(57)【要約】      （修正有）【課題】電力変換効率を高めることのできるように改善されたレクテナ回路及び電力受信装置を提供する。【解決手段】レクテナ回路ＲＥＣ１は、電力分配器３２を有している。電力分配器３２は、１つの入力端子＃０を備えている。入力端子＃０は、配線を介してアンテナと電気的に接続している。電力分配器３２は、ｎ個の出力端子＃１〜＃Ｎ（主分配端子＃１〜＃Ｎ）を備えている。電力分配器３２は、Ｍ−Ｎ個のアイソレーション端子＃Ｎ＋１〜＃Ｍを有している。出力端子＃１〜＃Ｎには、それぞれ、整合回路ＭＣ１〜ＭＣＮを介して、整流ダイオードＤ１〜ＤＮが接続されている。アイソレーション端子＃Ｎ＋１〜＃Ｍにも、それぞれ、整合回路ＭＣＮ＋１〜ＭＣＭを介して、整流ダイオードＤＮ＋１〜ＤＭが接続されている。出力端子に現れる高周波電力は、この整流ダイオードＤ１〜ＤＮでそれぞれ直流電力に変換される。【選択図】図３
2014093853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力の入力を受ける入力端子と、１つ以上の出力端子と、アイソレーション端子と、前記入力端子からの高周波電力を前記１つ以上の出力端子にそれぞれ分配するように前記入力端子、前記１つ以上の出力端子および前記アイソレーション端子とを電気的に接続する電力分配器と、
前記１つ以上の出力端子および前記アイソレーション端子にそれぞれ電気的に接続された、複数の整流素子と、
前記整流素子で整流された直流電力を選択的に取り出す出力回路部と、
を備え、
前記１つ以上の出力端子側からの反射波が、前記電力分配器を経由して前記アイソレーション端子に入力されることを特徴とするレクテナ回路。
【請求項２】
前記電力分配器が、
接続端子と、２つの分配端子と、第１アイソレーション端子と、前記接続端子からの高周波電力を前記２つの分配端子にそれぞれ分配するように前記接続端子、前記２つの分配端子および前記第１アイソレーション端子とを電気的に接続しかつ前記２つの分配端子側からの反射波が前記第１アイソレーション端子に入力される９０度ハイブリッド回路またはラットレース回路を含み、
前記接続端子が、前記入力端子であり、
前記アイソレーション端子は、前記第１アイソレーション端子を含むことを特徴とする請求項１に記載のレクテナ回路。
【請求項３】
前記電力分配器が、
第１端子と、前記入力端子からの高周波電力を分配する２つの第１分配端子とを備えた第１分配回路と、
前記２つの第１分配端子の一つと電気的に接続する第１接続端子と、２つの第２分配端子と、第１アイソレーション端子と、前記第１接続端子からの高周波電力を前記２つの第２分配端子にそれぞれ分配するように前記第１接続端子、前記２つの第２分配端子および前記第１アイソレーション端子とを電気的に接続しかつ前記２つの第２分配端子側からの反射波が前記第１アイソレーション端子に入力される９０度ハイブリッド回路またはラットレース回路を備えた第２分配回路と、
前記２つの第１分配端子の一つと電気的に接続する第２接続端子と、２つの第３分配端子と、第２アイソレーション端子と、前記第２接続端子からの高周波電力を前記２つの第３分配端子にそれぞれ分配するように前記第２接続端子、前記２つの第３分配端子および前記第２アイソレーション端子とを電気的に接続しかつ前記２つの第３分配端子側からの反射波が前記第２アイソレーション端子に入力される９０度ハイブリッド回路またはラットレース回路を備えた第３分配回路と、
を含み、
前記第１端子が、前記入力端子であり、
前記１つ以上の出力端子は、前記２つの第２分配端子および前記２つの第３分配端子と電気的に接続しており、
前記アイソレーション端子は、前記第１アイソレーション端子および前記第２アイソレーション端子を含むことを特徴とする請求項１に記載のレクテナ回路。
【請求項４】
前記電力分配器は、
第２端子が前記第１アイソレーション端子と接続し、第３端子が前記第２アイソレーション端子と接続し、前記第２端子からの高周波電力と前記第３端子からの高周波電力を合成して前記アイソレーション端子に出力する結合器を、
さらに含むことを特徴とする請求項３に記載のレクテナ回路。
【請求項５】
前記電力分配器は、
高周波電力の入力を受け、前記高周波電力を分配するウィルキンソン分配器と、
前記アンテナからの入射波を選択的に前記ウィルキンソン分配器に供給し、かつ前記ウィルキンソン分配器からの前記反射波を選択的に前記アイソレーション端子へと供給するサーキュレータと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のレクテナ回路。
【請求項６】
前記複数の整流素子は、前記アイソレーション端子に電気的に接続されたアイソレーション側整流素子を含み、
前記アイソレーション端子に電気的に接続され、前記アイソレーション側整流素子で整流された直流電力を選択的に取り出すアイソレーション出力回路部を、更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレクテナ回路。
【請求項７】
前記複数の整流素子は、
前記１つ以上の出力端子に電気的に接続する第１整流ダイオード素子と、
前記アイソレーション端子に電気的に接続する第２整流ダイオード素子と、
を含み、
前記第１整流ダイオード素子よりも前記第２整流ダイオード素子は立ち上がり電圧が低い、または、前記第１整流ダイオード素子よりも前記第２整流ダイオード素子は接合容量の小さいものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレクテナ回路。
【請求項８】
前記１つ以上の出力端子と前記整流素子との間に介在する第１整合回路と、
前記アイソレーション端子と前記整流素子との間に介在する第２整合回路と、
を備え、
前記第１整合回路と前記第２整合回路は、高周波特性が異なることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレクテナ回路。
【請求項９】
アンテナと、
前記アンテナが受信した高周波電力の入力を受ける、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレクテナ回路と、
前記レクテナ回路の直流電力を集電する集電回路と、
を備えることを特徴とする電力受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レクテナ回路及び電力受信装置に関し、特に無線電力伝送技術における電力受信に用いるレクテナ回路及び電力受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線の利便性を活かした無線電力伝送技術の応用が期待されている。応用例は、数ＭＨｚの電波で磁気共鳴現象（または磁界結合）を利用したものから、数ＧＨｚの電波で宇宙から地球へ電力を送電するものまである。無線電力伝送の電力受信側（受電側）には、レクテナ回路（「ＲＦ−ＤＣ変換回路」とも称される）が使われる。レクテナ回路とは、コイルやアンテナで受電した交流電力を直流電力に変換する回路である。無線電力伝送全体の効率を上げるためには、レクテナ回路における高周波電力を直流電力に変換する効率を高くする必要がある。
【０００３】
従来、整流ダイオードを一つ用いたレクテナ回路や、ウィルキンソン分配回路を用いて電力を等分配しダイオードを２ｎ個用いたレクテナ回路が知られている。電力を分配する機能を備えたレクテナ回路に関し、従来、例えば、下記の特許文献１（特許第３３８５４７２号公報）には、ウィルキンソン分配回路を用いる技術が知られている。
