KR20200060510A - 정류기, 및 렉테나 장치 - Google Patents

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쥰 시모카와토코
마사오미 츠루
아츠시 야마모토
유키히로 홈마
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

정류기(100)는, 입력 단자(5)로부터 입력된 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력 단자(6)로부터 출력한다. 정류기(100)는, 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류부(1)와, 일단이 정류부(1)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속되고 타단에 기준 전압이 인가되고, 임피던스가, 직류 전력의 전압의 절대치에 대하여 음의 상관을 갖고 변화하는 임피던스 가변부(4)를 구비한다. 직류 전력의 전압의 절대치가, 정류부(1)가 갖는 정류 소자의 역 내전압 이하의 미리 정해진 값보다 큰 경우는 정류부(1)로부터 본 임피던스 가변부(4)의 임피던스는, 단락으로 간주할 수 있는 값이다.

Description

정류기, 및 렉테나 장치
본 발명은, 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기, 및 렉테나(rectenna) 장치에 관한 것이다.
고주파 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기로서, 정류 소자를 갖는 정류부의 출력측의 한 쌍의 선로에 정전압 다이오드(제너 다이오드)를 마련하고, 한 쌍의 선로에 발생하는 전압의 서지(surge)를 흡수하는 것이 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 정류기에 있어서, 정전압 다이오드의 역 내전압(reverse withstand voltage)은, 정류 소자의 역 내전압 이하로 설정된다. 이것에 의해, 정류 소자에 인가되는 전압을, 정류 소자의 역 내전압 이하로 억제할 수 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2015-192484호 공보
렉테나에 조사되는 마이크로파의 전력 밀도가 시간이 지남에 따라 변동하는 경우, 정류기에 큰 전력이 입력되는 경우가 있고, 정류기가 고장이 날 가능성이 있다. 정류기가 고장이 나는 주원인은, 정류 소자의 역 내전압 이상의 역방향 전압이 정류 소자에 인가되는 것이다.
특허문헌 1에 개시되는 정류기에서는, 정류 소자가 출력하는 직류 전압과 정전압 다이오드의 역방향 전압치가 동일하다. 정류 소자에 인가되는 전압은 직류 전압과 고주파 전압 진폭의 전압 가산이 되기 때문에, 정전압 다이오드의 역방향 전압을 정류 소자의 역 내전압과 동일한 값으로 설정한 경우는, 정류 소자에 인가되는 역방향 전압이 역 내전압을 넘어 정류기가 고장이 날 가능성이 있고, 정류기의 신뢰성이 낮다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 신뢰성이 높은 정류기 및 렉테나 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명과 관련되는 정류기는, 입력 단자로부터 입력된 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력 단자로부터 출력하는 정류기이다. 정류기는, 정류부와, 임피던스 가변부를 구비한다. 정류부는, 정류 소자를 갖고, 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력 단자에 출력한다. 임피던스 가변부는, 일단이 정류부와 출력 단자의 접속점에 접속되고, 타단에 기준 전압이 인가된다. 임피던스 가변부의 임피던스는, 직류 전력의 전압의 절대치에 대하여 음의 상관을 갖고 변화한다. 임피던스 가변부의 임피던스는, 직류 전력의 전압의 절대치가, 정류 소자의 역 내전압의 절대치 이하의 정해진 값보다 큰 경우는, 정류부로부터 보아 단락으로 간주할 수 있는 값이다.
본 발명과 관련되는 정류기에 의하면, 임피던스 가변부의 임피던스는, 직류 전력의 전압의 절대치가, 정류 소자의 역 내전압의 절대치 이하의 정해진 값보다 큰 경우는, 정류부로부터 보아 단락으로 간주할 수 있는 값인 것에 의해, 정류 소자에 역 내전압을 넘는 역방향 전압이 인가되는 것이 억제된다. 그 결과, 신뢰성이 높은 정류기 및 렉테나 장치를 제공하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 렉테나 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 실시의 형태 1과 관련되는 정류기의 회로 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시의 형태 1과 관련되는 정류기에 있어서의 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시의 형태 1과 관련되는 정류기에 있어서의 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시의 형태 1과 관련되는 FET 스위치의 상태와 게이트­소스간 전압 Vgs의 관계도이다.
도 6은 실시의 형태 1과 관련되는 정류기에 있어서의 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시의 형태 1과 관련되는 정류기에 있어서의 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 2와 관련되는 정류기의 회로 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 정류기의 회로 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시의 형태 3과 관련되는 다이오드의 상태와 전압 Vdc의 관계도이다.
도 11은 실시의 형태 3과 관련되는 정류기에 있어서의 FET 스위치의 게이트-소스간 전압 Vgs와 전압 Vdc의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시의 형태 3과 관련되는 정류기의 변형예의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 정류기의 회로 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 실시의 형태 4와 관련되는 정류기에 있어서의 FET 스위치의 게이트-소스간 전압 Vgs와 전압 Vdc의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 실시의 형태 4와 관련되는 정류기의 회로 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 5와 관련되는 정류기의 회로 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 실시의 형태 5와 관련되는 정류기의 회로 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 정류기의 회로 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 19는 실시의 형태 6과 관련되는 정류기의 회로 구성의 제 1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 20은 실시의 형태 6과 관련되는 정류기의 회로 구성의 제 2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 21은 실시의 형태 6과 관련되는 정류기의 회로 구성의 제 3 변형예를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시의 형태 7과 관련되는 정류기의 회로 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 23은 실시의 형태 7과 관련되는 서미스터의 저항치와 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태와 관련되는 정류기에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또 도면 중, 동일 또는 동등한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.
실시의 형태 1.
마이크로파 무선 전력의 전송에 이용되는 렉테나 장치(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 안테나(7)와, 정류기(100)를 구비한다. 안테나(7)는, 고주파를 수신하고, 정류기(100)에 보낸다. 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 정류기(100)는, 안테나(7)로부터 입력 단자(5)를 통해서 입력된 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하는 RF(Radio Frequency)-DC(Direct Current) 변환을 행하고, 직류 전력을 출력 단자(6)로부터 출력한다. 정류기(100)는, 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력 단자(6)에 출력하는 정류부(1)와, 입력 필터(2)와, 출력 필터(3)와, 임피던스가 직류 전력의 전압의 절대치에 대하여 음의 상관을 갖고 변화하는 임피던스 가변부(4)를 구비한다.
