JPH05184087A - 低ノイズ二分極型電磁パワー受信変換システム - Google Patents
低ノイズ二分極型電磁パワー受信変換システムInfo
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- JPH05184087A JPH05184087A JP2411726A JP41172690A JPH05184087A JP H05184087 A JPH05184087 A JP H05184087A JP 2411726 A JP2411726 A JP 2411726A JP 41172690 A JP41172690 A JP 41172690A JP H05184087 A JPH05184087 A JP H05184087A
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- H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
- H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
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- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 パワー信号周波数の高調波において放射され
るスプリアス信号のレベルを最少化する特性を持つ高効
率のパワー受信変換システムを得ること。 【構成】 低ノイズ二分極型電磁パワー受信変換システ
ム１は，第１の面５内に一つの列に対して対称的に配置
され，入射電磁パワービームと入射周辺信号とを空間的
に帯域的に通過させる複数個の周波数帯域通過フィルタ
ー要素を含んでいる。複数個のアンテナユニット９は，
前記第１の面の背後の少なくとも一つの第２の面１０内
に一つの列に対して対称的に配置され，前記入射電磁パ
ワービームを二分極に受信して変換し，かつ前記入射電
磁パワービームと前記入射周辺信号とを非線形に混合す
る。複数個の周波数帯域遮断要素は，前記第２の面の背
後の第３の面１１内に一つの列に対して対称的に配置さ
れ，前記前記入射電磁パワービームと前記入射周辺信号
とを帯域的に遮断する。
るスプリアス信号のレベルを最少化する特性を持つ高効
率のパワー受信変換システムを得ること。 【構成】 低ノイズ二分極型電磁パワー受信変換システ
ム１は，第１の面５内に一つの列に対して対称的に配置
され，入射電磁パワービームと入射周辺信号とを空間的
に帯域的に通過させる複数個の周波数帯域通過フィルタ
ー要素を含んでいる。複数個のアンテナユニット９は，
前記第１の面の背後の少なくとも一つの第２の面１０内
に一つの列に対して対称的に配置され，前記入射電磁パ
ワービームを二分極に受信して変換し，かつ前記入射電
磁パワービームと前記入射周辺信号とを非線形に混合す
る。複数個の周波数帯域遮断要素は，前記第２の面の背
後の第３の面１１内に一つの列に対して対称的に配置さ
れ，前記前記入射電磁パワービームと前記入射周辺信号
とを帯域的に遮断する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，電磁波のパワーを受信
し，このパワーを直流パワーに変換するためのシステム
に関し，より詳しくは，電磁波フィルターと，放射スプ
リアス信号のレベルを減じる光学的な電磁波吸収媒体と
を備えたレクテナ（整流アンテナ）列に関するものであ
る。
し，このパワーを直流パワーに変換するためのシステム
に関し，より詳しくは，電磁波フィルターと，放射スプ
リアス信号のレベルを減じる光学的な電磁波吸収媒体と
を備えたレクテナ（整流アンテナ）列に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】最近二つの離れた場所間でのエネルギー
の伝送に電磁波を使うことについての研究が多い。これ
らの研究の結果，電磁パワーを受信し，これを，受信変
換システムからの放射波がレクテナのレンジ内の他の電
子システムの性能を低めることのできるような環境に適
した，直流パワーに変換するためのコスト的に効果のあ
る手段が必要であることがわかった。このような必要が
ある受信変換システムの典型的な応用例としては，電気
駆動式の軽飛行機に３０ＫＷ以上の推進的な，通信ペイ
ロード（ｐａｙｌｏａｄ）パワーを装備する場合が挙げ
られる。このような軽飛行機は，動作時には，地上のア
ンテナシステムの上を旋回するが，このアンテナシステ
ムは１回について数週間か数月ほど継続して工業用，科
学用及び医事用周波数帯域（ＩＳＭ）の２．４乃至２．
５ＧＨｚのマイクロ波におけるパワーを伝送したり，離
れた位置間で通信信号をリレーしたり，長耐久性飛行機
プラットフォーム上での他の飛行を行ったりする。ここ
で最も重要なことは，レクテナサブシステムからの放射