なお、レクテナ回路に関する文献ではないが、特許文献２乃至６にはそれぞれ高周波回路における位相器、減衰回路、増幅器等において９０度ハイブリッド回路やラットレース回路を用いる各種公知の回路構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３８５４７２号公報
【特許文献２】特開昭６２−２４３４０１号公報
【特許文献３】特開平９−７４３２５号公報
【特許文献４】特開平１０−５１２０９号公報
【特許文献５】特開２００６−２５４１１４号公報
【特許文献６】特開平８−２７９７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
整流ダイオードを一つ用いるにすぎないレクテナ回路や、特許文献１にかかるウィルキンソン分配回路で電力を分配した回路では、整流ダイオードで反射した電力が有効活用されていなかった。この反射電力分が有効活用されないことで、高い変換効率を得ることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電力変換効率を高めることのできるように改善されたレクテナ回路及び電力受信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】
【０００７】
本発明にかかるレクテナ回路は、
高周波電力の入力を受ける入力端子と、１つ以上の出力端子と、アイソレーション端子と、前記入力端子からの高周波電力を前記１つ以上の出力端子にそれぞれ分配するように前記入力端子、前記１つ以上の出力端子および前記アイソレーション端子とを電気的に接続する電力分配器と、
前記１つ以上の出力端子および前記アイソレーション端子にそれぞれ電気的に接続された、複数の整流素子と、
前記整流素子で整流された直流電力を選択的に取り出す出力回路部と、
を備え、
前記１つ以上の出力端子側からの反射波が、前記電力分配器を経由して前記アイソレーション端子に入力されることを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる電力受信装置は、
アンテナまたはコイルと、
前記アンテナまたは前記コイルが受信した高周波電力の入力を受ける、本発明にかかるレクテナ回路と、
前記レクテナ回路の直流電力を集電する集電回路と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電力変換効率を高めることのできるレクテナ回路及び電力受信装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の各実施の形態において共通する電力受信装置２の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の各実施の形態において共通するレクテナ１０の構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の各実施の形態において共通するレクテナ回路ＲＥＣ１の構成を概念的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の構成を示す等価回路図である。
【図５】直流電力と交流電力に対するコンデンサおよびコイル（インダクタ）の動作を表すように整理された表である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０における回路動作（電力変換）を時系列的に説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の変形例を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の変形例を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の変形例を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の変形例を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の変形例を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路の変形例としてのレクテナ回路ＲＥＣ１１を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路の変形例としてのレクテナ回路ＲＥＣ１２を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２にかかるレクテナ回路ＲＥＣ２０の等価回路図である。
【図１６】実施の形態２にかかるレクテナ回路ＲＥＣ２０の変換効率特性例を１３．６５ＭＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態３にかかるレクテナ回路ＲＥＣ３０の等価回路図である。
【図１８】本発明の実施の形態３にかかるレクテナ回路ＲＥＣ３０における回路動作（電力変換）を時系列的に説明するためのフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態４にかかるレクテナ回路ＲＥＣ４０を示す等価回路図である。
【図２０】本発明の実施の形態４にかかるレクテナ回路ＲＥＣ４０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態５にかかるレクテナ回路ＲＥＣ５０の等価回路図である。
【図２２】レクテナ回路ＲＥＣ５０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態６にかかるレクテナ回路ＲＥＣ６０の構成を示す等価回路図である。
【図２４】本発明の実施の形態６にかかるレクテナ回路ＲＥＣ６０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態７にかかるレクテナ回路ＲＥＣ７０を示す等価回路図である。
【図２６】本発明の実施の形態７にかかるレクテナ回路ＲＥＣ７０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態８にかかるレクテナ回路ＲＥＣ８０を示す等価回路図である。
【図２８】本発明の実施の形態８にかかるレクテナ回路ＲＥＣ８０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＣＥ１０の変形例を示す図である。
【図３０】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＣＥ１０の変形例を示す図である。
【図３１】本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＣＥ１０の変形例を示す図である。
【図３２】従来回路として示すレクテナ回路ＣＲＥＣ１を示す回路図である。
【図３３】従来回路にかかるレクテナ回路ＣＲＥＣ１の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図３４】従来回路として示すレクテナ回路ＣＲＥＣ２を示す回路図である。
【図３５】従来回路にかかるレクテナ回路ＣＲＥＣ２の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【図３６】従来回路として示すレクテナ回路ＣＲＥＣ３を示す回路図である。
【図３７】従来回路にかかるレクテナ回路ＣＲＥＣ３の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
