KR20200143507A - 무선 송전 장치 및 공중 이동체로의 송전 시스템 - Google Patents

무선 송전 장치 및 공중 이동체로의 송전 시스템 Download PDF

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Abstract

[과제] 공중 이동체에 송전하는 무선 송전 장치에 있어서, 공중 이동체가 존재하는 방향으로 높은 정밀도로 전파를 방사하지 못하여, 무선 송전의 효율이 저하된다.
[해결 수단] 방사하는 전파로 전력을 송전하는 지향 방향을 변경할 수 있는, 전파를 방사하는 복수의 소자 안테나(27)와, 송신 신호의 위상을 변화시키는 이상기(29) 및 송신 신호를 증폭하는 증폭기(28)를 가진 복수의 소자 모듈(24),(26)을 가진 페이즈드 어레이 안테나인 송전 안테나(1A)와, 송전 대상인 공중 이동체(3A)가 존재하는 방향인 방사 방향을 결정하는 방사 방향 결정부(38)와, 방사 방향으로 송전 안테나의 지향 방향을 향하게 하는 지향 방향 변경부(22A)와, 송전 안테나(1A)로부터 전파로서 송신되는 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부(23)를 구비한다. 이상기(29)의 위상 오프셋 값이, 송전 안테나(1A)의 상공에서 정지하는, 전파 계측부(15)가 탑재된 공중 이동체를 이용한 REV법에 의해 구해지고 있다.

Description

무선 송전 장치 및 공중 이동체로의 송전 시스템{WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICE AND POWER TRANSMISSION SYSTEM TO AN AERIAL MOVING BODY}
본 발명은, 전파에 의해 무선으로 전력을 송전하는 무선 송전 장치 및 공중 이동체로의 송전 시스템에 관한 것이다.
복수의 소자 안테나로부터 방사되는 마이크로파를 제어하는 것에 의해 송전 마이크로파 빔의 방향을 제어하여 송전하는 시스템이 개발되어 있다(비특허문헌 1 참조). 이 시스템은, 마이크로파 등의 주파수 대역의 전파를 이용하여 먼 곳에 전력을 송전하는 것을 목적으로 하여 개발되어 있다. 이 시스템에서는, 빔 제어에는 진폭 모노펄스법과 소자 전계 벡터 회전법(Rotating Element Electric Field Vector (REV) Method, REV법)을 이용하고 있다. 진폭 모노펄스법과 REV법을 이용함으로써, 마이크로파를 이용한 고효율의 무선 전력 전송이 실현되고 있다. 수전측으로부터 송전 마이크로파의 송신 방향을 가이드하는 파일럿 신호를 송신하고, 진폭 모노펄스법에 의해 파일럿 신호의 도래 방향을 각 송전 패널에서 검지하고, 그 방향으로 마이크로파를 방사한다. REV법에 의해, 각 송전 패널 사이의 단차에 상당하는 광로 길이를 검지하여 보정한다. 송전하는 마이크로파의 빔 방향이나 방사 패턴은, 모니터 안테나를 2차원으로 이동 가능한 XY 스캐너에 장착하여, 전파가 방사되는 에리어를 스캔함으로써 측정되고 있다.
수중 환경 하에서 이동체에 급전하는 급전 시스템으로서, 급전되는 이동체를 전자계 에너지가 커지는 방향으로 이끌어 무선 급전을 받는 급전 위치에 유도하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에서는, 송전을 위한 안테나를 통신에도 사용하는 것이 제안되어 있다. 특허문헌 1의 도 11에서는 송신 안테나(11-1)의 안에 통신 기능(150)이 있고, 도 12에서는 수신 안테나(21-1)의 안에 통신 기능(250)이 있도록 그려져 있다. 그러나, 송전을 위한 안테나를 통신에도 사용하는 구체적인 구성은, 특허문헌 1에는 기술되어 있지 않다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2016-127678
비특허문헌 1 : 마키노 카츠미 외 : "SSPS의 실현을 향한 높은 정밀도의 마이크로파 빔 방향 제어 장치의 개발과 그 기술 실증 시험", 전자 정보 통신 학회 기보, SANE 2015-22, pp. 37-42, June 2015.
전파가 반사되는 환경에서는, 멀티 패스의 영향이 있다. 그 때문에, 안테나의 방사 패턴을 높은 정밀도로 측정하는 것은 어렵다. 또한, 높은 정밀도의 안테나 방사 패턴을 측정하는 경우는, 전파가 반사되기 어려운 전파 암실의 환경에서 측정된다. 그러나, 전파 암실의 환경에 있어서도, 적지만 멀티 패스의 영향을 받는다. 그 때문에, 필요한 정밀도로 측정할 수 없는 일이 있다. 또한, 공중 이동체에 송전하는 무선 송전 장치에 있어서, 공중 이동체가 존재하는 방향으로 높은 정밀도로 전파를 방사할 수 없어, 무선 송전의 효율이 저하한다고 하는 과제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 드론 등의 공중 이동체를 이용하여, 높은 정밀도로 안테나가 방사하는 전파를 측정하는 전파 계측 시스템, 및 공중 이동체에 송전하는 안테나로부터 방사되는 전파를 종래보다 높은 정밀도로 제어하는 무선 송전 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명과 관련되는 무선 송전 장치는, 방사하는 전파로 전력을 송전하는 지향 방향을 변경할 수 있는 송전 안테나와, 송전 대상인 공중 이동체가 존재하는 방향인 방사 방향을 결정하는 방사 방향 결정부와, 방사 방향으로 송전 안테나의 지향 방향을 향하게 하는 지향 방향 변경부와, 송전 안테나로부터 전파로서 송신되는 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부를 구비한다.
송전 안테나가, 전파를 방사하는 복수의 소자 안테나와, 송신 신호의 위상을 변화시키는 이상기 및 송신 신호를 증폭하는 증폭기를 갖는, 결정된 개수의 소자 안테나마다에 마련된 복수의 소자 모듈을 갖는 페이즈드 어레이 안테나이다. 지향 방향 변경부가, 이상기의 위상 지령치를 제어하는 것이다. 이상기마다의 위상 오프셋 값이, 송전 안테나의 상공에서 정지하는, 전파를 수신하는 계측용 안테나 및 계측용 안테나가 수신하는 전파의 진폭을 포함하는 수신 전파 데이터를 계측하는 전파 계측부가 탑재된 공중 이동체를 이용한 REV법에 의해 구해지고 있다.
본 발명과 관련되는 무선 송전 장치에 의하면, 종래보다 높은 정밀도로 공중 이동체가 존재하는 방향으로 전파를 방사할 수 있어, 무선 송전의 효율을 종래보다 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 개념도이다.
도 2는 실시의 형태 1과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 구성도이다.
도 3은 실시의 형태 1과 관련되는 전파 계측 시스템을 구성하는 공중 이동체의 전원 계통의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 실시의 형태 1과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 5는 실시의 형태 1과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 다른 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 개념도이다.
도 7은 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 8은 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의해 송전되는 전력을 수전하는 공중 이동체의 전원 계통의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 9는 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템에서의 송전 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 11은 실시의 형태 3과 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템에서의 송전 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 13은 실시의 형태 4와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템에 있어서 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 5와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 구성도이다.
도 15는 실시의 형태 5와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 17은 실시의 형태 6과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의해 송전되는 전력을 수전하는 공중 이동체의 전원 계통의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 18은 본 발명의 실시의 형태 7과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 19는 본 발명의 실시의 형태 8과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 개념도이다.
도 20은 실시의 형태 8과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 구성도이다.
도 21은 실시의 형태 8과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 수순을 설명하는 플로차트이다.
실시의 형태 1.
실시의 형태 1과 관련되는 전파 측정 시스템의 구성에 대하여, 도 1과 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 개념도이다. 도 2는 실시의 형태 1과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 구성도이다. 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템에 의한 무선 송전 장치가 방사하는 전파의 측정은, 옥외 등의 전파 환경이 좋은 장소에서 실시된다.
복수(도 1의 예에서는 4대)의 송전 장치(1)에서, 옥외에서 상공 방향으로 송전 전파(2)를 방사한다. 송전 장치(1)는, 방사하는 전파에 의해 전력을 송전하는 송전 안테나를 갖는 무선 송전 장치이다. 송전 장치(1)의 상공의 공간에 형성되는 송전 전파(2)에 의한 전계 및 자계의 2차원 및 3차원의 강도 분포(방사 패턴, 전파의 형상 또는 빔 형상이라고 부른다)는, 드론(3)을 사용하여 계측한다. 또, 드론이란, 원격 조작이나 자동 제어에 의해 비행(공중 이동)할 수 있는 무인 항공기의 총칭이다. 드론(3)은, 사람 또는 컴퓨터에 의해 이동체 지령 장치(4)를 통해서 제어된다.
드론(3)은, 비행 제어 장치(5), 기내 통신 안테나(6), 무선 모뎀(7), 드론 전원 시스템(8)을 갖는다. 비행 제어 장치(5)는, 공중을 이동 또는 정지하기 위해 드론(3)이 갖는 기구를 제어한다. 기내 통신 안테나(6)는, 통신을 위한 전파를 송신 및 수신한다. 무선 모뎀(7)은, 기내 통신 안테나(6)를 사용하여 통신한다. 드론 전원 시스템(8)은, 드론(3)이 비행, 통신 및 전파의 빔 형상을 계측할 때에 사용하는 전력을 관리한다. 드론(3)이 공중을 이동 또는 정지하기 위한 기구를 대표하는 것으로서, 도면에는 동력원이 되는 구동 모터(9)를 표시한다. 이동체 지령 장치(4)는, 드론(3)과 통신할 수 있도록, 무선 모뎀(10) 및 통신 안테나(11)를 갖는다. 이들 장치는, 드론(3) 및 이동체 지령 장치(4)가 통상 구비하는 것이다. 이동체 지령 장치(4)가 갖는 무선 모뎀(10) 및 통신 안테나(11)와, 드론(3)이 갖는 기내 통신 안테나(6) 및 무선 모뎀(7)은, 이동체 통신계(12)를 구성한다. 이동체 통신계(12)에 의해, 드론(3)은 제어된다.
또한, 드론(3)에는, 송전 전파(2)가 형성하는 빔 형상을 나타내는 빔 형상 데이터(71)를 계측하기 위한 탑재 장치(13)가 탑재되어 있다. 탑재 장치(13)는, 모니터 안테나(14), 검파기(15), 기내 제어 장치(16), 및 데이터 기억 장치(17)를 갖는다. 모니터 안테나(14)는, 송전 전파(2)를 수신한다. 모니터 안테나(14)는, 송전 장치(1)가 방사하는 전파를 수신하는 계측용 안테나이다. 검파기(15)는, 모니터 안테나(14)가 수신한 전파를 검파하여 전파의 위상이나 진폭을 계측한다. 기내 제어 장치(16)는, 검파기(15)를 제어하고 측정한 검파 데이터(73)를 관리한다. 데이터 기억 장치(17)는, 검파 데이터(73) 등을 기억하는 기억 장치이다. 탑재 장치에 포함되는 기기나 장치 및 기내 제어 장치에서 실행되는 처리를 나타내는 기능부 등은, 드론에 탑재된다.