された排気がペイロード及び飛行機の電子機器や他の地
上または空輸の電子機器の性能を低下させることのない
ようにするということである。
の伝送に電磁波を使うことについての研究が多い。これ
らの研究の結果，電磁パワーを受信し，これを，受信変
換システムからの放射波がレクテナのレンジ内の他の電
子システムの性能を低めることのできるような環境に適
した，直流パワーに変換するためのコスト的に効果のあ
る手段が必要であることがわかった。このような必要が
ある受信変換システムの典型的な応用例としては，電気
駆動式の軽飛行機に３０ＫＷ以上の推進的な，通信ペイ
ロード（ｐａｙｌｏａｄ）パワーを装備する場合が挙げ
られる。このような軽飛行機は，動作時には，地上のア
ンテナシステムの上を旋回するが，このアンテナシステ
ムは１回について数週間か数月ほど継続して工業用，科
学用及び医事用周波数帯域（ＩＳＭ）の２．４乃至２．
５ＧＨｚのマイクロ波におけるパワーを伝送したり，離
れた位置間で通信信号をリレーしたり，長耐久性飛行機
プラットフォーム上での他の飛行を行ったりする。ここ
で最も重要なことは，レクテナサブシステムからの放射
された排気がペイロード及び飛行機の電子機器や他の地
上または空輸の電子機器の性能を低下させることのない
ようにするということである。
【０００３】本出願人によって１９８８年９月１６日に
出願されたカナダ出願第５５７，６８０号（１９８８
年）には，二分極パワー受信変換システムが開示されて
いる。このシステムは，新規なフォーマット及びある要
素間間隔を持つ薄膜レクチナの二つの直交方向に分極さ
れた列からなるレクチナ列形状を用いるものである。こ
のシステムは広い入射角度範囲にわたって受信されたマ
イクロ波領域のパワーの受信変換を非常に高い効率で行
うことが実証されている。しかしながら，このシステム
は，電磁的な干渉を起こす可能性がある，種々の動作環
境への応用が制約されるという顕著な欠点がある。各レ
クテナ要素において（パワ−周波数ｆｐからｄｃへの）
パワー変換処理が非線形であるので，ｎを整数としたと
きパワー周波数の高調波ｎｆｐがこの変換の副産物とし
て発生されるのである。
出願されたカナダ出願第５５７，６８０号（１９８８
年）には，二分極パワー受信変換システムが開示されて
いる。このシステムは，新規なフォーマット及びある要
素間間隔を持つ薄膜レクチナの二つの直交方向に分極さ
れた列からなるレクチナ列形状を用いるものである。こ
のシステムは広い入射角度範囲にわたって受信されたマ
イクロ波領域のパワーの受信変換を非常に高い効率で行
うことが実証されている。しかしながら，このシステム
は，電磁的な干渉を起こす可能性がある，種々の動作環
境への応用が制約されるという顕著な欠点がある。各レ
クテナ要素において（パワ−周波数ｆｐからｄｃへの）
パワー変換処理が非線形であるので，ｎを整数としたと
きパワー周波数の高調波ｎｆｐがこの変換の副産物とし
て発生されるのである。
【０００４】上記の出願およびアメリカ特許第３，４３
４，６７８号に記載されたような従来のレクテナにおい
て，この高調波の放射レベルを減じるための唯一の方法
は，各アンテナ端子と整流器などの非線形変換器との間
の回路要素としてロウパスフィルターを入れることであ
る。このような手段のみを高調波減衰のために採用した
場合，特に第２次，第３次，及び第４次高調波の放射レ
ベルが発生することが，例えば，アメリカエナルギー
局，デービス他による報告ＤＯＥ／ＥＲ−００９６「衛
星パワーシステム構想の発展と評価計画と電磁システム
の両立性についての環境査定」に記載されている。
４，６７８号に記載されたような従来のレクテナにおい
て，この高調波の放射レベルを減じるための唯一の方法
は，各アンテナ端子と整流器などの非線形変換器との間
の回路要素としてロウパスフィルターを入れることであ
る。このような手段のみを高調波減衰のために採用した
場合，特に第２次，第３次，及び第４次高調波の放射レ
ベルが発生することが，例えば，アメリカエナルギー
局，デービス他による報告ＤＯＥ／ＥＲ−００９６「衛
星パワーシステム構想の発展と評価計画と電磁システム
の両立性についての環境査定」に記載されている。
【０００５】加えて，上述の従来のレクテナの場合には
相互変調結果成分信号を放射する。レクテナ列が使用さ
れ得る多くの場所では，周波数ｆｐのパワー信号ととも
に広い範囲の周波数（ｆｃ１，…，ｆｃｍ）及び強度の
スペクトルの他の使用者の無線信号がレクテナ列に入射
してくる。整流ダイオードで全ての受信信号が非線形混
合されると，±ｋｆｐ±Σｆｌｎｆｃｎの周波数のスプ
リアス相互変調信号が発生する。高レベルのパワー信号
により，これらの相互変調結果信号は，他の電子システ
ムの性能を妨げるに十分な振幅で放射することになる。
従来のレクテナにおいてこのような放射を減じるための
唯一の手段は，上述のようにロウパスフィルターを用い