各実施形態における共通の構成．
図１は、本発明の各実施の形態において共通する電力受信装置２の構成を模式的に示すブロック図である。電力受信装置２は、複数のレクテナ１０を備えている。複数のレクテナ１０は、集電回路１２に並列に接続されている。レクテナ１０は、無線電力伝送技術において、無線で電力を受信する役割を果たす構成である。集電回路１２は、さらにＤＣ−ＡＣ変換部１４と接続している。
【００１２】
図２は、本発明の各実施の形態において共通するレクテナ１０の構成を模式的に示すブロック図である。レクテナ１０は、アンテナ２０、レクテナ回路ＲＥＣ１をその構成要素としている。アンテナ２０で受信された高周波電力が、レクテナ回路ＲＥＣ１において直流電力に変換されるものである。
【００１３】
図３は、本発明の各実施の形態において共通するレクテナ回路ＲＥＣ１の構成を概念的に示す図である。レクテナ回路ＲＥＣ１は、電力分配器３２を有している。電力分配器３２は、１つの入力端子＃０を備えている。入力端子＃０は、配線２２を介してアンテナ２０と電気的に接続している。電力分配器３２は、ｎ個の出力端子＃１〜＃Ｎ（主分配端子＃１〜＃Ｎ）を備えている。Ｎは正の整数である。以下、これらの複数の出力端子をまとめて「出力端子群」とも称する。
【００１４】
電力分配器３２は、Ｍ−Ｎ個のアイソレーション端子＃Ｎ＋１〜＃Ｍを有している。Ｍは、Ｎよりも大きい正の整数である。以下、これらの複数のアイソレーション端子をまとめて「アイソレーション端子群」とも称す。また、以下の各符号において、Ｎ、Ｎ＋１、Ｍ等の文字を付記している場合、これはそれぞれ上記の出力端子やアイソレーション端子に付した文字と同様の意味であり、正の整数を意味している。
【００１５】
レクテナ回路ＲＥＣ１は、Ｍ個の整流器（整流ダイオードＤ１〜ＤＭ）が、電力分配器の出力端子群およびアイソレーション端子群にそれぞれ接続された構造を有している。すなわち、出力端子＃１〜＃Ｎには、それぞれ、整合回路ＭＣ１〜ＭＣＮを介して、整流ダイオードＤ１〜ＤＮが接続されている。出力端子＃１〜＃Ｎに至った高周波電力は、この整流ダイオードＤ１〜ＤＮでそれぞれ直流電力に変換される。
【００１６】
アイソレーション端子＃Ｎ＋１〜＃Ｍにも、それぞれ、整合回路ＭＣＮ＋１〜ＭＣＭを介して、整流ダイオードＤＮ＋１〜ＤＭが接続されている。アイソレーション端子＃Ｎ＋１〜＃Ｍに至った高周波電力を、この整流ダイオードＤＮ＋１〜ＤＭでそれぞれ直流電力に変換することができる。
【００１７】
電力分配器３２は、入力端子からの高周波電力を１つ以上の出力端子にそれぞれ分配するように、入力端子、１つ以上の出力端子およびアイソレーション端子とを電気的に接続しているものである。また、電力分配器３２においては、１つ以上の出力端子側からの反射波が、アイソレーション端子に入力される。実施の形態にかかるレクテナ回路によれば、この反射波である高周波電力を、整流ダイオードＤＮ＋１〜ＤＭでそれぞれ直流電力に変換することができる。従って、本実施の形態によれば、電力変換効率を高めることのできるレクテナ回路ＲＥＣ１および電力受信装置２が提供される。
【００１８】
レクテナ回路ＲＥＣ１は、出力回路部３３を備えている。出力回路部３３は、入力端子と電気的に接続し、整流素子で整流された直流電力を選択的に取り出すものである。これはすなわち、アンテナ２０から電力分配器３２へと入力される高周波電力は通過させ、その逆に、電力分配器３２からアンテナ２０側へ向かう直流電力を選択的に取り出して直流負荷（Ｒ０）へと供給するフィルタ回路である。
【００１９】
以下に説明する各実施の形態では、上記のレクテナ回路ＲＥＣ１の具体的構成において相違点がある。
なお、上記の概念図の説明では、出力端子の数が正の整数Ｎ個設けられることができる説明をしている。このように、任意の数だけ出力端子数を増加させることができる実施の形態としては、後述する実施の形態４、５および６を参照されたい。
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１にかかる装置、回路の構成］
図４は、本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の構成を示す等価回路図である。レクテナ回路ＲＥＣ１０では、電力分配器３２として、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０を用いている。
【００２１】
９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０は、図４に示すように１／４波長伝送線路を用いて矩形状に構成されたいわゆるブランチライン回路である。９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０の端子＃０は高周波電力を入力端子で、端子＃１，＃２が出力端子、端子＃３がアイソレーション端子である。入力端子＃０と出力端子＃１の間の伝送線路と、出力端子＃２とアイソレーション端子＃３との間の伝送線路は、それぞれ、相対的に太くなっており、非対称性を有し、特性インピーダンスが調節されている。９０度ハイブリッド回路の構成、動作は、既に公知技術であるため、ここではこれ以上の説明は省略する。
【００２２】
レクテナ回路ＲＥＣ１０では、出力回路部３３として、コンデンサＣ０およびコイルＬ０とを用いた回路を設けている。コンデンサＣ０は、アンテナ２０（配線２２）と入力端子＃０との間に直列に挿入されている。コイルＬ０の一方の端子は、コンデンサＣ０の端子と入力端子＃０との間に接続されており、コイルＬ０の他方の端子は、抵抗Ｒ０に接続している。実施の形態１では、高周波に直接影響を及ぼさずに直流電力を取り出すために、大容量コンデンサＣ０とコイルＬ０とを用いている。
【００２３】
図５は、直流電力と交流電力に対するコンデンサおよびコイル（インダクタ）の動作を表すように整理された表である。一般に、コイルのインピーダンスはＺＬ＝ｊ２πｆＬであり、コンデンサのインピーダンスはＺＣ＝１／ｊ２πｆＬで表されることが知られている。ｆは周波数である。コイルＬ０は直流電力（ｆ＝０）に対しては短絡となり、交流電力（ｆ＝∞）では開放となる。一方、コンデンサＣ０は直流電力（ｆ＝０）に対しては開放となり、交流電力（ｆ＝∞）では短絡となる。その結果、コンデンサＣ０は直流電流を防ぐが、交流電流は通過させる性質を持ち、その一方で、コイルＬ０は直流電流を通過させるが、交流電流は防ぐという性質を持つ。これらの性質により、アンテナ２０から電力分配器３２へと入力される高周波電力は通過させ、その逆に、電力分配器３２からアンテナ２０側へ向かう直流電力を選択的に取り出して直流負荷（Ｒ０）へと供給することができる。
【００２４】
取り出した直流電力を消費する負荷を等価的に抵抗Ｒ０で示した。抵抗Ｒ０は、集電回路１２に相当している。
【００２５】
［実施の形態１にかかる装置、回路の動作］
図６は、本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０における回路動作（電力変換）を時系列的に説明するためのフローチャートである。
まず、アンテナ２０を介して入力端子＃０に高周波電力が入力される（ステップＳ１００）。
【００２６】
次に、入力端子＃０から入力された高周波電力は一度出力端子＃１，＃２から出力され、出力端子＃１，＃２から出力された高周波電力は、非線形素子である整流ダイオードＤ１，Ｄ２に入力される（ステップＳ１０２）。
【００２７】