입력 필터(2)는, 입력 단자(5)와 정류부(1)의 사이의 회로에 마련되고, 고조파 성분을 체감하는 고조파 처리를 행하고, 직류 성분을 차단한다. 정류부(1)는, 정류 소자를 갖고, 입력 필터(2)를 거쳐서 입력 단자(5)로부터 입력된 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. 정류 소자는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 작용을 갖는 소자이고, 예컨대 다이오드로 구성된다. 출력 필터(3)는, 정류부(1)와 출력 단자(6)의 사이의 회로에 마련되고, 정류부(1)에서의 처리에 의해 발생한 고조파 성분을 체감하는 고조파 처리를 행하고, 직류 전력을 평활화한다.
임피던스 가변부(4)는, 일단이 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속되고, 타단에 기준 전압이 인가된다. 일례로서, 임피던스 가변부(4)의 타단이 접지되는 경우를 예로 하여 설명한다. 임피던스 가변부(4)의 임피던스는, 직류 전력의 전압의 절대치에 대하여 음의 상관을 갖고 변화한다. 상세하게는, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는, 직류 전력의 전압의 절대치가, 정류 소자의 역 내전압의 절대치 이하의 정해진 값보다 큰 경우, 정류부(1)로부터 보아 단락되어 있다고 간주할 수 있는 값이다. 또한, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는, 직류 전력의 전압의 절대치가 상술한 미리 정해진 값 이하인 경우는, 정류부(1)로부터 보아 개방으로 간주할 수 있는 값이다.
정류기(100)의 구성의 상세에 대하여 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 입력 필터(2)는, 선로 길이가 기본파의 1/4 파장인 전송 선로(21)와, 선로 길이가 2차 고조파의 1/4 파장인 오픈 스터브(22)와, 선로 길이가 3차 고조파의 1/4 파장인 오픈 스터브(23)와, 직류 블록용 용량 소자(24)를 구비한다. 또 기본파는, 렉테나 장치(10)가 수신하는 전파 중, 미리 정해져 있는 주파수 성분이다. 2차 고조파는, 기본파의 주파수의 2배의 주파수 성분이고, 3차 고조파는, 기본파의 주파수의 3배의 주파수를 갖는 주파수 성분이다. 직류 블록용 용량 소자(24)의 일단은, 입력 필터(2)의 입력단으로서 기능하고, 입력 단자(5)에 접속된다. 전송 선로(21)의 일단은, 입력 필터(2)의 출력단으로서 기능하고, 정류부(1)에 접속된다. 직류 블록용 용량 소자(24)의 타단은, 정류부(1)에 접속되는 전송 선로(21)의 일단의 반대에 위치하는 전송 선로(21)의 타단, 및 오픈 스터브(22)와 오픈 스터브(23)의 접속점에, 접속된다.
정류부(1)는, 다이오드로 구성되는 정류 소자(11)를 갖는다. 정류 소자(11)는, 정류부(1)가 양의 직류 전압을 출력하는 방향으로 배치된다. 즉, 정류 소자(11)의 애노드는 접지되고, 정류 소자(11)의 캐소드는, 입력 필터(2)의 출력단 및 출력 필터(3)의 입력단에 접속된다.
출력 필터(3)는, 선로 길이가 기본파의 1/4 파장인 전송 선로(31)와, 선로 길이가 기본파의 1/4 파장인 오픈 스터브(32)와, 선로 길이가 2차 고조파의 1/4 파장인 오픈 스터브(33)와, 직류를 평활화하는 평활화 용량 소자(34)를 구비한다. 전송 선로(31)의 일단은, 출력 필터(3)의 입력단으로서 기능하고, 정류부(1)에 접속된다. 평활화 용량 소자(34)의 일단은, 접지된다. 전송 선로(31)의 타단은, 오픈 스터브(32)와 오픈 스터브(33)의 접속점, 및, 접지된 일단의 반대에 위치하는 평활화 용량 소자(34)의 타단에 접속된다. 정류기(100)는, 도 2에 나타내는 입력 필터(2) 및 출력 필터(3)를 구비함으로써, 정류 소자(11)를 F급 동작시킬 수 있고, 높은 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다.
임피던스 가변부(4)는, 제어 단자에 인가되는 제어 신호에 의해 전로의 도통과 비도통을 전환하는 스위칭 소자를 갖는다. 임피던스 가변부(4)가 FET(Field Effective Transistor : 전계 효과 트랜지스터) 스위치(40)를 갖는 경우를 예로 하여 설명한다. FET 스위치(40)는 인핸스먼트형(enhancement-type) FET로 구성되는 스위치이다. FET 스위치(40)의 소스 단자는 접지되고, 드레인 단자 및 게이트 단자는 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된다. 바꾸어 말하면, 드레인 단자 및 게이트 단자는 실질적으로 동일 전압이고, 모두 출력 단자(6)에 접속되어 있다. FET 스위치(40)의 게이트 단자가, 상술한 스위칭 소자의 제어 단자에 상당한다.
정류기(100)에 있어서, 출력 단자(6)에 접속되는 부하가 일정한 경우, 입력되는 고주파 전력이 커짐에 따라, 출력 단자(6)로부터 출력되는 직류 전력의 전압 Vdc가 높아지고, 직류 전류가 커진다. 한편, 입력되는 고주파 전력이 일정한 경우, 정류 소자(11)에 직렬로 접속되는 출력측의 회로 임피던스가 낮아짐에 따라, 직류 전류는 커지고, 전압 Vdc는 낮아지고, 정류 소자(11)에 인가되는 고주파 전압 진폭 Vamp는 작아진다.
정류기(100)에 입력되는 고주파 전력의 전압이 낮고, 임피던스 가변부(4)의 직류 임피던스가, 정류부(1)로부터 보아 개방되어 있다고 간주할 수 있는 값인 경우, 도 3에 굵은 실선으로 나타내는 바와 같이, 정류부(1)로부터 출력 필터(3)를 통과하여 출력 단자(6)에 흐르는 직류 전류는, 임피던스 가변부(4)에 누설되지 않는다. 그 때문에, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 동등한 정류기(100)의 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다.