ることであるが，この方法は，干渉レベルのために規定
された標準程度にするのに十分な相互変調結果信号レベ
ルに減少させるには，多くの状況下では，不十分であっ
た。
相互変調結果成分信号を放射する。レクテナ列が使用さ
れ得る多くの場所では，周波数ｆｐのパワー信号ととも
に広い範囲の周波数（ｆｃ１，…，ｆｃｍ）及び強度の
スペクトルの他の使用者の無線信号がレクテナ列に入射
してくる。整流ダイオードで全ての受信信号が非線形混
合されると，±ｋｆｐ±Σｆｌｎｆｃｎの周波数のスプ
リアス相互変調信号が発生する。高レベルのパワー信号
により，これらの相互変調結果信号は，他の電子システ
ムの性能を妨げるに十分な振幅で放射することになる。
従来のレクテナにおいてこのような放射を減じるための
唯一の手段は，上述のようにロウパスフィルターを用い
ることであるが，この方法は，干渉レベルのために規定
された標準程度にするのに十分な相互変調結果信号レベ
ルに減少させるには，多くの状況下では，不十分であっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は，パワ
ー信号周波数の高調波において放射されるスプリアス信
号のレベルを最少化する特性を持つ高効率のパワー受信
変換システムを提供することにある。本発明の別の課題
は，レクテナに入射するパワー信号及び通信信号の非線
形混合に起因する放射スプリアス相互変調信号のレベル
を最少化する特性を持つ高効率のパワー受信変換システ
ムを提供することにある。本発明の更に別の課題は，入
射電磁パワー信号の波域の方向に対してのレクテナシス
テムの角度方向付けの際の種々の変動に適応させるのに
必要な広い範囲にわたって効率よく動作し得る高効率の
パワー受信変換システムを提供することにある。
ー信号周波数の高調波において放射されるスプリアス信
号のレベルを最少化する特性を持つ高効率のパワー受信
変換システムを提供することにある。本発明の別の課題
は，レクテナに入射するパワー信号及び通信信号の非線
形混合に起因する放射スプリアス相互変調信号のレベル
を最少化する特性を持つ高効率のパワー受信変換システ
ムを提供することにある。本発明の更に別の課題は，入
射電磁パワー信号の波域の方向に対してのレクテナシス
テムの角度方向付けの際の種々の変動に適応させるのに
必要な広い範囲にわたって効率よく動作し得る高効率の
パワー受信変換システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による低ノイズ二
分極型電磁パワー受信変換システムは，第１の面内に一
つの列に対して対称的に配置され，入射電磁パワービー
ムと入射周辺信号とを空間的に帯域的に通過させるフィ
ルタリングを行なう複数個の周波数帯域通過フィルター
要素を含んでいる。複数個のアンテナユニットは，各ア
ンテナユニットがパワー変換回路を備え，前記第１の面
の背後の少なくとも一つの第２の面内に一つの列に対し
て対称的に配置され，前記入射電磁パワービームを二分
極に受信して変換し，かつ前記入射電磁パワービームと
前記入射周辺信号とを非線形に混合する。複数個の周波
数帯域遮断要素は，前記第２の面の背後の第３の面内に
一つの列に対して対称的に配置され，前記前記入射電磁
パワービームと前記入射周辺信号とを帯域的に遮断す
る。
分極型電磁パワー受信変換システムは，第１の面内に一
つの列に対して対称的に配置され，入射電磁パワービー
ムと入射周辺信号とを空間的に帯域的に通過させるフィ
ルタリングを行なう複数個の周波数帯域通過フィルター
要素を含んでいる。複数個のアンテナユニットは，各ア
ンテナユニットがパワー変換回路を備え，前記第１の面
の背後の少なくとも一つの第２の面内に一つの列に対し
て対称的に配置され，前記入射電磁パワービームを二分
極に受信して変換し，かつ前記入射電磁パワービームと
前記入射周辺信号とを非線形に混合する。複数個の周波
数帯域遮断要素は，前記第２の面の背後の第３の面内に
一つの列に対して対称的に配置され，前記前記入射電磁
パワービームと前記入射周辺信号とを帯域的に遮断す
る。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例による低ノイズパワ
ー受信変換システムを示している。本パワー受信変換シ
ステム１は，図の座標軸によって示されるように，ｘ−
ｙ面に直交する方向ｚに伝送される電磁パワービーム３
の一部を遮るべく，位置されている。レモート伝送アン
テナは，二分極された波，即ち，振幅及び位相が同じで
ないこともある二つの直交方向に分極された波を放射す
る。入射ビームのこれらの二つの直交方向の成分は，本
パワー受信変換システム１の二方向ｘ及びｙの各々に沿
う成分に分解される。
ー受信変換システムを示している。本パワー受信変換シ
ステム１は，図の座標軸によって示されるように，ｘ−
ｙ面に直交する方向ｚに伝送される電磁パワービーム３
の一部を遮るべく，位置されている。レモート伝送アン
