(57)【要約】【課題】電力変換効率の高い電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、第１端子から第１開放端まで延在し、所定の共振周波数を有する第１アンテナエレメントと、第２端子から第２開放端まで延在し、第１アンテナエレメントと結合され、所定の共振周波数を有する第２アンテナエレメントと、第１端子と第２端子との間に接続される整流素子と、第１端部が整流素子の電流入力端子に接続される第１伝送線路と、第２端部が整流素子の電流出力端子に接続される第２伝送線路と、第１伝送線路と第２伝送線路との間に挿入されるコンデンサとを含み、第１伝送線路の第１端部からコンデンサが第１伝送線路に接続される第１接続点までの長さと、第２伝送線路の第２端部からコンデンサが第２伝送線路に接続される第２接続点までの長さとは、所定の共振周波数における四半波長の電気長に対応する長さである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子から第１開放端まで延在し、所定の共振周波数を有する第１アンテナエレメントと、
第２端子から第２開放端まで延在し、前記第１アンテナエレメントと結合され、前記所定の共振周波数を有する第２アンテナエレメントと、
前記第１端子と前記第２端子との間に接続される整流素子と、
第１端部が前記整流素子の電流入力端子に接続される第１伝送線路と、
第２端部が前記整流素子の電流出力端子に接続される第２伝送線路と、
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路との間に挿入されるコンデンサと
を含み、
前記第１伝送線路の第１端部から前記コンデンサが前記第１伝送線路に接続される第１接続点までの長さと、前記第２伝送線路の第２端部から前記コンデンサが前記第２伝送線路に接続される第２接続点までの長さとは、前記所定の共振周波数における四半波長の電気長に対応する長さである、電力変換装置。
【請求項２】
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントが第１面に設けられる基板をさらに含み、
前記整流素子は、前記第１面に設けられ、
前記第１伝送線路は、前記電流入力端子に接続され、前記基板を貫通する第１貫通導体と、前記第１面の反対側の第２面に設けられて前記第１貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第１線路とを有し、
前記第２伝送線路は、前記電流出力端子に接続され、前記基板を貫通する第２貫通導体と、前記第２面に設けられて前記第２貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第２線路とを有する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントが第１面に設けられる基板と、
前記第１端子に接続され、前記基板を貫通する第１貫通導体と、
前記第２端子に接続され、前記基板を貫通する第２貫通導体と
をさらに含み、
前記整流素子は、前記第１面の反対側の第２面に設けられ、前記電流入力端子は前記第１貫通導体に接続され、前記電流出力端子は前記第２貫通導体に接続され、
前記第１伝送線路は、前記第２面に設けられて前記第１端部が前記第１貫通導体を介して前記電流入力端子に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第１線路を有し、
前記第２伝送線路は、前記第２面に設けられて前記第２端部が前記第２貫通導体を介して前記電流出力端子に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第２線路を有する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
第１端子から第１開放端まで延在し、所定の共振周波数を有する第１アンテナエレメントと、
第２端子から第２開放端まで延在し、前記第１アンテナエレメントと結合され、前記所定の共振周波数を有する第２アンテナエレメントと、
前記第１端子と前記第２端子との間に接続される第１整流素子と、
前記第１整流素子の第１電流入力端子及び前記第１端子に接続される第２電流出力端子を有する第２整流素子と、
第１端部が前記第２整流素子の第２電流入力端子に接続される第１伝送線路と、
第２端部が前記第１整流素子の第１電流出力端子に接続される第２伝送線路と、
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路との間に挿入されるコンデンサと
を含み、
前記第１伝送線路の第１端部から前記コンデンサが前記第１伝送線路に接続される第１接続点までの長さと、前記第２伝送線路の第２端部から前記コンデンサが前記第２伝送線路に接続される第２接続点までの長さとは、前記所定の共振周波数における半波長の電気長に対応する長さである、電力変換装置。
【請求項５】
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントが第１面に設けられる基板をさらに含み、
前記第１整流素子及び前記第２整流素子は、前記第１面に設けられ、
前記第１伝送線路は、前記第２整流素子の第２電流入力端子に接続され、前記基板を貫通する第１貫通導体と、前記第２面に設けられて前記第１貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第１線路とを有し、
前記第２伝送線路は、前記第１整流素子の第１電流出力端子に接続され、前記基板を貫通する第２貫通導体と、前記第２面に設けられて前記第２貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第２線路とを有する、請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントが第１面に設けられる基板と、
