(57)【要約】【課題】飛行体に対し、受電効率の高く、効率のよい無線電力供給を実現することを課題とする。【解決手段】飛行体に無線送電する無線送電装置であって、飛行体に搭載された無線受電装置へ給電用のエネルギービームを送出するビーム送出部と、前記無線受電装置の受電効率を高めるための制御情報を取得する情報取得部と、前記制御情報に基づいて、前記無線受電装置の受電効率が高まるように前記エネルギービームの制御を行う制御部とを有する。【選択図】図１１
2019135900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送電装置であって、
飛行体に搭載された無線受電装置に給電用のエネルギービームを送出するビーム送出部と、
前記無線受電装置の受電効率を高めるための制御情報を取得する情報取得部と、
前記制御情報に基づいて、前記無線受電装置の受電効率が高まるように前記エネルギービームの制御を行う制御部とを有することを特徴とする無線送電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向を変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの範囲を変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記エネルギービームを成形する制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記エネルギービームの発散角を変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の無線送電装置において、
前記ビーム送出部を２以上有し、
前記２以上のビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向をそれぞれ独立して変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の無線送電装置において、
前記制御は、前記無線受電装置のビーム受け部を複数に分割した各ビーム受け領域に前記２以上のビーム送出部をそれぞれ対応させ、前記各ビーム受け領域の位置に応じて各ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向を変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項８】
請求項２、６又は７に記載の無線送電装置において、
前記ビーム送出部の位置及び向きの少なくとも一方を変化させる駆動部を有し、
前記エネルギービームの方向を変える制御は、前記駆動部に対する制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか１項に記載の無線送電装置において、
前記ビーム送出部は、指向性を有する前記エネルギービームを形成可能なアンテナを有し、
前記エネルギービームの方向を変える制御及び前記エネルギービームの範囲を変える制御の少なくとも一方の制御は、前記アンテナに対する制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線送電装置において、
前記アンテナは、複数の指向性アンテナからなるアレイアンテナであり、
前記ビーム送出部は、前記アレイアンテナから互いに異なる周波数の複数のエネルギービームを同時に送出するものであり、
前記エネルギービームの方向を変える制御及び前記エネルギービームの範囲を変える制御の少なくとも一方の制御は、前記アレイアンテナを制御して、前記互いに異なる周波数の複数のエネルギービームがそれぞれ送出される方向を独立して変える制御を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の無線送電装置において、
前記制御情報は、前記無線受電装置が前記エネルギービームを受けるビーム受け部の位置情報及び姿勢情報、該無線受電装置の受電効率情報、並びに、前記飛行体から送信されるガイドビームの受信情報のうちの少なくとも１つの情報を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の無線送電装置において、
前記制御情報は、前記飛行体から送信された制御情報を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の無線送電装置において、
前記制御情報は、前記飛行体へ送信される飛行制御情報を該飛行体を経由せずに取得することを特徴とする無線送電装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の無線送電装置において、
当該無線送電装置が地上に設置される施設又は地上を移動する移動体に設置されることを特徴とする無線送電装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の無線送電装置において、
当該無線送電装置が前記飛行体とは別の飛行体に設置されることを特徴とする無線送電装置。
【請求項１６】
外部から給電される電力を受け取る受電装置、発電装置及び蓄電装置の少なくとも１つの装置を搭載して飛行する飛行体であって、
