfers the feedback information received from the base station 20 to the cloud system, server, etc. of the external platform 55, receives control information generated by the external platform 55 based on the feedback information, and controls the control information. Based on the information, a downlink (DL) transmission signal including a WPT signal and a BF control signal may be generated.

また、基地局20からの無線電力伝送に関するフィードバック情報は、各HAPS10に対する送信信号の位相を指定する制御情報であってもよい。ただし、この場合、基地局20側で、各HAPS10から送信される送信信号の位相を決定する処理を実行することになる。 Further, the feedback information regarding wireless power transmission from the base station 20 may be control information that specifies the phase of the transmission signal for each HAPS 10. However, in this case, the base station 20 side will execute processing for determining the phase of the transmission signal transmitted from each HAPS 10.

本実施形態の位相調整方法では、互いに時刻同期されている複数のHAPS10-0,10-1,・・・10-nに対して基地局20からパイロット信号を送信し、複数のHAPS10-0,10-1,・・・10-nは、それぞれの無線電力伝送用の送信信号が基地局20に同位相で到達するように、基地局20からのパイロット信号の受信結果に基づいて当該送信信号の送信タイミングを決定する。 In the phase adjustment method of this embodiment, a pilot signal is transmitted from the base station 20 to a plurality of HAPS 10-0, 10-1, ... 10-n that are time-synchronized with each other, and 10-1, . . . , 10-n transmit transmission signals based on the reception result of the pilot signal from the base station 20 so that each transmission signal for wireless power transmission reaches the base station 20 in the same phase. Determine the transmission timing.

具体的には、基地局20から送信されるパイロット信号は、各HAPS10-0,10-1,・・・10-nのアンテナ110に受信されると、各HAPSの無線処理部130から通信信号処理部120を介して電力伝送制御部140へ送られる。電力伝送制御部140は、送電対象(基地局20)が共通の他のHAPSとの間で時刻同期を行う同期処理部として機能し、例えば、PTP(Precision Time Protocol)等による時刻同期を行う。また、電力伝送制御部140は、無線処理部130やアンテナ110などとともに、所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を送信する送信部を構成する。 Specifically, when a pilot signal transmitted from the base station 20 is received by the antenna 110 of each HAPS 10-0, 10-1, ... 10-n, a communication signal is transmitted from the radio processing unit 130 of each HAPS. It is sent to the power transmission control section 140 via the processing section 120. The power transmission control unit 140 functions as a synchronization processing unit that performs time synchronization with other HAPS that have a common power transmission target (base station 20), and performs time synchronization using, for example, PTP (Precision Time Protocol). Further, the power transmission control unit 140, together with the wireless processing unit 130, the antenna 110, and the like, constitutes a transmitting unit that transmits a transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of a predetermined frequency.

電力伝送制御部140は、パイロット信号の受信時刻により、基準となるHAPS10-0との送信信号経路長の差を把握できるので、この差を補償するための入力位相Δφ1,Δφ2,・・・,Δφnを決定し、決定した入力位相が付加された送信信号の送信タイミングの制御情報を無線処理部130に送る。これにより、無線処理部130は、その制御情報に基づく送信タイミングで、無線電力伝送用の送信信号(位相調整後の送信信号)をアンテナ110から基地局20に送信する。 Since the power transmission control unit 140 can grasp the difference in transmission signal path length from the reference HAPS 10-0 based on the reception time of the pilot signal, the power transmission control unit 140 adjusts the input phases Δφ1, Δφ2, . . . to compensate for this difference. Δφn is determined, and control information for the transmission timing of the transmission signal to which the determined input phase is added is sent to the wireless processing unit 130. Thereby, the wireless processing unit 130 transmits the transmission signal for wireless power transmission (the transmission signal after phase adjustment) from the antenna 110 to the base station 20 at the transmission timing based on the control information.

その結果、図4に示すように、複数のHAPS10-0,10-1,・・・10-nのアンテナ110に入力される送信信号PInjφ,PInjφ-Δφ1,・・・,PInjφ-Δφnは、基地局20で受信される時点の位相が同相Pjφになる。よって、図3(b)に示すように、位相合成された受信信号(合成信号)PrIncが最大化され、高効率で安定した無線電力伝送(WPT)が実現される。 As a result, as shown in FIG. 4, the transmission signals P In e , P In e jφ−Δφ1 , . , P In e jφ−Δφn have in-phase P r e when received by the base station 20. Therefore, as shown in FIG. 3(b), the phase-combined received signal (combined signal) PrInc is maximized, and highly efficient and stable wireless power transmission (WPT) is realized.

〔実施形態2〕
他の実施形態に係る無線電力伝送(WPT)システムは、宇宙太陽光発電衛星(SSPS:Space Soler Power Satellite)から、成層圏などに分散して位置する複数の浮揚体(例えばHAPS、気球、ドローン)に搭載された複数の送電装置を中継して、地上、海上、湖上などに位置する受電装置や低高度の空間に位置するドローンなどに搭載された受電装置に安定して給電可能な大空間分散給電システムである。
[Embodiment 2]
A wireless power transfer (WPT) system according to another embodiment is configured to transmit power from a space solar power satellite (SSPS) to a plurality of floating objects (e.g., HAPS, balloons, drones) dispersedly located in the stratosphere or the like. Large-spatial distribution that enables stable power supply to power receiving devices located on the ground, on the sea, on lakes, etc., and power receiving devices mounted on drones, etc. located in low-altitude spaces, by relaying multiple power transmitting devices installed on the It is a power supply system.