前記第１端子に接続され、前記基板を貫通する第１貫通導体と、
前記第２端子に接続され、前記基板を貫通する第２貫通導体と
をさらに含み、
前記第１整流素子及び前記第２整流素子は、前記第１面の反対側の第２面に設けられ、前記第１整流素子の第１電流入力端子と前記第２整流素子の第２電流出力端子とは前記第１貫通導体を介して前記第１端子に接続され、前記第１整流素子の第１電流出力端子は、前記第２貫通導体を介して前記第２端子に接続され、
前記第１伝送線路は、前記第２面に設けられて前記第１端部が前記第１貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第１線路を有し、
前記第２伝送線路は、前記第２面に設けられて前記第１端部が前記第２貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第２線路を有する、請求項４記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１アンテナエレメントは、平面視で内側に位置する前記第１端子から前記第１開放端まで螺旋状に巻回され、
前記第２アンテナエレメントは、平面視で内側に位置する前記第２端子から前記第２開放端まで螺旋状に巻回されて、前記第１アンテナエレメントと結合される、請求項１乃至６のいずれか一項記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントは、スパイラルアンテナ又は対数スパイラルアンテナを構築する、請求項１乃至７のいずれか一項記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ログスパイラルアンテナを構築する２つの渦巻き状のアンテナエレメントと、２つのアンテナエレメントの平面視での中央側の端子間に挿入されるダイオードと、２つのアンテナエレメントの平面視での外側の２つの端子にそれぞれ接続される２つのパッドを有するシステムがある（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Tunable  continuous-wave  terahertz  generation／detection  with  compact  1．55μm  detuned  dual-mode  laser  diode  and  InGaAs  based  photomixer”，Namje  Kim  et．al．，August  2011／Vol．19，No．16／OPTICS  EXPRESS  15403
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような従来のシステムで高周波電力を受電して直流電力に変換する場合には、２つのアンテナエレメントの外側の２つの端子に２つのパッドが接続されているため、ログスパイラルアンテナの放射特性に悪影響が生じ、電力変換効率が低下する。
【０００５】
そこで、電力変換効率の高い電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態の電力変換装置は、第１端子から第１開放端まで延在し、所定の共振周波数を有する第１アンテナエレメントと、第２端子から第２開放端まで延在し、前記第１アンテナエレメントと結合され、前記所定の共振周波数を有する第２アンテナエレメントと、前記第１端子と前記第２端子との間に接続される整流素子と、第１端部が前記整流素子の電流入力端子に接続される第１伝送線路と、第２端部が前記整流素子の電流出力端子に接続される第２伝送線路と、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路との間に挿入されるコンデンサとを含み、前記第１伝送線路の第１端部から前記コンデンサが前記第１伝送線路に接続される第１接続点までの長さと、前記第２伝送線路の第２端部から前記コンデンサが前記第２伝送線路に接続される第２接続点までの長さとは、前記所定の共振周波数における四半波長の電気長に対応する長さである。
【発明の効果】
【０００７】
電力変換効率の高い電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態の電力変換装置１００を示す図である。
【図２】電力変換装置１００の回路構成を示す図である。
【図３】電力変換装置１００の回路構成を示す図である。
【図４】実施の形態の第１変形例の電力変換装置１００Ａを示す図である。
【図５】実施の形態の第２変形例による電力変換装置１００Ｂを示す図である。
【図６】電力変換装置１００Ｂの回路構成を示す図である。
【図７】ダイオード１２０Ａ及び１２０Ｂの周辺の等化回路を示す図である。
【図８】電力変換装置１００と電力変換装置１００Ｂで得られる出力電圧Ｖｏｕｔの入力電力に対する特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の電力変換装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１０】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の電力変換装置１００を示す図である。電力変換装置１００は、基板１０１、スパイラルアンテナ１１０、ダイオード１２０、伝送線路１３０、１４０、及びコンデンサ１５０を含む。
【００１１】