검파기(15)에서 검파 데이터(73)를 계측하는 것 등을 위한 계측 커맨드(72)는, 이동체 지령 장치(4)로부터 이동체 통신계(12) 및 비행 제어 장치(5)를 거쳐서, 기내 제어 장치(16)에 보내어진다. 기내 제어 장치(16)는, 계측 커맨드(72)에 의한 지시에 따라 검파기(15)를 제어한다.
검파 데이터(73)에는, 송전 전파(2)의 진폭 및 위상의 어느 한쪽 또는 양쪽이 적어도 포함된다. 검파 데이터(73)는, 모니터 안테나(14)가 수신하는 송전 전파(2)의 진폭 및 위상을 포함하는 수신 전파 데이터이다. 검파기(15)는, 수신 전파 데이터를 계측하는 전파 계측부이다.
기내 제어 장치(16)와 비행 제어 장치(5)의 사이는 유선 또는 근거리 무선으로 연결되어, 쌍방향으로 데이터 및 커맨드의 송수신이 가능하다. 드론(3)에는, 드론(3)의 위치를 측위하는 GPS(Global Positioning System) 수신기 등의 측위 센서(18)가 구비된다. 측위 센서(18)가 계측한 위치 데이터(74)는, 비행 제어 장치(5)를 거쳐서 기내 제어 장치(16)에 보내어진다. 검파 데이터(73)는, 검파 데이터(73)를 계측한 시점, 즉 전파를 수신한 시점의 드론(3)의 위치를 나타내는 위치 데이터(74)와 세트로 한 위치 부가 검파 데이터(70)를 포함하는 측정 데이터(77)가, 데이터 기억 장치(17)에 기억된다. 위치 데이터(74)는, 검파 데이터(73)를 계측한 시점의 드론(3)의 위치인 계측점 데이터이다. 위치 부가 검파 데이터(70)를, 전파 측정 데이터라고도 부른다. 데이터 기억 장치(17)에 기억된 측정 데이터(77)는, 드론(3)이 착륙한 후에, 측정계 제어 장치(21)에 입력된다.
측정 데이터(77)는, 이동체 통신계(12)를 거쳐서 측정계 제어 장치(21)에 송신되더라도 좋다. 도 2에서는, 이동체 통신계(12)를 거쳐서 측정계 제어 장치(21)에 송신되는 측정 데이터(77) 등의 데이터의 흐름도 나타내고 있다.
이동체 지령 장치(4)는, 계측 커맨드(72) 및 비행 커맨드(75)를, 이동체 통신계(12)에 의해 드론(3)을 향해 송신한다. 계측 커맨드(72)는, 탑재 장치(13)를 제어하는 커맨드이다. 비행 커맨드(75)는, 드론(3)의 비행을 제어하기 위한 커맨드이다. 커맨드란, 기기가 어떻게 동작할지를 지시하는 지령이다. 커맨드를 수신한 기기 혹은 그 제어 장치는, 커맨드로부터 제어 신호를 생성하고, 제어 신호에 의해 기기를 제어한다.
도 3을 참조하여, 드론 전원 시스템(8)의 구성을 설명한다. 도 3은 실시의 형태 1과 관련되는 전파 계측 시스템을 구성하는 공중 이동체의 전원 계통의 구성을 설명하는 블록도이다. 드론 전원 시스템(8)은, 축전 유닛(19)과, 부하측 컨버터(20a, 20b, 20c)를 갖는다. 축전 유닛(19)은, 외부로부터 공급된 직류 전력을 저장한다. 부하측 컨버터(20a, 20b, 20c)는, 축전 유닛(19)에 저장된 직류 전력을 부하 설비가 필요로 하는 전압으로 변환하여 부하 설비에 급전하는 DC-DC 컨버터이다. 부하 설비란, 탑재 장치(13), 비행 제어 장치(5), 무선 모뎀(7) 및 구동 모터(9) 등이다. 부하측 컨버터(20a)는, 변환한 직류 전력을 탑재 장치(13)에 공급한다. 부하측 컨버터(20b)는, 변환한 직류 전력을 비행 제어 장치(5) 및 무선 모뎀(7)에 급전한다. 부하측 컨버터(20c)는, 구동 모터(9)에 급전한다. 또, 탑재 장치(13)에 포함되는 기기가 복수의 전원 전압을 필요로 하는 경우는, 전압마다 복수의 부하측 컨버터를 마련한다. 비행 제어 장치(5) 및 무선 모뎀(7)이 상이한 전원 전압이 필요한 경우는, 각각 다른 부하측 컨버터로부터 급전한다. 또한, 예컨대 탑재 장치(13)와 무선 모뎀(7)이 동일한 전원 전압에서 사용되는 경우는, 동일한 부하측 컨버터로부터 급전하더라도 좋다. 드론(3)이 비행할 수 없게 되는 확률을 작게 하기 위해, 복수의 구동 모터(9) 및 복수의 부하측 컨버터(20c)를 마련하더라도 좋다.
송전 장치(1)가 방사하는 송전 전파(2)를 계측하는 전파 측정 시스템은, 탑재 장치(13)를 탑재한 드론(3)과, 드론(3)을 제어하는 이동체 지령 장치(4)와, 탑재 장치(13)에 포함되는 전파 측정용의 기기를 제어하는 측정계 제어 장치(21)를 갖고 구성된다.
송전 장치(1)는, 송신 신호 생성부(23)와, 1개의 1단계 모듈(24)과, 분배 회로(25)와, 복수 개의 2단계 모듈(26)과, 2단계 모듈(26)마다 마련된 소자 안테나(27)를 갖는다. 송전 제어 장치(22)는 송전 제어 신호(76)를 송전 장치(1)에 보낸다. 송전 제어 신호(76)에 의해, 송전 장치(1)가 송전할지 여부, 어떠한 빔 형상 및 방향으로 송전할지 등을 제어한다. 송신 신호 생성부(23)는, 각 소자 안테나(27)가 전파로서 방사하는 결정된 주파수의 송신 신호를 생성한다. 송신 신호 생성부(23)가 출력하는 송신 신호는, 1단계 모듈(24)에 입력된다. 1단계 모듈(24)에서 증폭 및 위상이 조정된 송신 신호는, 분배 회로(25)에서 분배되어 2단계 모듈(26)에 입력된다. 2단계 모듈(26)에서 증폭 및 위상이 조정된 송신 신호는, 소자 안테나(27)로부터 송전 전파(2)로서 공간에 방사된다. 송신 신호 생성부(23), 1단계 모듈(24) 및 2단계 모듈(26)은, 송전 제어 신호(76)에 의해 제어된다. 1단계 모듈(24) 또는 2단계 모듈(26)을, 소자 모듈이라고 부른다.
1단계 모듈(24)과 2단계 모듈(26)은, 동일한 구성이다. 1단계 모듈(24) 및 2단계 모듈(26)의 각각은, 이상기(28)와, 증폭기(29)를 갖는다. 이상기(28)는, 송신 신호의 위상을 지시치만큼 변화시킨다. 이상기(28)는, 위상의 분해능을 결정하는 비트 수로 정해지는 위상 회전의 피치 폭으로 이산적으로 위상을 변화시킨다. 예컨대 5비트 이상기의 경우는, 360°/25=11.25°의 피치 폭으로 위상을 회전시킨다. 이상기(28)는, 연속적으로 위상을 변화시키는 것이더라도 좋다. 1단계 모듈(24)의 이상기(28)는, 송전 장치(1)에 속하는 복수의 소자 안테나(27)의 위상을 일률적으로 변경할 수 있다. 증폭기(29)는, 송신 신호를 증폭한다.
1개의 송전 장치(1)에 있어서, 각 소자 안테나(27)는 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 또한, 4개의 송전 장치(1)는 서로 인접하도록 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 따라서, 모든 소자 안테나(27)는 매트릭스 형상으로 배치된다.
1개의 송전 장치(1)는, 방사하는 전파의 위상을 제어할 수 있는 복수의 소자 안테나(27)를 갖는 페이즈드 어레이 안테나이다. 또한, 4개의 송전 장치(1)의 집합을 1개의 페이즈드 어레이 안테나(30)로 생각할 수도 있다. 이 실시의 형태 1의 전파 계측 시스템에서는, 페이즈드 어레이 안테나(30)가 방사하는 전파의 빔 형상을 계측한다. 다시 말해, 페이즈드 어레이 안테나(30)가, 빔 형상을 계측하는 대상이 되는 안테나인 피계측 안테나이다. 1개의 송전 장치(1)를 송전 유닛으로 생각하고, 복수 개의 송전 장치(1)의 집합체를 송전 장치로 생각할 수도 있다. 송전 장치(1)는, 복수의 소자 안테나(27)를 복수의 그룹으로 나눈 경우의 1개의 그룹에 대응한다.
동작을 설명한다. 도 4는 실시의 형태 1과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 수순을 설명하는 플로차트이다. 스텝 S01에서, 드론(3)의 이동 패턴을 결정한다. 이동 패턴으로서는, 송전 전파(2)가 방사되는 방향에 수직인 커트면 상에서 2차원적으로 주사하는 패턴으로 한다. 커트면을 송전 장치(1)로부터의 거리가 상이한 복수의 위치로 설정하여, 3차원적으로 전파를 측정한다.
스텝 S02에서, 비행 커맨드(75)를 이동체 통신계(12)에 의해 드론(3)에 보내고, 드론(3)을 이동 패턴 중의 초기 위치로 이동시켜, 정지시킨다. 스텝 S03에서, 송전 장치(1)가 송전을 개시한다. S02와 S03을, 교체하더라도 좋다.
스텝 S04에서, 이동체 통신계(12)에 의해 전해진 계측 커맨드(72)에 따라, 모니터 안테나(14)가 수신하는 송전 전파(2)의 진폭 및 위상을 포함하는 검파 데이터(73)를 측정한다. 동시에 측위 센서(18)가 드론(3)의 위치를 측정한다. 스텝 S05에서, 측정한 검파 데이터(73)와 위치 데이터(74)의 세트인 위치 부가 검파 데이터(70)를, 데이터 기억 장치(17)에 기억시킨다. 스텝 S06에서, 검파 데이터(73)를 아직 측정하지 않은 측정 위치가 있는지 여부를 체크한다. 검파 데이터(73)를 측정하지 않은 측정 위치가 있는 경우(S06에서 예)는, 스텝 S07에서, 비행 커맨드(75)를 이동체 통신계(12)에 의해 드론(3)에 보내고, 드론(3)을 다음의 측정 위치에 이동시키고 정지시킨다. 그리고, 스텝 S04로 돌아간다.