なお、以下の説明では、上述した実施形態1と重複する説明は適宜省略し、上述した実施形態1とは異なる点を中心に説明する。 In the following description, explanations that overlap with those of the first embodiment described above will be omitted as appropriate, and the explanation will focus on points that are different from the first embodiment described above.

図5は、本実施形態2に係るシステムの概略構成の一例を示す説明図である。
本実施形態2のシステムは、無線電力伝送(WPT)を行うシステムであり、所定高度に位置する浮揚体に搭載される一又は複数の送電装置と、この送電装置から送信された送信信号を受信して電力を出力する受電装置と、を備える。一又は複数の送電装置は、第1周波数の電磁波を介して外部装置から送信される無線電力伝送用の送信信号を受信し、前記無線電力伝送用の送信信号の周波数を前記第1周波数よりも低い第2周波数に変換し、前記第2周波数の電磁波を介して前記無線電力伝送用の送信信号を送信する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a system according to the second embodiment.
The system of Embodiment 2 is a system that performs wireless power transmission (WPT), and includes one or more power transmission devices mounted on a floating body located at a predetermined altitude, and receives transmission signals transmitted from the power transmission devices. and a power receiving device that outputs power. The one or more power transmission devices receive a transmission signal for wireless power transmission transmitted from an external device via electromagnetic waves of a first frequency, and set the frequency of the transmission signal for wireless power transmission to be lower than the first frequency. The transmission signal is converted to a lower second frequency, and the transmission signal for wireless power transmission is transmitted via the electromagnetic wave of the second frequency.

浮揚体は、本実施形態2でも、成層圏に位置するHAPS10の例であるが、上述した実施形態1と同様、気球又はドローンなどであってもよい。受信装置も、上述した実施形態1と同様、地上の基地局20の例である。ただし、本実施形態2のHAPS10が基地局20へ送信する無線電力伝送用の送信信号は、外部装置から送信される無線電力伝送用の送信信号の周波数を低い周波数に変換したものである。この外部装置としては、他の浮揚体(例えば他のHAPS)に搭載される送電装置、地上、海上若しくは湖上などに位置する送電装置、HAPS10よりも高高度に位置する送電装置(例えば宇宙太陽光発電衛星など)などが挙げられる。 In the second embodiment, the floating body is also an example of the HAPS 10 located in the stratosphere, but as in the first embodiment described above, it may be a balloon, a drone, or the like. The receiving device is also an example of the base station 20 on the ground, as in the first embodiment described above. However, the transmission signal for wireless power transmission that the HAPS 10 of the second embodiment transmits to the base station 20 is a signal obtained by converting the frequency of the transmission signal for wireless power transmission transmitted from an external device to a lower frequency. This external device includes a power transmission device mounted on another floating body (for example, another HAPS), a power transmission device located on the ground, the sea, or a lake, and a power transmission device located at a higher altitude than HAPS10 (for example, a space solar power transmission device). power generation satellites, etc.).

本実施形態は、外部装置が、大気圏よりも高い高度に位置する宇宙太陽光発電衛星30の例である。宇宙太陽光発電衛星30は、太陽光発電装置を搭載し、太陽光発電装置から出力される電力を無線電力伝送により成層圏のHAPS10へ伝送し、このHAPS10から無線電力伝送により受電装置である地上の基地局20へ電力を伝送する。 This embodiment is an example in which the external device is a space solar power generation satellite 30 located at a higher altitude than the atmosphere. The space solar power generation satellite 30 is equipped with a solar power generation device, and transmits the power output from the solar power generation device to the HAPS 10 in the stratosphere by wireless power transmission, and from this HAPS 10 to the power receiving device on the ground by wireless power transmission. Power is transmitted to the base station 20.

図6は、本実施形態2の無線電力伝送(WPT)システムを構成するHAPS10及び基地局20の主要構成の一例を示すブロック図である。
HAPS10は、上述した実施形態1で備える構成のほか、第1周波数の電磁波を介して送信される宇宙太陽光発電衛星30から無線電力伝送用の送信信号を受信する受信部としてのアンテナ111と、アンテナ111で受信した無線電力伝送用の送信信号の周波数をより低い第2周波数に変換する変換部としての周波数変換部160と、を備える。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the main configurations of the HAPS 10 and the base station 20 that constitute the wireless power transfer (WPT) system of the second embodiment.
In addition to the configuration provided in the first embodiment described above, the HAPS 10 includes an antenna 111 as a receiving unit that receives a transmission signal for wireless power transmission from the space solar power generation satellite 30 transmitted via electromagnetic waves of a first frequency; A frequency conversion unit 160 is provided as a conversion unit that converts the frequency of a transmission signal for wireless power transmission received by the antenna 111 to a lower second frequency.