整流ダイオードＤ１、Ｄ２において、一部の高周波電力が直流電力に変換される（ステップＳ１０４）。ダイオードの整流作用によるものである。
【００２８】
整流ダイオードＤ１，Ｄ２において変換された直流電力については、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０を介して直流電力が直流負荷Ｒ０で消費されることとなる（ステップＳ１１２）。
【００２９】
ステップＳ１０４で直流電力に変換されず、整流ダイオードＤ１、Ｄ２で反射された高周波電力は、次に、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０により合成される（ステップＳ１０６）。
【００３０】
反射、合成された高周波電力は、アイソレーション端子＃３に集約され、整流ダイオードＤ３に入力される（ステップＳ１０８）。
【００３１】
整流ダイオードＤ３に入力された高周波電力は、整流ダイオードＤ３で再び直流電力に変換される機会を与えられ、直流電力に変換される（ステップＳ１１０）。
【００３２】
整流ダイオードＤ３で再変換された直流電力については、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０を介して直流電力が直流負荷Ｒ０で消費されることとなる（ステップＳ１１２）。
【００３３】
［実施の形態１における効果］
（従来回路との比較）
図３２は、従来回路として示すレクテナ回路ＣＲＥＣ１を示す回路図である。図３３は、従来回路にかかるレクテナ回路ＣＲＥＣ１の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図３３（ａ）は、負荷抵抗特性、図３３（ｂ）は、入力電力特性である。
【００３４】
レクテナ回路ＣＲＥＣ１は、図に模式的に示されているように伝送線路を用いて構成されたウィルキンソン分配器ＷＤ１００を備えている。ウィルキンソン分配器ＷＤ１００の２つの出力端子の間を繋ぐ１００Ωの抵抗Ｒ１０１を有している。アイソレーション端子を有さないことを除き、出力回路部としてのコンデンサＣ１００、コイルＬ１００、直流負荷Ｒ１００、および整合回路ＭＣ１００、ＭＣ２００、整流ダイオードＤ１、Ｄ２を有する点は、実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０と類似している。
【００３５】
この従来回路にかかるレクテナ回路ＣＲＥＣ１では、非線形素子によって反射された高周波電力は捨てられてきた。この点、本実施の形態によれば、アイソレーション端子＃３における高周波電力の収集、変換により、反射された高周波電力を利用することができ、効率を改善できる。
【００３６】
図７は、本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図７（ａ）は、負荷抵抗特性、図７（ｂ）は、入力電力特性である。直流負荷の変動や、入射電力の変動に対して、変換効率が従来回路ＣＲＥＣ１（図３３）より数パーセント高いことが分かる。
【００３７】
なお、整流ダイオードを一つ用いたレクテナ回路や、ウィルキンソン分配回路で電力を等分配した従来回路では、本実施の形態のようにアイソレーション端子による再度の整流作用が無いため、反射した電力はアンテナから再放射されてしまう。このアンテナからの再放射が、受電システム近傍に悪影響を及ぼす可能性があった。この点、本実施の形態によれば、反射電力が抑制される為、受電システム近傍に悪影響を及ぼしにくくなるという効果もある。
【００３８】
［実施の形態１における変形例］
（整合回路の構成）
図８乃至１２は、本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０の変形例を説明するための図であり、レクテナ回路ＲＥＣ１０における整合回路ＭＣのバリエーションを示す図である。整合回路ＭＣの構成は一般的にローパス型といわれるものであればよく、様々な構成を適用可能である。図８は、定数分布型の整合回路ＭＣとしての伝送線路を用いた構成を示すものである。マイクロストリップライン等の特性インピーダンスＺ０、線路長ｌの伝送線路によって整合を行う整合回路ＭＣである。
【００３９】
図９は、定数分布型（テーパ型）の整合回路ＭＣの変形例であり、マイクロストリップライン等の特性インピーダンスＺ０を段階的に変化させた伝送線路によって整合を行う構成である。
【００４０】
図１０は、定数分布型（オープンスタブ付き）の整合回路ＭＣの変形例であり、マイクロストリップライン等の特性インピーダンスＺ０１、線路長ｌ１の伝送線路の主線路に対して、特性インピーダンスＺ０２、線路長ｌ２の伝送線路のオープンスタブを設けた構成である。
【００４１】
図１１は、集中定数型の整合回路ＭＣの変形例であり、インダクタンス、キャパシタンスを組み合わせてインピーダンス変換を行う構成である。
【００４２】
図１２は、集中定数・分布定数組み合わせ型の整合回路ＭＣの変形例であり、インダクタンス、キャパシタンス等の集中定数素子と、伝送線路を組み合わせてインピーダンス変換を行う構成である。
【００４３】
（整合回路、整流ダイオードの組み合わせ）
整流ダイオードＤ１，Ｄ２、およびＤ３で、素子構造および半導体材料の少なくとも一方が異なるものとしてもよい。この場合、下記の（１）および（２）の少なくとも一方が成立するように、素子構造および半導体材料の少なくとも一方についてダイオードを異ならしめる。
（１）Ｄ１，Ｄ２に比べて、Ｄ３を立ち上がり電圧の低いものする。
（２）Ｄ１，Ｄ２に比べて、Ｄ３を接合容量の小さいものにする。
図１３は、本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路の変形例としてのレクテナ回路ＲＥＣ１１を示す図である。本変形例では、整流ダイオードＤ１，Ｄ２、およびＤ３で、半導体材料を互いに異なるものとしている。具体的には、整流ダイオードＤ１、Ｄ２はＧａＮダイオードであり、整流ダイオードＤ３はＳｉダイオードを使用している。これにより、整流ダイオードＤ１，Ｄ２からの反射電力が小さい場合でも、変換効率の向上が可能である。
すなわち、このようにするのは、ダイオードの立ち上がり電圧に加え、インピーダンスを異ならしめるである。レクテナ回路における、入力電力に対する効率の感度を作用する要素の一つとして、ダイオードの立ち上がり電圧がある。立ち上がり電圧は左下図に示した。ＧａＮダイオードの立ちあがり電圧は大きく、Ｓｉダイオードの立ち上がり電圧は小さいのが一般的である。立ち上がり電圧の低いダイオードを使用したレクテナ回路は、入力電力が小さい場合でも、高効率に動作する性質があるのである。
また、素子構造を異ならしめる例としては、接合面積を相違させてもよい。接合面積を小さくすると、ダイオード等価回路の接合容量が小さくなると考えられる。接合容量が小さくなると、省電力時の整合が容易になり変換効率が上昇する。
【００４４】
図１４は、本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路の変形例としてのレクテナ回路ＲＥＣ１２を示す図である。整合回路ＭＣ１および整合回路ＭＣ２と、整合回路ＭＣ３とで異なるものを使用している。つまり、整合回路ＭＣ１および整合回路ＭＣ２は、上記の図８乃至１２に記載した整合回路の具体的構成のうちの１つであり、整合回路ＭＣ３は図８乃至１２に記載した整合回路の具体的構成のうちの１つで、ＭＣ１およびＭＣ２とは異なる定数とした回路である。これにより、整流ダイオードＤ１，Ｄ２からの反射電力が小さい場合でも変換効率の向上が可能である。
【００４５】
