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レクテナ装置

国内特許コード P150012402
整理番号 3500
掲載日 2015年10月16日
出願番号 特願2012-027271
公開番号 特開2013-165389
登録番号 特許第5725622号
出願日 平成24年2月10日(2012.2.10)
公開日 平成25年8月22日(2013.8.22)
登録日 平成27年4月10日(2015.4.10)
発明者
  • 西川 健二郎
  • 関 智弘
  • 篠原 真毅
  • 波多野 健
出願人
  • 日本電信電話株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 レクテナ装置
発明の概要 【課題】ミリ波等の高周波において変換効率を向上させるレクテナ装置を提供する。
【解決手段】レクテナ装置100は、受信した電波の周波数に応じた信号を出力するアンテナ101と、アンテナ101が出力する信号に対して帯域制限をして出力するフィルタ20と、フィルタ20の出力を整流する整流回路110とを具備し、フィルタ20は、アンテナ101が受信する電波に含まれる基本波の奇数次の高調波における波長の4分の1の長さを有する線路を備える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


マイクロ波無線電力電送に用いられるレクテナ(受電整流アンテナ:Rectifying antenna)は、1960年代に発明されて以来、様々な方式のレクテナが開発され、公表されてきた。レクテナは、整流回路部とアンテナ部とに分かれる。既発表のレクテナ整流回路は、基本となるシングルシャント整流回路と、それ以外の整流回路に大別される。
シングルシャント整流回路は、1つのダイオード、λg/4線路、及びキャパシタで構成された出力フィルタと、入力低域通過フィルタとで構成される。シングルシャント整流回路は、出力フィルタで高調波合成を行うことで理論効率100%を実現する整流回路である。



図8は、シングルシャント整流回路を用いたレクテナ装置900の等価回路を示す図である。同図に示すように、レクテナ装置900は、電波を受信するアンテナ901と、入力低域通過フィルタ902と、シングルシャント整流回路910とを具備している。シングルシャント整流回路910は、ダイオード911、及び、λg/4線路912とキャパシタ913とを有する出力フィルタを備えている。シングルシャント整流回路910において、ダイオード911は、アノードが接地され、カソードが入力低域通過フィルタ902の出力端に接続されている。λg/4線路912は、アンテナ901で受信する基本波の4分の1の波長に対応する長さの線路で構成され、一端がダイオード911のカソードに接続され、他端が負荷(不図示)に接続されている。キャパシタ913は、一端が接地され、他端がλg/4線路912の他端に接続されている。
アンテナ901は、入力低域通過フィルタ902の入力端に接続されている。入力低域通過フィルタ902は、アンテナ901が受信した信号のうち、予め定められた周波数帯域の信号を通過させてシングルシャント整流回路910に出力する。シングルシャント整流回路910は、入力された信号を整流して負荷に出力する。



図9は、異なるシングルシャント整流回路を用いたレクテナ装置920の等価回路を示す図である。同図に示すように、レクテナ装置920は、アンテナ921と、高周波チョーク922と、スイッチング素子923と、入力低域通過フィルタ930と、共振回路940とを具備している。レクテナ装置920には、負荷950が接続されている。ここでは、スイッチング素子923としてFET(Field Effective Transistor:電界効果トランジスタ)を用いて構成する場合について説明する。
アンテナ921は、スイッチング素子923のドレインに接続されている。スイッチング素子923は、ソースが接地され、ドレインが高周波チョーク922を介して電源電圧Vddに接続されている。入力低域通過フィルタ930は、キャパシタ931と、λg/4線路932とを備えている。キャパシタ931は、一端がアンテナ921に接続され、他端がλg/4線路932の一端に接続されている。λg/4線路932は、アンテナ921で受信する基本波の4分の1の波長に対応する長さの線路で構成され、他端が共振回路940及び負荷950に接続されている。共振回路940は、インダクタ941と、キャパシタ942とを備えている。インダクタ941とキャパシタ942とは、並列に接続され、それぞれの一端がλg/4線路932及び負荷950に共通接続され、それぞれの他端が共に接地されている。すなわち、共振回路940はLC共振回路であり、予め定められた周波数(基本波の周波数)において共振する。
スイッチング素子923のドレイン側から入力低域通過フィルタ930を介してみると、偶数次高調波に対して短絡回路になり、奇数次高調波に対して開放回路となる。このため、スイッチング素子923に十分なバイアスを与え、アンテナ921から高周波信号が入力されると、ドレインの電圧波形が基本波と偶数次高調波とからなる半波整流波形になる。



また、特許文献1に記載されている技術では、レクテナ装置においてシングルシャント整流回路の基本構成であるダイオード、λg/4線路、及びキャパシタのうち、λg/4線路の線路長をλg/22.5からλg/14の範囲にすることで最適化をし、弱いマイクロ波強度における高効率化が図られている。

産業上の利用分野


本発明は、レクテナ装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
受信した電波の周波数に応じた信号を出力するアンテナと、
前記アンテナが出力する信号に対して帯域制限をして出力するフィルタと、
前記フィルタの出力を整流する整流回路と
を具備し、
前記フィルタは、
前記アンテナが受信する電波に含まれる基本波の奇数次および偶数次の高調波のうち、奇数次の高調波のみについて、それぞれ波長の4分の1の長さを有する第1の線路と第2の線路とを備え
前記第1の線路は、一端が前記フィルタの入力端に接続され、他端が前記フィルタの出力端に接続され、
前記第2の線路は、一端が前記フィルタの入力端に接続され、他端が開放端になっており、
前記整流回路に入力される信号に含まれる前記奇数次の高調波のみを抑圧する
ことを特徴とするレクテナ装置。

【請求項2】
請求項1に記載のレクテナ装置であって、
前記第1および第2の線路は、それぞれ
前記基本波に対して3次の高調波における波長の4分の1の長さである
ことを特徴とするレクテナ装置。

【請求項3】
請求項1又は請求項2のいずれか一項に記載のレクテナ装置であって、
前記整流回路は、
アノードが接地され、カソードが前記フィルタの出力端に接続されたダイオードと、
一端が前記フィルタの出力端に接続され、他端が負荷に接続された前記基本波の波長の4分の1の長さを有する第3の線路と、
一端が接地され、他端が前記第3の線路の他端に接続されたキャパシタと
を備える
ことを特徴とするレクテナ装置。
産業区分
  • 伝送回路空中線
  • その他電子
  • 発電、電動
  • 送配電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012027271thum.jpg
出願権利状態 登録
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