テナは，二分極された波，即ち，振幅及び位相が同じで
ないこともある二つの直交方向に分極された波を放射す
る。入射ビームのこれらの二つの直交方向の成分は，本
パワー受信変換システム１の二方向ｘ及びｙの各々に沿
う成分に分解される。
【０００９】これらの成分は，第１の面に位置された周
波数選択面（ＦＦＳ１）５に入射する。これらの周波数
選択面は，良く知られているように，回路フィルター要
素と等価な電磁波を達成するものである。そのような周
波数選択面の詳細については，「応用光学」ｖｏｌ．１
４，Ｎｏ．２，第２７１〜２２０頁のウイットバーン他
による「誘電体境界における金属グリッドレフレクタの
ための等価回路様式」を参照されたい。従って，それら
は，それらの設計次第に応じて，ローパス，ハイパス，
バンドパス等の空間フィルター機能を有している。図１
に示した周波数選択面５は，パワー周波数ｆｐを含む狭
い帯域に亘っての周波数のみを伝送することができる帯
域通過（バンドパス）フィルターである。本実施例で
は，この選択面は，開口７の列を持つ金属化されるか金
属メッシュ化されたプレートであり，開口７の寸法及び
位置は使用される周波数やアンテナウニットにより定ま
るものである。
波数選択面（ＦＦＳ１）５に入射する。これらの周波数
選択面は，良く知られているように，回路フィルター要
素と等価な電磁波を達成するものである。そのような周
波数選択面の詳細については，「応用光学」ｖｏｌ．１
４，Ｎｏ．２，第２７１〜２２０頁のウイットバーン他
による「誘電体境界における金属グリッドレフレクタの
ための等価回路様式」を参照されたい。従って，それら
は，それらの設計次第に応じて，ローパス，ハイパス，
バンドパス等の空間フィルター機能を有している。図１
に示した周波数選択面５は，パワー周波数ｆｐを含む狭
い帯域に亘っての周波数のみを伝送することができる帯
域通過（バンドパス）フィルターである。本実施例で
は，この選択面は，開口７の列を持つ金属化されるか金
属メッシュ化されたプレートであり，開口７の寸法及び
位置は使用される周波数やアンテナウニットにより定ま
るものである。
【００１０】パワー周波数のみが減衰されることなしに
伝送されることが理想的ではあるが，実際には，フィル
ターのデザインは各応用毎に通過帯域及び帯域幅の内外
で減衰の電気的特性が最適になるように選ばれる。典型
的には，周波数選択面は遮断帯域においては〜３０ｄＢ
の，通過帯域においては０．５ｄＢ以下の減衰を行な
う。
伝送されることが理想的ではあるが，実際には，フィル
ターのデザインは各応用毎に通過帯域及び帯域幅の内外
で減衰の電気的特性が最適になるように選ばれる。典型
的には，周波数選択面は遮断帯域においては〜３０ｄＢ
の，通過帯域においては０．５ｄＢ以下の減衰を行な
う。
【００１１】このようにフィルターされた入射パワービ
ームは，距離ｄを走行して，二つの第２の面１０及び１
２（前面１及び前面２）に位置するアンテナ列９に至
り，ここでパワー受信変換の通常のレクテナ作用が行な
われる。このアンテナ列としては，例えば，上記した本
出願人によって１９８８年９月１６日に出願されたカナ
ダ出願第５５７，６８０号に記載のようなものを用いる
ことができる。この実施例では，レクテナ列は，所定の
最適距離，例えば，ｎλｏ／２だけ離れた二分極のどち
らかのために，二つの平行な第２の面に設けられてい
る。勿論，二分極列アンテナを一つの第２の面だけに設
けてもよい。
ームは，距離ｄを走行して，二つの第２の面１０及び１
２（前面１及び前面２）に位置するアンテナ列９に至
り，ここでパワー受信変換の通常のレクテナ作用が行な
われる。このアンテナ列としては，例えば，上記した本
出願人によって１９８８年９月１６日に出願されたカナ
ダ出願第５５７，６８０号に記載のようなものを用いる
ことができる。この実施例では，レクテナ列は，所定の
最適距離，例えば，ｎλｏ／２だけ離れた二分極のどち
らかのために，二つの平行な第２の面に設けられてい
る。勿論，二分極列アンテナを一つの第２の面だけに設
けてもよい。
【００１２】パワービームの受信されなかった部分は第
２の周波数選択面（ＦＳＳ２）１１に走行する。この周
波数選択面は周波数ｆｐの回りの周波数のみを反射する
帯域遮断（バンドストップ）空間フィルターであって，
最も近い第２の面の背後の距離ｐの第３の面に位置して
いる。この周波数選択面は，パワービーム及びそれと同
じ周波数の他の信号をレクテナに正しい位相で反射して
戻し，その受信効率を垂直なレクテナ反射面と同様の方
法で改良する。また，レクテナ伝送ラインの効果の補償
は，ディメンジョンｐを選択することにより達成され
る。図示の帯域遮断（バンドストップ）フィルターは，
図示の上述のメッシュ化されるか金属化されるか金属化
された帯域通過（バンドパス）フィルターと相補型の構
造を有する。それは，列に配置され且つ薄い透明なフィ
ルムにより支持された金属の方形デイスク１３からな