검파 데이터(73)를 측정하지 않은 측정 위치가 존재하지 않는 경우(S06에서 아니오)는, 드론(3)을 지상에 착륙시킨다. 구체적으로는, 스텝 S08에서, 비행 커맨드(75)를 이동체 통신계(12)에 의해 드론(3)에 보내고, 드론(3)을 지상에서 정지시키고, 그 구동 모터(9)를 정지시킨다. 스텝 S09에서, 데이터 기억 장치(17)로부터 위치 부가 검파 데이터(70)를 취득하고, 측정계 제어 장치(21)에 입력한다. 측정계 제어 장치(21)에서는, 스텝 S10에서 송전 장치(1)를 기준으로 하는 상대 위치 데이터(78)로, 위치 데이터(74)를 변환한다. 스텝 S11에서, 검파 데이터(73)를 상대 위치 데이터(78)에 대응지은 빔 형상 데이터(71)를 생성한다. 도 4에 나타내는 플로차트에서의 드론(3)의 동작은, 축전 유닛(19)에 저장된 전력을 사용함으로써 이루어진다. 또, 지상이란 지면의 위뿐만 아니라, 빌딩이나 탑 등의 지상에 설치된 구조물의 위도 포함한다.
드론(3)이 커트면 상을 2차원적으로 주사하므로, 송전 전파(2)의 2차원의 방사 패턴(빔 형상)을 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 또한, 드론(3)이 수직 방향의 고도를 바꾸어 송전 전파(2)를 측정함으로써, 3차원적인 송전 전파(2)의 방사 패턴을 측정할 수 있다.
송전 장치(1)를 기준으로 하는 상대 위치로 변환한 위치 데이터(74)를, 상대 위치 데이터(78)라고 부른다. 상대 위치 데이터(78)는, 위치 데이터(74)를 송전 장치(1)에 대한 상대적인 위치로서 나타낸 전파원 상대 위치 데이터이다. 빔 형상 데이터(71)는, 검파 데이터(73)와 전파원 상대 위치 데이터를 포함하는 방사 전파 데이터이다. 측정계 제어 장치(21)는, 방사 전파 데이터를 생성하는 방사 전파 데이터 생성부이다. 측정계 제어 장치(21)가, 방사 전파 데이터 생성부를 갖는다고 생각하더라도 좋다. 다른 장치가 방사 전파 데이터 생성부인 경우도, 다른 장치가 방사 전파 데이터 생성부를 갖는다고 생각하더라도 좋다.
드론(3)의 송전 장치(1)에 대한 상대적인 위치를 계산하기 위해, 미리 측위 센서(18)가 측위하는 위도, 경도, 고도 등의 좌표계에서의 송전 장치(1)의 위치를 측정하여, 기억하여 둔다. 기억한 송전 장치(1)의 위치를 드론(3)의 위치 데이터(74)로부터 감산함으로써, 상대 위치 데이터(78)를 생성한다. 송전 장치(1)에도 측위 센서를 마련하여, 측위 센서의 계측치를 감산함으로써 상대 위치를 계산하더라도 좋다.
기내 제어 장치, 데이터 기억 장치 혹은 다른 처리 장치에 송전 장치의 위치를 기억시켜 두고, 기내 제어 장치 혹은 다른 처리 장치에서, 위치 데이터를 상대 위치 데이터로 변환하더라도 좋다. 그리고, 기내 제어 장치 혹은 다른 처리 장치에서 검파 데이터와 상대 위치 데이터를 포함하는 방사 전파 데이터를 작성하더라도 좋다. 그 경우에는, 기내 제어 장치 혹은 다른 처리 장치가 방사 전파 데이터 생성부가 된다. 기내 제어 장치에서 방사 전파 데이터를 작성하는 경우에는, 이하와 같이 된다. 미리 측정한 송전 장치(1)의 위치를 드론(3)이 갖는 기억 장치에 기억시켜 둔다. 기내 제어 장치에서, 위치 데이터(74)를 상대 위치 데이터(78)로 변환하고, 검파 데이터(73)를 상대 위치 데이터(78)에 대응지은 빔 형상 데이터(71A)를 생성한다. 빔 형상 데이터(71A)는, 동일한 시각의 검파 데이터(73)와 상대 위치 데이터(78)를 조합한 위치 부가 검파 데이터(70A)이기도 하다. 위치 부가 검파 데이터(70A)를, 전파 측정 데이터라고도 부른다.
전파 측정 시스템에서는, 송전 장치(1)로부터 송전 전파(2)를 상공으로 향해 방사한다. 전파 측정 시스템은, 공중 이동체인 드론(3)을 사용하여, 송전 장치(1)의 상공에서의 송전 전파(2)의 빔 형상 데이터(71)를 측정한다. 그렇게 함으로써, 반사의 영향을 적게 하여 송전 장치(1)의 송전 전파(2)의 빔 형상 데이터(71)를 정밀하게 측정할 수 있다.
도 4에서는, 드론(3)을 정지시켜 검파 데이터(73)를 계측했지만, 이동시키면서 검파 데이터(73)를 계측하더라도 좋다. 드론(3)을 어떻게 비행 또는 정지시킬지를 이동체 지령 장치(4)로부터 비행 커맨드(75)를 송신하여 제어했지만, 드론(3)에 기억시킨 프로그램에 따라 동작함으로써 드론(3)이 자율적으로 비행 또는 정지하도록 하더라도 좋다. 드론(3)에 기억되는 프로그램은, 드론(3)이 결정된 비행 루트를 비행 및 정지하도록 하는 프로그램이다.
위치 부가 검파 데이터(70)를 포함하는 측정 데이터(77)를, 드론(3)이 비행 중에 통신으로 측정계 제어 장치(21)에 송신하도록 하더라도 좋다. 그 경우의 수순을 설명하는 플로차트를 도 5에 나타낸다.
도 5에 대하여, 도 4와는 상이한 점을 설명한다. 스텝 S05A에서, 측정한 위치 부가 검파 데이터(70)를 포함하는 측정 데이터(77)는, 기내 제어 장치(16)로부터 비행 제어 장치(5)에 보내어진다. 또한 측정 데이터(77)는, 이동체 통신계(12) 및 이동체 지령 장치(4)를 거쳐서, 측정계 제어 장치(21)에 보내어진다. 스텝 S12에서, 측정계 제어 장치(21)에서는, 측정 데이터(77)에 포함되는 위치 부가 검파 데이터(70)를, 그 내부에 갖는 비휘발성 기억 장치에 기억시킨다. 스텝 S05A 및 스텝 S12가 있으므로, 드론(3)이 갖는 데이터 기억 장치(17)로부터 위치 부가 검파 데이터(70)를 취득하는 스텝 S09는, 플로차트로부터 삭제하고 있다. 그 때문에, 스텝 S08의 실행 후에는, 스텝 S10으로 진행된다.
도 5에 나타내는 수순으로도, 송전 장치(1)의 빔 형상 데이터(71)를 정밀하게 계측할 수 있다.
드론(3)으로부터 위치 부가 검파 데이터(70)가 아닌 검파 데이터(73)를 송신하고, 지상으로부터 계측한 드론(3)의 위치 데이터(74)와 검파 데이터(73)를 측정계 제어 장치(21)가 조합하여 위치 부가 검파 데이터(70)를 생성하더라도 좋다. 드론(3)은, 적어도 검파 데이터(73)를 측정계 제어 장치(21)에 송신하면 된다.
전파 계측 시스템은, 무선 송전 장치가 아닌 다른 용도의 안테나가 방사하는 전파의 빔 형상을 계측할 수도 있다. 무선 송전 장치로서는, 이 명세서에서 나타내는 것과는 상이한 것이더라도 좋다. 다른 무선 송전 장치 또는 다른 용도의 안테나가 방사하는 전파의 빔 형상을 계측하는 경우에는, 빔 형상을 계측하는 대상이 되는 안테나인 피계측 안테나로부터 상공 방향으로 전파를 방사시킨다. 전파를 방사하고 있는 피계측 안테나의 상공에서, 드론 등의 공중 이동체를 정지 및 이동시킨다. 공중 이동체의 위치는, GPS 등의 측위 센서인 위치 측정부에 의해 측정한다. 공중 이동체에는, 전파를 수신하는 계측용 안테나와, 계측용 안테나에서 수신한 전파의 진폭과 위상을 포함하는 수신 전파 데이터를 계측하는 검파기 등을 탑재한다. 수신 전파 데이터와, 수신 전파 데이터를 계측한 시점에서의 공중 이동체의 위치인 계측점 데이터로부터 빔 형상 데이터를 생성한다. 또, 빔 형상 데이터로는, 피계측 안테나를 기준으로 하는 상대 위치로서 계측점 데이터를 표현한다.
드론(3)을 사용하는 대신에, 송전 장치(1)의 상공의 결정된 위치에 모니터 안테나를 고정하더라도 좋다. 단, 모니터 안테나를 고정하기 위한 구조 부재로 전파가 반사나 차폐되므로, 측정되는 전파의 위상이나 진폭은 정밀도가 나빠질 가능성이 있다.
전파 측정을 옥외 등 전파 환경이 좋은 장소에서 행하는 것에 의해, 지면의 반사 등의 멀티 패스의 영향을 받지 않고서, 피계측 안테나의 빔 형상을 계측할 수 있다. 또, 영향을 받지 않는다는 것은, 받는 영향이 충분히 작은 것을 의미한다. 또한, 다양한 데이터나 커맨드 등의 송신에는, 드론을 제어하기 위해 준비되어 있는 이동체 통신계를 이용한다. 그 때문에, 빔 형상의 측정이나 무선 송전을 실시하는데 있어서 필요한 통신을 위해, 드론에 새로운 하드웨어를 추가하는 것은 불필요하다. 이 때문에, 탑재 장치를 경량으로 할 수 있고, 또한 낮은 소비 전력으로, 전파 계측이 가능하게 된다.
측정계 제어 장치(21), 송전 제어 장치(22), 기내 제어 장치(16) 및 비행 제어 장치(5)는, 범용 계산기 또는 전용 계산기로 전용 프로그램을 실행시킴으로써 실현한다. 범용 계산기 또는 전용 계산기는, 프로그램을 실행하는 CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 처리부와 메모리부를 갖는다. 메모리부는, 휘발성 또는 비휘발성의 메모리 및/또는 하드디스크이다. 메모리부에는, 측정계 제어 장치(21), 송전 제어 장치(22), 기내 제어 장치(16) 및 비행 제어 장치(5)의 어느 하나에서 동작시키기 위한 프로그램이 기억된다. 또한, 메모리부에는, 처리의 과정 및/또는 처리 결과의 데이터를 기억한다. 기내 제어 장치(16)의 메모리부는, 데이터 기억 장치(17)와 겸용하더라도 좋다. 측정계 제어 장치(21) 및 송전 제어 장치(22)를 1개의 계산기로 실현하더라도 좋다. 또한, 기내 제어 장치(16) 및 비행 제어 장치(5)를 1개의 계산기로 실현하더라도 좋다.
이상은, 다른 실시의 형태에도 적용된다.
실시의 형태 2.
실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성에 대하여, 도 6과 도 7을 이용하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 개념도이다. 도 7은 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 6과 도 7에 관하여, 도 1 및 도 2와는 상이한 점을 설명한다. 드론(3A)은, 파일럿 송신기(32)와, 파일럿 송신 안테나(33)와, 송전 전파(2)를 수신하는 1대 또는 복수 대의 수전 안테나(34)와, 드론 전원 시스템(8A)을 갖는다. 파일럿 송신기(32)는, 송전 장치(1A)에 송전 방향을 지시하기 위한 파일럿 신호(31)를 생성한다. 파일럿 송신 안테나(33)는, 파일럿 신호(31)를 송전 장치(1A)를 향해 방사한다. 드론 전원 시스템(8A)은, 수전 안테나(34)가 수신한 전파로부터 얻어지는 전력을 저장 및 이용한다.