アンテナ111は、例えば、多数のアンテナ素子を有するアレーアンテナである。アンテナ111は単数でもよいし複数であってもよい。HAPS10の通信中継装置100に設けられる周波数変換部160は、宇宙太陽光発電衛星30からアンテナ111を介して受信した無線電力伝送用の送信信号の周波数(第1周波数)をより低い第2周波数に変換し、周波数変換後の送信信号を無線処理部130に送る。無線処理部130は、周波数変換部160から送られてくる無線電力伝送用の送信信号をアンテナ110から基地局20に送信する。 The antenna 111 is, for example, an array antenna having a large number of antenna elements. The antenna 111 may be singular or plural. A frequency converter 160 provided in the communication relay device 100 of the HAPS 10 converts the frequency (first frequency) of a transmission signal for wireless power transmission received from the space solar power generation satellite 30 via the antenna 111 to a lower second frequency. The frequency-converted transmission signal is sent to the wireless processing section 130. The wireless processing unit 130 transmits the transmission signal for wireless power transmission sent from the frequency conversion unit 160 to the base station 20 from the antenna 110.

本実施形態において、宇宙太陽光発電衛星30からHAPS10に送信される無線電力伝送用の送信信号の電磁波の周波数は、マイクロ波よりも高い周波数であるのが好ましく、ミリ波、テラヘルツ波又は光波であるのがより好ましい。大気圏よりも高い高度に位置する宇宙太陽光発電衛星30と成層圏に位置するHAPS10との間では大気の影響が小さいため、無線電力伝送用の送信信号の電磁波は、高周波数のもの、特にミリ波、テラヘルツ波又は光波であるのがよい。一方で、成層圏に位置するHAPS10から地上の基地局20に送信される無線電力伝送用の送信信号については、大気の影響が大きいため、上述したとおり、大気の影響を受けにくい電磁波、特にマイクロ波であるのが好ましい。 In this embodiment, the frequency of the electromagnetic wave of the transmission signal for wireless power transmission transmitted from the space solar power generation satellite 30 to the HAPS 10 is preferably higher than a microwave, and is preferably a millimeter wave, a terahertz wave, or a light wave. It is more preferable to have one. Because the influence of the atmosphere is small between the space solar power generation satellite 30, which is located at a higher altitude than the atmosphere, and the HAPS 10, which is located in the stratosphere, the electromagnetic waves of the transmission signal for wireless power transmission are of high frequency, especially millimeter waves. , terahertz waves, or light waves. On the other hand, the transmission signal for wireless power transmission transmitted from the HAPS 10 located in the stratosphere to the base station 20 on the ground is greatly influenced by the atmosphere. It is preferable that

本実施形態では、宇宙太陽光発電衛星30で発電される電力を地上の基地局20に無線電力伝送するにあたり、成層圏に位置するHAPS10を経由させることで、無線電力伝送(WPT)を実現している。すなわち、大気の影響の少ないエリアでの無線電力伝送では、より高周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を送信し、大気の影響の大きいエリアでの無線電力伝送では、より低周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を送信することで、高効率で安定した無線電力伝送(WPT)を実現している。 In this embodiment, when wirelessly transmitting power generated by the space solar power generation satellite 30 to the base station 20 on the ground, wireless power transmission (WPT) is realized by passing the power generated by the space solar power generation satellite 30 through the HAPS 10 located in the stratosphere. There is. In other words, in wireless power transmission in areas with less atmospheric influence, the transmission signal for wireless power transmission is transmitted via higher frequency electromagnetic waves, and in wireless power transmission in areas with greater atmospheric influence, transmission signals are transmitted via higher frequency electromagnetic waves. By transmitting transmission signals for wireless power transmission via electromagnetic waves, highly efficient and stable wireless power transmission (WPT) is realized.

また、宇宙太陽光発電衛星30からHAPS10に送信される無線電力伝送用の送信信号の電磁波は、宇宙太陽光発電衛星30からHAPS10に向かう指向性を有するように形成されたビーム形状の電磁波であるのが好ましい。これにより、より高効率な無線電力伝送を実現することができる。このような電磁波には、例えば、ビーム形状をビームフォーミング技術により成形された電磁波を用いることができる。 Furthermore, the electromagnetic wave of the transmission signal for wireless power transmission transmitted from the space solar power generation satellite 30 to the HAPS 10 is a beam-shaped electromagnetic wave formed to have directivity from the space solar power generation satellite 30 toward the HAPS 10. is preferable. This makes it possible to achieve more efficient wireless power transmission. As such electromagnetic waves, for example, electromagnetic waves whose beam shape has been shaped by beam forming technology can be used.

特に、本実施形態では、宇宙太陽光発電衛星30から複数のHAPS10に対して無線電力伝送用の送信信号を送信することから、各HAPS10へ送信される複数の送信信号をマルチビームで送信するのがよい。これによれば、各HAPS10に対し、より高効率な無線電力伝送を実現することができる。 In particular, in this embodiment, since the space solar power generation satellite 30 transmits a transmission signal for wireless power transmission to a plurality of HAPS 10, it is necessary to transmit a plurality of transmission signals to each HAPS 10 in a multi-beam manner. Good. According to this, more efficient wireless power transmission can be realized for each HAPS 10.