以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、説明の便宜上、Ｚ軸負方向側を下側又は下、Ｚ軸正方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。また、平面視とはＸＹ平面視をいう。
【００１２】
電力変換装置１００は、スパイラルアンテナ１１０で受電する高周波電力を直流電力に変換して出力する装置である。高周波電力は、一例として、無線通信等で利用されている高周波信号の電力であり、微弱な高周波電力である。
【００１３】
基板１０１は、絶縁体製の基板であればよく、例えば、ガラスエポキシ樹脂製のＦＲ−４(Flame  Retardant  type  4)規格の配線基板を用いることができる。基板１０１の上面には、スパイラルアンテナ１１０、ダイオード１２０、伝送線路１３０及び１４０の一部分、及びコンデンサ１５０が実装される。また、基板１０１の下面には、伝送線路１３０及び１４０の他の一部分が実装される。基板１０１の上面は第１面の一例であり、下面は第２面の一例である。
【００１４】
スパイラルアンテナ１１０は、２つのアンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂを有する。アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂは、それぞれ、端子１１１Ａ、１１１Ｂからスパイラル状（螺旋状）に端部１１２Ａ、１１２Ｂまで延在している。
【００１５】
より具体的には、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂは、平面視で内側に位置する端子１１１Ａ、１１１Ｂから入れ子式に配置された状態で螺旋状に巻回され、端子１１１Ａ、１１１Ｂ側から外側に向かうほど、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂ同士の間隔が広くなり、かつ、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂの線幅が広くなる形状を有する。また、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂは、端部１１２Ａ、１１２Ｂ側では徐々に線幅が細くなっている。
【００１６】
換言すれば、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂは、内側に向かうほど互いの間隔が狭くなり、線幅は端子１１１Ａ、１１１Ｂに向かって細くなっている。すなわち、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂは、外側が粗であり、内側に行くほど密になっている。このような形状を有するのは、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂの結合を大きくするためである。
【００１７】
スパイラルアンテナ１１０は、所謂ダイポールアンテナのインピーダンス（入力インピーダンスは一例として７５Ω）の２倍程度の高いインピーダンスを有する。アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂの線路長（端子１１１Ａ、１１１Ｂから端部１１２Ａ、１１２Ｂまでの長さ）は、互いに等しく、スパイラルアンテナ１１０が受電する高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／２（λｅ／２）に対応する長さである。高周波電力の周波数は、一例として数百メガヘルツ（ＭＨｚ）以上であり、ギガヘルツ（ＧＨｚ）オーダであってもよい。
【００１８】
高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／２（λｅ／２）に対応する長さとは、高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／２（λｅ／２）と等しい長さに限らず、スパイラルアンテナ１１０のインピーダンスを調整するために、電気長λｅの１／２（λｅ／２）よりも少し短く又は長く設定される長さを含む意味である。
【００１９】
端子１１１Ａ、１１１Ｂの間にはダイオード１２０が接続される。また、端子１１１Ａ、１１１Ｂは、それぞれ、伝送線路１３０、１４０に接続される。電力変換装置１００は、微弱な高周波電力を直流電力に変換するため、変換損失が少ないことが求められる。高周波電力を整流するダイオード１２０は、インピーダンスが大きい素子であるため、高周波電力を受電するアンテナには、インピーダンス（入力インピーダンス）がダイオード１２０とつり合うほどに大きいことが求められる。このような観点から、スパイラルアンテナ１１０を用いている。
【００２０】
なお、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂは、それぞれ、第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントの一例である。端子１１１Ａ、１１１Ｂは、一対の給電点であり、それぞれ第１端子、第２端子の一例である。端部１１２Ａ、１１２Ｂは、それぞれ、第１開放端、第２開放端の一例である。
【００２１】
ダイオード１２０は、アノード１２１及びカソード１２２を有し、端子１１１Ａ、１１１Ｂの間に挿入されている。ダイオード１２０は、アノード１２１が端子１１１Ａに接続され、カソード１２２が端子１１１Ｂに接続されることにより、アンテナエレメント１１０Ａ、１１０Ｂの間に直列に挿入されている。
【００２２】
ダイオード１２０は、スパイラルアンテナ１１０が受電する高周波電力を半波整流して伝送線路１３０、１４０に出力する。
【００２３】
