(57)【要約】【課題】耐電力性が高い整流回路を提供すること。【解決手段】高周波電流が入力される入力部と、直流電流を出力する出力部と、前記入力部と前記出力部との間にカソード側が接続された、複数の直列接続された整流素子と、前記複数の整流素子と直列接続され、前記複数の整流素子に掛かる逆電圧の差が減少するように特性が設定された少なくとも一つの特性整合器と、を備える整流回路。好ましくは、前記特性整合器は、前記複数の整流素子に掛かる逆電圧の差が減少するようにインピーダンスが設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電流が入力される入力部と、
直流電流を出力する出力部と、
前記入力部と前記出力部との間にカソード側が接続された、複数の直列接続された整流素子と、
前記複数の整流素子と直列接続され、前記複数の整流素子に掛かる逆電圧の差が減少するように特性が設定された少なくとも一つの特性整合器と、
を備えることを特徴とする整流回路。
【請求項２】
前記特性整合器は、前記複数の整流素子に掛かる逆電圧の差が減少するようにインピーダンスが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の整流回路。
【請求項３】
前記特性整合器は、ＬＣ回路で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の整流回路。
【請求項４】
前記特性整合器は、スタブを有するストリップラインで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の整流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
レクテナ（rectenna；rectifying  antenna）回路は、マイクロ波（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）などの高周波を受電してこれを直流電力に変換する回路である。レクテナ回路は、電力回生技術、無線給電技術への応用が期待されている。
【０００３】
レクテナ回路として使用でき、電力変換効率を高めることを目的とした整流回路については、たとえば特許文献１〜３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４５６３７号公報
【特許文献２】特開２００９−４４９３３号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３０１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
より大電力の高周波を受電してより大電力の直流電力を得るためには、整流回路がそのような大電力に対する耐電力性が高いことが重要である。整流回路の耐電力性を高めるためには、複数の整流素子を直列接続する方法がある。
【０００６】
しかしながら、複数の整流素子を直列接続する構成を採用した場合に、整流素子の直列数から期待される耐電力性よりも低い耐電力性しか得られない場合があるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐電力性が高い整流回路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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る整流回路は、高周波電流が入力される入力部と、直流電流を出力する出力部と、前記入力部と前記出力部との間にカソード側が接続された、複数の直列接続された整流素子と、前記複数の整流素子と直列接続され、前記複数の整流素子に掛かる逆電圧の差が減少するように特性が設定された少なくとも一つの特性整合器と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る整流回路は、上記発明において、前記特性整合器は、前記複数の整流素子に掛かる逆電圧の差が減少するようにインピーダンスが設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る整流回路は、上記発明において、前記特性整合器は、ＬＣ回路で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る整流回路は、上記発明において、前記特性整合器は、スタブを有するストリップラインで構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、耐電力性が高い整流回路を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態に係る整流回路の構成図である。
【図２】図２は、図１に示す特性整合器の構成図である。
【図３】図３は、特性整合器の構成図の別の一例である。
【図４】図４は、実施例および比較例の整流回路のＲＦ入力電力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して本発明に係る整流回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る整流回路の構成図である。図１に示すように、整流回路１０は、高周波電流入力部１と、直流電流阻止キャパシタ２と、特性整合器３、５、７と、整流素子であるダイオード４、６と、平滑用キャパシタ８と、直流電流出力部９とを備えている。また、直流電流出力部９は、負荷Ｌに接続している。
【００１６】
ダイオード４は、カソード端子が、高周波電流入力部１と直流電流出力部９との間に、後述する特性整合器３を介して接続するようにシャント接続されている。ダイオード６はダイオード４に直列接続している。本実施の形態に係る整流回路１０では、複数の整流素子としてはダイオード４、６の２つを備えている。
【００１７】
特性整合器３、５、７は、ダイオード４、６に直列接続されている。具体的には、特性整合器３と５との間にダイオード４が配置され、特性整合器５と７との間にダイオード６が配置されるように接続されている。特性整合器７の一方の端子は接地している。
【００１８】
図２は、特性整合器３の構成図である。図２に示すように、特性整合器３は、キャパシタ３ａ、３ｃと、コイル３ｂとからなる集中定数型のＬＣ回路で構成されている。なお、特性整合器５、７についても、特性整合器３と同様にＬＣ回路で構成することができる。