本実施形態においても、上述した実施形態1と同様、複数のHAPS10から基地局20への無線電力伝送を行う。そのため、上述した実施形態1と同じく、複数のHAPS10から送信された無線電力伝送用の送信信号を受信した複数の受信信号間の位相が整合するように位相合成する構成を採用するのが好ましい。ただし、本実施形態2において、この構成は必ずしも採用する必要はない。 Also in this embodiment, wireless power transmission is performed from a plurality of HAPS 10 to the base station 20, as in the first embodiment described above. Therefore, as in Embodiment 1 described above, it is preferable to adopt a configuration in which the phases of the plurality of reception signals that are received from the transmission signals for wireless power transmission transmitted from the plurality of HAPSs 10 are matched so that the phases thereof are matched. However, in the second embodiment, this configuration does not necessarily need to be adopted.

〔実施形態3〕
更に他の実施形態に係る無線電力伝送(WPT)システムは、宇宙太陽光発電衛星(SSPS)から、成層圏などに分散して位置する複数の浮揚体(例えばHAPS、気球、ドローン)に安定して給電可能な大空間分散給電システムである。
[Embodiment 3]
In yet another embodiment, a wireless power transfer (WPT) system stably transmits power from a space solar power satellite (SSPS) to a plurality of floating objects (e.g., HAPS, balloons, drones) dispersedly located in the stratosphere or the like. It is a large space distributed power supply system that can supply power.

なお、以下の説明では、上述した実施形態1及び2と重複する説明は適宜省略し、上述した実施形態1及び2とは異なる点を中心に説明する。 In the following description, descriptions that overlap with those of the first and second embodiments described above will be omitted as appropriate, and the description will focus on points that are different from the first and second embodiments described above.

図7は、本実施形態3に係るシステムの概略構成の一例を示す説明図である。
本実施形態3のシステムは、無線電力伝送(WPT)を行うシステムであり、大気圏よりも高い高度に位置する宇宙太陽光発電衛星30と、宇宙太陽光発電衛星よりも低い所定高度に位置する複数の浮揚体のそれぞれに搭載される複数の受電装置と、を備える。宇宙太陽光発電衛星30は、所定周波数の電磁波を介して複数の無線電力伝送用の送信信号をマルチビームで送信する。複数の受電装置は、宇宙太陽光発電衛星30からマルチビームで送信された当該複数の無線電力伝送用の送信信号のそれぞれを受信する。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a schematic configuration of a system according to the third embodiment.
The system of Embodiment 3 is a system that performs wireless power transmission (WPT), and includes a space solar power generation satellite 30 located at an altitude higher than the atmosphere, and a plurality of space solar power generation satellites located at a predetermined altitude lower than the space solar power generation satellite. a plurality of power receiving devices mounted on each of the floating bodies. The space solar power generation satellite 30 transmits a plurality of transmission signals for wireless power transmission in multiple beams via electromagnetic waves of a predetermined frequency. The plurality of power receiving devices receive each of the plurality of transmission signals for wireless power transmission transmitted by multi-beam from the space solar power generation satellite 30.

宇宙太陽光発電衛星30は、本実施形態3でも、上述した実施形態2と同様、大気圏よりも高い高度に位置し、太陽光発電装置を搭載していて、太陽光発電装置から出力される電力を無線電力伝送により成層圏のHAPS10へ伝送する。本実施形態3の受信装置は、浮揚体であるHAPS10であり、本システムの送電対象がHAPS10ということになる。したがって、本実施形態3のHAPS10は、地上の基地局20に無線電力伝送するための機能(電力伝送制御部140等)を備えていないが、地上の基地局20に無線電力伝送するための機能を備えていてもよい。 In the third embodiment as well, the space solar power generation satellite 30 is located at a higher altitude than the atmosphere, is equipped with a solar power generation device, and is powered by the power output from the solar power generation device. is transmitted to the HAPS 10 in the stratosphere by wireless power transmission. The receiving device of the third embodiment is the HAPS 10, which is a floating body, and the power transmission target of this system is the HAPS 10. Therefore, although the HAPS 10 of the third embodiment does not have a function (such as the power transmission control unit 140) for wirelessly transmitting power to the base station 20 on the ground, it does have a function for wirelessly transmitting power to the base station 20 on the ground. may be provided.

送電対象である受電装置が搭載される浮揚体は、本実施形態3でも、成層圏に位置するHAPS10の例であるが、上述した実施形態1や実施形態2と同様、成層圏に位置する気球又はドローンなどであってもよい。 In Embodiment 3, the floating body on which the power receiving device to be transmitted is mounted is also an example of the HAPS 10 located in the stratosphere, but as in Embodiment 1 and Embodiment 2 described above, it may be a balloon or a drone located in the stratosphere. etc.

図8は、本実施形態3の無線電力伝送(WPT)システムを構成するHAPS10の主要構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態3のHAPS10は、地上の基地局20に無線電力伝送するための機能(電力伝送制御部140、周波数変換部160等)を備えていない点で、上述した実施形態2とは異なっている。また、本実施形態3のHAPS10は、無線処理部170と、電力出力部180と、電池190と、を備える点でも、上述した実施形態2とは異なっている。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the main configuration of the HAPS 10 that constitutes the wireless power transfer (WPT) system of the third embodiment.
The HAPS 10 of the third embodiment differs from the second embodiment described above in that it does not have a function (power transfer control unit 140, frequency conversion unit 160, etc.) for wireless power transmission to the base station 20 on the ground. There is. The HAPS 10 of the third embodiment also differs from the second embodiment described above in that it includes a wireless processing section 170, a power output section 180, and a battery 190.

