マイクロ波電力伝送用レクテナのアンテナ部に関する研究

概要

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マイクロ波電力伝送を実用化させるためには、マイクロ波電力を直流電力に変換する素子であるレクテナの高効率化、大電力化を進める必要がある。レクテナは、大きく分けるとアンテナ部と整流回路部から構成される。レクテナのアンテナ部には、1)整流回路との接続性がよい、2)製作が容易である、という条件が重要になる。われわれの研究室では、これらの条件を満たすように、アンテナ部として電磁結合方式の円形マイクロストリップアンテナを採用してきた。1994年から1995年にかけて行われた地上2定点間マイクロ波エネルギー伝送フィールド実験(図1)では、このレクテナを2,304素子のアレイにして特性の測定を行った。フィールド実験の結果、レクテナのアンテナ部の実効開口面積が設計時の予想とは異なり、レクテナアレイの物理面積よりも小さいことがわかり、現在のレクテナの更なる高効率化を図るにはアンテナ部を改良すれば良いという結論に達した。われわれの研究グループでは、フィールド実験以降現在までに、整流回路とフィルターに関する研究および実験を実験室内レベルで行ってきている。本研究では、現在まで改良し続けてきた整流回路部(整流回路と入出力フィルター)に、あらたな方式のアンテナを組み合わせることで、レクテナのさらなる高効率化を図るものである。フィールド実験時に採用していた電磁結合方式の円形パッチアンテナは、1)整数次高調波で共振しない、2)整流回路との接続性が良い、という長所を持つ反面、1)製作精度が厳しい、2)共振をとるのが難しい、という短所を持っていた。そこで、アンテナ部にプリント化ダイポールアンテナを採用し、要求される製作精度を甘くすることで、レクテナの高効率化を図る。プリント化ダイポールアンテナは、1)一層の基板で製作できるため製作が容易である、2)整流回路との接続性もよい、という長所がある。一方、1)平面状導体が基板の上面と下面に分離しているため簡単に設計できにくい、2)TEM線路とマイクロストリップ線路の間の整合が取りにくい、という欠点がある。図2は1スタプで整合をとったプリント化ダイポールの一例であり。このアンテナと現在までに改良されてきた整流回路部をあわせて製作したレクテナは、フィールド実験のときに使用したレクテナと比較すると、同一電力密度のときに2倍以上の出力を記録した。本講演では、アンテナ部にプリント化ダイポールアンテナを採用したレクテナの特性、アレイ化して用いたときの特性について発表する。
社団法人電子情報通信学会の論文
1996-03-11

マイクロ波電力伝送用レクテナのアンテナ部に関する研究

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