정류기(100)에 입력되는 고주파 전력이 크고, 전압 Vdc가 높기 때문에, 임피던스 가변부(4)의 직류 임피던스는, 정류부(1)로부터 보아 단락되어 있다고 간주할 수 있는 값인 경우, 도 4에 굵은 실선으로 나타내는 바와 같이, 정류부(1)로부터 출력 필터(3)를 통과하여 출력 단자(6)에 흐르는 직류 전류의 일부가 임피던스 가변부(4)에 누설된다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는, 출력 단자(6)에 접속되는 도시하지 않는 부하와 임피던스 가변부(4)의 병렬 임피던스이다. 즉, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 비교하여, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 임피던스는 낮아진다. 입력되는 고주파 전력이 일정하면, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 임피던스가 낮아지면, 전압 Vdc는 낮아지고, 정류 소자(11)에 인가되는 고주파 전압 진폭 Vamp는 작아진다. 즉, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 비교하여, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압이 과대해지는 것을 억제할 수 있다.
정류기(100)의 동작에 대하여 설명한다. 안테나(7)로부터 정류기(100)의 입력 단자(5)에 고주파 전력이 입력되면, 입력 필터(2)에서 고조파 성분이 체감되고, 직류 성분이 차단된 고주파 전력이 정류부(1)에 입력된다. 정류부(1)가 갖는 정류 소자(11)가 반주기마다 온과 오프를 반복함으로써, 정류부(1)의 출력에는 고차의 고조파가 포함되고, 또한 정류 소자(11)의 극성에 따른 방향으로 직류 전압(오프셋)이 발생한다. 정류부(1)의 출력은, 출력 필터(3)에서 평활화되고, 출력 단자(6)로부터 직류 전력이 출력된다. 임피던스 가변부(4)의 임피던스는, 출력 단자(6)로부터 출력되는 직류 전력의 전압 Vdc의 절대치에 대하여 음의 상관을 갖고 변화한다. 정류부(1)가 출력하는 직류 전압이 양의 전압이기 때문에, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는, 전압 Vdc에 대하여 음의 상관을 갖고 변화한다.
임피던스 가변부(4)의 임피던스의 변화에 대하여 설명한다. FET 스위치(40)의 게이트 단자에는, 전압 Vdc가 인가된다. 도 5에 FET 스위치(40)의 상태와 게이트­소스간 전압 Vgs의 관계도를 나타낸다. 세로축이 FET 스위치(40)의 상태이고, 가로축이 게이트­소스간 전압 Vgs이다. FET 스위치(40)의 게이트­소스간 전압 Vgs와 전압 Vdc는 동일하기 때문에, Vgs=Vdc가 성립된다. FET 스위치(40)의 드레인-소스간의 도통과 비도통이 전환될 때의 게이트-소스간 전압 Vgs를 임계치 전압 VFET_th로 한다. 또 임계치 전압 VFET_th는, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하의 값으로 설정된다. 전압 Vdc≤임계치 전압 VFET_th의 경우, FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 비도통이기 때문에, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는 개방으로 간주할 수 있는 값이다. 이때의 직류 전류의 흐름을 도 6에 굵은 실선으로 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 직류 전류는 FET 스위치(40)의 드레인-소스간에 누설되지 않는다. 또한 출력 필터(3)의 직류 임피던스는 충분히 작기 때문에, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는, 출력 단자(6)에 접속된 부하로 간주할 수 있다. 직류 전류는 FET 스위치(40)의 드레인-소스간에 누설되지 않기 때문에, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 동등한 정류기(100)의 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다.
한편, 도 5에 나타내는 바와 같이, 입력되는 고주파 전력이 높기 때문에, 전압 Vdc>임계치 전압 VFET_th인 경우, FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 도통하고, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는 단락으로 간주할 수 있는 값, 예컨대, 10Ω 미만의 값이다. 즉, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는, 출력 단자(6)에 접속된 부하와 임피던스 가변부(4)의 병렬 임피던스이다. 이때의 직류 전류의 흐름을 도 7에 굵은 실선으로 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 직류 전류의 일부는, FET 스위치(40)의 드레인-소스간에 누설된다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는, 도 6에 나타내는 경우보다 낮아진다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스가 낮아지면, 전압 Vdc는 내려가고, 정류 소자(11)에 인가되는 고주파 전압 진폭은 작아진다.
FET 스위치(40)의 드레인-소스간이 도통하면, 전압 Vdc는 내려간다. 그 결과, 전압 Vdc≤임계치 VFET_th가 되면, FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 비도통이 된다. FET 스위치(40)의 드레인-소스간이 비도통인 경우, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는, 도 7에 나타내는 경우보다 높다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스가 높아지면, 전압 Vdc는 높아진다. FET 스위치(40)의 드레인-소스간이 비도통이 되어, 전압 Vdc가 올라간 결과, 전압 Vdc>임계치 전압 VFET_th가 되면, 다시 드레인-소스간이 도통한다. 상술한 바와 같이, 드레인-소스간의 도통과 비도통이 전환됨으로써, 전압 Vdc는, 임계치 전압 VFET_th에 수렴한다. 임계치 전압 VFET_th는, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하의 값으로 설정되기 때문에 전압 Vdc가 수렴하는 값은, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하이다. 그 때문에, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압은, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 정류기(100)는, 임피던스 가변부(4)를 마련함으로써, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압을, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하로 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 정류기(100)에 입력되는 고주파 전력을 크게 하는 것이 가능하다.
실시의 형태 2.
정류기가 탑재되는 장치는, 렉테나 장치(10)로 한정되지 않는다. 또한 렉테나 장치(10)의 회로 구성은, 실시의 형태 1의 구성으로 한정되지 않는다. 정류기의 회로 구성은, 전압 Vdc가 올라가면, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스가 낮아지고, 전압 Vdc가 내려가면, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스가 높아지는 임의의 회로이다. 회로의 일례에 대하여, 설명한다. 도 8에 나타내는 정류기(101)가 구비하는 임피던스 가변부(4)는, 정류기(100)가 구비하는 임피던스 가변부(4)의 구성에 더하여, 저항(41)과 저항(42)을 갖는 분압 회로를 더 구비한다.