無線処理部170は、宇宙太陽光発電衛星30から送信される無線電力伝送用の送信信号をアンテナ111を介して受信し、電力出力部180へ送る。電力出力部180は、例えば整流器を有し、宇宙太陽光発電衛星30からの無線電力伝送用の送信信号を受信した受信信号の電力を、電池充電用の受電電力として出力する。電力出力部180から出力された受電電力により、電池190を充電することができる。 Wireless processing section 170 receives a transmission signal for wireless power transmission transmitted from space solar power generation satellite 30 via antenna 111 and sends it to power output section 180 . The power output unit 180 includes, for example, a rectifier, and outputs the power of the received signal that has received the transmission signal for wireless power transmission from the space solar power generation satellite 30 as received power for battery charging. The battery 190 can be charged by the received power output from the power output unit 180.

本実施形態においても、上述した実施形態2と同様、宇宙太陽光発電衛星30からHAPS10に送信される無線電力伝送用の送信信号の電磁波の周波数は、マイクロ波よりも高い周波数であるのが好ましく、ミリ波、テラヘルツ波又は光波であるのがより好ましい。大気圏よりも高い高度に位置する宇宙太陽光発電衛星30と成層圏に位置するHAPS10との間では大気の影響が小さいため、無線電力伝送用の送信信号の電磁波は、高周波数のもの、特にミリ波、テラヘルツ波または光波であるのがよい。 In this embodiment as well, the frequency of the electromagnetic waves of the transmission signal for wireless power transmission transmitted from the space solar power generation satellite 30 to the HAPS 10 is preferably higher than that of microwaves, as in the second embodiment described above. , millimeter waves, terahertz waves, or light waves are more preferable. Because the influence of the atmosphere is small between the space solar power generation satellite 30, which is located at a higher altitude than the atmosphere, and the HAPS 10, which is located in the stratosphere, the electromagnetic waves of the transmission signal for wireless power transmission are of high frequency, especially millimeter waves. , terahertz waves or light waves.

また、本実施形態では、宇宙太陽光発電衛星30から複数のHAPS10に対して無線電力伝送用の送信信号を送信することから、各HAPS10へ送信される複数の送信信号をマルチビームで送信する。これにより、各HAPS10に対し、より高効率な無線電力伝送を実現することができる。このようなマルチビームは、例えば、ビーム形状をビームフォーミング技術により成形することにより実現できる。 Furthermore, in this embodiment, since the space solar power generation satellite 30 transmits a transmission signal for wireless power transmission to a plurality of HAPS 10, the plurality of transmission signals transmitted to each HAPS 10 are transmitted in a multi-beam manner. Thereby, more efficient wireless power transmission can be realized for each HAPS 10. Such multi-beams can be realized, for example, by shaping the beam shape using beam forming technology.

本実施形態によれば、宇宙太陽光発電衛星30から複数の無線電力伝送用の送信信号をマルチビームで送信し、マルチビームで送信された複数の送信信号が成層圏などに分散して位置する複数のHAPS10にそれぞれ受信される。これにより、高効率で安定した無線電力伝送(WPT)を実現することができる。 According to the present embodiment, a plurality of transmission signals for wireless power transmission are transmitted from the space solar power generation satellite 30 using multi-beams, and the plurality of transmission signals transmitted using the multi-beams are distributed over multiple locations such as the stratosphere. are received by the respective HAPS 10. Thereby, highly efficient and stable wireless power transmission (WPT) can be realized.

以上、本実施形態1~3によれば、高高度に位置する送電装置から受電装置への安定した無線電力伝送が可能になる。
また、本発明は、高高度に位置する送電装置から地上、海上、湖上又は低高度の空間に位置する受電装置への無線電力伝送の安定化を図ることができるため、持続可能な開発目標(SDGs)の目標9「産業と技術革新の基盤をつくろう」の達成に貢献できる。
As described above, according to the first to third embodiments, stable wireless power transmission from a power transmitting device located at a high altitude to a power receiving device is possible.
In addition, the present invention can stabilize wireless power transmission from a power transmission device located at a high altitude to a power receiving device located on the ground, at sea, on a lake, or in a low-altitude space. We can contribute to achieving Goal 9 of the SDGs, ``Create a foundation for industry and technological innovation.''

なお、本明細書で説明された処理工程並びに無線電力伝送システム、送電システム、受電システム、送電装置、受電装置、浮揚体、端末装置、宇宙太陽光発電衛星などの構成要素は、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。 Note that the processing steps and components of the wireless power transmission system, power transmission system, power receiving system, power transmitting device, power receiving device, floating body, terminal device, space solar power generation satellite, etc. described in this specification may be performed by various means. Can be implemented. 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、各種の送信機、受信機、レクテナ装置、無線通信装置、Node B、端末、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)において上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, in order to realize the above steps and components in entities (e.g., various transmitters, receivers, rectenna devices, wireless communication devices, Node Bs, terminals, hard disk drive devices, or optical disk drive devices) The processing units and other means used in the A programmable gate array (FPGA), processor, controller, microcontroller, microprocessor, electronic device, other electronic unit, computer, or combination thereof designed to perform the functions described herein. It may be implemented within.