る。上述のＩＳＭ帯域中の２．４５ＧＨｚのパワービー
ムに対する図１に示された寸法ａ及びｇはそれぞれａ＝
０．６ｃｍ及びｇ＝１２ｃｍである。
２の周波数選択面（ＦＳＳ２）１１に走行する。この周
波数選択面は周波数ｆｐの回りの周波数のみを反射する
帯域遮断（バンドストップ）空間フィルターであって，
最も近い第２の面の背後の距離ｐの第３の面に位置して
いる。この周波数選択面は，パワービーム及びそれと同
じ周波数の他の信号をレクテナに正しい位相で反射して
戻し，その受信効率を垂直なレクテナ反射面と同様の方
法で改良する。また，レクテナ伝送ラインの効果の補償
は，ディメンジョンｐを選択することにより達成され
る。図示の帯域遮断（バンドストップ）フィルターは，
図示の上述のメッシュ化されるか金属化されるか金属化
された帯域通過（バンドパス）フィルターと相補型の構
造を有する。それは，列に配置され且つ薄い透明なフィ
ルムにより支持された金属の方形デイスク１３からな
る。上述のＩＳＭ帯域中の２．４５ＧＨｚのパワービー
ムに対する図１に示された寸法ａ及びｇはそれぞれａ＝
０．６ｃｍ及びｇ＝１２ｃｍである。
【００１３】第３の面の背後には，減衰（ｌｏｓｓｙ）
物質の層１４が設けられている。一つの面のみが各フィ
ルターに対して図示されているが，通過帯域または遮断
帯域外側の周波数の波のパワー伝達或いは反射のレベル
を減じることによりフィルターの性能を改良すべく，複
数の面が，マルチセクション回路フィルターに等価な各
フィルターに対して用いられても良い。
物質の層１４が設けられている。一つの面のみが各フィ
ルターに対して図示されているが，通過帯域または遮断
帯域外側の周波数の波のパワー伝達或いは反射のレベル
を減じることによりフィルターの性能を改良すべく，複
数の面が，マルチセクション回路フィルターに等価な各
フィルターに対して用いられても良い。
【００１４】図２は，パーガモンプレス社（Ｐｅｒｇａ
ｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｌｔｄ．）の「赤外線物理」１９
６７年ｖｏｌ．７，第３７〜５５頁のゴウルリッチ（Ｕ
ｌｒｉｃｈ）による「金属メッシュ及びその相補構造の
遠赤外線特性」に記載されたシステムの等価回路を示
す。
ｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ Ｌｔｄ．）の「赤外線物理」１９
６７年ｖｏｌ．７，第３７〜５５頁のゴウルリッチ（Ｕ
ｌｒｉｃｈ）による「金属メッシュ及びその相補構造の
遠赤外線特性」に記載されたシステムの等価回路を示
す。
【００１５】二つの第２の面が２１と２３で示されてい
る。自由空間インピーダンス及び波長は，それぞれ，Ｚ
ｏ及びλｏである。第１及び第３の面上の周波数選択面
がそれぞれＦＳＳ１及びＦＳＳ２で示され，第１及び第
３の面は，それぞれ，Ｌ１０及びＣ１０，Ｌ２０及びＣ
２０から構成されている。これらのフィルターの等価回
路パラメータは，開口及びディスクの寸法及び帯域通過
或いは帯域遮断周波数のデザインにより決まるものであ
る。これらのパラメータはフィルターの帯域内及び帯域
外特性を決定する。
る。自由空間インピーダンス及び波長は，それぞれ，Ｚ
ｏ及びλｏである。第１及び第３の面上の周波数選択面
がそれぞれＦＳＳ１及びＦＳＳ２で示され，第１及び第
３の面は，それぞれ，Ｌ１０及びＣ１０，Ｌ２０及びＣ
２０から構成されている。これらのフィルターの等価回
路パラメータは，開口及びディスクの寸法及び帯域通過
或いは帯域遮断周波数のデザインにより決まるものであ
る。これらのパラメータはフィルターの帯域内及び帯域
外特性を決定する。
【００１６】この発明のシステムのパワー周波数ｆｐに
おける動作は，図１の入射ビームがそのシステムを通過
する時の分極のためのネットワークモデルをテストすれ
ば明らかになろう。このモデルが図２に示されている。
この伝送ライン等価回路は大型の複数列及び付属要素を
定量分析するのに用いられるユニットセル概念に基づく
ものである。周波数選択面がアンテナユニットと同じ対
称性及び周期性で設計された時，要素の全体的な動作挙
動の理解にユニットセル概念を用いることができる。こ
のネットワークモデルから，パワー周波数ｆｐに対して
第１及び第２の周波数選択面のいずれにおいても損失は
起こらず，レクテナユニットによるパワービームの受信
効率は高いものとなることが明らかである。これは下記
の関係が成立するように，ＦＳＳ１の回路要素Ｌ１０及
びＣ１０及びＦＳＳ２の回路要素Ｌ２０及びＣ２０を選
定すればよい。 ｆｐ2 ＝１／（Ｌ１０Ｃ１０） …（１） ｆｐ2 ＝１／（Ｌ２０Ｃ２０） …（２）
おける動作は，図１の入射ビームがそのシステムを通過
する時の分極のためのネットワークモデルをテストすれ
ば明らかになろう。このモデルが図２に示されている。
この伝送ライン等価回路は大型の複数列及び付属要素を