저항(41)은, 일단이 정류부(1)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속되고, 타단이 FET 스위치(40)의 게이트 단자에 접속된다. 상세하게는, 저항(41)의 일단은, 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된다. 저항(42)은, 일단이 FET 스위치(40)의 게이트 단자에 접속되고, 타단이 접지된다. 다시 말해, FET 스위치(40)의 게이트 단자는, 저항(41)을 거쳐서 출력 단자(6)에 접속되고, 저항(41)과 FET 스위치(40)의 게이트 단자의 접속점은 저항(42)을 거쳐서 접지된다. FET 스위치(40)의 게이트 전압 Vgs는, 하기 (1)식에 나타내는 바와 같이, 전압 Vdc의 저항 분압치이다.
Vgs=VdcㆍR42/(R41+R42) … (1)
정류기(101)에 있어서, 저항(41) 및 저항(42)의 저항치를 바꿈으로써, FET 스위치(40)의 게이트-소스간의 전압 Vgs를 바꿀 수 있다. FET 스위치(40)의 임계치 전압 VFET_th가 동일하더라도, 저항(41) 및 저항(42)의 저항치가 상이하면, 임피던스 가변부(4)의 임피던스가 개방으로부터 단락으로 전환될 때의 전압 Vdc의 값은 상이하다. 즉, FET 스위치(40)의 임계치 전압을 바꾸는 일 없이, FET 스위치(40)의 게이트 소스간의 도통과 비도통이 전환되는 타이밍을 바꾸는 것이 가능하다. 그 결과, 정류 소자(11)의 역 내전압에 따라, FET 스위치(40)의 임계치 전압을 바꿀 필요는 없고, 여러 가지의 정류 소자(11)에 대하여, 저항(41) 및 저항(42)의 저항치를 바꿈으로써, 적합한 정류기(100)를 구성할 수 있다. 또한, 저항(41) 및 저항(42)을 출력 단자(6)에 접속된 부하에 대하여 충분히 크게 함으로써, 저항(41) 및 저항(42)에서의 전력 소비를 억제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태 2와 관련되는 정류기(101)는, 임피던스 가변부(4)를 마련함으로써, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압을, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하로 할 수 있다. 또한 FET 스위치(40)의 임계치 전압을 바꾸는 일 없이, FET 스위치(40)의 게이트-소스간의 도통과 비도통이 전환되는 타이밍을 바꾸는 것이 가능하다.
실시의 형태 3.
상술한 바와 같이, 정류기는, 렉테나 장치(10)로 한정되지 않고 임의의 장치에 탑재 가능하다. 또한 정류기의 회로 구성은, 실시의 형태 1, 2의 예로 한정되지 않는다. 도 9에 나타내는 정류기(102)가 구비하는 임피던스 가변부(4)는, 정류기(100)가 구비하는 임피던스 가변부(4)의 구성에 더하여, 직류 전력의 전압 Vdc에 따른 접지 전압 또는 음전압을 스위칭 소자의 제어 단자에 인가하는 풀다운 회로를 더 갖는다. 상세하게는, 정류기(102)가 구비하는 임피던스 가변부(4)는, 실시의 형태 2와 관련되는 정류기(101)가 구비하는 임피던스 가변부(4)가 갖는 저항(42)과, 다이오드(43)를 더 구비한다. 다이오드(43)는, 애노드가 정류부(1)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속되고, 캐소드는, 저항(42)과 FET 스위치(40)의 게이트 단자의 접속점에 접속된다. 다시 말해, FET 스위치(40)의 게이트 단자는, 다이오드(43)를 거쳐서 출력 단자(6)에 접속되고, 다이오드(43)와 FET 스위치(40)의 게이트 단자의 접속점은 저항(42)을 거쳐서 접지된다.
정류기(102)의 동작에 대하여 설명한다. 도 10에 다이오드(43)의 상태와 전압 Vdc의 관계도를 나타낸다. 정류기(102)의 다이오드(43)의 임계치 전압을 Vdi_th1로 하면, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th1일 때, 다이오드(43)는 오프이기 때문에, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는 개방으로 간주할 수 있는 값이다. 전압 Vdc>임계치 전압 Vdi_th1일 때, 다이오드(43)는 온이 되기 때문에, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는 단락으로 간주할 수 있는 값이다.
도 11에 FET 스위치(40)의 게이트-소스간의 전압 Vgs와 전압 Vdc의 관계도를 나타낸다. 정류기(102)에 입력되는 고주파 전력이 작고, 전압 Vdc가 낮기 때문에, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th1의 경우, 다이오드(43)는 오프이다. 그 때문에, FET 스위치(40)의 게이트-소스간의 전압 Vgs는, 저항(42)에 의해 풀다운되어, 0V이다. 이때, FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 비도통이 되기 때문에, 직류 전류는, 드레인-소스간에 누설되지 않고, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 동등한 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다. 실시의 형태 2와 관련되는 정류기(101)에서는, 드레인-소스간이 비도통이더라도, 게이트-소스간에는 양의 전압이 인가되는데 비하여, 실시의 형태 3과 관련되는 정류기(102)에서는, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th1의 범위에서, 게이트-소스간의 전압 Vgs=0이다. 그 때문에, 실시의 형태 2와 관련되는 정류기(102)보다, 드레인-소스간으로의 직류 전류의 누설이 억제되고, RF-DC 변환 효율의 저하가 억제된다.
정류기(102)에 입력되는 고주파 전력이 크고, 전압 Vdc가 높기 때문에, 전압 Vdc>임계치 전압 Vdi_th1의 경우, 다이오드(43)는 온이다. 그 때문에, FET 스위치(40)의 게이트 단자에는 Vdc-Vdi_th1이 인가된다. FET 스위치(40)의 게이트­소스간 전압 Vgs가 FET 스위치(40)의 임계치 전압 VFET_th 이하인 경우, 즉, Vdc-Vdi_th1≤VFET_th일 때, FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 비도통이기 때문에, 직류 전류는, 드레인-소스간에 누설되지 않고, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 동등한 정류기(100)의 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다.
FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs가 FET 스위치(40)의 임계치 전압 VFET_th보다 큰 경우, 즉, Vdc-Vdi_th1>VFET_th일 때, FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 도통한다. 이 경우에, 정류 소자(11)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는 출력 단자(6)에 접속된 부하와 FET 스위치(40)의 드레인-소스간 임피던스의 병렬 임피던스이다. FET 스위치(40)의 드레인-소스간의 임피던스는, 10Ω 미만의 값이다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스가 낮아지면, 전압 Vdc와, 정류 소자(11)에 인가되는 고주파 전압 진폭은 작아진다. 실시의 형태 1과 마찬가지로, 드레인-소스간의 도통과 비도통이 전환됨으로써, 전압 Vdc는, VFET_th+Vdi_th1에 수렴한다. VFET_th+Vdi_th1이 정류 소자(11)의 역 내전압 이하의 값이 되도록, VFET_th 및 Vdi_th1이 정해진다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 정류기(102)는, 다이오드(43) 대신에, 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(431)를 구비하더라도 좋다. 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(431)의 순방향은, 정류부(1)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된 일단으로부터, FET 스위치(40)의 게이트 단자에 접속된 타단으로 향하는 방향이다. 다이오드(431)의 임계치 전압의 합계가, 도 11의 다이오드(43)의 임계치 전압 Vdi_th1에 상당한다. 따라서, 다이오드(431)의 개수를 바꿈으로써, 임계치 전압 Vdi_th1을 바꾸는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태 3과 관련되는 정류기(102)에 의하면, 임피던스 가변부(4)를 마련함으로써, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압을, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하로 할 수 있다. 또한, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th1의 범위에서, 게이트-소스간 전압 Vgs=0이기 때문에, 정류기(102)의 RF-DC 변환 효율의 저하가 억제된다.
실시의 형태 4.
상술한 바와 같이, 정류기는, 렉테나 장치(10)로 한정되지 않고 임의의 장치에 탑재 가능하다. 또한 정류기의 회로 구성은, 실시의 형태 1~3의 예로 한정되지 않는다. 풀다운 회로는, 임피던스 가변부(4)가 갖는 스위칭 소자의 제어 단자에, 전압 Vdc에 따른 접지 전압 또는 음전압을 인가하는 임의의 회로이다. 도 13에 나타내는 실시의 형태 4와 관련되는 정류기(103)가 구비하는 임피던스 가변부(4)는, 도 9에 나타내는 정류기(102)가 구비하는 임피던스 가변부(4)의 구성에 더하여, 저항(44)과, 저항(45)을 더 구비한다. 저항(42, 44, 45)과 다이오드(43)로 풀다운 회로를 구성한다.
저항(44)의 일단은, 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된다. 저항(44)의 타단은 FET 스위치(40)의 소스 단자에 접속된다. 다시 말해, 소스 단자는 저항(44)을 거쳐서 출력 단자(6)에 접속되기 때문에, 저항(44)은 FET 스위치(40)의 드레인 단자와 소스 단자의 사이에 병렬로 접속된다. 저항(45)의 일단은 접지되고, 타단은 FET 스위치(40)의 소스 단자에 접속된다. 다시 말해, 저항(44)과 FET 스위치(40)의 소스 단자의 접점은, 저항(45)을 거쳐서 접지된다.
정류기(103)의 동작에 대하여 설명한다. 도 14에 FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs와 전압 Vdc의 관계도를 나타낸다. 도 14의 Vdi_th2가 정류기(103)의 다이오드(43)의 임계치 전압이다. 정류기(103)에 있어서, 전압 Vdc≤Vdi_th2ㆍ{(R44+R45)/R44}의 범위에서는, FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs는 음의 값이다. 또 상기 식에 있어서, R44는, 저항(44)의 저항치를 나타내고, R45는, 저항(45)의 저항치를 나타낸다.
정류기(103)의 다이오드(43)의 임계치 전압을 Vdi_th2로 하면, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th2일 때, 다이오드(43)는 오프이다. 이때, FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs는, Vgs=-VdcㆍR45/(R44+R45), 즉 음의 값이다. FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 비도통이 되기 때문에, 직류 전력은 드레인-소스간에 누설되지 않고, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 동등한 정류기(100)의 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다.
전압 Vdc>임계치 전압 Vdi_th2일 때, 다이오드(43)는 온이다. 이때, FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압, Vgs={VdcㆍR44/(R44+R45)}-Vdi_th2이다. FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs가 FET 스위치(40)의 임계치 전압 VFET_th 이하인 경우, 다시 말해 {VdcㆍR44/(R44+R45)}-Vdi_th2≤VFET_th일 때, FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 비도통이 된다. 그 때문에, 직류 전류는 드레인-소스간에 누설되지 않고, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 동등한 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다.
FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs가 FET 스위치(40)의 임계치 전압 VFET_th보다 큰 경우, 즉, {VdcㆍR44/(R44+R45)}-Vdi_th2>VFET_th일 때, FET 스위치(40)의 드레인-소스간은 도통한다. 이 경우에, 정류 소자(11)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는 출력 단자(6)에 접속된 부하와 FET 스위치(40)의 드레인-소스간 임피던스의 병렬 임피던스이다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스가 낮아지면, 전압 Vdc와, 정류 소자(11)에 인가되는 고주파 전압 진폭은 작아진다. 실시의 형태 1~3과 마찬가지로, 드레인-소스간의 도통과 비도통이 전환됨으로써, 전압 Vdc는 (Vdi_th2+VFET_th)ㆍ(R44+R45)/R44에 수렴한다. (Vdi_th2+VFET_th)ㆍ(R44+R45)/R44가, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하가 되도록, Vdi_th2, VFET_th, R44, R45의 값이 정해진다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 정류기(103)는, 다이오드(43) 대신에, 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(431)를 구비하더라도 좋다. 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(431)의 순방향은, 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된 일단으로부터, FET 스위치(40)의 게이트 단자에 접속된 타단으로 향하는 방향이다. 다이오드(431)의 임계치 전압의 합계가, 도 13의 다이오드(43)의 임계치 전압 Vdi_th2에 상당한다. 따라서, 다이오드(431)의 개수를 바꿈으로써, 임계치 전압 Vdi_th2를 바꾸는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태 4와 관련되는 정류기(103)에 의하면, 임피던스 가변부(4)를 마련함으로써, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압을, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하로 할 수 있다. 또한, 전압 Vdc≤Vdi_th2ㆍ{(R44+R45)/R44}의 범위에서는, FET 스위치(40)의 게이트-소스간의 전압 Vgs는 음전압이기 때문에, 정류기(103)의 RF-DC 변환 효율의 저하가 억제된다.