（出力回路部の変形例）
実施の形態１では、出力回路部３３が、入力端子＃０と接続している。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。図２９乃至３１は、本発明の実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＣＥ１０の変形例を示す図である。図２９に示すレクテナ回路ＲＥＣ１０ａのように出力端子＃１と接続する出力回路部３３ａとしてもよく、図３０に示すレクテナ回路ＲＥＣ１０ｂのように出力端子＃２と接続する出力回路部３３ｂとしてもよく、図３１に示すレクテナ回路ＲＥＣ１０ｃのようにアイソレーション端子＃３と接続する出力回路部３３ｃとしてもよい。
【００４６】
実施の形態２．
［実施の形態２にかかる装置、回路の構成］
図１５は、本発明の実施の形態２にかかるレクテナ回路ＲＥＣ２０の等価回路図である。反射した高周波電力を収集する為の端子を有する電力分配器に、集中定数素子を応用した９０度ハイブリッド回路を用いている。実施の形態２にかかる９０度ハイブリッド回路は、コイルＬ２１、Ｌ２２，Ｌ２３，およびＬ２４を矩形環状に接続して、それらの各コイルの接続点に、それぞれコンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４の一方の端子を接続したものである。コンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４の他方の端子は、いずれも接地されている。この点を除き、実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０と同様の構成を有するものであるから、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００４７】
［実施の形態２にかかる装置、回路の動作］
無線電力伝送に使われる周波数は、低周波数も存在し例えば１３．６５ＭＨｚという周波数もある。実施の形態１にかかる定数分布回路で構成する場合には、回路面積の一辺を、電磁波の波長の四分の１波長（λ／４）程度にする必要がある。上記の１３．６５ＭＨｚという周波数に対応するためには、回路面積の一辺をその波長に応じた長さにする必要があることから、回路面積がおおよそ数ｍ四方となってしまう。
【００４８】
しかし、集中定数素子を用いた場合であれば、回路面積が波長に拘束されず、数ｃｍ四方程度で実現可能となる。このように、定数分布回路では回路面積が波長に拘束されるが、集中定数回路だと波長による拘束が無くなるため、実施の形態２にかかる集中定数回路を用いたレクテナ回路ＲＥＣ２０によれば、小型化が達成できる。
【００４９】
［実施の形態２における効果］
図３６は、従来回路として示すレクテナ回路ＣＲＥＣ３を示す回路図である。図３７は、従来回路にかかるレクテナ回路ＣＲＥＣ３の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図３７（ａ）は、負荷抵抗特性、図３７（ｂ）は、入力電力特性である。
【００５０】
レクテナ回路ＣＲＥＣ３は、回路図として図３６に示されているように集中定数素子（コンデンサＣ３０１、Ｃ３０２、Ｃ３０３，コイルＬ３０１，Ｌ３０２）を用いて構成されたウィルキンソン分配器を備えている。ウィルキンソン分配器の２つの出力端子の間を繋ぐ１００Ωの抵抗Ｒ３０１が設けられている。アイソレーション端子を有さないことを除き、出力回路部としてのコンデンサ、コイル、直流負荷、および整合回路ＭＣ１００、ＭＣ２００、整流ダイオードＤ１、Ｄ２を有する点は、実施の形態２にかかるレクテナ回路ＲＥＣ２０と類似している。
【００５１】
図１６は、実施の形態２にかかるレクテナ回路ＲＥＣ２０の変換効率特性例を１３．６５ＭＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図１６（ａ）は、負荷抵抗特性、図１６（ｂ）は、入力電力特性である。直流負荷の変動や、入射電力の変動に対して、変換効率が従来回路ＣＲＥＣ３（図３７）より数パーセント高いことが分かる。
【００５２】
実施の形態３．
［実施の形態３にかかる装置、回路の構成］
図１７は、本発明の実施の形態３にかかるレクテナ回路ＲＥＣ３０の等価回路図である。レクテナ回路ＲＥＣ３０では、電力分配器３２として、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０を用いている点等、実施の形態１と共通の構成を備えている。実施の形態１と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
レクテナ回路ＲＥＣ３０には、アイソレーション出力回路部１３３が設けられている。アイソレーション出力回路部１３３は、実施の形態１における電力分配器３２と同様に、コイルＬ３０、コンデンサＣ３０を備えており、これらは直流負荷Ｒ３０に接続している。コンデンサＣ３０は、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０のアイソレーション端子＃３と、整合回路ＭＣ３との間に、直列に挿入されている。コイルＬ３０の一方の端子は、コンデンサＣ３０の端子とアイソレーション端子＃３との間に接続されており、コイルＬ３０の他方の端子は、抵抗Ｒ３０に接続している。
【００５４】
これにより、出力回路部３３と同様の動作原理により、アイソレーション出力回路部１３３はアイソレーション端子＃３側の整流ダイオードＤ３で整流された直流電力を選択的に取り出すことができる。
【００５５】
［実施の形態３にかかる装置、回路の動作］
図１８は、本発明の実施の形態３にかかるレクテナ回路ＲＥＣ３０における回路動作（電力変換）を時系列的に説明するためのフローチャートである。
【００５６】
まず、アンテナ２０を介して入力端子＃０に高周波電力が入力される（ステップＳ３００）。
【００５７】
次に、入力端子＃０から入力された高周波電力は一度出力端子＃１，＃２から出力され、出力端子＃１，＃２から出力された高周波電力は、非線形素子である整流ダイオードＤ１，Ｄ２に入力される（ステップＳ３０２）。
【００５８】
整流ダイオードＤ１、Ｄ２において、一部の高周波電力が直流電力に変換される（ステップＳ３０４）。ダイオードの整流作用によるものである。
【００５９】
整流ダイオードＤ１，Ｄ２において変換された直流電力については、図１７における「直流電力Ｐ１」として、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０を介して直流電力が直流負荷Ｒ０で消費されることとなる（ステップＳ３１２）。
【００６０】
ステップＳ３０４で直流電力に変換されず、整流ダイオードＤ１、Ｄ２で反射された高周波電力は、次に、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０により合成される（ステップＳ３０６）。
【００６１】
反射、合成された高周波電力は、アイソレーション端子＃３に集約され、整流ダイオードＤ３に入力される（ステップＳ３０８）。
【００６２】
整流ダイオードＤ３に入力された高周波電力は、整流ダイオードＤ３で再び直流電力に変換される機会を与えられ、直流電力に変換される（ステップＳ３１０）。
【００６３】
整流ダイオードＤ３で再変換された直流電力については、図１７における「直流電力Ｐ２」として、アイソレーション出力回路部１３３を介して直流負荷Ｒ３０にて消費されることとなる（ステップＳ３１４）。
【００６４】