定量分析するのに用いられるユニットセル概念に基づく
ものである。周波数選択面がアンテナユニットと同じ対
称性及び周期性で設計された時，要素の全体的な動作挙
動の理解にユニットセル概念を用いることができる。こ
のネットワークモデルから，パワー周波数ｆｐに対して
第１及び第２の周波数選択面のいずれにおいても損失は
起こらず，レクテナユニットによるパワービームの受信
効率は高いものとなることが明らかである。これは下記
の関係が成立するように，ＦＳＳ１の回路要素Ｌ１０及
びＣ１０及びＦＳＳ２の回路要素Ｌ２０及びＣ２０を選
定すればよい。 ｆｐ2 ＝１／（Ｌ１０Ｃ１０） …（１） ｆｐ2 ＝１／（Ｌ２０Ｃ２０） …（２）
【００１７】以上の説明はパワービームがシステムに垂
直に入射した場合を考えてのものであるが，図２中の伝
送ライン（ユニットセル）パラメータＺｏ及びλｏなど
を変更すれば，いかなる特定の入射角においても高いパ
ワー受信効率を得ることが可能である。さらにこれらの
周波数選択面は，設計されたビーム入射角から外れた入
射角に対して感度を悪くするようにすることもでき，そ
うすればビーム入射角を厳密に設定することができない
ような環境においても使用できる。この点についての詳
細は「ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ」１９８５年ｖ
ｏｌ．１３２，Ｐｔ．Ｈ，第３９５〜３９９頁のリー
（Ｌｅｅ）他による「斜め入射角での周波数選択面のた
めの等価回路モデル」を参照されたい。以上の説明か
ら，図３において，高調周波数ｎｆｐでのシステムのた
めのネットワークモデルの助けをかりれば，高調周波数
ｎｆｐでのシステムの動作は容易に予想される。高調波
とより高い周波数の相互変調結果成分の発生に対して注
意すべきは，これらの発生された信号の周波数は重要な
一つ以上の伝送ラインモードを引き起こす。これらのモ
ードの各々は，空間中の特定の方向への（高調波または
相互変調結果成分の）放射に対応する。この状態は，二
つのそのようなモデルが示された図３及び２ｃ中の平行
な伝送ラインにより示されている。図３及び２ｃ図にお
いて，同様な要素及びパラメターに対しては同様の参照
符号が使用されている。減衰物質の層２５がこれらにも
含まれている。
直に入射した場合を考えてのものであるが，図２中の伝
送ライン（ユニットセル）パラメータＺｏ及びλｏなど
を変更すれば，いかなる特定の入射角においても高いパ
ワー受信効率を得ることが可能である。さらにこれらの
周波数選択面は，設計されたビーム入射角から外れた入
射角に対して感度を悪くするようにすることもでき，そ
うすればビーム入射角を厳密に設定することができない
ような環境においても使用できる。この点についての詳
細は「ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ」１９８５年ｖ
ｏｌ．１３２，Ｐｔ．Ｈ，第３９５〜３９９頁のリー
（Ｌｅｅ）他による「斜め入射角での周波数選択面のた
めの等価回路モデル」を参照されたい。以上の説明か
ら，図３において，高調周波数ｎｆｐでのシステムのた
めのネットワークモデルの助けをかりれば，高調周波数
ｎｆｐでのシステムの動作は容易に予想される。高調波
とより高い周波数の相互変調結果成分の発生に対して注
意すべきは，これらの発生された信号の周波数は重要な
一つ以上の伝送ラインモードを引き起こす。これらのモ
ードの各々は，空間中の特定の方向への（高調波または
相互変調結果成分の）放射に対応する。この状態は，二
つのそのようなモデルが示された図３及び２ｃ中の平行
な伝送ラインにより示されている。図３及び２ｃ図にお
いて，同様な要素及びパラメターに対しては同様の参照
符号が使用されている。減衰物質の層２５がこれらにも
含まれている。
【００１８】レクテナダイオードにより発生された，高
調波周波数及びシステム通過帯域外の他の周波数の信号
の自由空間への放射は，周波数選択面ＦＳＳ１によって
防止される。その代わり，これらの信号は周波数選択面
ＦＳＳ１によってレクテナの方へ反射されて，それか
ら，ＦＳＳ２を通り，このフィルターの背後の減衰物質
によって吸収される。（例えば，飛行機上やその近く
に，これらの高調波や他の信号により逆に影響を受ける
電子素子がない場合に，地上から飛行機のパワーを供給
するような場合に）本発明を適用する際には，ＦＳＳ２
より上の減衰物質は不要であり，構成材料は高調波や他
の信号の（飛行機より）上方の環境や空間への伝搬を許
すものが選択される。
調波周波数及びシステム通過帯域外の他の周波数の信号
の自由空間への放射は，周波数選択面ＦＳＳ１によって
防止される。その代わり，これらの信号は周波数選択面
ＦＳＳ１によってレクテナの方へ反射されて，それか
ら，ＦＳＳ２を通り，このフィルターの背後の減衰物質
によって吸収される。（例えば，飛行機上やその近く
に，これらの高調波や他の信号により逆に影響を受ける