드론(3A), 즉 비행 제어 장치(5A)와 이동체 지령 장치(4A)는, 측정계 제어 장치(21A)에 측정 데이터(77)를 송신하지 않는다. 도 7에서는, 드론(3A)이 모니터 안테나(14)와 검파기(15)를 갖도록 도시하고 있지만, 모니터 안테나(14)와 검파기(15)를 갖지 않더라도 좋다. 데이터 기억 장치(17A)는, 실시의 형태 1의 경우의 데이터 기억 장치(17)와 달리, 파일럿 송신기에 관한 데이터 등을 기억하고, 전파 측정 시스템에서 필요한 데이터는 기억하지 않는다.
실시의 형태 1과 마찬가지로, 모니터 안테나(14)에서 송전 전파(2)를 수신하고, 검파기(15)가 전파의 위상이나 진폭을 계측하더라도 좋다. 모니터 안테나(14) 및 검파기(15)에서 전파를 계측하는 경우는, 실시의 형태 2는, 공중 이동체로의 송전 시스템 및 전파 계측 시스템이다. 드론이 갖는 데이터 기억 장치 및 기내 제어 장치는, 전파 계측 시스템을 구성하는 경우에는, 실시의 형태 1의 경우와 마찬가지의 구성도 갖는다.
파일럿 송신기(32)는, 파일럿 송신기 제어 커맨드(79)에 따라, 측정계 제어 장치(21A)에 의해 제어된다. 파일럿 송신기 제어 커맨드(79)는, 이동체 지령 장치(4) 및 이동체 통신계(12)를 거쳐서, 측정계 제어 장치(21A)로부터 기내 제어 장치(16A)에 송신된다.
파일럿 송신기 제어 커맨드(79)를 송신하기 위해, 송전 개시 전에 소자 전계 벡터 회전법(Rotating Element Electric Field Vector (REV) Method, REV법)을 실행하기 위해, 측정계 제어 장치(21A)와 송전 제어 장치(22A)는 서로 통신 및 데이터의 송수신이 가능하다. 또한, 도 7에 부호를 나타내고 있지 않지만, REV법을 실행하기 위한 커맨드가, 송전 제어 장치(22A)로부터 측정계 제어 장치(21A)를 경유하여 기내 제어 장치(16A)에 송신된다. 기내 제어 장치(16A)로부터는 측정한 수신 전력의 데이터가, 송전 제어 장치(22A)에 송신된다. 또, 송전 제어 장치(22A)와 기내 제어 장치(16A)가, 측정계 제어 장치(21A)를 거치지 않고서 통신하더라도 좋다.
도 8을 참조하여, 드론 전원 시스템(8A)의 구성을 설명한다. 도 8은 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의해 송전되는 전력을 수전하는 공중 이동체의 전원 계통의 구성을 설명하는 블록도이다. 도 3과 비교하여, 도 8에 나타내는 드론 전원 시스템(8A)은, 정류기(35)와 정류측 컨버터(36)가 추가되어 있다. 정류기(35)는, 수전 안테나(34)에서 수신한 전파로부터 생성되는 수신 신호를 정류하여 직류로 한다. 정류측 컨버터(36)는, 정류기(35)에서 정류한 직류 전력의 전압을 변경한다. 축전 유닛(19)은, 정류측 컨버터(36)가 출력하는 직류 전력을 저장한다.
실시의 형태 2의 드론 전원 시스템(8A)에서는, 수전 안테나(34), 정류기(35) 및 정류측 컨버터(36)를 추가하고 있다. 그렇게 함으로써, 축전 유닛(19)에 비행 개시 전에 저장되어 있던 전력에 더하여, 비행 중에 수전 안테나(34)에서 수전한 전력을 이용할 수 있다. 그 때문에, 드론(3A)은, 드론(3)과 비교하여 공중을 이동 또는 정지할 수 있는 시간을 보다 길게 할 수 있다. 드론(3A)을 예컨대 전파 계측에 사용하는 경우에는, 전파를 계측할 수 있는 시간을 보다 길게 할 수 있다. 시간을 길게 함으로써, 예컨대, 송전 전파(2)의 빔 형상 데이터(71)에 있어서의 계측점의 공간 밀도를 향상시킬 수 있다.
드론이 복수의 축전 유닛을 구비하고, 비행 중에 수전 안테나(34)에서 수전한 전력은 일부의 축전 유닛에 저장하도록 하더라도 좋다. 드론 또는 검파기의 적어도 어느 하나가, 비행 중에 수전한 전력이 저장되는 축전 유닛의 전력을 이용하도록 하더라도 좋다.
송전 장치(1A)는, 파일럿 신호(31)를 수신하는 파일럿 수신 안테나(37)를 갖는다. 파일럿 수신 안테나(37)는, 예컨대 도 6에 나타내는 바와 같이, 송전 장치(1A)에 있어서 매트릭스 형상으로 배치한 소자 안테나(27)의 중앙부에 배치한다. 또한, 도래 방향 검출 장치(38)가 추가되어 있다. 도래 방향 검출 장치(38)는, 복수의 송전 장치(1A)가 각각 갖는 파일럿 수신 안테나(37)가 수신하는 파일럿 신호(31)가 입력되어, 예컨대 모노펄스법에 의해 파일럿 신호(31)의 도래 방향을 결정한다. 도래 방향은, 송전 장치(1A)로부터 보아 파일럿 신호(31)가 도래하는 방향이다. 도래 방향 검출 장치(38)가 검출한 도래 방향 데이터(80)는, 송전 제어 장치(22A)에 입력된다. 송전 제어 장치(22A)는, 도래 방향 데이터(80)에 의해 나타내어지는 도래 방향을 향하는 방향으로 송전 전파(2)를 방사하도록 송전 장치(1A)를 제어한다. 다시 말해, 송전 전파(2)가 방사되는 방향인 방사 방향은, 도래 방향을 180도 반전시킨 방향이다.
파일럿 신호(31)는, 도래 방향 혹은 존재 방향을 알리기 위해 드론(3A)이 발하는 방향 신호이다. 존재 방향이란, 송전 장치(1A)로부터 본 드론(3A)이 존재하는 방향이다. 존재 방향과 도래 방향은, 서로 역방향의 방향이다. 드론(3A)에 탑재된 파일럿 송신기(32) 및 파일럿 송신 안테나(33)는, 방향 신호를 송신하는 방향 신호 송신부이다. 지상에 설치된 송전 장치(1A)가 갖는 파일럿 수신 안테나(37)는, 방향 신호를 수신하는 방향 신호 수신부이다. 파일럿 송신기(32), 파일럿 송신 안테나(33) 및 파일럿 수신 안테나(37)는, 방향 신호를 송신 및 수신하는 방향 신호 송수신부이다.
이 실시의 형태 2에서는, 페이즈드 어레이 안테나(30)는, 방사하는 전파로 전력을 송전하는 지향 방향을 변경할 수 있는 송전 안테나로서 기능한다. 드론(3A)이, 송전 대상의 공중 이동체이다. 도래 방향 검출 장치(38)는, 송전 장치(1A)로부터 보아 드론(3A)이 존재하는 방향인 방사 방향을 결정하는 방사 방향 결정부이다. 송전 제어 장치(22A)는, 방사 방향으로 페이즈드 어레이 안테나(30)의 지향 방향을 향하게 하는 지향 방향 변경부이다.
동작을 설명한다. 도 9는 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템에서의 송전 수순을 설명하는 플로차트이다. 우선, 스텝 S21에서, 드론(3A)을 송전 장치(1A)의 상공의 결정된 위치에 정지시킨다.
스텝 S22에서, 송전 장치(1A)마다 복수의 2단계 모듈(26)의 각각에 대응하는 소자 안테나(27)가 전파를 방사한다. 소자 안테나(27)가 방사하는 전파는, 드론(3A)이 갖는 모니터 안테나(14)에서 수신된다. 각 소자 안테나(27)가 방사하는 전파가 모니터 안테나(14)의 위치에 생성하는 소자 전계 벡터의 사이의 위상차를, REV법에 의해 측정한다. REV법은, 2단계 모듈(26)의 어느 1개가 방사하는 전파의 위상을 변화시켜, 모니터 안테나(14)에서 수신되는 전파의 전계 벡터의 진폭(전계 강도)의 변화를 계측한다. 계측된 전계 강도인 검파 데이터(73)는, 이동체 통신계(12) 및 측정계 제어 장치(21)를 거쳐서, 송전 제어 장치(22)에 보내어진다. 송전 제어 장치(22)는, 수신한 검파 데이터(73)에 의해 전해진 전계 벡터의 진폭의 변화로부터, 각 2단계 모듈(26)에 대응하는 소자 안테나(27)가 방사하는 전파의 소자 전계 벡터와, 모든 소자 안테나(27)가 방사하는 전파를 합성한 전파의 전계 벡터의 위상차를 산출한다. 또, 각 소자 안테나(27)가 생성하는 소자 전계 벡터의 사이의 위상차는, 송전 장치(1A)의 내부에서의 경로 길이의 차이나, 각 소자 안테나(27)와 모니터 안테나(14)의 거리의 차이 등에 의해 발생한다.
스텝 S23에서는, 각 송전 장치(1A)가 갖는 복수의 2단계 모듈(26)의 사이의 계측된 위상차를 고려하여, 각 2단계 모듈(26)이 갖는 이상기(28)에 위상 오프셋 값을 설정한다. 위상 오프셋 값이란, 외부로부터 주어지는 위상 지령치로부터 감산하는 값이다. 이상기(28)는, 위상 지령치로부터 위상 오프셋 값을 감산한 양만큼 위상을 변화시킨다. 그 때문에, 실제로 이상기(28)가 출력하는 송신 신호에서의 위상의 변화량은, 위상 지령치로부터 위상 오프셋 값을 뺀 값이다. 위상 지령치로부터 위상 오프셋 값을 감산함으로써, 각 2단계 모듈(26)에 동일한 위상 지령치가 주어지는 경우에, 각 2단계 모듈(26)이 동일한 위상의 전파를 방사할 수 있게 된다.
스텝 S24에서, 복수의 송전 장치(1A)의 각각이 방사하고 모니터 안테나(14)에서 수신되어 생성되는 전계 벡터의 사이의 위상차를, 각 송전 장치(1A)가 갖는 1단계 모듈(24)의 위상을 변화시켜 REV법에 의해 측정한다. 이 REV법에서는, 각 송전 장치(1A)에서의 1단계 모듈(24)까지의 경로 길이의 차이나 각 송전 장치(1A)로부터 모니터 안테나(14)까지의 거리의 차이에 의한, 각 송전 장치(1A)가 생성하는 전계 벡터의 사이의 위상차가 계측된다. 스텝 S25에서는, 각 송전 장치(1A)가 방사하는 전파의 사이의 계측된 위상차를 고려하여, 각 송전 장치(1A)의 1단계 모듈(24)이 갖는 이상기(28)의 위상 오프셋 값을 설정한다.