請求項１５に記載の無線送電装置を搭載し、
前記少なくとも１つの装置から得られる電力を変換した給電用のエネルギービームを、前記無線送電装置から、他の飛行体に搭載された無線受電装置へ送出することを特徴とする飛行体。
【請求項１７】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の無線送電装置から送出される給電用のエネルギービームを受けるビーム受け部を備えた無線受電装置を搭載して飛行する飛行体であって、
前記無線送電装置の前記制御部が前記エネルギービームの制御に用いる制御情報を送信する情報送信部を有することを特徴とする飛行体。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の飛行体において、
電力を発電する太陽光発電パネルを備えた発電装置を有することを特徴とする飛行体。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の飛行体において、
移動通信の基地局との間で無線通信を行う無線通信部を有することを特徴とする飛行体。
【請求項２０】
請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の飛行体において、
移動通信の端末装置との間で無線通信を行う無線通信部を有することを特徴とする飛行体。
【請求項２１】
飛行体に電力を供給する無線電力供給システムであって、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の無線送電装置と、前記無線送電装置から送出された給電用のエネルギービームを受けるように前記飛行体に設けられた無線受電装置とを備えることを特徴とする無線電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送電装置及びこれを備えた飛行体、無線送電装置から電力供給を受ける無線受電装置を備えた飛行体、並びに、無線電力供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、航空機、ドローン、気球、飛行船、飛行型ラジコン玩具など、電力を消費する機器を搭載した種々の飛行体が存在する。例えば、特許文献１、２には、バッテリーから電力が供給されたモータでプロペラを回転駆動することにより飛行することができる航空機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０８５９３４号公報
【特許文献２】特開２０１６−２２２０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の飛行体において、当該飛行体に搭載される電力消費機器への給電方法としては、例えば、当該飛行体に搭載した蓄電装置（二次電池等）から電力を供給する方法や、当該飛行体に搭載した太陽光発電パネルやガソリン発電機などの発電装置から電力を供給する方法が挙げられる。しかしながら、従来の給電方法は、飛行体の飛行を継続したまま当該飛行体に搭載された電力消費機器への長期間の安定した電力供給を実現するという観点からは不十分である。
【０００５】
一方、近年、マイクロ波等のエネルギービームを用いたワイヤレス給電技術（無線電力供給技術）が開発されており、その実用化が進んでいる。しかしながら、既存のワイヤレス給電技術に用いられる無線送電装置では、上空で移動したり旋回したりする飛行体に対して電力を供給する場合、受電効率が悪く、効率のよい無線電力供給を実現できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る無線送電装置は、飛行体に搭載された無線受電装置へ給電用のエネルギービームを送出するビーム送出部と、前記無線受電装置の受電効率を高めるための制御情報を取得する情報取得部と、前記制御情報に基づいて、前記無線受電装置の受電効率が高まるように前記エネルギービームの制御を行う制御部とを有する。
前記無線送電装置において、前記制御は、前記ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向を変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御は、前記ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの範囲を変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御は、前記エネルギービームを成形する制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御は、前記エネルギービームの発散角を変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記ビーム送出部を２以上有し、前記制御は、前記２以上のビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向をそれぞれ独立して変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