실시의 형태 5.
상술한 바와 같이, 정류기는, 렉테나 장치(10)로 한정되지 않고 임의의 장치에 탑재 가능하다. 또한 정류기의 회로 구성은, 실시의 형태 1~4의 예로 한정되지 않는다. 풀다운 회로는, 임피던스 가변부(4)가 갖는 스위칭 소자의 제어 단자에, 전압 Vdc에 따른 접지 전압 또는 음전압을 인가하는 임의의 회로이다. 도 16에 나타내는 실시의 형태 5와 관련되는 정류기(104)가 구비하는 임피던스 가변부(4)는, 도 15에 나타내는 정류기(103)가 구비하는 임피던스 가변부(4)가 갖는 저항(45) 대신에, 다이오드(46)를 구비한다. 다이오드(46)의 캐소드는 접지되고, 애노드는 FET 스위치(40)의 소스 단자에 접속된다. 다시 말해, 소스 단자가 저항(44)을 거쳐서 출력 단자(6)에 접속되고, 저항(44)과 FET 스위치(40)의 소스 단자의 접속점은 다이오드(46)를 거쳐서 접지된다.
정류기(104)의 동작에 대하여 설명한다. 정류기(104)의 다이오드(46)의 임계치 전압을 Vdi_th3으로 한다. 또 다이오드(46)의 임계치 전압 Vdi_th3은 다이오드(43)의 임계치 전압 Vdi_th2보다 낮은 것으로 한다. 즉, Vdi_th3<Vdi_th2가 성립된다. 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th3일 때, 다이오드(46)는 오프이고, 임피던스 가변부(4)의 직류 임피던스는 개방으로 간주할 수 있는 값이다. 전압 Vdc≥임계치 전압 Vdi_th3의 경우, 다이오드(46)는 온이고, 임피던스 가변부(4)의 직류 임피던스는 단락으로 간주할 수 있는 값이다.
정류기(104)의 FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs는, 다이오드(46) 및 다이오드(43)가 오프일 때 Vdc≤Vdi_th3, Vgs=-Vdc로 음의 값이 된다. 다이오드(46)가 온이고 다이오드(43)가 오프일 때, 즉, Vdi_th3<Vdc<Vdi_th2가 성립되는 경우, 게이트-소스간의 전압 Vgs=-Vdi_th3으로 음의 값이 된다. 다이오드(46) 및 다이오드(43)가 온일 때, 즉, Vdc≥Vdi_th2가 성립되는 경우, 게이트-소스간 전압 Vgs=Vdc-(Vdi_th2+Vdi_th3)이 된다.
정류기(104)는, 정류기(103)와 마찬가지로, 전압 Vdc<게이트-소스간의 전압 Vdi_th2의 범위에 있어서 FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs가 음의 값이기 때문에, 드레인-소스간으로의 직류 전류의 누설량을 더 저감할 수 있고, RF-DC 변환 효율의 저하를 저감하는 것이 가능하다.
또한, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th3의 범위에서는, 정류기(104)에 있어서의 FET 스위치(40)의 게이트-소스간 전압 Vgs=-Vdc이고, 정류기(103)의 게이트-소스간 전압 Vgs=-VdcㆍR45/(R44+R45)보다 낮다. 그 결과, 정류기(103)보다, 드레인-소스간으로의 직류 전류의 누설량을 더 저감할 수 있고, RF-DC 변환 효율의 저하를 저감하는 것이 가능하다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 정류기(104)는, 다이오드(43) 대신에, 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(431)를 구비하더라도 좋다. 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(431)의 순방향은, 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된 일단으로부터, FET 스위치(40)의 게이트 단자에 접속된 타단으로 향하는 방향이다. 다이오드(431)의 임계치 전압의 합계가, 도 16의 다이오드(43)의 임계치 전압 Vdi_th2에 상당한다. 따라서, 다이오드(431)의 개수를 바꿈으로써, 임계치 전압 Vdi_th2를 바꾸는 것이 가능하다. 또한, 정류기(104)는, 다이오드(46) 대신에, 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(461)를 구비하더라도 좋다. 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(461)의 순방향은, FET 스위치(40)의 소스 단자에 접속된 일단으로부터, 접지된 타단으로 향하는 방향이다. 다이오드(461)의 임계치 전압의 합계가, 도 16의 다이오드(46)의 임계치 전압 Vdi_th3에 상당한다. 따라서, 다이오드(461)의 개수를 바꿈으로써, 임계치 전압 Vdi_th2를 바꾸는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태 5와 관련되는 정류기(104)에 의하면, 임피던스 가변부(4)를 마련함으로써, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압을, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하로 할 수 있다. 또한, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th3의 범위에서는, 정류기(104)에 있어서의 FET 스위치(40)의 게이트-소스간의 전압 Vgs=-Vdc이기 때문에, 정류기(104)의 RF-DC 변환 효율의 저하가 억제된다.
실시의 형태 6.
상술한 바와 같이, 정류기는, 렉테나 장치(10)로 한정되지 않고 임의의 장치에 탑재 가능하다. 또한 정류기의 회로 구성은, 실시의 형태 1~5의 예로 한정되지 않는다. 도 18에 나타내는 실시의 형태 6과 관련되는 정류기(105)가 구비하는 임피던스 가변부(4)는, 다이오드(47)를 갖는다. 다이오드(47)는, 직류 전력의 극성에 따른 방향으로 마련된다. 정류기(105)에서는, 직류 전력의 전압은 양전압이기 때문에, 다이오드(47)의 애노드는 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속되고, 캐소드는 접지된다.