伝送線路１３０は、スルーホール１３０Ａ、線路１３０Ｂ、スルーホール１３０Ｃ、及び線路１３０Ｄを有する。伝送線路１３０は、第１伝送線路の一例である。
【００２４】
スルーホール１３０Ａ、１３０Ｃは、一例として、基板１０１に形成した貫通孔の内壁にめっき処理（例えば銅めっき処理）等を形成することによって作製することができる。線路１３０Ｂ、１３０Ｄは、一例として、基板１０１の上面及び下面に設けられた金属箔（例えば銅箔）をエッチング処理でパターニングすることによって作製することができる。
【００２５】
スルーホール１３０Ａは、基板１０１を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔の内壁に設けられた導体であり、第１貫通導体の一例である。スルーホール１３０Ａは、端部１３１Ａ（上端）と下端を有する。スルーホール１３０Ａの端部１３１Ａは、アンテナエレメント１１０Ａの端子１１１Ａ及びダイオード１２０のアノード１２１に接続され、スルーホール１３０Ａの下端は、線路１３０Ｂの端部１３１Ｂに接続される。なお、スルーホール１３０Ａは第１貫通導体の一例であり、端部１３１Ａは第１端部の一例である。
【００２６】
線路１３０Ｂは、基板１０１の下面に設けられ、端部１３１Ｂ、１３２Ｂを有する。端部１３１Ｂは、スルーホール１３０Ａに接続され、端部１３２Ｂは、スルーホール１３０Ｃに接続される。
【００２７】
電力変換装置１００では、平面視でスパイラルアンテナ１１０の中央にダイオード１２０が設けられ、スパイラルアンテナ１１０の中央に位置する端子１１１Ａから電力を取り出すため、伝送線路１３０を迂回させるために、基板１０１の下面に設けられた線路１３０Ｂを用いて、平面視でスパイラルアンテナ１１０の外側に電力を引き出している。
【００２８】
スルーホール１３０Ｃは、基板１０１を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔の内壁に設けられた導体である。スルーホール１３０Ｃは、線路１３０Ｂの端部１３２Ｂと、線路１３０Ｄの端部１３１Ｄとを接続する。
【００２９】
線路１３０Ｄは、基板１０１の上面に設けられており、端部１３１Ｄ、１３２Ｄと、接続点１３３Ｄとを有する。端部１３１Ｄは、スルーホール１３０Ｃに接続される端部であり、端部１３２Ｄは、直流電力を外部装置に出力する出力端子である。接続点１３３Ｄは、端部１３１Ｄと端部１３２Ｄとの間に設けられ、コンデンサ１５０の一方の端子が接続される。接続点１３３Ｄは、第１接続点の一例である。
【００３０】
このような伝送線路１３０は、スルーホール１３０Ａの端部１３１Ａから線路１３０Ｂ及びスルーホール１３０Ｃを経て線路１３０Ｄの接続点１３３Ｄまでの長さが、スパイラルアンテナ１１０が受電する高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／４（四半波長の電気長（λｅ／４））に対応する長さである。
【００３１】
高周波電力の周波数における四半波長の電気長（λｅ／４）に対応する長さとは、高周波電力の周波数における四半波長の電気長（λｅ／４）と等しい長さに限らず、伝送線路１３０のインピーダンスを調整するために、四半波長の電気長（λｅ／４）よりも少し短く又は長く設定される長さを含む意味である。
【００３２】
なお、伝送線路１３０の端部１３１Ａから接続点１３３Ｄまでの長さを四半波長の電気長（λｅ／４）に対応する長さに設定する理由については、図２及び図３を用いて後述する。
【００３３】
伝送線路１４０は、伝送線路１３０と同様の構成を有し、スルーホール１４０Ａ、線路１４０Ｂ、スルーホール１４０Ｃ、及び線路１４０Ｄを有する。伝送線路１４０は、第２伝送線路の一例である。
【００３４】
スルーホール１４０Ａ、線路１４０Ｂ、スルーホール１４０Ｃ、及び線路１４０Ｄは、それぞれ、スルーホール１３０Ａ、線路１３０Ｂ、スルーホール１３０Ｃ、及び線路１３０Ｄと同様に作製することができる。
【００３５】
スルーホール１４０Ａは、基板１０１を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔の内壁に設けられた導体であり、第２貫通導体の一例である。スルーホール１４０は、端部１４１Ａ（上端）と下端を有する。スルーホール１４０の端部１４１Ａは、アンテナエレメント１１０Ｂの端子１１１Ｂ及びダイオード１２０のカソード１２２に接続され、スルーホール１４０の下端は、線路１４０Ｂの端部１４１Ｂに接続される。なお、スルーホール１４０Ａは、第２貫通導体の一例であり、端部１４１Ａは第２端部の一例である。
【００３６】
線路１４０Ｂは、基板１０１の下面に設けられ、端部１４１Ｂ、１４２Ｂを有する。端部１４１Ｂは、スルーホール１４０Ａに接続され、端部１４２Ｂは、スルーホール１４０Ｃに接続される。
【００３７】
電力変換装置１００では、平面視でスパイラルアンテナ１１０の中央にダイオード１２０が設けられ、スパイラルアンテナ１１０の中央に位置する端子１１１Ｂから電力を取り出すため、伝送線路１４０を迂回させるために、基板１０１の下面に設けられた線路１４０Ｂを用いて、平面視でスパイラルアンテナ１１０の外側に電力を引き出している。
【００３８】
スルーホール１４０Ｃは、基板１０１を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔の内壁に設けられた導体である。スルーホール１４０Ｃは、線路１４０Ｂの端部１４２Ｂと、線路１４０Ｄの端部１４１Ｄとを接続する。
【００３９】
線路１４０Ｄは、基板１０１の上面に設けられており、端部１４１Ｄ、１４２Ｄと、接続点１４３Ｄとを有する。端部１４１Ｄは、スルーホール１４０Ｃに接続される端部であり、端部１４２Ｄは、直流電力を外部装置に出力する出力端子である。接続点１４３Ｄは、端部１４１Ｄと端部１４２Ｄとの間に設けられ、コンデンサ１５０の他方の端子が接続される。接続点１４３Ｄは、第２接続点の一例である。