S21로부터 S25의 처리에서, 각 송전 장치(1A)의 내부에서의 경로 길이의 차이 등에 의한 1단계 모듈(24) 또는 2단계 모듈(26)마다의 위상 오프셋 값을 미리 계측하고, 그들을 고려하여 각 이상기(28)의 위상 지령치를 결정한다. 그 때문에, 각 소자 안테나(27)로부터 방사되는 전파를, 위상의 기준이 맞추어진 값으로 할 수 있다. 또, S21로부터 S25는, 송전 장치(1A)를 최초로 사용하기 전에 실시한다. 1단계 모듈(24) 또는 2단계 모듈(26)인 소자 모듈을 교환한 경우에도, 교환한 소자 모듈의 위상 오프셋 값을 구한다.
스텝 S26에서, 드론(3A)의 파일럿 송신 안테나(33)가 파일럿 신호(31)를 송신한다. 스텝 S27에서, 송전 장치(1A)가 갖는 파일럿 수신 안테나(37)가 파일럿 신호(31)를 수신한다. 스텝 S28에서, 도래 방향 검출 장치(38)가 파일럿 신호(31)의 도래 방향 데이터(80)를 결정한다. 스텝 S29에서, 도래 방향 데이터(80)가 나타내는 도래 방향을 향하는 방향을 방사 방향으로 하여 송전 전파(2)를 송신할 수 있도록, 송전 제어 장치(22A)가 각 송전 장치(1A)의 소자 모듈의 각각에 대한 위상 및 진폭의 지령치를 산출한다. 송전 제어 신호(76)가, 소자 모듈마다의 위상 및 진폭의 지령치이다. 각 2단계 모듈(26)의 소자 안테나(27)가 위상이 조정된 전파를 방사함으로써, 방사 방향으로 방사되는 전파를 강하게 할 수 있다. 또한, 각 소자 안테나(27)가 방사하는 전파의 진폭을 조정함으로써, 빔 형상을 보다 바람직한 것으로 할 수 있다. 이들에 의해, 송전 장치(1A)가 방사 방향으로 고효율로 송전하는 것이 가능하게 된다.
스텝 S30에서, 각 송전 장치(1A)의 1단계 모듈(24) 및 각 2단계 모듈(26)이 송전 제어 신호(76)에 따라 위상 및 진폭을 조정한 송신 신호를 생성하고, 각각 대응하는 소자 안테나(27)로부터 송전 전파(2)로서 방사한다.
스텝 S26~S30과 병행하여, 스텝 S31에서, 드론(3A)이 갖는 수전 안테나(34)에서 송전 전파(2)를 수신하고, 정류기(35) 및 정류측 컨버터(36)가 정류 및 변환한 직류 전력을 축전 유닛(19)에 축전한다.
S26~S30 및 S31은, 결정된 주기로 주기적으로 실행한다. S30 및 S31의 실행 후에는, S26 및 S31의 전으로 돌아간다. 1주기의 길이는, 상정하는 최대의 이동 속도로 드론(3)이 이동하는 경우에도, 전회에 계산한 도래 방향과 현재의 도래 방향의 차이를 허용할 수 있는 범위 내가 되도록 결정한다.
드론(3A)으로부터 파일럿 신호(31)를 송신하고, 파일럿 신호(31)가 도래하는 방향으로 송전 장치(1A)가 송전 전파(2)를 방사하므로, 드론(3A)의 수전 안테나(34)가 효율적으로 송전 전파(2)를 수전할 수 있다.
도 9에 나타내는 S30에서 방사시키는 송전 전파(2)의 빔 형상이, 상정한 빔 형상으로 실제로 되어 있는지 여부를 검증할 수 있다. 그 때문에, 각 소자 안테나(27)에 대한 위상 지령치 및 진폭 지령치를 고정한 상태에서 방사하는 전파 빔의 빔 형상을, 예컨대 도 1 및 도 2에 나타내는 전파 측정 시스템을 사용하여 계측할 수 있다. 그 경우에는, 실시의 형태 2와 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템은, 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템이기도 하게 된다.
전파 측정 시스템으로서는, 드론(3A)을 사용하는 대신에, 송전 장치(1A)의 상공의 결정된 위치에 모니터 안테나를 고정하더라도 좋다. 단, 모니터 안테나를 고정하기 위한 구조 부재로 전파가 반사나 차폐되므로, 측정되는 전파의 위상이나 진폭은 정밀도가 나빠질 가능성이 있다.
송전 전파의 제어 및 공중 이동체로의 전파를 이용한 무선 송전을 옥외 등 전파 환경이 좋은 장소에서 행하는 것에 의해, 지면의 반사 등의 멀티 패스의 영향을 받지 않게 된다. 그 때문에, 전파에 의한 무선 송전을 종래보다 높은 정밀도로 실시할 수 있다. 또한, 다양한 데이터나 커맨드 등의 송신은, 드론을 제어하기 위해 준비되어 있는 이동체 통신계를 이용하므로, 무선 송전을 실시하는데 있어서 필요한 통신을 위해, 드론에 새로운 하드웨어를 추가하는 것은 불필요하다. 이 때문에, 탑재 장치를 경량으로 할 수 있고, 또한 낮은 소비 전력으로, 드론으로의 무선 송전이 가능하게 된다.
페이즈드 어레이 안테나가 아닌, 지향 방향을 기계적으로 변경하는 송전 안테나를 갖는 무선 송전 장치를 사용하여 공중 이동체에 송전하도록 하더라도 좋다. 공중 이동체가 존재하는 방향을 파일럿 신호 이외의 수단으로 무선 송전 장치에 전하도록 하더라도 좋다. 방사하는 전파로 전력을 송전하는 지향 방향을 변경할 수 있는 송전 안테나와, 송전 대상인 공중 이동체가 존재하는 방향인 방사 방향을 결정하는 방사 방향 결정부와, 방사 방향으로 송전 안테나의 지향 방향을 향하게 하는 지향 방향 변경부와, 송전 안테나로부터 전파로서 송신되는 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부를 구비하는 무선 송전 장치이면, 어떠한 것이더라도, 종래보다 높은 정밀도로 공중 이동체가 존재하는 방향으로 전파를 방사할 수 있어, 무선 송전의 효율을 종래보다 개선할 수 있다. 또, 방사 방향 결정부인 도래 방향 검출 장치(38)는, 송전 장치(1A)와는 떨어진 위치에 설치되는 경우가 있지만, 무선 송전 장치에 포함한다.
드론 등의 공중 이동체를 사용하여 REV법을 실행함으로써, 실제로 공중 이동체에 송전하는 상황에서 REV법을 실행할 수 있다. 그 때문에, REV법을 정밀하게 실행할 수 있어, 공중 이동체로의 송전 때에 공중 이동체가 존재하는 방향으로 정밀하게 전파를 방사할 수 있다. 다시 말해, 종래보다 높은 정밀도로 공중 이동체가 존재하는 방향으로 전파를 방사할 수 있어, 무선 송전의 효율을 종래보다 개선할 수 있다.
전파 측정 시스템으로서 사용하지 않는 경우는, 측정계 제어 장치(21A)는 불필요하다. 측정계 제어 장치(21A)가 존재하지 않는 경우는, REV법을 실행하기 위한 커맨드와 측정한 수신 전력의 데이터는, 송전 제어 장치(22A)가 이동체 지령 장치(4A) 및 이동체 통신계(12)를 거쳐서 송수신한다. 또, 도 7에는, REV법을 실행하기 위한 커맨드와 측정한 수신 전력의 데이터의 흐름은 도시하고 있지 않다.
REV법을 실행할 때에, 드론에 탑재한 계측용 안테나가 아닌, 지상에 고정된 안테나를 이용하더라도 좋다. 그 경우에는, 드론은, REV법을 실행하기 위한 기능을 갖지 않는다. 드론이 계측용 안테나를 구비하지 않고서, 검파기를 수전 안테나에 접속하여, 수전 안테나가 수신하는 전파의 전계 강도를 검파기가 계측하더라도 좋다. 다시 말해, 수전 안테나를 계측용 안테나로서도 사용하더라도 좋다.
이상은, 다른 실시의 형태에도 적용된다.
실시의 형태 3.
실시의 형태 3은, 파일럿 신호의 대신에 공중 이동체의 위치 데이터를 송전 장치에 송신함으로써, 송전 장치가 공중 이동체로 향하여 송전하도록 실시의 형태 2를 변경한 경우이다. 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성에 대하여, 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 실시의 형태 3과 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 10에 관하여, 실시의 형태 2의 경우의 도 7과는 상이한 점을 설명한다. 송전 장치(1)는, 실시의 형태 1의 경우와 동일하다. 송전 장치(1)는, 파일럿 수신 안테나(37)를 갖지 않는다. 또한, 도래 방향 검출 장치(38)도 존재하지 않는다. 드론(3B)은, 파일럿 송신기(31) 및 파일럿 송신 안테나(33)를 갖지 않는다. 드론(3B)은, 측위 센서(18)를 갖는다. 측위 센서(18)가 계측하는 위치 데이터(74)는, 기내 제어 장치(16B), 비행 제어 장치(5B), 이동체 통신계(12) 및 이동체 지령 장치(44)를 경유하여 측정계 제어 장치(21B)에 송신된다. 위치 데이터(74)는, 데이터 기억 장치(17B)에도 기억된다. 또, 측위 센서(18)는, 비행 제어 장치(5B)와 접속하더라도 좋다. 그 경우에는, 위치 데이터(74)는, 비행 제어 장치(5B), 이동체 통신계(12), 이동체 지령 장치(4B) 및 측정계 제어 장치(21B)를 경유하여 송전 제어 장치(22B)에 송신된다.
측위 센서(18)는, 드론(3B)의 위치인 이동체 위치를 측정하는 위치 측정부이다. 송전 제어 장치(22B)는, 위치 데이터(74)로부터 송전 장치(1)를 기준으로 하여 드론(3B)의 위치로 향하는 방향을 방사 방향으로서 결정하는 방사 방향 결정부이다. 결정한 방사 방향은, 방사 방향 데이터(81)로서 기억한다. 송전 제어 장치(22B)는, 방사 방향 데이터(81)로 나타내어지는 방사 방향을 향해 송전할 수 있도록 1단계 모듈(24) 및 2단계 모듈(26)의 각각에 대한 위상 및 진폭의 지령치(송전 제어 신호(76))를 결정한다. 송전 제어 장치(22B)는, 송전 제어 신호(76)에 의해 송전 장치(1)를 제어한다. 또, 송전 제어 장치의 적어도 일부와 송전 장치를 합친 것을, 무선 송전 장치로 생각할 수도 있다.