［実施の形態３における効果］
実施の形態３にかかるレクテナ回路ＲＥＣ３０によれば、実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０との比較において、直流電圧を二系統得られるという利点がある。これにより、二つの異なる電圧が得られるという利点がある。また、整流ダイオードＤ１またはＤ２が故障した場合と、整流ダイオードＤ３が故障した場合との二つのケースにおいて、２系統あるうちのどちらか一方の電力系統は正常動作することができるという利点がある。
【００６５】
実施の形態４．
［実施の形態４にかかる装置、回路の構成および動作］
図１９は、本発明の実施の形態４にかかるレクテナ回路ＲＥＣ４０を示す等価回路図である。レクテナ回路ＲＥＣ４０は、電力分配器３２として、３つの９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３１、ＨＢＤ３２、ＨＢＤ３３を接続したものを用いている点が、実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０と異なっている。
【００６６】
図１９に示すように、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３１は、アンテナ２０と接続して高周波電力を受ける入力端子＃０を備えている。入力端子＃０には、実施の形態１と同様に出力回路部３３としてのコンデンサＣ０、コイルＬ４０および直流負荷Ｒ０が接続している。
【００６７】
図１９に示すように、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３１は、２つの出力端子のうち一方の出力端子が９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３２の４端子のうちの１つに接続している。また、図１９に示すように、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３１は、２つの出力端子のうち他方の出力端子が９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３３の４端子のうちの１つに接続している。
【００６８】
これにより、入力端子＃０から高周波電力が入力されると、その高周波電力が分配されて、分配された電力が９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３２およびＨＢＤ３３にそれぞれ入力されることになる。一方、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３１はアイソレーション端子＃７を備えており、ここには整合回路ＭＣ７および整流ダイオードＤ７が直列に接続している。
【００６９】
９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３２、ＨＢＤ３３は、それぞれ個別に、実施の形態１にかかる９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０と同様の動作をする。その結果、さらに電力が分配され、合計で４つの出力端子＃１、＃２、＃３、＃４が設けられている。出力端子＃１、＃２、＃３、＃４には、それぞれ整合回路ＭＣ１、ＭＣ２、ＭＣ３、ＭＣ４が電気的に直列接続され、さらに整流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が電気的に直列接続されている。これにより高周波電力を直流電力に整流することができる。
【００７０】
レクテナ回路ＲＥＣ４０では、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３２の端子＃５および９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３３の端子＃６が、それぞれ、アイソレーション端子として機能する。これは既に公知のとおり、９０度ハイブリッド回路の対称性により、入力端子、出力端子およびアイソレーション端子の関係性が決まるものだからである。９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３２のアイソレーション端子＃５および９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３３のアイソレーション端子＃６において、実施の形態１にかかるアイソレーション端子＃３と同様の反射波収集、変換機能が実現されている。
【００７１】
以上説明したように、レクテナ回路ＲＥＣ４０は、アイソレーション端子＃５、＃６、および＃７を備えている。これらのアイソレーション端子において、実施の形態１にかかるアイソレーション端子＃３と同様に、反射した高周波電力の収集、変換を行うことができる。
【００７２】
実施の形態４にかかるレクテナ回路ＲＥＣ４０では、反射した高周波電力を分配する電力分配器を、「９０度ハイブリッド回路を２段用いることにより複数段階の電力分配を行う構成」としている。これにより、実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０に比べて、整流ダイオード一つ当たりが担う電力を小さくすることができる。これにより、大電力動作が可能となる。
【００７３】
（従来回路との比較）
図３４は、従来回路として示すレクテナ回路ＣＲＥＣ２を示す回路図である。図３５は、従来回路にかかるレクテナ回路ＣＲＥＣ２の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図３５（ａ）は、負荷抵抗特性、図３５（ｂ）は、入力電力特性である。
【００７４】
レクテナ回路ＣＲＥＣ２は、３つのウィルキンソン分配器ＷＤ１００、ＷＤ１０２、ＷＤ１０４を用いて、２段階の電力分配を行っている。３つのウィルキンソン分配器ＷＤ１００、ＷＤ１０２、ＷＤ１０４は、図に模式的に示されているように伝送線路を用いて構成されたウィルキンソン分配器である。
【００７５】
ウィルキンソン分配器ＷＤ１００、ＷＤ１０２、ＷＤ１０４は、各々の２つの出力端子の間を繋ぐ１００Ωの抵抗を有している。アイソレーション端子を有さないことを除き、出力回路部としてのコンデンサＣ１００、コイルＬ１００、直流負荷Ｒ１００、および整合回路ＭＣ１００、ＭＣ２００、整流ダイオードＤ１、Ｄ２を有する点は、実施の形態４にかかるレクテナ回路ＲＥＣ４０と類似している。
【００７６】
この従来回路にかかるレクテナ回路ＣＲＥＣ２では、非線形素子によって反射された高周波電力は捨てられてきた。この点、本実施の形態によれば、アイソレーション端子＃５、＃６、および＃７における高周波電力の収集、変換により、反射された高周波電力を利用することができ、効率を改善できる。
【００７７】
図２０は、本発明の実施の形態４にかかるレクテナ回路ＲＥＣ４０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図２０（ａ）は、負荷抵抗特性、図２０（ｂ）は、入力電力特性である。直流負荷の変動や、入射電力の変動に対して、変換効率が従来回路ＣＲＥＣ２（図３５）より数パーセント高いことが分かる。
【００７８】
［実施の形態４における変形例］