정류기(105)의 동작에 대하여 설명한다. 정류기(105)의 다이오드(47)의 임계치 전압을 Vdi_th4로 하면, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th4의 경우, 다이오드(47)는 오프이고, 임피던스 가변부(4)의 직류 임피던스는 개방으로 간주할 수 있는 값이다. 이 경우, 직류 전류는, 임피던스 가변부(4)에 누설되지 않고, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 동등한 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다. 전압 Vdc≥임계치 전압 Vdi_th4의 경우, 다이오드(47)는 온이고, 임피던스 가변부(4)의 직류 임피던스는, 단락으로 간주할 수 있는 값, 예컨대, 10Ω 미만의 값이다. 이때, 직류 전류의 일부는, 임피던스 가변부(4)에 누설된다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는, 다이오드(47)가 오프인 경우보다, 낮아진다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스가 낮아지면, 전압 Vdc가 낮아지고, 정류 소자(11)에 인가되는 고주파 전압 진폭은 작아진다.
다이오드(47)가 온이 되면, 전압 Vdc는 내려간다. 그 결과, 전압 Vdc≤임계치 전압 Vdi_th4가 되면, 다이오드(47)는 오프가 된다. 다이오드(47)가 오프가 되면, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 직류 임피던스는, 다이오드(47)가 온인 경우보다 높아지고, 전압 Vdc가 높아진다. 전압 Vdc가 높아져, 전압 Vdc>임계치 전압 Vdi_th4가 되면, 상술한 바와 같이 다이오드(47)가 온이 된다. 다이오드(47)가 온과 오프를 반복함으로써, 전압 Vdc는, 임계치 전압 Vdi_th4에 수렴한다. 임계치 전압 Vdi_th4는, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하의 값이 되도록 정해진다. 그 결과, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압은, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하가 된다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 정류기(105)는, 다이오드(47) 대신에, 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(471)를 구비하더라도 좋다. 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(471)의 순방향은, 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된 일단으로부터, 접지된 타단으로 향하는 방향이다. 다이오드(471)의 임계치 전압의 합계가, 도 18의 임계치 전압 Vdi_th4에 상당한다. 따라서, 다이오드(471)의 개수를 바꿈으로써, 임계치 전압 Vdi_th3을 바꾸는 것이 가능하다.
도 20에 나타내는 정류기(106)에 있어서는, 정류부(1)가 출력하는 직류 전압의 극성이, 정류기(105)와 상이하다. 정류부(1)는, 다이오드인 정류 소자(12)를 갖는다. 정류 소자(12)는, 정류부(1)가 음의 직류 전압을 출력하는 방향으로 배치된다. 즉, 정류 소자(12)의 애노드는, 입력 필터(2)의 출력단 및 출력 필터(3)의 입력단에 접속되고, 정류 소자(12)의 캐소드는 접지된다. 임피던스 가변부(4)는, 다이오드(48)를 갖는다. 다이오드(48)의 애노드는 접지되고, 캐소드는 정류부(1)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된다. 상세하게는, 다이오드(48)의 캐소드는, 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된다.
정류기(106)의 동작에 대하여 설명한다. 정류기(106)에 고주파 전력이 입력되면, 정류기(106)는, 출력 단자로부터 음전압인 전압 Vdc를 출력한다. 고주파 전력이 높을수록, 음전압인 전압의 절대치 ｜Vdc｜가 커진다.
전압 Vdc의 절대치가 다이오드(48)의 임계치 전압 이하인 경우, 다이오드(48)는 오프이기 때문에, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는 개방으로 간주할 수 있는 값이다. 전압 Vdc의 절대치가 다이오드(48)의 임계치 전압보다 큰 경우, 다이오드(48)는 온이기 때문에, 임피던스 가변부(4)의 임피던스는 단락으로 간주할 수 있는 값, 예컨대, 10Ω 미만의 값이다. 정류기(105)와 마찬가지로, 다이오드(48)가 온과 오프를 반복함으로써, 전압 Vdc의 절대치는, 다이오드(48)의 임계치 전압에 수렴한다. 다이오드(48)의 임계치 전압은, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하가 되도록 정해진다. 그 결과, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압은, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하가 된다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 정류기(106)는, 다이오드(48) 대신에, 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(481)를 구비하더라도 좋다. 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(481)의 순방향은, 출력 필터(3)와 출력 단자(6)의 접속점에 접속된 일단에, 접지된 타단으로부터 향하는 방향이다. 다이오드(481)의 임계치 전압의 합계가, 도 20의 다이오드(48)의 임계치 전압 Vdi_th4에 상당한다. 따라서, 다이오드(481)의 개수를 바꿈으로써, 임계치 전압 Vdi_th4를 바꾸는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태 6과 관련되는 정류기(105, 106)에 의하면, 임피던스 가변부(4)를 마련함으로써, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압을, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하로 할 수 있다.
실시의 형태 7.
상술한 바와 같이, 정류기는, 렉테나 장치(10)로 한정되지 않고 임의의 장치에 탑재 가능하다. 또한 정류기의 회로 구성은, 실시의 형태 1~6으로 한정되지 않는다. 도 22에 나타내는 실시의 형태 7과 관련되는 정류기(107)가 구비하는 임피던스 가변부(4)는, 저항치가 온도에 대하여 음의 상관을 갖고 변화하는 회로 소자의 일례인 서미스터(49)를 구비한다.
도 23에 서미스터(49)의 저항치와 온도의 관계도를 나타낸다. 서미스터(49)는 온도의 상승에 대하여 저항치가 저하하는 특성을 갖는 소자이다. 다시 말해, 정류기(107)가 출력하는 전압 Vdc의 증대에 따라 전류가 커지면, 그 전류에 의해 발생하는 온도 상승에 의해 서미스터(49)의 저항치가 감소한다.
정류기(107)의 동작에 대하여 설명한다. 정류기(107)에 입력되는 고주파 전력이 충분히 낮을 때에는 전압 Vdc와 전류는 낮고, 온도가 낮아진다. 그 때문에, 서미스터(49)의 임피던스는 개방으로 간주할 수 있는 값이다. 이것에 의해, 정류 소자(11)로부터 본 출력측의 회로의 임피던스는, 출력 단자(6)에 접속된 부하이다. 직류 전류는 서미스터(49)에 누설되지 않기 때문에, 임피던스 가변부(4)가 마련되어 있지 않은 경우와 동등한 RF-DC 변환 효율을 얻을 수 있다.