동작을 설명한다. 도 11은 실시의 형태 3과 관련되는 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템에서의 송전 수순을 설명하는 플로차트이다. 도 11에 대하여, 실시의 형태 2의 경우의 도 9와는 상이한 점을 설명한다. 스텝 S26~S28을, 스텝 S32~S35로 변경하고 있다. 스텝 S32에서, 측위 센서(18)에서 드론(3B)이 존재하는 3차원 위치를 측위한다. 스텝 S33에서, 측위한 위치 데이터(74)를 이동체 통신계(12)에 의해 이동체 지령 장치(4B)를 향해 송신한다. 스텝 S34에서, 송전 제어 장치(22B)는, 측정계 제어 장치(21B)를 거쳐서 이동체 지령 장치(4B)로부터 위치 데이터(74)를 취득한다. 스텝 S35에서, 송전 제어 장치(22B)는, 위치 데이터(74)를 송전 장치(1)에 대한 상대 위치로 변환하고, 방사 방향을 구한다. 또한, 스텝 S29A에서, 송전 제어 장치(22B)가 각 송전 장치(1A)의 1단계 모듈(24) 및 2단계 모듈(26)의 각각에 대한 위상 및 진폭을 지령하는 송전 제어 신호(76)를 산출한다. 송전 제어 신호(76)는, 드론(3B)의 송전 장치(1)에 대한 상대 위치로부터 정해지는 방사 방향을 향해 송전 장치(1)가 송전 전파(2)를 송신할 수 있도록 산출된다.
드론(3B)의 위치 데이터(74)를 드론(3B)으로부터 송신하고, 위치 데이터(74)로부터 구한 드론(3B)이 존재하는 방향으로 송전 전파(2)를 방사한다. 그 때문에, 드론(3B)의 수전 안테나(34)가 효율적으로 송전 전파(2)를 수전할 수 있다. 또, 드론(3B)이 존재하는 방향으로 송전 전파(2)를 방사하는 것에 더하여, 드론(3B)이 존재하는 위치에서 송전 전파(2)의 빔 폭이 작아지는 송전 제어 신호(76)를 생성하도록 하더라도 좋다.
이상은, 다른 실시의 형태에도 적용된다.
실시의 형태 4.
실시의 형태 4는, 공중 이동체인 드론이 무선 송전 장치로부터 전력의 공급을 받으면서, 무선 송전 장치가 방사하는 송전 전파의 빔 형상 데이터를 계측하는 경우이다. 드론이 무선 송전 장치로부터 전력의 공급을 받으므로, 실시의 형태 4와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템은, 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템이기도 하다. 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성에 대하여, 도 12를 이용하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 실시의 형태 4와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 12에 대하여, 실시의 형태 1의 경우의 도 2와는 상이한 점을 설명한다. 드론(3C)은, 실시의 형태 2와 마찬가지의 수전 안테나(34) 및 드론 전원 시스템(8A)을 갖도록, 실시의 형태 1의 드론(3)을 변경하고 있다. 송전 장치(1)는, 실시의 형태 1에서의 것과 동일하다.
동작을 설명한다. 도 13은 실시의 형태 4와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 수순을 설명하는 플로차트이다. 도 13에 대하여, 실시의 형태 1의 경우의 도 4와는 상이한 점을 설명한다. S04~S07과 병행하여, 스텝 S13 및 S14에서, 수전 안테나(34)에서 송전 전파(2)를 수신하고, 수신한 송전 전파(2)를 정류기(35)가 정류한 전력을 축전 유닛(19)에 축전한다. S13은, S04 및 S05와 병행하여 동작한다. S14는, S07과 병행하여 동작한다.
송전 장치(1)의 빔 형상을 계측하므로, 실시의 형태 2 등과는 달리, 송전 제어 장치(22A)는 드론(3C)이 존재하는 위치에 따라 빔의 방향을 변경하지는 않는다.
드론(3C)이 송전 전파(2)에 의해 전력의 공급을 받으면서, 송전 장치(1)의 상공에서 이동 또는 정지한다. 그 때문에, 빔 형상(71)을 계측하는데 실시의 형태 1의 경우보다 긴 시간을 요하는 경우에도, 드론(3C)을 사용하여 송전 전파(2)의 빔 형상 데이터(71)를 계측할 수 있다.
실시의 형태 5.
실시의 형태 5는, 이동체 통신계에 더하여, 기내 제어 장치와 측정계 제어 장치의 사이에서, 전파 측정에 관한 계측 커맨드와 검파 데이터를 통신하는 통신계를 갖도록, 실시의 형태 1을 변경한 경우이다. 본 발명의 실시의 형태 5와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 구성에 대하여, 도 14를 이용하여 설명한다. 도 14는 본 발명의 실시의 형태 5와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 구성도이다. 또, 실시의 형태 4 혹은 다른 구성의 전파 측정 시스템 및 공중 이동체로의 송전 시스템을 변경하더라도 좋다.
실시의 형태 5의 드론(3D)에는, 송전 통신계(39)와, 파일럿 통신계(40)를 추가하고 있다. 측정계 제어 장치(21C)는, 송전 통신계(39)에 의해 드론(3D)에 탑재된 탑재 장치(13D)에 계측 커맨드(72)를 송신한다. 탑재 장치(13D)는, 파일럿 통신계(40)에 의해 검파 데이터(73)를 측정계 제어 장치(21C)에 송신한다. 측위 센서(18)는, 기내 제어 장치(16D)에 위치 데이터(74)를 보낸다. 데이터 기억 장치(17D)는, 송전 통신계(39) 및 파일럿 통신계(40)를 사용하고 있는지 여부를 나타내는 데이터를 기억한다.
송전 통신계(39)는, 송전 장치(1B)가 갖는 1단계 모듈(24A), 2단계 모듈(26A) 및 소자 안테나(27)와, 드론(3D)에 탑재된 모니터 안테나(14) 및 검파기(15A)를 갖고 구성된다. 1단계 모듈(24A) 및 2단계 모듈(26A)에, 계측 커맨드(72)를 표현하는 0 또는 1의 신호열에 따라, 송전 전파(2A)를 방사한다/하지 않는다를 전환하는 펄스 변조 스위치(41)를 추가하고 있다. 다시 말해, 송전 전파(2A)를 검파 데이터(73)에 의해 펄스 변조함으로써, 계측 커맨드(72)를 송신한다. 검파기(15A)는, 수신하는 송전 전파(2A)의 수신 또는 비수신으로부터 계측 커맨드(72)를 복조한다. 또, 펄스 변조가 아닌, 진폭 변조, 혹은 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 등의 위상 변조 등에 의해 계측 커맨드(72)를 변조 및 복조하더라도 좋다.
측정계 제어 장치(21C)에는, 통신계 전환 스위치(42)를 추가하고 있다. 통신계 전환 스위치(42)는, 이동체 지령 장치(4C)와 송전 제어 장치(22C)의 어느 쪽에 계측 커맨드(72)를 송신할지를 전환한다. 다시 말해, 통신계 전환 스위치(42)는, 이동체 통신계(12) 및 송전 통신계(39)의 어느 쪽을 사용할지를 전환한다. 또, 소프트웨어로 계측 커맨드(72)의 송신 목적지를 전환하더라도 좋다.
파일럿 통신계(40)는, 파일럿 송신기(32), 파일럿 송신 안테나(33), 펄스 변조 스위치(43), 파일럿 수신 안테나(37), 및 검파기(44)를 갖고 구성된다. 펄스 변조 스위치(43)는, 파일럿 송신기(32)와 파일럿 송신 안테나(33)의 사이에 마련된다. 검파기(44)는, 파일럿 수신 안테나(37)가 수신하는 파일럿 신호(31)를 검파한다. 파일럿 송신기(32), 파일럿 송신 안테나(33) 및 펄스 변조 스위치(43)는, 드론(3D)에 탑재된다. 파일럿 수신 안테나(37) 및 검파기(44)는, 지상에 설치된다.
펄스 변조 스위치(43)는, 기내 제어 장치(16D)로부터 공급되는 검파 데이터(73)를 표현하는 0 또는 1의 신호열에 따라, 파일럿 신호(31)를 방사한다/하지 않는다를 전환한다. 다시 말해, 파일럿 신호(31)를 검파 데이터(73)에 의해 펄스 변조함으로써, 검파 데이터(73)를 송신한다. 파일럿 수신 안테나(37)가 수신하는 파일럿 신호(31)는 2분되어, 도래 방향 검출 장치(38) 및 검파기(44)에 입력된다. 검파기(44)는, 파일럿 신호(31)의 수신 또는 비수신으로부터 검파 데이터(73)를 복조한다. 또, 펄스 변조가 아닌, 진폭 변조, 혹은 BPSK 등의 위상 변조 등에 의해 검파 데이터(73)를 변조 및 복조하더라도 좋다.
기내 제어 장치(16D)는, 검파 데이터(73)를 비행 제어 장치(5)에 송신하는지, 펄스 변조 스위치(43)를 검파 데이터(73)로 제어하는지를, 소프트웨어로 전환한다. 그렇게 함으로써, 검파 데이터(73)를 파일럿 통신계(40) 및 이동체 통신계(12)의 어느 쪽에서 송신할지를 전환한다.
동작을 설명한다. 도 15는 실시의 형태 5와 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 수순을 설명하는 플로차트이다. 도 15에 대하여, 실시의 형태 1의 경우의 도 5와는 상이한 점을 설명한다. 여기서, 계측 커맨드(72)를 통신하는 통신계를, 커맨드 통신계라고 부른다. 계측 데이터(77)를 통신하는 통신계를, 데이터 통신계라고 부른다. S03과 S04A의 사이에, 스텝 S15를 추가하고 있다. S15에서는, 커맨드 통신계를 이동체 통신계(12) 또는 송전 통신계(39)의 어느 쪽으로 결정한다. S04A에서는, S15에서 결정된 커맨드 통신계로 통신된 계측 커맨드(72)에 따라, 모니터 안테나(14)가 수신하는 송전 전파(2)의 진폭과 위상을 포함하는 검파 데이터(73)를 측정한다. 동시에 드론(3D)의 위치를 측정한다. S04A와 S05B의 사이에, 스텝 S16을 추가하고 있다. S16에서는, 데이터 통신계를 이동체 통신계(12) 또는 파일럿 통신계(40)의 어느 쪽으로 결정한다. 스텝 S05B에서, 측정한 위치 부가 검파 데이터(70)는, S16에서 결정된 데이터 통신계를 거쳐서, 기내 제어 장치(16D)로부터 측정계 제어 장치(21C)에 보내어진다.
계측 커맨드(72)를 통신하는 타이밍마다가 아닌, 수회마다 커맨드 통신계를 결정하도록 하더라도 좋다. 비행 커맨드(75)를 송전 통신계(39)로 통신하도록 하더라도 좋다. 계측 데이터(77)를 통신하는 타이밍마다가 아닌, 수회마다 데이터 통신계를 결정하도록 하더라도 좋다. 이동체 통신계(12)에서의 통신을 시도하여, 이동체 통신계(12)에서는 통신할 수 없는 경우에, 커맨드 통신계로 송전 통신계(39)를 결정하거나, 데이터 통신계로 파일럿 통신계(40)를 결정하거나 하더라도 좋다.