御は、前記無線受電装置のビーム受け部を複数に分割した各ビーム受け領域に前記２以上のビーム送出部をそれぞれ対応させ、前記各ビーム受け領域の位置に応じて各ビーム送出部から送出される前記エネルギービームの方向を変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記ビーム送出部の位置及び向きの少なくとも一方を変化させる駆動部を有し、前記エネルギービームの方向を変える制御は、前記駆動部に対する制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記ビーム送出部は、指向性を有する前記エネルギービームを形成可能なアンテナを有し、前記エネルギービームの方向を変える制御及び前記エネルギービームの範囲を変える制御の少なくとも一方の制御は、前記アンテナに対する制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記アンテナは、複数の指向性アンテナからなるアレイアンテナであり、前記ビーム送出部は、前記アレイアンテナから互いに異なる周波数の複数のエネルギービームを同時に送出するものであり、前記エネルギービームの方向を変える制御及び前記エネルギービームの範囲を変える制御の少なくとも一方の制御は、前記アレイアンテナを制御して、前記互いに異なる周波数の複数のエネルギービームがそれぞれ送出される方向を独立して変える制御を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御情報は、前記無線受電装置が前記エネルギービームを受けるビーム受け部の位置情報及び姿勢情報、該無線受電装置の受電効率情報、並びに、前記飛行体から送信されるガイドビームの受信情報のうちの少なくとも１つの情報を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御情報は、前記飛行体から送信された制御情報を含んでもよい。
また、前記無線送電装置において、前記制御情報は、前記飛行体へ送信される飛行制御情報を該飛行体を経由せずに取得するものであってもよい。
【０００７】
前記無線送電装置は、地上に設置される施設又は地上を移動する移動体に設置されてもよい。
また、前記無線送電装置は、前記飛行体とは別の飛行体に設置されてもよい。
【０００８】
また、本発明の他の態様に係る飛行体は、外部から給電される電力を受け取る受電装置、発電装置及び蓄電装置の少なくとも１つの装置を搭載して飛行する飛行体であって、前記無線送電装置を搭載し、前記少なくとも１つの装置から得られる電力を変換した給電用のエネルギービームを、前記無線送電装置から、他の飛行体に搭載された無線受電装置へ送出する。
【０００９】
また、本発明の更に他の態様に係る飛行体は、前記無線送電装置から送出される給電用のエネルギービームを受けるビーム受け部を備えた無線受電装置を搭載して飛行する飛行体であって、前記無線送電装置の前記制御部が前記エネルギービームの制御に用いる制御情報を送信する情報送信部を有する。
【００１０】
前記飛行体において、電力を発電する太陽光発電パネルを備えた発電装置を有してもよい。
また、前記飛行体において、移動通信の基地局との間で無線通信を行う無線通信部を有してもよい。
また、前記飛行体において、移動通信の端末装置との間で無線通信を行う無線通信部を有してもよい。
【００１１】
また、本発明の更に他の態様に係る無線電力供給システムは、飛行体に電力を供給する無線電力供給システムであって、前記いずれかの無線送電装置と、前記無線送電装置から送出された給電用のエネルギービームを受けるように前記飛行体に設けられた無線受電装置とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、飛行体に対し、受電効率の高く、効率のよい無線電力供給を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。
【図２】他の実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図。
【図３】実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの一例を示す斜視図。
【図４】ＨＡＰＳに対する無線電力供給の様子の一例を示す説明図。
【図５】実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳの他の例を示す側面図。
【図６】実施形態におけるＨＡＰＳの無線中継局の一構成例を示すブロック図。
【図７】ＨＡＰＳのマイクロ波受電部の一構成例を示すブロック図。
【図８】実施形態におけるＨＡＰＳの無線中継局の他の構成例を示すブロック図。
【図９】ＨＡＰＳがマイクロ波ビームの範囲外へ移動して、ＨＡＰＳ上のマイクロ波受電部での受電が不可能な状況の一例を示す説明図。
【図１０】ＨＡＰＳが移動する飛行範囲の全域にわたってマイクロ波ビームが送出した場合の例を示す説明図。
【図１１】実施形態のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。