【００１９】
直流電流阻止キャパシタ２は、高周波電流入力部１と直流電流出力部９との間において、ダイオード４、６が接続される位置よりも高周波電流入力部１側に直列に接続されている。
【００２０】
平滑用キャパシタ８は、一方の端子が、高周波電流入力部１と直流電流出力部９との間において、ダイオード４、６が接続される位置よりも直流電流出力部９側に接続するようにシャント接続されている。平滑用キャパシタ８のもう一方の端子は接地している。
【００２１】
つぎに、この整流回路１０の動作を説明する。はじめに、高周波電流入力部１から高周波電流Ｓ１が入力されると、高周波電流Ｓ１は、直流電流阻止キャパシタ２を通過し、ダイオード４、６に到達する。ダイオード４、６は高周波電流Ｓ１を整流する。整流された電流は、平滑用キャパシタ８に到達する。平滑用キャパシタ８は、整流された電流に残留する高周波成分をカットし、平滑された直流電流Ｃ１を出力する。整流回路１０は、直流電流出力部９から直流電流Ｃ１を出力し、負荷Ｌに供給する。以上のように、整流回路１０は、高周波電流Ｓ１を受電してこれを直流電流Ｃ１に変換する。なお、直流電流阻止キャパシタ２は、整流された電流に含まれる直流成分が高周波電流入力部１側に出力するのを阻止するように機能する。
【００２２】
ここで、本発明者らが、整流回路において整流素子の直列数から期待される耐電力よりも低い耐電力しか得られない原因を精査したところ、同一型番の整流素子であっても、高周波電流に対して整流素子間で特性にばらつきがあるために、各整流素子に掛かる逆電圧も回路の設計値からばらつくこととなることを見出した。そのため、直列した整流素子の総耐電力として予想される耐電力よりも低い耐電力しか得られないと推定した。
【００２３】
これに対して、本実施の形態に係る整流回路１０では、ダイオード４、６と直列接続された特性整合器３、５、７が、ダイオード４、６に掛かる逆電圧の差を減少するように特性が設定されたものなので、ダイオード４、６に掛かる逆電圧がより均一化され、ダイオード４、６に掛かる負荷がより均等になるので、ダイオード４、６の総耐電力が、特性整合器３、５、７が無い場合よりも高くなる。
【００２４】
特性整合器３、５、７において、ダイオード４、６に掛かる逆電圧の差が減少するように設定する特性は、逆電圧の差を減少させることができる特性であれば特に限定されないが、たとえば特性整合器３、５、７のインピーダンスである。たとえば、図２に示す特性整合器３のインピーダンスを調整するには、キャパシタ３ａ、３ｃの容量や、コイル３ｂのリアクタンスの値を調整すればよい。特性整合器５、７についても同様である。特性整合器３、５、７のインピーダンス等の特性については、使用するダイオード４、６の特性や、ダイオード４、６に対する特性整合器３、５、７の配置位置などを勘案して、ダイオード４、６に掛かる逆電圧の差が減少するように調整または適したものを使用すればよい。
【００２５】
なお、整流回路１０がストリップライン（マイクロストリップラインも含む）で構成される場合等は、特性整合器３、５、７を、スタブを有するストリップラインで構成してもよい。図３は、特性整合器の構成図の別の一例であって、マイクロストリップラインで構成した特性整合器３Ａを示す図である。この特性整合器３Ａは、主ライン３Ａａに形成されたスタブ３Ａｂを有するマイクロストリップラインで構成された分布定数型のものである。この特性整合器３Ａを整流回路１０において特性整合器３、５、７に置き換えて使用する場合は、ダイオード４、６の特性や、ダイオードに対する特性整合器３Ａの配置位置などを勘案して、主ライン３Ａａに対するスタブ３Ａｂの位置や突出量、幅などを調整ないし設定すれば、ダイオード４、６に掛かる逆電圧の差を減少させることができる。
【００２６】
（実施例、比較例）
本発明の実施例として、図１に示す構成の整流回路について、キャパシタ、ダイオード、および図３に示す構成の特性整合器としてのマイクロストリップラインを用いて５つのサンプルを構成し、負荷抵抗を接続した。なお、キャパシタとしては、セラミックキャパシタを使用した。また、ダイオードとしては、高周波電流の整流用に最適化されたショットキーダイオードを使用した。また、負荷抵抗については、入力電力に対して、最大のＲＦ―ＤＣ変換効率が得られるように抵抗値が選択された負荷抵抗を使用した。つぎに、構成した５つのサンプルの高周波電流入力部からＲＦ電流を入力させたときの各ダイオードに掛かる電圧を測定し、各ダイオードに掛かる電圧が均一になるようにスタブの位置を調整し、特性整合器のインピーダンス特性を調整した。
【００２７】
また、比較例として、特性整合器としてのマイクロストリップラインを備えていない以外は実施例の各サンプルと同じ構成の整流回路を構成し、負荷抵抗を接続した。そして、実施例、比較例の各サンプルに高周波電流入力部からＲＦ電流を入力し、破壊するまでそのＲＦ電流を増加させ、その耐電力特性を調べた。
【００２８】
図４は、実施例および比較例の整流回路のＲＦ入力電力を示す図である。図４に示すＲＦ入力電力は、各サンプルが破壊したときのＲＦ入力電力である。図４に示すように、比較例の整流回路の各サンプルでは、ＲＦ入力電力が約６Ｗで破壊したが、実施例の整流回路の各サンプルでは、破壊したＲＦ入力電力は約９Ｗ以上であり、許容されるＲＦ入力電力が約５０％以上向上した。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、２つのダイオードと３つの特性整合器とを備えているが、ダイオードの数は複数であれば特に限定されない。また、特性整合器の数も少なくとも一つであれば特に限定されないが、各ダイオードに対応した数またはそれ以上の数だけあることが好ましい。
【００３０】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  高周波電流入力部
２  直流電流阻止キャパシタ
３、３Ａ、５、７  特性整合器
３ａ  キャパシタ
３ｂ  コイル
３Ａａ  主ライン
３Ａｂ  スタブ
４、６  ダイオード
８  平滑用キャパシタ
９  直流電流出力部
１０  整流回路
Ｃ１  直流電流
Ｌ  負荷
Ｓ１  高周波電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014207819.tif 000006