【００４０】
このような伝送線路１４０は、スルーホール１４０Ａの端部１４１Ａから線路１４０Ｂ及びスルーホール１４０Ｃを経て線路１４０Ｄの接続点１４３Ｄまでの長さが、スパイラルアンテナ１１０が受電する高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／４（四半波長の電気長（λｅ／４））に対応する長さである。高周波電力の周波数における四半波長の電気長（λｅ／４）に対応する長さの意味は、伝送線路１３０と同様である。
【００４１】
なお、伝送線路１４０の端部１４１Ａから接続点１４３Ｄまでの長さを四半波長の電気長（λｅ／４）に対応する長さに設定する理由については、図２及び図３を用いて後述する。
【００４２】
コンデンサ１５０は、線路１３０Ｄの接続点１３３Ｄと、線路１４０Ｄの接続点１４３Ｄとの間に挿入される。すなわち、コンデンサ１５０の一対の電極の一方は接続点１３３Ｄに接続され、他方は接続点１４３Ｄに接続される。コンデンサ１５０は、スパイラルアンテナ１１０で受電され、ダイオード１２０及び伝送線路１３０、１４０によって直流電力に変換された電力を蓄えるために設けられている。
【００４３】
図２及び図３は、電力変換装置１００の回路構成を示す図である。図２ではスパイラルアンテナ１１０を簡略化して示し、主な構成要素の符号を示す。なお、スルーホール１３０Ａ、１３０Ｃ、１４０Ａ、１４０Ｃを×印で示す。図３では、伝送線路１３０、１４０を簡略化して示す。
【００４４】
ここでは、伝送線路１３０の端部１３１Ａから接続点１３３Ｄまでの長さと、伝送線路１４０の端部１４１Ａから接続点１４３Ｄまでの長さとを四半波長の電気長（λｅ／４）に対応する長さに設定する理由について説明する。伝送線路１３０及び１４０に関する理由は同様であるため、伝送線路１３０に関する理由について説明する。
【００４５】
スパイラルアンテナ１１０で受電した高周波電力をダイオード１２０で半波整流するには、スパイラルアンテナ１１０から直接的に送電線路１３０、１４０に高周波電力が伝送されないようにすればよい。このためには、スパイラルアンテナ１１０で受電された高周波電力にとって、送電線路１３０、１４０が見えない（接続されていない）ようにすればよく、受電された高周波電力にとって、スパイラルアンテナ１１０側からダイオード１２０よりも先（送電線路１３０、１４０側）がオープン（開放）になっているように送電線路１３０、１４０が振る舞えばよい。
【００４６】
また、ダイオード１２０で半波整流された電力を直流電力に変換するには、コンデンサ１５０を用いて電荷を蓄積することが必要になる。コンデンサ１５０は平滑用に設けられているが、ダイオード１２０から出力される半波整流された電力は、元々の高周波電力の半分の周波数成分を有する。
【００４７】
したがって、コンデンサ１５０で電荷を効率的に蓄積するために、半波整流された電力にとって、コンデンサ１５０がショート（短絡）されている回路にすればよい。
【００４８】
すなわち、伝送線路１３０は、高周波電力にとって、コンデンサ１５０に接続される接続点１３３Ｄでショート（短絡）になり、スルーホール１３０Ａとダイオード１２０との接続点においてオープン（開放）になればよい。
【００４９】
このような条件を満たすには、送電線路１３０に定在波を発生させて、スルーホール１３０Ａとダイオード１２０との接続点に腹が生じ、接続点１３３Ｄに節が生じるようにすればよい。定在波の節は、電圧がゼロになるので、インピーダンスがゼロになる点である。また、定在波の腹は、電圧が最大値になるので、インピーダンスが最大値になる点である。
【００５０】
このような理由から、伝送線路１３０の端部１３１Ａから接続点１３３Ｄまでの長さを四半波長の電気長（λｅ／４）に対応する長さに設定し、端部１３１Ａに定在波の腹が生じるとともに、接続点１３３Ｄで節が生じるようにしている。これは、伝送線路１４０についても同様である。
【００５１】
このように、伝送線路１３０、１４０の端部１３１Ａ、１４１Ａから接続点１３３Ｄ、１４３Ｄまでの長さを四半波長の電気長（λｅ／４）に対応する長さに設定すれば、スパイラルアンテナ１１０で受電された高周波電力にとって、スルーホール１３０Ａとダイオード１２０との接続点がオープン（開放）になるため、受電された高周波電力は、すべてダイオード１２０に流れる。これにより、受電された高周波電力が半波整流される。
【００５２】
また、半波整流された電力は、伝送線路１３０、１４０を伝送され、元々の高周波電力の半分の高周波の成分にとって、接続点１３３Ｄ及び１４３Ｄはショートに見えるため、コンデンサ１５０で直流電力が取り出される。したがって、端部１３２Ｄ、１４２Ｄ間で、電圧Ｖｏｕｔの直流電力が得られる。
【００５３】
以上のように、スパイラルアンテナ１１０は、端部１１２Ａ、１１２Ｂが開放されており、放射特性は良好である。また、インピーダンスの高いスパイラルアンテナ１１０で高周波電力を受電し、ダイオード１２０で半波整流する。そして、伝送線路１３０、１４０の端部１３１Ａ、１４１Ａから接続点１３３Ｄ、１４３Ｄまでの長さを四半波長の電気長（λｅ／４）に対応する長さに設定することにより、コンデンサ１５０で効率的に直流電力を取り出すことができる。
【００５４】
したがって、電力変換効率の高い電力変換装置１００を提供することができる。
【００５５】
なお、以上では、スパイラルアンテナ１１０を用いる形態について説明したが、スパイラルアンテナ１１０の代わりにログスパイラルアンテナ（対数スパイラルアンテナ）を用いてもよい。ログスパイラルアンテナは、スパイラルアンテナ１１０と同様にインピーダンスが高いため、電力変換装置１００の用途に適している。