【図１２】マイクロ波ビームの発散角を、飛行空域の上端にＨＡＰＳが位置するときを基準に設定する例を示す説明図。
【図１３】マイクロ波ビームの発散角を、飛行空域の下端にＨＡＰＳが位置するときを基準に設定する例を示す説明図。
【図１４】実施形態において、マイクロ波ビームの送出方向がＨＡＰＳの移動に追従して変化する様子を示す説明図。
【図１５】変形例１のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。
【図１６】変形例１において、ＨＡＰＳからのＧＰＳ情報を、移動通信網を介してマイクロ波送電装置で受信する例を示す説明図。
【図１７】変形例２のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。
【図１８】変形例２において、遠隔制御装置からのＨＡＰＳ制御情報を、移動通信網を介してマイクロ波送電装置で受信する例を示す説明図。
【図１９】変形例３のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。
【図２０】変形例３において、マイクロ波ビームの送出方向がＨＡＰＳの移動に追従して変化する様子を示す説明図。
【図２１】変形例３におけるアレイアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。
【図２２】ＨＡＰＳとマイクロ波送電装置との距離が変わることで、ＨＡＰＳによって受けられないマイクロ波ビームの部分が増大して受電効率の低下を招く状況を示す説明図。
【図２３】変形例４におけるアレイアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。
【図２４】変形例４において、ＨＡＰＳとマイクロ波送電装置との距離に応じてマイクロ波ビームの発散角が変更される様子を示す説明図。
【図２５】変形例５のマイクロ波送電装置の一構成例を示すブロック図。
【図２６】変形例５における各パラボラアンテナの向きを変更する制御の流れを示すフローチャート。
【図２７】変形例５において、ＨＡＰＳとマイクロ波送電装置との距離に応じて、各パラボラアンテナからのマイクロ波ビームの範囲の重なり量が変更される様子を示す説明図。
【図２８】（ａ）は、マイクロ波ビームが送出される範囲の形状がＨＡＰＳのレクテナ部の全体形状に整合していない例を示す説明図。（ｂ）は、マイクロ波ビームが送出される範囲の形状がＨＡＰＳのレクテナ部の全体形状に整合している例を示す説明図。（ｃ）は、マイクロ波送電装置に対するＨＡＰＳの相対的な向き（姿勢）が変化して、ＨＡＰＳによって受けられないマイクロ波ビームの部分Ａが増大した様子を示す説明図。
【図２９】（ａ）及び（ｂ）は、ＨＡＰＳが旋回してマイクロ波送電装置に対するＨＡＰＳの相対的な向き（姿勢）が変化する様子を示す説明図。
【図３０】変形例６におけるアレイアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。
【図３１】（ａ）及び（ｂ）は、変形例６において、マイクロ波送電装置に対するＨＡＰＳの相対的な向き（姿勢）の変化に応じて、マイクロ波ビームのビーム形状が変更される様子を示す説明図。
【図３２】（ａ）及び（ｂ）は、変形例６において、マイクロ波送電装置に対するＨＡＰＳの相対的な向き（姿勢）の変化に応じて、マイクロ波ビームのビーム形状が変更される様子を示す他の説明図。
【図３３】変形例７におけるパラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。
【図３４】（ａ）及び（ｂ）は、変形例７において、マイクロ波送電装置に対するＨＡＰＳの相対的な向き（姿勢）の変化に応じて、各パラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビームの範囲全体の形状が変更される様子を示す説明図。
【図３５】変形例８のビーム制御部１５９におけるアンテナエレメントに対する制御部分を示す説明図。
【図３６】変形例８におけるアレイアンテナから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャート。
【図３７】（ａ）及び（ｂ）は、変形例８において、マイクロ波送電装置に対するＨＡＰＳの相対的な向き（姿勢）の変化に応じて、アレイアンテナから送出される３種類の周波数のマイクロ波ビームの範囲全体の形状が変更される様子を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る通信システムは、多数の端末装置への同時接続や低遅延化などに対応する第５世代移動通信の３次元化ネットワークの実現に適する。
【００１５】
図１に示すように、本通信システムは、複数の飛行型（空中浮揚型）の通信中継装置である飛行体としての高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）１０，２０を備えている。ＨＡＰＳ１０，２０は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域４０に図中ハッチング領域で示すような３次元セル（３次元エリア）４１，４２を形成する。ＨＡＰＳ１０，２０は、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から１００［ｋｍ］以下の高高度の浮揚空域５０に浮遊（飛行）して位置するように制御される飛行体（ソーラープレーン、飛行船など）に、無線中継局が搭載されたものである。