なお、実施の形態４では、３つの９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３１、ＨＢＤ３２、ＨＢＤ３３を用いて、２段階に電力分配を行った。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、３段階以上に電力分配を行っても良い。つまり、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３２、ＨＢＤ３３をそれぞれ９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３１に見立てて、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３２、ＨＢＤ３３のそれぞれの出力端子に一つずつ９０度ハイブリッド回路を接続しても良い。こうすると、３段目の９０度ハイブリッド回路として、４つの９０度ハイブリッド回路を接続させることとなり出力端子数は８つになる。
【００７９】
なお、レクテナ回路ＲＥＣ４０のように電力分配回路の構成を対称の構成にしなくともよい。つまり９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３２は設けるものの９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３３は設けなくともよい。９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３３を接続している端子を実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０と同様に出力端子として用いても良い。つまり、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３３に変えて、整合回路および整流ダイオードを接続してもよい。この場合、出力端子数は３つとなり、奇数個とすることができる。
【００８０】
実施の形態５．
［実施の形態５にかかる装置、回路の構成］
図２１は、本発明の実施の形態５にかかるレクテナ回路ＲＥＣ５０の等価回路図である。レクテナ回路ＲＥＣ５０では、電力分配器３２として、ウィルキンソン分配器ＷＤ１、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ５１、ＨＢＤ５２を用いている。レクテナ回路ＲＥＣ５０は、実施の形態４にかかるレクテナ回路ＲＥＣ４０の９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ３１に代えて、１段目の電力分配回路としてウィルキンソン分配器ＷＤ１を用いている。この点を除き、実施の形態４と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態５にかかるレクテナ回路ＲＥＣ５０によれば、回路構成の小型化が容易であるという利点がある。
【００８１】
レクテナ回路ＲＥＣ５０においては、アイソレーション端子＃５、＃６において、実施の形態４にかかるレクテナ回路ＲＥＣ４０の場合と同様に、反射した高周波電力の収集、変換を行うことができる。
【００８２】
図２２は、レクテナ回路ＲＥＣ５０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図２２（ａ）は、負荷抵抗特性、図２２（ｂ）は、入力電力特性である。負荷抵抗の変動や、入射電力の変動に対して、変換効率が従来回路より数パーセント高いことが分かる。
【００８３】
［実施の形態５における変形例］
なお、実施の形態５では、２段階に電力分配を行った。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、３段階以上に電力分配を行うように変形しても良い。つまり、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ５１、ＨＢＤ５２のそれぞれの出力端子にさらに一つずつ９０度ハイブリッド回路を接続しても良い。こうすると、３段目の９０度ハイブリッド回路として、４つの９０度ハイブリッド回路を接続させることとなり出力端子数は８つになる。
【００８４】
実施の形態６．
［実施の形態６にかかる装置、回路の構成および動作］
図２３は、本発明の実施の形態６にかかるレクテナ回路ＲＥＣ６０の構成を示す等価回路図である。レクテナ回路ＲＥＣ６０は、ウィルキンソン結合器ＷＤ６２、整合回路ＭＣ５、および整流ダイオードＤ５を備えている点を除き、実施の形態５にかかるレクテナ回路ＲＥＣ５０と同様の構成を備えている。
【００８５】
一般に、ウィルキンソン結合器は２つの結合用入力端子および１つの出力端子を備えており、２つの結合用入力端子には結合すべき高周波電力がそれぞれ入力され、これが結合（合成）されたものが出力端子に出力されるものである。ウィルキンソン結合器ＷＤ６２では、その２つの結合用入力端子の一方を、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ５１のアイソレーション端子（実施の形態５におけるアイソレーション端子＃５）と電気的に接続している。また、ウィルキンソン結合器ＷＤ６２では、その２つの結合用入力端子の他方を、９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ５２のアイソレーション端子（実施の形態５におけるアイソレーション端子＃６）と電気的に接続している。こうすることで、ウィルキンソン結合器ＷＤ６２は、２つの結合用入力端子からの高周波電力を合成してアイソレーション端子＃５に出力する。
【００８６】
実施の形態６にかかるレクテナ回路ＲＥＣ６０によれば、実施の形態５にかかるレクテナ回路ＲＥＣ５０のように複数のアイソレーション端子で個別に整流ダイオードによる整流を実施する構成と比べて、アイソレーション端子＃５に電気的に接続された整流ダイオードＤ５への入力電力を大きくすることができる。これにより、変換効率を向上させることができる。
【００８７】
［実施の形態６における効果］
図２４は、本発明の実施の形態６にかかるレクテナ回路ＲＥＣ６０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図２４（ａ）は、負荷抵抗特性、図２４（ｂ）は、入力電力特性である。負荷抵抗の変動や、入射電力の変動に対して、変換効率が従来回路ＣＲＥＣ２（図３５）より数パーセント高いことが分かる。
【００８８】
実施の形態７．
［実施の形態７にかかる装置、回路の構成および動作］
図２５は、本発明の実施の形態７にかかるレクテナ回路ＲＥＣ７０を示す等価回路図である。実施の形態１にかかるレクテナ回路ＲＥＣ１０は電力分配器３２としての９０度ハイブリッド回路ＨＢＤ１０を備えていたが、実施の形態７にかかるレクテナ回路ＲＥＣ７０は電力分配器３２としてのラットレース回路ＲＲを備えている。
【００８９】
ラットレース回路は、４つの端子を備え、端子が互いに伝送線路等で結ばれている点で、９０度ハイブリッド回路（ブランチライン回路）と類似の回路構成を備えている。しかしながら、これらの大きな違いは、ラットレース回路は伝送線路長が３λ／４の区間を備えている点である。ラットレース回路ＲＲでは、入力端子＃０と出力端子＃２とを結ぶ相対的に長い伝送線路が、３λ／４の区間である。それ以外の区間は、λ／４の区間である。ラットレース回路ＲＲは、アイソレーション端子＃３を備えている。ラットレース回路自体は既に公知であり、入力端子、出力端子およびアイソレーション端子がいずれの端子になるかは、いずれの端子に高周波電力を入力するかに応じて位相の関係上決まるものであるから、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００９０】