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、上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上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)、フラッシュメモリ、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。 Additionally, for firmware and/or software implementations, the means used to implement the components described above, such as processing units, may include programs (e.g., procedures, functions, modules, instructions) that perform the functions described herein. , etc.). In general, any computer/processor readable medium tangibly embodying firmware and/or software code, such as a processing unit, may be used to implement the above steps and components described herein. may be used for implementation. For example, the firmware and/or software code may be stored in memory and executed by a computer or processor, eg, in a controller. The memory may be implemented within the computer or processor, or external to the processor. The firmware and/or software code may also be stored in, for example, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), non-volatile random access memory (NVRAM), programmable read-only memory (PROM), electrically erasable PROM (EEPROM), etc. ), flash memory, floppy disks, compact disks (CDs), digital versatile disks (DVDs), magnetic or optical data storage devices, etc. good. The code may be executed by one or more computers or processors and may cause the computers or processors to perform certain aspects of the functionality described herein.

また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの2以上が混在したものであってもよい。 Further, the medium may be a non-temporary recording medium. Further, the code of the program may be read and executed by a computer, processor, or other device or apparatus, and its format is not limited to a specific format. For example, the code of the program may be a source code, an object code, or a binary code, or may be a mixture of two or more of these codes.

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。 The description of the embodiments disclosed herein is also provided to enable any person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to this disclosure will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other variations without departing from the spirit or scope of this disclosure. Therefore, this disclosure is not to be limited to the examples and designs described herein, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

10 :HAPS
20 :基地局
30 :宇宙太陽光発電衛星
50 :通信ネットワーク
55 :外部プラットフォーム
100 :通信中継装置
110,111:アンテナ
115 :通信制御部
120 :通信信号処理部
130 :無線処理部
140 :電力伝送制御部
150 :NW通信部
160 :周波数変換部
170 :無線処理部
180 :電力出力部
190 :電池
210 :アンテナ
220 :無線処理部
230 :通信信号処理部
240 :電力出力部
250 :電池
10:HAPS
20: Base station 30: Space solar power generation satellite 50: Communication network 55: External platform 100: Communication relay device 110, 111: Antenna 115: Communication control unit 120: Communication signal processing unit 130: Wireless processing unit 140: Power transmission control Section 150: NW communication section 160: Frequency conversion section 170: Wireless processing section 180: Power output section 190: Battery 210: Antenna 220: Wireless processing section 230: Communication signal processing section 240: Power output section 250: Battery

Claims (20)