【００５６】
また、スパイラルアンテナ１１０の代わりに、例えば、ミアンダ状の２つのアンテナエレメントが近接配置されて結合されることによって、スパイラルアンテナ１１０と同等の高いインピーダンスを有するアンテナを用いてもよい。
【００５７】
また、以上では、ダイオード１２０が基板１０１の上面に設けられている形態について説明したが、ダイオード１２０は、基板１０１の下面に設けられていて、スルーホール１３０Ａ、１４０Ａの下端同士の間に接続されており、スパイラルアンテナ１１０とはスルーホール１３０Ａ、１４０Ａを介して接続されていてもよい。
【００５８】
また、以上では、基板１０１が１層の絶縁層である形態について説明したが、基板１０１は、複数層の絶縁層と、複数の絶縁層と重ねて配置される金属層とを有し、スパイラルアンテナ１１０は、複数の絶縁層に挟まれた層間の金属層として設けられていてもよい。この場合に、伝送線路１３０、１４０は、いずれかの金属層に設ければよい。
【００５９】
また、以上では、スパイラルアンテナ１１０、ダイオード１２０、伝送線路１３０、１４０、及びコンデンサ１５０が基板１０１に設けられる形態について説明したが、これらの構成要素は、例えば、電子機器等の電力変換装置１００とは別の装置の筐体等に設けられていてもよい。この場合には、電子機器等に電力変換装置１００が取り付けられることになる。
【００６０】
また、以上では、スルーホール１３０Ａ、１３０Ｃ、１４０Ａ、１４０Ｃを用いる形態について説明したが、ビアを用いてもよい。
【００６１】
また、図４のように変形した構成であってもよい。図４は、実施の形態の第１変形例の電力変換装置１００Ａを示す図である。電力変換装置１００Ａは、図１乃至図３に示す電力変換装置１００のスルーホール１３０Ａ、１３０Ｃ、線路１３０Ｂの代わりにボンディングワイヤ１３０Ｅを含み、スルーホール１４０Ａ、１４０Ｃ、線路１４０Ｂの代わりにボンディングワイヤ１４０Ｅを含む構成である。すなわち、伝送線路１３０は、線路１３０Ｄ及びボンディングワイヤ１３０Ｅを含み、伝送線路１４０は、線路１４０Ｄ及びボンディングワイヤ１４０Ｅを含む。
【００６２】
ボンディングワイヤ１３０Ｅの一端は、アンテナエレメント１１０Ａの端子１１１Ａ及びダイオード１２０のアノード１２１に接続され、他端は線路１３０Ｄの端部１３１Ｄに接続される。同様に、ボンディングワイヤ１４０Ｅの一端は、アンテナエレメント１１０Ｂの端子１１１Ｂ及びダイオード１２０のカソード１２２に接続され、他端は線路１４０Ｄの端部１４１Ｄに接続される。
【００６３】
このようなボンディングワイヤ１３０Ｅ、１４０Ｅを用いれば、基板１０１の下面に線路１３０Ｂを実装しなくて済むことになる。
【００６４】
また、図５及び図６に示すような構成にしてもよい。図５は、実施の形態の第２変形例による電力変換装置１００Ｂを示す図である。図６は、電力変換装置１００Ｂの回路構成を示す図である。
【００６５】
電力変換装置１００Ｂは、スパイラルアンテナ１１０、ダイオード１２０Ａ、１２０Ｂ、伝送線路１３０Ｍ、１４０Ｍ、及びコンデンサ１５０を含む。ここでは基板１０１（図１参照）を省略する。
【００６６】
電力変換装置１００Ｂは、図１乃至図３に示す電力変換装置１００の伝送線路１３０、１４０を伝送線路１３０Ｍ、１４０Ｍに置き換え、ダイオード１２０Ｂを追加した構成を有する。なお、ダイオード１２０Ａは、図１乃至図３に示すダイオード１２０と同様であるが、アノード１２１Ａ及びカソード１２２Ａを有するものとして説明する。
【００６７】
ダイオード１２０Ａ、１２０Ｂは、基板１０１の上面に設けられている。その他の構成は図１乃至図３に示す電力変換装置１００と同様であるため、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。以下、相違点を中心に説明する。
【００６８】
ダイオード１２０Ｂは、アノード１２１Ｂとカソード１２２Ｂを有する。アノード１２１Ｂは、ダイオード１２０Ａのアノード１２１Ａと、アンテナエレメント１１０Ａの端子１１１Ａとに接続されている。また、カソード１２２Ｂは、伝送線路１３０Ｍの端部１３１ＭＡに接続されている。ダイオード１２０Ａ、１２０Ｂは、スパイラルアンテナ１１０で受電される高周波電力を全波整流するために設けられている。
【００６９】
伝送線路１３０Ｍは、スルーホール１３０ＭＡ、線路１３０ＭＢ、スルーホール１３０ＭＣ、及び線路１３０ＭＤを有する。伝送線路１３０Ｍは、図１乃至図４に示す伝送線路１３０とは長さが異なる。
【００７０】
伝送線路１３０Ｍは、端部１３１ＭＡから接続点１３３ＭＤを経て端部１３２ＭＤまで延在している。端部１３１ＭＡから接続点１３３ＭＤまでの長さは、スパイラルアンテナ１１０が受電する高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／２（半波長の電気長（λｅ／２））に対応する長さである。
【００７１】
高周波電力の周波数における半波長の電気長（λｅ／２）に対応する長さとは、高周波電力の周波数における半波長の電気長（λｅ／２）と等しい長さに限らず、伝送線路１３０のインピーダンスを調整するために、半波長の電気長（λｅ／２）よりも少し短く又は長く設定される長さを含む意味である。
【００７２】
伝送線路１４０Ｍは、端部１４１ＭＡから接続点１４３ＭＤを経て端部１４２ＭＤまで延在している。端部１４１ＭＡから接続点１４３ＭＤまでの長さは、スパイラルアンテナ１１０が受電する高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／２（半波長の電気長（λｅ／２））に対応する長さである。
【００７３】