電子素子がない場合に，地上から飛行機のパワーを供給
するような場合に）本発明を適用する際には，ＦＳＳ２
より上の減衰物質は不要であり，構成材料は高調波や他
の信号の（飛行機より）上方の環境や空間への伝搬を許
すものが選択される。
【００１９】以上の説明から，図４のネットワークモデ
ルを用いた，相互変調結果周波数±ｋｆｐ±１ｆｃでの
スプリアス信号に対するシステムの動作が理解できるで
あろう。
ルを用いた，相互変調結果周波数±ｋｆｐ±１ｆｃでの
スプリアス信号に対するシステムの動作が理解できるで
あろう。
【００２０】周辺信号の周波数ｆｃが（ｆｐのｐ中心
の）ＦＳＳ１の通過帯域外である場合には，相互変調結
果成分は発生されない。ｆｃがＦＳＳ１の通過帯域内で
ある場合には，相互変調結果成分が発生されるが，これ
らの相互変調結果成分の周波数がｆｐ通過帯域内に落ち
込まない限りはこれら相互変調結果成分は空間に伝搬さ
れず，ＦＳＳ２の背後の層に吸収される。
の）ＦＳＳ１の通過帯域外である場合には，相互変調結
果成分は発生されない。ｆｃがＦＳＳ１の通過帯域内で
ある場合には，相互変調結果成分が発生されるが，これ
らの相互変調結果成分の周波数がｆｐ通過帯域内に落ち
込まない限りはこれら相互変調結果成分は空間に伝搬さ
れず，ＦＳＳ２の背後の層に吸収される。
【００２１】上述のように，本発明では，（本発明の通
過帯域外の）全ての放射された高調波及び相互変調結果
成分のレベルは減少される。一つの高調波または相互変
調結果成分の更なる減衰はＦＳＳ１とレクテナ前面１と
の間の距離ｑの正しい選択によって可能である。例え
ば，ある方向（図３の下方の伝送ライン）における（目
的とする）２次高調波の減少は，（レクテナ前面１から
ほぼλｏ／４に置かれた時，効果的にレクテナ源を２次
高調波でショートする２ｆｐ帯域通過フィルターで）
「ショートされた」場合に発生する。
過帯域外の）全ての放射された高調波及び相互変調結果
成分のレベルは減少される。一つの高調波または相互変
調結果成分の更なる減衰はＦＳＳ１とレクテナ前面１と
の間の距離ｑの正しい選択によって可能である。例え
ば，ある方向（図３の下方の伝送ライン）における（目
的とする）２次高調波の減少は，（レクテナ前面１から
ほぼλｏ／４に置かれた時，効果的にレクテナ源を２次
高調波でショートする２ｆｐ帯域通過フィルターで）
「ショートされた」場合に発生する。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
パワー信号周波数の高調波において放射されるスプリア
ス信号のレベルを最少化する特性を持つ高効率のパワー
受信変換システムが得られる。また，本発明によれば，
レクテナに入射するパワー信号及び通信信号の非線形混
合に起因する放射スプリアス相互変調信号のレベルを最
少化する特性を持つ高効率のパワー受信変換システムが
得られる。更に，本発明では，入射電磁パワー信号の波
域の方向に対してのレクテナシステムの角度方向付けの
際の種々の変動に適応させるのに必要な広い範囲にわた
って効率よく動作し得る高効率のパワー受信変換システ
ムが得られる。
パワー信号周波数の高調波において放射されるスプリア
ス信号のレベルを最少化する特性を持つ高効率のパワー
受信変換システムが得られる。また，本発明によれば，
レクテナに入射するパワー信号及び通信信号の非線形混
合に起因する放射スプリアス相互変調信号のレベルを最
少化する特性を持つ高効率のパワー受信変換システムが
得られる。更に，本発明では，入射電磁パワー信号の波
域の方向に対してのレクテナシステムの角度方向付けの
際の種々の変動に適応させるのに必要な広い範囲にわた
って効率よく動作し得る高効率のパワー受信変換システ
ムが得られる。
【図１】本発明の一実施例の斜視図である。
【図２】パワービームの一分極のためのパワー伝達及び
受信プロセスを表す伝送ラインネットワークモデルの回
路図である。
受信プロセスを表す伝送ラインネットワークモデルの回
路図である。
【図３】レクテナユニットの一分極のための高調波周波
数放射の発生及び制御を表す伝送ラインネットワークモ
デルの回路図である。
数放射の発生及び制御を表す伝送ラインネットワークモ
デルの回路図である。
【図４】レクテナユニットの一分極のための相互変調結
果周波数の発生及び制御を表す伝送ラインネットワーク
モデルの回路図である。
果周波数の発生及び制御を表す伝送ラインネットワーク
モデルの回路図である。
１ 受信変換システム ３ パワービーム ５ 周波数選択面 ７ 開口 ９ アンテナ列 １０及び１２ 第２の面 １１ 第２の周波数選択面 １３ 方形デイスク １４ 減衰物質の層
フロントページの続き (72)発明者 エイドリアン ダブリュー．アルデン カナダ，ケベック ジェイ０エックス ２ ダブリュー０，セント セシル ド メイ シャム，ビージー−02 シュマン ベルト ラン，アール．アール．＃２ (72)発明者 ジョージ ダブリュー．ジュール カナダ，オンタリオ ケイ２エイチ ６エ ヌ４，ネピーン，スティンソン アヴェニ ュー 72 (72)発明者 トム ティー．オーノ カナダ，オンタリオ ケイ０エイ １エル ０，カープ，アール．アール．＃２