無線電力伝送を行うシステムであって、
成層圏の空域に位置する浮揚体に搭載されて移動通信の端末装置と基地局との間の通信を中継する中継通信装置にそれぞれ設けられ、所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を前記基地局に送信する複数の送電装置と、
前記基地局に設けられ、前記複数の送電装置から送信された前記複数の送信信号を受信した複数の受信信号を位相合成して電力を出力する一又は複数の受電装置と、を備え、
前記複数の送装置はそれぞれ、
前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信上りリンクを介して、無線電力伝送に関するフィードバック情報を前記基地局から受信し、
前記フィードバック情報に基づいて、前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信下りリンクを介して、無線電力伝送用信号を含む下りリンクの送信信号を前基地局に送信する、
ことを特徴とするシステム。
A system for wireless power transmission,
Each relay communication device is mounted on a floating body located in the stratospheric airspace and relays communication between a mobile communication terminal device and a base station, and transmits a transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of a predetermined frequency. a plurality of power transmission devices that transmit the power to the base station;
one or more power receiving devices that are provided in the base station and output power by phase-combining a plurality of received signals that have received the plurality of transmission signals transmitted from the plurality of power transmission devices;
Each of the plurality of power transmission devices includes:
receiving feedback information regarding wireless power transmission from the base station via a communication uplink established between the relay communication device and the base station;
Based on the feedback information, transmitting a downlink transmission signal including a wireless power transmission signal to the previous base station via a communication downlink constructed between the relay communication device and the base station;
A system characterized by:
請求項1のシステムにおいて、
前記受電装置は、前記複数の送電装置にパイロット信号を送信し、
前記複数の送電装置は、
互いに時刻同期され、
前記複数の送電装置から送信された複数の無線電力伝送用の送信信号が前記受電装置に同位相で到達するように、前記受電装置から受信した前記パイロット信号の受信結果に基づいて前記無線電力伝送用の送信信号の送信タイミングを決定する、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 1,
The power receiving device transmits a pilot signal to the plurality of power transmitting devices,
The plurality of power transmission devices are
time synchronized with each other,
The wireless power transmission is performed based on the reception result of the pilot signal received from the power receiving device so that the plurality of transmission signals for wireless power transmission transmitted from the plurality of power transmitting devices reach the power receiving device in the same phase. determine the transmission timing of the transmission signal for
A system characterized by:
請求項1のシステムにおいて、
前記電磁波の周波数は、300[GHz]以下である、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 1,
The frequency of the electromagnetic wave is 300 [GHz] or less,
A system characterized by:
請求項3のシステムにおいて、
前記電磁波は、マイクロ波である、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 3,
The electromagnetic wave is a microwave,
A system characterized by:
請求項3のシステムにおいて、
前記電磁波は、前記送電装置から前記受電装置に向かう指向性を有するように形成されたビーム形状の電磁波である、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 3,
The electromagnetic wave is a beam-shaped electromagnetic wave formed to have directivity from the power transmitting device to the power receiving device.
A system characterized by:
請求項1のシステムにおいて、
前記浮揚体は、成層圏に位置するHAPS、気球又はドローンである、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 1,
the floating object is a HAPS, a balloon or a drone located in the stratosphere;
A system characterized by:
請求項1のシステムにおいて、
前記受電装置は、地上、海上若しくは湖上に位置する、又は、前記送電装置よりも低い低高度の空間に位置する、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 1,
The power receiving device is located on the ground, on the sea, or on a lake, or located in a space at a lower altitude than the power transmitting device.
A system characterized by:
無線電力伝送の送電装置であって、
成層圏の空域に位置する浮揚体に搭載されて移動通信の端末装置と基地局との間の通信を中継する中継通信装置に設けられ、
所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を前記基地局に送信する送信部を備え、
前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信上りリンクを介して、前記基地局からの無線電力伝送に関するフィードバック情報を受信し、
前記フィードバック情報に基づいて、前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信下りリンクを介して、無線電力伝送用信号を含む下りリンクの送信信号を前基地局に送信する、
ことを特徴とする送電装置。
A power transmission device for wireless power transmission,
Installed in a relay communication device mounted on a floating body located in the stratospheric airspace and relaying communication between a mobile communication terminal device and a base station,
comprising a transmitter that transmits a transmission signal for wireless power transmission to the base station via electromagnetic waves of a predetermined frequency,
receiving feedback information regarding wireless power transmission from the base station via a communication uplink established between the relay communication device and the base station;
Based on the feedback information, transmitting a downlink transmission signal including a wireless power transmission signal to the previous base station via a communication downlink constructed between the relay communication device and the base station;
A power transmission device characterized by:
請求項8の送電装置において、
送電対象が共通の他の送電装置との間で時刻同期を行う同期処理部を備え、
前記送信部は、前記複数の送電装置から送信された複数の無線電力伝送用の送信信号が前記基地局に設けられた受電装置に同位相で到達するように、前記受電装置から受信したパイロット信号の受信結果に基づいて前記無線電力伝送用の送信信号の送信タイミングを決定する、
ことを特徴とする送電装置。
The power transmission device according to claim 8,
Equipped with a synchronization processing unit that performs time synchronization with other power transmission devices that share the same power transmission target,
The transmitting unit transmits pilot signals received from the power receiving device so that the plurality of transmission signals for wireless power transmission transmitted from the plurality of power transmitting devices reach the power receiving device provided in the base station in the same phase. determining the transmission timing of the transmission signal for wireless power transmission based on the reception result of
A power transmission device characterized by:
複数の送電装置を備える無線電力伝送の送電システムであって、
前記複数の送電装置はそれぞれ、請求項8の送電装置である、
ことを特徴とする送電システム。
A power transmission system for wireless power transmission comprising a plurality of power transmission devices,
Each of the plurality of power transmission devices is a power transmission device according to claim 8,
A power transmission system characterized by:
無線電力伝送の受電装置であって、
移動通信の基地局に設けられ、
成層圏の空域に位置する浮揚体にそれぞれ搭載されて移動通信の端末装置と基地局との間の通信を中継する中継通信装置に設けられた複数の送電装置から、所定周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を受信する受信部と、
前記複数の送信信号を受信した複数の受信信号を同位相で合成する合成部と、
を備え、
前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信上りリンクを介して、無線電力伝送に関するフィードバック情報を前記中継通信装置に送信し、
前記フィードバック情報に基づいて前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信下りリンクを介して前記送装置から送信された無線電力伝送用信号を含む下りリンクの送信信号を受信する、
ことを特徴とする受電装置。
A power receiving device for wireless power transmission,
Installed at mobile communication base stations,
Wireless transmission is transmitted via electromagnetic waves of a predetermined frequency from multiple power transmission devices installed in relay communication devices each mounted on a floating body located in the stratospheric airspace and relaying communication between mobile communication terminal devices and base stations. a receiving unit that receives a transmission signal for power transmission;