송전 통신계(39)와 파일럿 통신계(40)를 마련함으로써, 이동체 통신계(12)의 통신 부하가 크고 통신이 느린 경우 등에도, 필요한 데이터를 필요한 속도로 통신할 수 있다. 혹은, 이동체 통신계(12)가 고장이 난 경우 등에, 송전 통신계(39)와 파일럿 통신계(40)를 사용할 수 있다. 따라서, 송전 통신계(39)와 파일럿 통신계(40)는, 전파 측정 시스템의 안정 운용에 크게 기여한다. 또한, 송전 전파(2)나 파일럿 신호(31)에, 펄스 변조(송신의 ON/OFF 제어), 진폭 변조, 위상 변조 등의 간소한 장치에 의해 변조하여 통신할 수 있다. 그 때문에, 큰 하드웨어를 추가하는 일 없이, 또한, 이동체 통신계(12)의 부하 및 소비 전력을 늘리는 일 없이, 송전 전파의 제어나 데이터의 수수를 실현할 수 있다.
실시의 형태 6.
실시의 형태 6은, 계측 커맨드나 검파 데이터를 기내 제어 장치와 측정계 제어 장치의 사이에서 통신하기 위한 계측 통신계를 구비하도록, 전파 측정 시스템이기도 한 경우의 실시의 형태 2를 변경한 경우이다. 실시의 형태 6에서는, 계측 커맨드나 검파 데이터를 기내 제어 장치와 측정계 제어 장치의 사이에서 통신하기 때문에, 이동체 통신계를 이용하지 않는다. 실시의 형태 6은, 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 실시의 형태이다. 실시의 형태 6과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성에 대하여, 도 16을 이용하여 설명한다. 도 16은 본 발명의 실시의 형태 6과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 16에 나타내는 구성에서는, 도 7에 나타내는 실시의 형태 2의 경우의 구성에, 계측 통신계(45)를 추가하고 있다. 계측 통신계(45)는, 드론(3E)에 탑재된 기내 통신기(46) 및 기내 통신 안테나(47), 지상에 설치된 지상 통신 안테나(48) 및 지상 통신기(49)를 갖고 구성된다. 측정계 제어 장치(21D)로부터의 계측 커맨드(72)는, 계측 통신계(45)에 의해 드론(3E)에 송신된다. 드론(3E)이 계측한 측정 데이터(77)는, 계측 통신계(45)에 의해 측정계 제어 장치(21D)에 송신된다. 계측 통신계(45)는, 이동체 통신계(12)와는 상이한 통신계이다. 데이터 기억 장치(17E)는, 측정 데이터(77) 등의 전파 측정 시스템으로서 필요한 데이터도 기억하는 점에서, 실시의 형태 2의 경우의 데이터 기억 장치(17A)와는 상이하다.
기내 제어 장치(16E)와 비행 제어 장치(5C)의 사이에서는, 통신할 수 없도록 하고 있다. 탑재 장치(13E)는 드론(3E)에 탑재되어 있을 뿐이고, 드론(3E)이 갖는 기기와의 사이에서의 인터페이스가 존재하지 않도록 하고 있다. 또한, 위치 데이터(74)를 송전 시스템에서 이용할 수 있도록, 측위 센서(18)는 기내 제어 장치(16E)와 접속하고 있다.
이동체 지령 장치(4D)는, 이동체 통신계(12)에 의해 비행 커맨드(75)를 송신하여 드론(3E)의 비행을 제어한다.
드론 전원 시스템(8B)을, 도 17을 참조하여 설명한다. 도 17은 실시의 형태 6과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의해 송전되는 전력을 수전하는 공중 이동체의 전원 계통의 구성을 설명하는 블록도이다. 도 17과 도 8의 차이는, 계측계 전원선(50)을 추가하고 있는 점이다. 계측계 전원선(50)은, 드론(3E)에 탑재된 축전 유닛(19)에 접속된다. 정류측 컨버터(36), 부하측 컨버터(20b) 및 부하측 컨버터(20c)는, 계측계 전원선(50)을 거쳐서 축전 유닛(19)에 접속한다. 계측계 전원선(50)을 마련함으로써, 드론(3E)과 탑재 장치(13E)의 사이의 전원 계통의 접속 개소를, 계측계 전원선(50)의 1개소만으로 할 수 있다. 또, 정류측 컨버터를 구비하지 않더라도 좋고, 부하측 컨버터의 구성을 변경하더라도 좋다.
실시의 형태 6의 공중 이동체로의 송전 시스템은, 실시의 형태 2의 경우와 마찬가지로 동작한다. 실시의 형태 2의 송전 시스템과는 상이한 점은, 이동체 통신계(12)가 아닌, 계측 통신계(45)를 사용하여, REV법을 실행하기 위한 커맨드나 데이터를 통신하는 점이다. 또한, 전파 측정 시스템으로서의 실시의 형태 6은, 실시의 형태 1의 전파 측정 시스템과 마찬가지로 동작한다. 계측 통신계(45)를 사용하는 점이, 실시의 형태 6은 실시의 형태 1과는 상이하다.
탑재 장치와 드론의 사이에서 데이터를 송수신할 필요가 없으므로, 일반적으로 시판되고 있는 드론을 개조하는 일 없이 전파 계측 시스템을 구성할 수 있다. 탑재 장치를 다른 드론에 탑재하여 사용하는 것이 용이해진다. 이동체 통신계를 전파 계측을 위한 커맨드나 계측한 데이터를 통신하기 위해 사용하지 않도록 하는 것은, 다른 실시의 형태에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
실시의 형태 7.
실시의 형태 7은, 실시의 형태 5의 경우와 마찬가지의 송전 통신계와 파일럿 통신계를 추가하도록, 실시의 형태 6을 변경한 경우이다. 실시의 형태 7과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성에 대하여, 도 18을 이용하여 설명한다. 도 18은 본 발명의 실시의 형태 7과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템 및 무선 송전 장치에 의한 공중 이동체로의 송전 시스템의 구성도이다.
도 18은 실시의 형태 5의 경우의 도 14와, 거의 마찬가지의 구성을 갖는다. 도 18에 나타내는 구성이 도 14에 나타내는 구성과는 상이한 점은, 이하이다. 측정계 제어 장치(21E)에 마련하는 통신계 전환 스위치(42A)가, 지상 통신기(49)와 송전 제어 장치(22D)의 어느 쪽에 계측 커맨드(72)를 송신할지를 전환한다. 다시 말해, 통신계 전환 스위치(42A)는, 계측 통신계(45) 및 송전 통신계(39)의 어느 쪽을 사용할지를 전환한다. 또한, 기내 제어 장치(16F)는, 검파 데이터(73)를 기내 통신기(46)에 송신하는지, 펄스 변조 스위치(43)를 검파 데이터(73)로 제어할지를, 소프트웨어로 전환한다. 그렇게 함으로써, 기내 제어 장치(16F)는, 검파 데이터(73)를 계측 통신계(45) 및 파일럿 통신계(40)의 어느 쪽에서 송신할지를 전환한다.
실시의 형태 7의 공중 이동체로의 송전 시스템은, 실시의 형태 2의 경우와 마찬가지로 동작한다. 이동체 통신계(12)가 아닌, 계측 통신계(45)를 사용하는 점이 실시의 형태 2의 경우와는 상이하다. 또한, 전파 측정 시스템으로서의 실시의 형태 7은, 실시의 형태 5의 전파 측정 시스템과 마찬가지로 동작한다. 계측 통신계(45)를 사용하는 점이, 실시의 형태 7은 실시의 형태 5와는 상이하다.
탑재 장치와 드론의 사이에서 데이터를 송수신할 필요가 없으므로, 일반적으로 시판되고 있는 드론을 개조하는 일 없이 전파 계측 시스템 및/또는 공중 이동체로의 송전 시스템을 구성할 수 있다. 또한, 송전 통신계(39)와 파일럿 통신계(40)를, 계측 통신계(45)가 고장이 난 경우 등에 사용할 수 있다. 따라서, 송전 통신계(39)와 파일럿 통신계(40)는, 전파 측정 시스템 및/또는 송전 시스템의 안정 운용에 크게 기여한다.
이동체 통신계를, 기내 제어 장치와 측정계 제어 장치의 사이의 통신에 이용할 수 있도록 하더라도 좋다. 그 경우에는, 3중의 통신계가, 기내 제어 장치와 측정계 제어 장치의 사이에 존재하므로, 통신계의 신뢰성이 보다 향상된다. 실시의 형태 6의 경우에도 마찬가지이다.
실시의 형태 8.
실시의 형태 8은, 공중 이동체의 위치를 지상에 설치한 측위 장치에서 측위하도록, 실시의 형태 5를 변경한 경우이다. 실시의 형태 8과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 구성에 대하여, 도 19와 도 20을 이용하여 설명한다. 도 19는 본 발명의 실시의 형태 8과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 개념도이다. 도 20은 실시의 형태 8과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템의 구성도이다. 다른 실시의 형태도, 공중 이동체의 위치를 지상으로부터 측정하도록 변경할 수 있다.
도 20에 대하여, 실시의 형태 5의 경우의 도 14와는 상이한 점을 설명한다. 드론(3G)은, 측위 센서(18)를 갖지 않는다. 송전 장치(1B)의 근방에, 드론(3G)의 위치를 측정하는 레이저 측위 장치(51)를 설치하고 있다. 레이저 측위 장치(51)가 측위한 드론(3G)의 위치를 나타내는 위치 데이터(74)는, 전파 측정 중에는 결정된 주기로, 측정계 제어 장치(21F)에 입력된다. 데이터 기억 장치(17G)는, 위치 데이터(74)를 기억하지 않고, 송전 통신계(39) 및 파일럿 통신계(40)를 사용하고 있는지 여부를 나타내는 데이터를 기억한다.
레이저 측위 장치(51)는 레이저 광(82)을 각 방향으로 송신하고, 측위 대상인 드론(3G)에서 반사된 반사 레이저 광(83)을 수신한다. 반사 레이저 광(83)의 방향으로부터 드론(3G)이 존재하는 방향을 결정하고, 레이저 광(82)을 방사하고 나서 반사 레이저 광(83)을 수신할 때까지의 시간으로부터 드론(3G)까지의 거리를 결정한다. 계측한 방향과 거리를 변환하여, 드론(3G)의 3차원 위치를 결정한다. 또, 드론(3G)의 위치를 측정하는 측위 장치로서는, 레이저 광이 아닌 전파를 사용하더라도 좋다.
동작을 설명한다. 전파 측정 시스템의 경우의 동작을, 도 21을 참조하여 설명한다. 도 21은 실시의 형태 8과 관련되는 공중 이동체를 이용한 전파 측정 시스템에서의 전파의 방사 패턴을 측정하는 수순을 설명하는 플로차트이다.
도 21에 대하여, 실시의 형태 5의 경우의 도 15와는 상이한 점을 설명한다. 스텝 S04B에서, 드론(3G)에서는, 위치 데이터(74)를 측정하지 않는다. 스텝 S05C에서, 측정한 검파 데이터(73)를 포함하는 측정 데이터(77)는, 기내 제어 장치(16G)로부터 비행 제어 장치(5)에 보내어지고, 또한 이동체 통신계(12) 및 이동체 지령 장치(4C)를 거쳐서, 측정계 제어 장치(21F)에 보내어진다. 스텝 S17에서, 측정계 제어 장치(21F)가, 수신한 측정 데이터(77)에 포함되는 검파 데이터(73)와 최신의 위치 데이터(74)를 조합하여 위치 부가 검파 데이터(70)를 작성한다.