Claims (7)
- 【請求項１】 第１の面内に一つの列に対して対称的に
配置され，入射電磁パワービームと入射周辺信号とを空
間的に帯域的に通過させるフィルタリングを行なう複数
個の周波数帯域通過フィルター要素と， 各アンテナユニットがパワー変換回路を備え，前記第１
の面の背後の少なくとも一つの第２の面内に一つの列に
対して対称的に配置され，前記入射電磁パワービームを
二分極に受信して変換し，かつ前記入射電磁パワービー
ムと前記入射周辺信号とを非線形に混合する複数個のア
ンテナユニットと， 前記第２の面の背後の第３の面内に一つの列に対して対
称的に配置され，前記前記入射電磁パワービームと前記
入射周辺信号とを帯域的に遮断する複数個の周波数帯域
遮断要素とを，含むことを特徴とする低ノイズ二分極型
電磁パワー受信変換システム。 - 【請求項２】 前記アンテナユニットが実質的に同一の
二分極ユニットであって，一つの第２の面内に配置され
ていることを特徴とする請求項１の低ノイズ二分極型電
磁パワー受信変換システム。 - 【請求項３】 前記アンテナユニットが互いに平行で，
かつ，互いに離れた二つの第２の面内に配置され，かつ
二つの直交する方向のいずれかに分極されていることを
特徴とする請求項１の低ノイズ二分極型電磁パワー受信
変換システム。 - 【請求項４】 前記第１，前記第２，及び前記第３の面
が互いに平行で，かつ，所定距離だけ互いに離れている
ことを特徴とする請求項２の低ノイズ二分極型電磁パワ
ー受信変換システム。 - 【請求項５】 前記第３の面の背後に配置され，実質的
にいかなる電磁波パワーも吸収する高減衰物質の層を，
更に含むことを特徴とする請求項４の低ノイズ二分極型
電磁パワー受信変換システム。 - 【請求項６】 前記第１，前記第２，及び前記第３の面
が互いに平行で，かつ，所定距離だけ互いに離れている
ことを特徴とする請求項３の低ノイズ二分極型電磁パワ
ー受信変換システム。 - 【請求項７】 前記第３の面の背後に配置され，実質的
にいかなる電磁波パワーも吸収する高減衰物質の層を，
更に含むことを特徴とする請求項６の低ノイズ二分極型
電磁パワー受信変換システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA2006481 | 1989-12-19 | ||
| CA002006481A CA2006481C (en) | 1989-12-19 | 1989-12-19 | Low noise dual polarization electromagnetic power reception and conversion system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05184087A true JPH05184087A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=4143867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2411726A Withdrawn JPH05184087A (ja) | 1989-12-19 | 1990-12-19 | 低ノイズ二分極型電磁パワー受信変換システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5563614A (ja) |
| EP (1) | EP0434374A3 (ja) |
| JP (1) | JPH05184087A (ja) |
| CA (1) | CA2006481C (ja) |
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| JP2012249490A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-13 | Kojima Press Industry Co Ltd | 車両搭載用充電装置および車両用電力供給装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2006481C (en) | 1999-09-21 |
| CA2006481A1 (en) | 1991-06-19 |
| EP0434374A3 (en) | 1991-12-27 |
| EP0434374A2 (en) | 1991-06-26 |
| US5563614A (en) | 1996-10-08 |
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