端部１４１ＭＡは、アンテナエレメント１１０Ｂの端子１１１Ｂと、ダイオード１２０Ａのカソード１２２Ａとに接続されている。また、高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／２（半波長の電気長（λｅ／２））に対応する長さの意味は、伝送線路１３０Ｍと同様である。
【００７４】
ここで、図５及び図６に加えて図７を用いて説明する。図７は、ダイオード１２０Ａ及び１２０Ｂの周辺の等化回路を示す図である。
【００７５】
電力変換装置１００Ｂは、ダイオード１２０Ａ、１２０Ｂでスパイラルアンテナ１１０で受電される高周波電力を全波整流するために、図７に破線で示す仮想的な線路１３５を利用する。
【００７６】
このような仮想的な線路１３５を実現するには、ダイオード１２０Ａのカソード１２２Ａと、ダイオード１２０Ｂのアノード１２１Ｂとがショート（短絡）されるようにすればよい。カソード１２２Ａとアノード１２１Ｂをショート（短絡）するには、伝送線路１３０Ｍの端部１３１ＭＡと、伝送線路１４０Ｍの端部１４１ＭＡとに、伝送線路１３０Ｍ、１４０Ｍを伝送される全波整流された高周波成分を有する電力の定在波の腹が生じるようにすればよい。また、接続点１３３Ｄ、１４３Ｄにおいても、定在波の腹が生じるようにすればよい。
【００７７】
このような理由から、伝送線路１３０Ｍの端部１３１ＭＡから接続点１３３Ｄまでの長さと、伝送線路１４０Ｍの端部１４１ＭＡから接続点１４３Ｄまでの長さとを、スパイラルアンテナ１１０が受電する高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／２（半波長の電気長（λｅ／２））に対応する長さに設定している。
【００７８】
スパイラルアンテナ１１０で受電された高周波電力のうち、端子１１１Ａからダイオード１２０Ａ、１２０Ｂ側に入力される電力は、ダイオード１２０Ａで半波整流される。また、スパイラルアンテナ１１０で受電された高周波電力のうち、端子１１１Ｂからダイオード１２０Ａ、１２０Ｂ側に入力される電力は、仮想的な線路１３５を経てダイオード１２０Ｂで半波整流される。ダイオード１２０Ａと１２０Ｂで半波整流される電力の位相は９０度異なるため、伝送線路１３０Ｍ、１４０Ｍには全波整流された電力が得られる。
【００７９】
なお、図５及び図６には、ダイオード１２０Ａ及び１２０Ｂが基板１０１の上面に設けられる形態を示すが、ダイオード１２０Ａ及び１２０Ｂは、基板１０１の下面に設けられていてもよい。この場合には、伝送線路１３０Ｍ、１４０Ｍは、スルーホール１３０ＭＡ、１４０ＭＡを含まずに、線路１３０ＭＢ、１４０ＭＢの端部１３１ＭＢ、１４１ＭＢから線路１３０ＭＤ、１４０ＭＤの端部１３２ＭＤ、１４２ＭＤまでの長さを、スパイラルアンテナ１１０が受電する高周波電力の周波数における波長λの電気長λｅの１／２（半波長の電気長（λｅ／２））に対応する長さに設定すればよい。
【００８０】
図８は、電力変換装置１００と電力変換装置１００Ｂで得られる出力電圧Ｖｏｕｔの入力電力に対する特性を示す図である。図８に示す特性は、電磁界シミュレーションで得たものである。図８では、電力変換装置１００の特性を三角形のマーカで示し、電力変換装置１００Ｂの特性を四角いマーカで示す。
【００８１】
図８に示すように、電力変換装置１００の出力電圧Ｖｏｕｔに対して、電力変換装置１００Ｂの出力電圧Ｖｏｕｔは、略２倍になっている。これは、半波整流で直流電力を得る電力変換装置１００と、全波整流で直流電力を得る電力変換装置１００Ｂとの差を表している。
【００８２】
このように、実施の形態の第２変形例によれば、ダイオード１２０Ａ、１２０Ｂと、端部１３１ＭＡ、１４１ＭＡから接続点１３３Ｄ、１４３Ｄまでの長さを高周波電力の周波数における半波長の電気長（λｅ／２）に対応する長さを有する伝送線路１３０Ｍ、１４０Ｍとを用いることにより、高い電力変換効率を実現できる。
【００８３】
したがって、電力変換効率の高い電力変換装置１００Ｂを提供することができる。
【００８４】
以上、本発明の例示的な実施の形態の電力変換装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
第１端子から第１開放端まで延在し、所定の共振周波数を有する第１アンテナエレメントと、
第２端子から第２開放端まで延在し、前記第１アンテナエレメントと結合され、前記所定の共振周波数を有する第２アンテナエレメントと、
前記第１端子と前記第２端子との間に接続される整流素子と、
第１端部が前記整流素子の電流入力端子に接続される第１伝送線路と、
第２端部が前記整流素子の電流出力端子に接続される第２伝送線路と、
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路との間に挿入されるコンデンサと
を含み、
前記第１伝送線路の第１端部から前記コンデンサが前記第１伝送線路に接続される第１接続点までの長さと、前記第２伝送線路の第２端部から前記コンデンサが前記第２伝送線路に接続される第２接続点までの長さとは、前記所定の共振周波数における四半波長の電気長に対応する長さである、電力変換装置。
（付記２）
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントが第１面に設けられる基板をさらに含み、
前記整流素子は、前記第１面に設けられ、
前記第１伝送線路は、前記電流入力端子に接続され、前記基板を貫通する第１貫通導体と、前記第１面の反対側の第２面に設けられて前記第１貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第１線路とを有し、
前記第２伝送線路は、前記電流出力端子に接続され、前記基板を貫通する第２貫通導体と、前記第２面に設けられて前記第２貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第２線路とを有する、付記１記載の電力変換装置。