정류기(107)에 입력되는 고주파 전력이 커짐에 따라, 전압 Vdc가 높아지고, 전압 Vdc의 상승에 수반하여 전류가 증대된다. 전류의 증대에 의해 발생하는 온도 상승에 수반하여 서미스터(49)의 저항치가 감소한다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 임피던스는 출력 단자(6)에 접속된 부하와 서미스터(49)의 저항치의 병렬 임피던스가 된다. 다시 말해, 고주파 전력이 낮은 경우와 비교하여, 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 임피던스는 낮아진다. 정류부(1)로부터 본 출력측의 회로의 임피던스가 낮아지면, 전압 Vdc와, 정류 소자(11)에 인가되는 고주파 전압 진폭은 작아진다. 그 때문에, 입력되는 고주파 전력이 커지더라도, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압을 억압할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태 7과 관련되는 정류기(107)에 의하면, 임피던스 가변부(4)를 마련함으로써, 정류 소자(11)에 인가되는 역방향 전압을, 정류 소자(11)의 역 내전압 이하로 할 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시의 형태로 한정되지 않는다. 입력 필터(2) 및 출력 필터(3)는 또한, 선로 길이가 짝수 차 고조파의 1/4 파장인 오픈 스터브 및 선로 길이가 홀수 차 고조파의 1/4 파장인 오픈 스터브 중 적어도 어느 하나를 구비하더라도 좋다.
임피던스 가변부(4)가 갖는 스위칭 소자는, FET 스위치(40)로 한정되지 않고, 제어 단자에 인가되는 제어 신호에 따라 전로의 도통과 비도통을 전환하는 임의의 스위칭 소자이고, 예컨대 바이폴라 트랜지스터이더라도 좋다. 상술한 실시의 형태에서는, FET 스위치(40)는, VFET_th에 있어서 순간적으로 FET 스위치(40)의 드레인-소스간의 도통과 비도통이 전환되지만, 전압에 대한 임피던스의 변화량의 경사도가 완만한 스위칭 소자를 이용하더라도 좋다. 이 경우, 과도 응답에서의 전압 및 전류의 오버슈트가 억제된다.
실시의 형태 2와 관련되는 정류기(101)가 갖는 분압 회로의 분압비는 임의로 정할 수 있다. 또한 분압 회로는, 저항 분할, 용량 분할 등의 임의의 방법으로 분압을 행한다.
본 발명은, 본 발명의 광의의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이, 다양한 실시의 형태 및 변형이 가능하게 되는 것이다. 또한, 상술한 실시의 형태는, 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 즉, 본 발명의 범위는, 실시의 형태가 아닌, 특허 청구의 범위에 의해 나타내어진다. 그리고, 특허 청구의 범위 내 및 그것과 동등한 발명의 의의의 범위 내에서 실시되는 다양한 변형이, 본 발명의 범위 내로 간주된다.
본 출원은, 2017년 11월 15일에 출원된, 일본 특허 출원 2017-219950호에 근거한다. 본 명세서 중에 일본 특허 출원 2017-219950호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 전체를 참조로서 포함하는 것으로 한다.
1 : 정류부
2 : 입력 필터
3 : 출력 필터
4 : 임피던스 가변부
5 : 입력 단자
6 : 출력 단자
7 : 안테나
10 : 렉테나 장치
11, 12 : 정류 소자
21 : 전송 선로
22 : 오픈 스터브
23 : 오픈 스터브
24 : 직류 블록용 용량 소자
31 : 전송 선로
32 : 오픈 스터브
33 : 오픈 스터브
34 : 평활화 용량 소자
40 : FET 스위치
41, 42, 44, 45 : 저항
43, 46, 47, 48, 431, 461, 471, 481 : 다이오드
49 : 서미스터
100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 : 정류기

Claims (8)

  1. 입력 단자로부터 입력된 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력 단자로부터 출력하는 정류기로서,
    정류 소자를 갖고, 상기 고주파 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 출력 단자에 출력하는 정류부와,
    일단이 상기 정류부와 상기 출력 단자의 접속점에 접속되고, 타단에 기준 전압이 인가되고, 임피던스가, 상기 직류 전력의 전압의 절대치에 대하여 음의 상관을 갖고 변화하는 임피던스 가변부
    를 구비하고,
    상기 임피던스 가변부의 임피던스는, 상기 직류 전력의 전압의 절대치가, 상기 정류 소자의 역 내전압(reverse withstand voltage)의 절대치 이하의 정해진 값보다 큰 경우는, 상기 정류부로부터 보아 단락으로 간주할 수 있는 값인
    정류기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스는, 상기 직류 전력의 전압의 절대치가 미리 정해진 값 미만인 경우는 상기 정류부로부터 보아 개방으로 간주할 수 있는 값인 정류기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 임피던스 가변부는, 제어 단자에 인가되는 제어 신호에 의해 전로(電路)의 도통과 비도통을 전환하는 스위칭 소자를 갖는 정류기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 임피던스 가변부는, 상기 직류 전력의 전압을 분압하여 상기 제어 단자에 인가하는 분압 회로를 더 구비하는 정류기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 임피던스 가변부는, 상기 직류 전력의 전압에 따른 접지 전압 또는 음전압을 상기 제어 단자에 인가하는 풀다운 회로를 더 갖는 정류기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 임피던스 가변부는, 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드를 갖고, 상기 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드의 일단이 상기 정류부와 상기 출력 단자의 접속점에 접속되고, 상기 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드의 타단에 기준 전압이 인가되고,
    상기 직류 전력의 전압이 양전압인 경우, 상기 정류부와 상기 출력 단자의 접속점에 접속된 상기 일단으로부터, 상기 기준 전압이 인가되는 상기 타단으로 향하는 방향이 상기 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드의 순방향이고,
    상기 직류 전력의 전압이 음전압인 경우, 상기 정류부와 상기 출력 단자의 접속점에 접속된 상기 일단으로부터, 상기 기준 전압이 인가되는 상기 타단으로 향하는 방향이 상기 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드의 역방향인
    정류기.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 임피던스 가변부는, 저항치가 온도에 대하여 음의 상관을 갖고 변화하는 회로 소자를 갖는 정류기.
  8. 고주파를 수신하는 안테나와,
    상기 고주파의 전력을 직류 전력으로 변환하는 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 정류기
    를 구비하는 렉테나(rectenna) 장치.
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