【００１６】
ＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０は、例えば、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域である。この空域５０は、気象条件が比較的安定している高度１５［ｋｍ］以上２５［ｋｍ］以下の空域であってもよく、特に高度がほぼ２０［ｋｍ］の空域であってもよい。図中のＨｒｓｌ及びＨｒｓｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたＨＡＰＳ１０，２０の位置する空域５０の下端及び上端の相対的な高度を示している。
【００１７】
セル形成目標空域４０は、本実施形態の通信システムにおける１又は２以上のＨＡＰＳで３次元セルを形成する目標の空域である。セル形成目標空域４０は、ＨＡＰＳ１０，２０が位置する空域５０と従来のマクロセル基地局等の基地局９０がカバーする地面近傍のセル形成領域との間に位置する、所定高度範囲（例えば、５０［ｍ］以上１０００［ｍ］以下の高度範囲）の空域である。図中のＨｃｌ及びＨｃｕはそれぞれ、地面（ＧＬ）を基準にしたセル形成目標空域４０の下端及び上端の相対的な高度を示している。
【００１８】
なお、本実施形態の３次元セルが形成されるセル形成目標空域４０は、海、川又は湖の上空であってもよい。
【００１９】
ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、移動局である端末装置と無線通信するためのビーム１００，２００を地面に向けて形成する。端末装置は、遠隔操縦可能な小型のヘリコプター等の航空機であるドローン６０に組み込まれた通信端末モジュールでもよいし、飛行機６５の中でユーザが使用するユーザ装置であってもよい。セル形成目標空域４０においてビーム１００，２００が通過する領域が３次元セル４１，４２である。セル形成目標空域４０において互いに隣り合う複数のビーム１００，２００は部分的に重なってもよい。
【００２０】
ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局はそれぞれ、地上又は海上に設置された中継局であるフィーダ局（ゲートウェイ）７０を介して、移動通信網８０のコアネットワークに接続されている。ＨＡＰＳ１０，２０とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。
【００２１】
ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、内部に組み込まれたコンピュータ等で構成された制御部が制御プログラムを実行することにより、自身の飛行移動や無線中継局での処理を自律制御してもよい。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身の現在位置情報（例えばＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）位置情報）、予め記憶した位置制御情報（例えば、飛行スケジュール情報）、周辺に位置する他のＨＡＰＳの位置情報などを取得し、それらの情報に基づいて飛行移動や無線中継局での処理を自律制御してもよい。
【００２２】
また、ＨＡＰＳ１０，２０それぞれの飛行移動や無線中継局での処理は、移動通信網８０の通信センター等に設けられた管理装置としての遠隔制御装置８５によって制御できるようにしてもよい。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０は、遠隔制御装置８５からの制御情報を受信できるように制御用通信端末装置（例えば、移動通信モジュール）が組み込まれ、遠隔制御装置８５から識別できるように端末識別情報（例えば、ＩＰアドレス、電話番号など）が割り当てられるようにしてもよい。制御用通信端末装置の識別には通信インターフェースのＭＡＣアドレスを用いてもよい。また、ＨＡＰＳ１０，２０はそれぞれ、自身又は周辺のＨＡＰＳの飛行移動や無線中継局での処理に関する情報や各種センサなどで取得した観測データなどの情報を、遠隔制御装置８５等の所定の送信先に送信するようにしてもよい。
【００２３】
セル形成目標空域４０では、ＨＡＰＳ１０，２０のビーム１００，２００が通過していない領域（３次元セル４１，４２が形成されない領域）が発生するおそれがある。この領域を補完するため、図１の構成例のように、地上側又は海上側から上方に向かって放射状のビーム３００を形成して３次元セル４３を形成してＡＴＧ（Ａｉｒ  Ｔｏ  Ｇｒｏｕｎｄ）接続を行う基地局（以下「ＡＴＧ局」という。）３０を備えてもよい。
【００２４】
また、ＡＴＧ局３０を用いずに、ＨＡＰＳ１０，２０の位置やビーム１００，２００の発散角（ビーム幅）等を調整することにより、ＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局が、セル形成目標空域４０に３次元セルがくまなく形成されるように、セル形成目標空域４０の上端面の全体をカバーするビーム１００，２００を形成してもよい。