ラットレース回路ＲＲにおいても、アイソレーション端子＃３に、出力端子＃１、＃２側からの反射波が合成されることとなり、整流ダイオードＤ３においてこの反射した高周波電力を直流電力に整流（変換）することができる。
【００９１】
なお、ラットレース分配器では、９０度ハイブリッド回路に比べて、定数分布回路部の特性インピーダンスを高くできる。これにより、使用する回路基板を薄くでき、材料費の削減可能となる。
【００９２】
図２６は、本発明の実施の形態７にかかるレクテナ回路ＲＥＣ７０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図２６（ａ）は、負荷抵抗特性、図２６（ｂ）は、入力電力特性である。負荷抵抗の変動や、入射電力の変動に対して、変換効率が従来回路ＣＲＥＣ１（図３３）より数パーセント高いことが分かる。
【００９３】
実施の形態８．
［実施の形態８にかかる装置、回路の構成および動作］
図２７は、本発明の実施の形態８にかかるレクテナ回路ＲＥＣ８０を示す等価回路図である。レクテナ回路ＲＥＣ８０は、電力分配器３２として、ウィルキンソン分配器ＷＤ８０およびサーキュレータＣＬＴを含む構成である。入力端子＃０は、サーキュレータＣＬＴを介して、ウィルキンソン分配器ＷＤ８０に電気的に接続している。ウィルキンソン分配器ＷＤ８０は、サーキュレータＣＬＴからの高周波電力の入力を受けて、その電力を、出力端子＃１、＃２に分配する。分配された高周波電力は、整合回路ＭＣ１、ＭＣ２をそれぞれ介して、整流ダイオードＤ１、Ｄ２に到達し、ここで整流される。
【００９４】
本発明の実施の形態８にかかるレクテナ回路ＲＥＣ８０は、出力回路部２３３として、実施の形態１における出力回路部３３と同様の構成（コンデンサＣ０、コイルＬ０）に加えて、コンデンサＣ８０およびコイルＬ８０を備えている。コンデンサＣ８０は、一方の端子がサーキュレータＣＬＴと電気的に接続し、他方の端子が整合回路ＭＣ３と電気的に接続している。コイルＬ８０の一方の端子は、コンデンサＣ８０と整合回路ＭＣ３の間に接続している。コイルＬ８０の他方の端子は、コンデンサＣ０とウィルキンソン分配器ＷＤ８０との間に接続されている。
【００９５】
図５を用いて前述したように、コイルＬ０は直流電力（ｆ＝０）に対しては短絡となるとともに交流電力（ｆ＝∞）では開放となり、その一方で、コンデンサＣ０は直流電力（ｆ＝０）に対しては開放となるとともに交流電力（ｆ＝∞）では短絡となる。その結果、コンデンサＣ０は直流電流を防ぐが、交流電流は通過させる性質を持ち、その一方で、コイルＬ０は直流電流を通過させるが、交流電流は防ぐという性質を持つ。
【００９６】
これらの性質により、アンテナ２０からサーキュレータＣＬＴを介してアイソレーション端子＃３側（整合回路ＭＣ３、整流ダイオードＤ３）へと高周波電力は通過させられる。その一方で、整流ダイオードＤ３での整流により得られた直流電力は、コイルＬ８０を介して、直流負荷Ｒ０側へと伝達される。これにより、整流ダイオードＤ３における直流電力を選択的に取り出すことが可能となっている。
【００９７】
サーキュレータは、入射波と反射波を分離することができるコンポーネントである。レクテナ回路ＲＥＣ８０では、このサーキュレータの機能を用いて、反射波を選択的に整流ダイオードＤ３に入射させるものである。サーキュレータＣＬＴは、アンテナ２０からの入射波を選択的にウィルキンソン分配器ＷＤ８０に供給する。
【００９８】
さらに、サーキュレータＣＬＴは、ウィルキンソン分配器ＷＤ８０からの反射波を、選択的にアイソレーション端子＃３へと供給する。すなわち、サーキュレータＣＬＴに入力された反射波は、サーキュレータの有する機能によって、選択的にアイソレーション端子＃３へと出力される。サーキュレータの＃３から出力された高周波の電力はＤ３に入力され直流電力に変換される。これによって実施の形態１と同様の効果が期待できる。
【００９９】
図２８は、本発明の実施の形態８にかかるレクテナ回路ＲＥＣ８０の変換効率特性例を、周波数５．８ＧＨｚにおいてシミュレーションした結果を示す図である。図２８（ａ）は、負荷抵抗特性、図２８（ｂ）は、入力電力特性である。負荷抵抗の変動や、入射電力の変動に対して、変換効率が従来回路ＣＲＥＣ１（図３３）より数パーセント高いことが分かる。
【符号の説明】
【０１００】
２  電力受信装置、１０  レクテナ、１２  集電回路、１４  ＤＣ−ＡＣ変換部、２０  アンテナ、２２、２４  配線、３２  電力分配器、３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ  出力回路部、１３３  アイソレーション出力回路部、２３３  出力回路部、Ｄ１〜ＤＮ  整流ダイオード、ＨＢＤ１０  ９０度ハイブリッド回路、ＨＢＤ３１、ＨＢＤ３２、ＨＢＤ３３、ＨＢＤ５１、ＨＢＤ５２  ９０度ハイブリッド回路、ＭＣ１〜ＭＣＮ  整合回路、ＲＥＣ１、ＲＥＣ１０、ＲＥＣ１１、ＲＥＣ１２、ＲＥＣ２０、ＲＥＣ３０、ＲＥＣ４０、ＲＥＣ５０、ＲＥＣ６０、ＲＥＣ７０、ＲＥＣ８０  レクテナ回路、ＷＤ  ウィルキンソン分配器、ＲＲ  ラットレース回路、ＣＬＴ  サーキュレータ
【図１】
2014093853.tif 000003
【図２】
2014093853.tif 000004
【図３】
2014093853.tif 000005
【図４】
2014093853.tif 000006
【図５】
2014093853.tif 000007
【図６】
2014093853.tif 000008
【図７】
2014093853.tif 000009
【図８】
2014093853.tif 000010
【図９】
2014093853.tif 000011
【図１０】
2014093853.tif 000012
【図１１】
2014093853.tif 000013
【図１２】
2014093853.tif 000014
【図１３】
2014093853.tif 000015
【図１４】
2014093853.tif 000016
【図１５】
2014093853.tif 000017
【図１６】
2014093853.tif 000018
【図１７】
2014093853.tif 000019
【図１８】
2014093853.tif 000020
【図１９】
2014093853.tif 000021
【図２０】
2014093853.tif 000022
【図２１】
2014093853.tif 000023
【図２２】
2014093853.tif 000024
【図２３】
2014093853.tif 000025
【図２４】
2014093853.tif 000026
【図２５】
2014093853.tif 000027
【図２６】
2014093853.tif 000028
【図２７】
2014093853.tif 000029
【図２８】
2014093853.tif 000030
【図２９】
2014093853.tif 000031
【図３０】
2014093853.tif 000032
【図３１】
2014093853.tif 000033
【図３２】
2014093853.tif 000034
【図３３】
2014093853.tif 000035
【図３４】
2014093853.tif 000036
【図３５】
2014093853.tif 000037
【図３６】
2014093853.tif 000038
【図３７】
2014093853.tif 000039