실시의 형태 5의 경우와 마찬가지로, 전파 측정 시스템에서는, 송전 장치(1)로부터 송전 전파(2)를 상공으로 향해 방사하고, 공중 이동체인 드론(3G)을 사용하여 송전 장치(1)의 상공에서의 송전 전파(2)의 빔 형상 데이터(71)를 측정한다. 그렇게 함으로써, 반사의 영향을 적게 하여 송전 장치(1)의 송전 전파(2)의 빔 형상 데이터(71)를 정밀하게 측정할 수 있다.
드론(3G)은 측위 센서를 갖지 않으므로, 드론(3G)은 자신의 위치를 계측하기 위해 전력을 사용하지 않더라도 좋다. 또한, 드론(3G)으로부터 위치 데이터(74)를 송신하지 않으므로, 위치 데이터(74)를 송신하는데 요하고 있던 전력을 소비하지 않더라도 되게 된다. 그 때문에, 실시의 형태 5의 경우와 비교하여, 보다 긴 시간을 비행할 수 있다.
본 발명은 그 발명의 정신의 범위 내에 있어서 각 실시의 형태의 자유로운 조합, 혹은 각 실시의 형태의 변형이나 생략이 가능하다.
1, 1A : 송전 장치(무선 송전 장치)
2 : 송전 전파(전파)
3, 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G : 드론(공중 이동체)
4, 4A, 4B, 4C, 4D : 이동체 지령 장치
5, 5A, 5B, 5C : 비행 제어 장치
6 : 기내 통신 안테나
7 : 무선 모뎀
8, 8A, 8B : 드론 전원 시스템
9 : 구동 모터
10 : 무선 모뎀
11 : 통신 안테나
12 : 이동체 통신계
13, 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G : 탑재 장치
14 : 모니터 안테나(계측용 안테나)
15, 15A : 검파기(전파 계측부)
16, 16A, 16B, 16D, 16E, 16F, 16G : 기내 제어 장치
17, 17A, 17B, 17D, 17E, 17G : 데이터 기억 장치(기억 장치)
18 : 측위 센서(위치 측정부)
19 : 축전 유닛
20a, 20b, 20c : 부하측 컨버터
21, 21D, 21E, 21F, 21G : 측정계 제어 장치(방사 전파 데이터 생성부)
21A, 21B : 측정계 제어 장치
22 : 송전 제어 장치
22A, 22B, 22C, 22D : 송전 제어 장치(방사 방향 결정부, 지향 방향 변경부)
23 : 송신 신호 생성부
24, 24A : 1단계 모듈(소자 모듈)
25 : 분배 회로
26, 26A : 2단계 모듈(소자 모듈)
27 : 소자 안테나
28 : 이상기
29 : 증폭기
30 : 페이즈드 어레이 안테나(피계측 안테나, 송전 안테나)
31 : 파일럿 신호
32 : 파일럿 송신기(방향 신호 송신부, 방향 신호 송수신부)
33 : 파일럿 송신 안테나(방향 신호 송신부, 방향 신호 송수신부)
34 : 수전 안테나
35 : 정류기
36 : 정류측 컨버터
37 : 파일럿 수신 안테나(방향 신호 수신부, 방향 신호 송수신부)
38 : 도래 방향 검출 장치(방사 방향 결정부)
39 : 송전 통신계
40 : 파일럿 통신계
41 : 펄스 변조 스위치
42, 42A : 통신계 전환 스위치
43 : 펄스 변조 스위치
44 : 검파기
45 : 계측 통신계
46 : 기내 통신기
47 : 기내 통신 안테나
48 : 지상 통신 안테나
49 : 지상 통신기
50 : 계측계 전원선
51 : 레이저 측위 장치
70, 70A : 위치 부가 검파 데이터(전파 측정 데이터)
71, 71A : 빔 형상 데이터(방사 전파 데이터)
72 : 계측 커맨드
73 : 검파 데이터(수신 전파 데이터)
74 : 위치 데이터(계측점 데이터)
75 : 비행 커맨드
76 : 송전 제어 신호
77 : 측정 데이터
78 : 상대 위치 데이터(전파원 상대 위치 데이터)
79 : 파일럿 송신기 제어 커맨드
80 : 도래 방향 데이터
81 : 방사 방향 데이터
82 : 레이저 광
83 : 반사 레이저 광

Claims (13)

  1. 방사하는 전파로 전력을 송전하는 지향 방향을 변경할 수 있는 송전 안테나와,
    송전 대상인 공중 이동체가 존재하는 방향인 방사 방향을 결정하는 방사 방향 결정부와,
    상기 방사 방향으로 상기 송전 안테나의 상기 지향 방향을 향하게 하는 지향 방향 변경부와,
    상기 송전 안테나로부터 상기 전파로서 송신되는 송신 신호를 생성하는 송신 신호 생성부를 구비하고,
    상기 송전 안테나가, 상기 전파를 방사하는 복수의 소자 안테나와, 상기 송신 신호의 위상을 변화시키는 이상기 및 상기 송신 신호를 증폭하는 증폭기를 갖는, 결정된 개수의 상기 소자 안테나마다에 마련된 복수의 소자 모듈을 갖는 페이즈드 어레이 안테나이고,
    상기 지향 방향 변경부가, 상기 이상기의 위상 지령치를 제어하는 것이고,
    상기 이상기마다의 위상 오프셋 값이, 상기 송전 안테나의 상공에서 정지하는, 상기 전파를 수신하는 계측용 안테나 및 상기 계측용 안테나가 수신하는 상기 전파의 진폭을 포함하는 수신 전파 데이터를 계측하는 전파 계측부가 탑재된 공중 이동체를 이용한 REV법에 의해 구해지고 있는
    무선 송전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송전 안테나가 복수의 송전 유닛을 가지며, 각각의 상기 송전 유닛이, 복수의 상기 소자 안테나, 상기 소자 모듈인 복수의 2단 모듈, 복수의 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 일률적으로 변경하는 상기 소자 모듈인 1단 모듈을 가지며,
    상기 2단 모듈이 갖는 상기 이상기에 있어서, 각 상기 2단 모듈에 동일한 상기 위상 지령치가 주어지는 경우에 각 상기 2단 모듈에 대응하는 상기 소자 안테나가 동일한 위상의 상기 전파를 방사할 수 있도록, 위상 오프셋 값이 정해져 있는
    무선 송전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 1단 모듈이 갖는 상기 이상기의 상기 위상 오프셋 값이, 각 상기 송전 유닛이 방사하는 상기 전파의 위상차에 기초하여 설정되는 무선 송전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 송전 안테나가 복수의 송전 유닛을 가지며, 각각의 상기 송전 유닛이, 복수의 상기 소자 안테나, 상기 소자 모듈인 복수의 2단 모듈, 복수의 상기 소자 안테나에 입력되는 상기 송신 신호의 위상을 일률적으로 변경하는 상기 소자 모듈인 1단 모듈을 가지며,
    상기 1단 모듈이 갖는 상기 이상기의 상기 위상 오프셋 값이, 각 상기 송전 유닛이 방사하는 상기 전파의 위상차에 기초하여 설정되는
    무선 송전 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    송전 대상인 공중 이동체가 존재하는 위치인 이동체 위치를 측정하는 위치 측정부를 구비하고,
    상기 방사 방향 결정부는, 상기 이동체 위치로 향하는 방향으로 상기 방사 방향을 결정하는
    무선 송전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 위치 측정부가 지상에 설치되어 있는 무선 송전 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 무선 송전 장치와,
    상기 송전 안테나의 상공에서 정지하는 공중 이동체와,
    상기 공중 이동체에 탑재되어, REV법을 실행 중에 상기 송전 안테나가 방사하는 상기 전파를 수신하는 계측용 안테나와,
    상기 공중 이동체에 탑재되어, 상기 전파의 진폭을 포함하는 수신 전파 데이터를 계측하는 전파 계측부를 구비하고,
    상기 전파에 의해, REV법의 커맨드를 송신하는
    공중 이동체로의 송전 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 무선 송전 장치와,
    상기 송전 안테나의 상공에서 정지하는 공중 이동체와,
    상기 공중 이동체에 탑재되어, REV법을 실행 중에 상기 송전 안테나가 방사하는 상기 전파를 수신하는 계측용 안테나와,
    상기 공중 이동체에 탑재되어, 상기 전파의 진폭을 포함하는 수신 전파 데이터를 계측하는 전파 계측부와,
    상기 송전 안테나에서 본 상기 공중 이동체가 존재하는 방향인 존재 방향을 알리기 위해 상기 공중 이동체가 발하는 방향 신호를 송신 및 수신하는 방향 신호 송수신부와,
    상기 공중 이동체를 제어하기 위한 이동체 통신계와는 다른 통신계인 계측 통신계를 구비하고,
    상기 방향 신호 송수신부 및 상기 계측 통신계 중 어느 것을 선택하여, 상기 공중 이동체로부터 상기 수신 전파 데이터를 송신하는
    공중 이동체로의 송전 시스템.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 무선 송전 장치와,
    상기 송전 안테나의 상공에서 정지하는 공중 이동체와,
    상기 공중 이동체에 탑재되어, REV법을 실행 중에 상기 송전 안테나가 방사하는 상기 전파를 수신하는 계측용 안테나와,
    상기 공중 이동체에 탑재되어, 상기 전파의 진폭을 포함하는 수신 전파 데이터를 계측하는 전파 계측부와,
    상기 송전 안테나에서 본 상기 공중 이동체가 존재하는 방향인 존재 방향을 알리기 위해 상기 공중 이동체가 발하는 방향 신호를 송신 및 수신하는 방향 신호 송수신부와,
    상기 공중 이동체를 제어하기 위한 이동체 통신계와는 다른 통신계인 계측 통신계를 구비하고,
    상기 방향 신호 송수신부, 상기 이동체 통신계 및 상기 계측 통신계 중 어느 것을 선택하여, 상기 공중 이동체로부터 상기 수신 전파 데이터를 송신하는
    공중 이동체로의 송전 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 무선 송전 장치와,
    상기 송전 안테나의 상공에서 정지하는 공중 이동체와,
    상기 공중 이동체에 탑재되어, REV법을 실행 중에 상기 송전 안테나가 방사하는 상기 전파를 수신하는 계측용 안테나와,
    상기 공중 이동체에 탑재되어, 상기 전파의 진폭을 포함하는 수신 전파 데이터를 계측하는 전파 계측부와,
    상기 송전 안테나에서 본 상기 공중 이동체가 존재하는 방향인 존재 방향을 알리기 위해 상기 공중 이동체가 발하는 방향 신호를 송신 및 수신하는 방향 신호 송수신부를 구비하고,
    상기 공중 이동체를 제어하기 위한 이동체 통신계 또는 상기 방향 신호 송수신부 중 어느 것을 선택하여, 상기 공중 이동체로부터 상기 수신 전파 데이터를 송신하는
    공중 이동체로의 송전 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전파에 의해, REV법의 커맨드를 송신하는 공중 이동체로의 송전 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전파에 의해, REV법의 커맨드를 송신하는 공중 이동체로의 송전 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 전파에 의해, REV법의 커맨드를 송신하는 공중 이동체로의 송전 시스템.
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