a combining unit that combines a plurality of received signals received from the plurality of transmission signals in the same phase;
Equipped with
transmitting feedback information regarding wireless power transmission to the relay communication device via a communication uplink established between the relay communication device and the base station;
receiving a downlink transmission signal including a wireless power transmission signal transmitted from the power transmission device via a communication downlink established between the relay communication device and the base station based on the feedback information; ,
A power receiving device characterized by:
請求項11の受電装置において、
前記複数の送電装置にパイロット信号を送信する送信部を備える、
ことを特徴とする受電装置。
The power receiving device according to claim 11,
comprising a transmitter that transmits a pilot signal to the plurality of power transmitting devices;
A power receiving device characterized by:
無線電力伝送を行うシステムであって、
成層圏の空域に位置する浮揚体に搭載されて移動通信の端末装置と基地局との間の通信を中継する中継通信装置に設けられ、外部装置から第1周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を受信し、前記無線電力伝送用の送信信号の周波数を前記第1周波数よりも低い第2周波数に変換し、前記第2周波数の電磁波を介して前記無線電力伝送用の送信信号を前記基地局に送信する送電装置と、
前記基地局に設けられ、前記送電装置から送信された前記送信信号を受信して電力を出力する受電装置と、を備え、
前記送装置は、
前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信上りリンクを介して、無線電力伝送に関するフィードバック情報を前記基地局から受信し、
前記フィードバック情報に基づいて、前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信下りリンクを介して、無線電力伝送用信号を含む下りリンクの送信信号を前基地局に送信する、
ことを特徴とするシステム。
A system for wireless power transmission,
It is installed in a relay communication device mounted on a floating body located in the airspace of the stratosphere and relays communication between a mobile communication terminal device and a base station, and is used for wireless power transmission from an external device via electromagnetic waves of the first frequency. , converting the frequency of the transmission signal for wireless power transmission to a second frequency lower than the first frequency, and transmitting the transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of the second frequency. a power transmission device that transmits to the base station;
a power receiving device provided in the base station and configured to receive the transmission signal transmitted from the power transmission device and output power;
The power transmission device includes:
receiving feedback information regarding wireless power transmission from the base station via a communication uplink established between the relay communication device and the base station;
Based on the feedback information, transmitting a downlink transmission signal including a wireless power transmission signal to the previous base station via a communication downlink constructed between the relay communication device and the base station;
A system characterized by:
請求項13のシステムにおいて、
前記第1周波数の電磁波は、ミリ波、テラヘルツ波又は光波であり、
前記第2周波数の電磁波は、マイクロ波である、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 13,
The electromagnetic wave of the first frequency is a millimeter wave, a terahertz wave, or a light wave,
The electromagnetic wave of the second frequency is a microwave,
A system characterized by:
請求項13のシステムにおいて、
前記第1周波数の電磁波は、外部装置から前記送電装置に向かう指向性を有するように形成されたビーム形状の電磁波である、
前記第2周波数の電磁波は、前記送電装置から前記受電装置に向かう指向性を有するように形成されたビーム形状の電磁波である、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 13,
The electromagnetic wave of the first frequency is a beam-shaped electromagnetic wave formed to have directivity from an external device toward the power transmission device.
The electromagnetic wave of the second frequency is a beam-shaped electromagnetic wave formed to have directivity from the power transmitting device to the power receiving device.
A system characterized by:
請求項13のシステムにおいて、
前記外部装置は、大気圏の外側の空間に位置する宇宙太陽光発電衛星であり、
前記浮揚体は、成層圏に位置するHAPS、気球又はドローンである、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 13,
The external device is a space solar power generation satellite located in space outside the atmosphere,
the floating object is a HAPS, a balloon or a drone located in the stratosphere;
A system characterized by:
請求項13のシステムにおいて、
前記受電装置は、地上、海上若しくは湖上に位置する、又は、前記送電装置よりも低い低高度の空間に位置する、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 13,
The power receiving device is located on the ground, on the sea, or on a lake, or located in a space at a lower altitude than the power transmitting device.
A system characterized by:
請求項13のシステムにおいて、
前記送装置が設けられた前記中継通信装置を搭載する前記浮揚体を複数備える、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 13,
comprising a plurality of floating bodies each carrying the relay communication device provided with the power transmission device;
A system characterized by:
請求項18のシステムにおいて、
前記受電装置は、前記複数の送電装置にパイロット信号を送信し、
前記複数の送電装置は、
互いに時刻同期され、
前記複数の送電装置から送信された複数の無線電力伝送用の送信信号が前記受電装置に同位相で到達するように、前記受電装置から受信した前記パイロット信号の受信結果に基づいて前記無線電力伝送用の送信信号の送信タイミングを決定する、
ことを特徴とするシステム。
The system of claim 18,
The power receiving device transmits a pilot signal to the plurality of power transmitting devices,
The plurality of power transmission devices are
time synchronized with each other,
The wireless power transmission is performed based on the reception result of the pilot signal received from the power receiving device so that the plurality of transmission signals for wireless power transmission transmitted from the plurality of power transmitting devices reach the power receiving device in the same phase. determine the transmission timing of the transmission signal for
A system characterized by:
無線電力伝送の送電装置であって、
成層圏の空域に位置する浮揚体に搭載されて移動通信の端末装置と基地局との間の通信を中継する中継通信装置に設けられ、
第1周波数の電磁波を介して無線電力伝送用の送信信号を受信する受信部と、
前記無線電力伝送用の送信信号の周波数を前記第1周波数よりも低い第2周波数に変換する変換部と、
前記第2周波数の電磁波を介して前記無線電力伝送用の送信信号を前記基地局に送信する送信部と、を備え、
前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信上りリンクを介して、無線電力伝送に関するフィードバック情報を前記基地局から受信し、
前記フィードバック情報に基づいて、前記中継通信装置と前記基地局との間に構築された通信下りリンクを介して、無線電力伝送用信号を含む下りリンクの送信信号を前基地局に送信する、
ことを特徴とする送電装置。
A power transmission device for wireless power transmission,
Installed in a relay communication device mounted on a floating body located in the stratospheric airspace and relaying communication between a mobile communication terminal device and a base station,
a receiving unit that receives a transmission signal for wireless power transmission via electromagnetic waves of a first frequency;
a conversion unit that converts the frequency of the transmission signal for wireless power transmission to a second frequency lower than the first frequency;
a transmitter that transmits the transmission signal for wireless power transmission to the base station via the electromagnetic wave of the second frequency,
receiving feedback information regarding wireless power transmission from the base station via a communication uplink established between the relay communication device and the base station;
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