【００２５】
なお、前記ＨＡＰＳ１０，２０で形成する３次元セルは、地上又は海上に位置する端末装置との間でも通信できるよう地面又は海面に達するように形成してもよい。
【００２６】
図２は、他の実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す概略構成図である。
なお、図２において、前述の図１と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００２７】
図２の実施形態では、ＨＡＰＳ１０と移動通信網８０のコアネットワークとの間の通信を、フィーダ局７０及び低軌道の人工衛星７２を介して行っている。この場合、人工衛星７２とフィーダ局７０との間の通信は、マイクロ波などの電波による無線通信で行ってもよいし、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。また、ＨＡＰＳ１０と人工衛星７２との間の通信については、マイクロ波などの電波による無線通信で行っているが、レーザ光などを用いた光通信で行ってもよい。
【００２８】
図３は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ１０の一例を示す斜視図である。
図３のＨＡＰＳ１０は、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳであり、主翼部１０１と、主翼部１０１の短手方向の一端縁部にバス動力系の推進装置としての複数のモータ駆動のプロペラ１０３とを備える。主翼部１０１の上面には、太陽光発電機能を有する発電装置としての太陽光発電パネル（以下「ソーラーパネル」という。）１０２が設けられている。また、主翼部１０１の下面の長手方向の２箇所には、板状の連結部１０４を介して、ミッション機器が収容される複数の機器収容部としてのポッド１０５が連結されている。このミッション機器は、主翼部１０１の下部へ内蔵したり、主翼部１０１の下部にポッド１０５を直接取り付けてその内部に格納されたりしてもよい。各ポッド１０５の内部には、ミッション機器としての無線中継局１１０と、蓄電装置としてのバッテリー１０６とが収容されている。バッテリー１０６は、主翼部１０１に内蔵してもよい。また、各ポッド１０５の下面側には離発着時に使用される車輪１０７が設けられている。ソーラーパネル１０２で発電された電力はバッテリー１０６に蓄電され、バッテリー１０６から供給される電力により、プロペラ１０３のモータが回転駆動され、無線中継局１１０による無線中継処理が実行される。
【００２９】
ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、例えば旋回飛行を行ったり８の字飛行を行ったりすることにより揚力で浮揚し、所定の高度で水平方向の所定の範囲に滞在するように飛行することができる。なお、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０は、プロペラ１０３が回転駆動されていないときは、グライダーのように飛ぶこともできる。例えば、昼間などのソーラーパネル１０２の発電によってバッテリー１０６の電力が余っているときに高い位置に上昇し、夜間などのソーラーパネル１０２で発電できないときにバッテリー１０６からモータへの給電を停止してグライダーのように飛ぶことができる。
【００３０】
図４は、ＨＡＰＳ１０に対する無線電力供給の様子の一例を示す説明図である。
ＨＡＰＳ１０は、無線送電装置としてのマイクロ波送電装置から送出される高出力の給電用マイクロ波ビーム（エネルギービーム）を受けて電力を生じさせる無線受電装置としてのマイクロ波受電部を備えている。マイクロ波受電部を構成するレクテナ部は、図３及び図４に示すようにＨＡＰＳ１０の主翼部１０１の下面に設けられたビーム受け部としての受電アンテナ部（例えば面状のアレイアンテナ）１３１ａと、整流器とを備え、マイクロ波送電装置からの給電用マイクロ波ビームを受電アンテナ部１３１ａで受け、整流器で整流して直流の電力に変換する。なお、図３の例では、主翼部１０１の下面のほぼ全体にわたって受電アンテナ部１３１ａを設けているが、受電アンテナ部１３１ａを設ける場所や範囲、大きさなどは適宜設定される。マイクロ波受電部で受電された電力も、バッテリー１０６に蓄電され、バッテリー１０６から供給される電力により、プロペラ１０３のモータが回転駆動され、無線中継局１１０による無線中継処理が実行される。
【００３１】
マイクロ波送電装置は、例えば、地上又は海上の施設であるマイクロ波給電局７５や、飛行体である給電用飛行船２５などに設けられ、ＨＡＳＰＳ１０に向けて給電用マイクロ波ビーム７５０，２５０を送出する。また、マイクロ波送電装置は、地上又は海上を移動する自動車等の車両や船舶などの移動体に設置されてもよい。マイクロ波送電装置の構成及び動作の詳細については後述する。
【００３２】