（付記３）
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントが第１面に設けられる基板と、
前記第１端子に接続され、前記基板を貫通する第１貫通導体と、
前記第２端子に接続され、前記基板を貫通する第２貫通導体と
をさらに含み、
前記整流素子は、前記第１面の反対側の第２面に設けられ、前記電流入力端子は前記第１貫通導体に接続され、前記電流出力端子は前記第２貫通導体に接続され、
前記第１伝送線路は、前記第２面に設けられて前記第１端部が前記第１貫通導体を介して前記電流入力端子に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第１線路を有し、
前記第２伝送線路は、前記第２面に設けられて前記第２端部が前記第２貫通導体を介して前記電流出力端子に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第２線路を有する、付記１記載の電力変換装置。
（付記４）
第１端子から第１開放端まで延在し、所定の共振周波数を有する第１アンテナエレメントと、
第２端子から第２開放端まで延在し、前記第１アンテナエレメントと結合され、前記所定の共振周波数を有する第２アンテナエレメントと、
前記第１端子と前記第２端子との間に接続される第１整流素子と、
前記第１整流素子の第１電流入力端子及び前記第１端子に接続される第２電流出力端子を有する第２整流素子と、
第１端部が前記第２整流素子の第２電流入力端子に接続される第１伝送線路と、
第２端部が前記第１整流素子の第１電流出力端子に接続される第２伝送線路と、
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路との間に挿入されるコンデンサと
を含み、
前記第１伝送線路の第１端部から前記コンデンサが前記第１伝送線路に接続される第１接続点までの長さと、前記第２伝送線路の第２端部から前記コンデンサが前記第２伝送線路に接続される第２接続点までの長さとは、前記所定の共振周波数における半波長の電気長に対応する長さである、電力変換装置。
（付記５）
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントが第１面に設けられる基板をさらに含み、
前記第１整流素子及び前記第２整流素子は、前記第１面に設けられ、
前記第１伝送線路は、前記第２整流素子の第２電流入力端子に接続され、前記基板を貫通する第１貫通導体と、前記第１面の反対側の第２面に設けられて前記第１貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第１線路とを有し、
前記第２伝送線路は、前記第１整流素子の第１電流出力端子に接続され、前記基板を貫通する第２貫通導体と、前記第２面に設けられて前記第２貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第２線路とを有する、付記４記載の電力変換装置。
（付記６）
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントが第１面に設けられる基板と、
前記第１端子に接続され、前記基板を貫通する第１貫通導体と、
前記第２端子に接続され、前記基板を貫通する第２貫通導体と
をさらに含み、
前記第１整流素子及び前記第２整流素子は、前記第１面の反対側の第２面に設けられ、前記第１整流素子の第１電流入力端子と前記第２整流素子の第２電流出力端子とは前記第１貫通導体を介して前記第１端子に接続され、前記第１整流素子の第１電流出力端子は、前記第２貫通導体を介して前記第２端子に接続され、
前記第１伝送線路は、前記第２面に設けられて前記第１端部が前記第１貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第１線路を有し、
前記第２伝送線路は、前記第２面に設けられて前記第１端部が前記第２貫通導体に接続され、平面視で前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントと重なる区間で延在する第２線路を有する、付記４記載の電力変換装置。
（付記７）
前記第１アンテナエレメントは、平面視で内側に位置する前記第１端子から前記第１開放端まで螺旋状に巻回され、
前記第２アンテナエレメントは、平面視で内側に位置する前記第２端子から前記第２開放端まで螺旋状に巻回されて、前記第１アンテナエレメントと結合される、付記１乃至６のいずれか一項記載の電力変換装置。
（付記８）
前記第１アンテナエレメント及び前記第２アンテナエレメントは、スパイラルアンテナ又は対数スパイラルアンテナを構築する、付記１乃至７のいずれか一項記載の電力変換装置。
【符号の説明】
【００８５】
１００、１００Ａ、１００Ｂ  電力変換装置
１０１  基板
１１０  スパイラルアンテナ
１１０Ａ、１１０Ｂ  アンテナエレメント
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ  ダイオード
１３０、１４０、１３０Ｍ、１４０Ｍ  伝送線路
１３０Ａ、１３０Ｃ  スルーホール
１３０Ｂ、１３０Ｄ  線路
１３０Ｅ、１４０Ｅ  ボンディングワイヤ
１３１Ａ、１３１ＭＡ、１４１Ａ、１４１ＭＡ  端部
１３３Ｄ、１４３Ｄ  接続点
１５０  コンデンサ
【図１】
2020167769.tif 000003
【図２】
2020167769.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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