エネルギービームにより飛行体であるＨＡＰＳ１０に対して電力を供給する無線電力供給システムは、ＨＡＰＳ１０に設けられた無線受電装置としてのマイクロ波受電部と、無線送電装置としてのマイクロ波送電装置とを用いて構成される。なお、本実施形態の無線電力供給（遠隔エネルギービーム給電）では、エネルギービームとしてマイクロ波ビームを用いる場合について説明するが、レーザビームなどの他のエネルギービームを用いてもよい。
【００３３】
また、ＨＡＰＳ１０は、他のＨＡＰＳや人工衛星との間でマイクロ波などの電波による無線通信に用いられる通信部としての無線通信アンテナ装置１４０を備えている。なお、図３の例では主翼部１０１の長手方向の両端部に無線通信アンテナ装置１４０を配置しているが、ＨＡＰＳ１０の他の箇所に無線通信アンテナ装置１４０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星との無線通信に用いられる通信部は、マイクロ波などの電波による無線通信を行うものに限らず、光通信などの他の方式のものでもよい。
【００３４】
図５は、実施形態の通信システムに用いられるＨＡＰＳ２０の他の例を示す斜視図である。
図５のＨＡＰＳ２０は、無人飛行船タイプのＨＡＰＳであり、ペイロードが大きいため大容量のバッテリーを搭載することができる。ＨＡＰＳ２０は、浮力で浮揚するためのヘリウムガス等の気体が充填された飛行船本体２０１と、バス動力系の推進装置としてのモータ駆動のプロペラ２０２と、ミッション機器が収容される機器収容部２０３とを備える。機器収容部２０３の内部には、無線中継局２１０とバッテリー２０４とが収容されている。バッテリー２０４から供給される電力により、プロペラ２０２のモータが回転駆動され、無線中継局２１０による無線中継処理が実行される。
【００３５】
無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０にも、マイクロ波送電装置から送出される高出力の給電用マイクロ波ビームを受けて電力を生じさせる無線受電装置としてのマイクロ波受電部が備わっている。ＨＡＰＳ２０のマイクロ波受電部を構成するレクテナ部は、図５に示すように、ＨＡＰＳ２０の飛行船本体２０１の下面に設けられた受電アンテナ部（例えば面状のアレイアンテナ）１３１ａと、整流器とを備え、マイクロ波送電装置からの給電用マイクロ波ビームを受電アンテナ部１３１ａで受け、整流器で整流して直流の電力に変換する。なお、図５の例では、飛行船本体２０１の下面のほぼ全体にわたって受電アンテナ部１３１ａを設けているが、受電アンテナ部１３１ａを設ける場所や範囲、大きさなどは適宜設定される。マイクロ波受電部で受電された電力は、バッテリー２０４に蓄電され、バッテリー２０４から供給される電力により、プロペラ２０２のモータが回転駆動され、無線中継局２１０による無線中継処理が実行される。
【００３６】
なお、飛行船本体２０１の上面に、太陽光発電機能を有するソーラーパネルを設け、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリー２０４に蓄電するようにしてもよい。
【００３７】
また、無人飛行船タイプのＨＡＰＳ２０も、他のＨＡＰＳや人工衛星との間のマイクロ波などの電波による無線通信に用いられる通信部としての３次元対応指向性の無線通信アンテナ装置１４０を備えている。なお、図５の例では飛行船本体２０１の上面部及び機器収容部２０３の下面部に無線通信アンテナ装置１４０を配置しているが、ＨＡＰＳ２０の他の部分に無線通信アンテナ装置１４０を配置してもよい。なお、他のＨＡＰＳや人工衛星と無線通信に用いられる通信部は、マイクロ波などの電波による無線通信を行うものに限らず、光通信などの他の方式のものであってもよい。
【００３８】
図６は、本実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の一構成例を示すブロック図である。
本実施形態の無線中継局１１０，２１０はリピータータイプの無線中継局の例である。無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、３Ｄセル形成アンテナ部１１１と、送受信部１１２と、フィード用アンテナ部１１３と、送受信部１１４と、リピーター部１１５と、監視制御部１１６と、電源部１１７とを備える。更に、無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、ＨＡＰＳ間通信などに用いる無線通信部１２５と、ビーム制御部１２６とを備える。
【００３９】
３Ｄセル形成アンテナ部１１１は、セル形成目標空域４０に向けて放射状のビーム１００，２００を形成するアンテナを有し、端末装置と通信可能な３次元セル４１，４２を形成する。送受信部１１２は、３Ｄセル形成アンテナ部１１１とともに第一無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１を介して、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置に無線信号を送信したり端末装置から無線信号を受信したりする。
【００４０】
フィード用アンテナ部１１３は、地上又は海上のフィーダ局７０と無線通信するための指向性アンテナを有する。送受信部１１４は、フィード用アンテナ部１１３とともに第二無線通信部を構成し、送受共用器（ＤＵＰ：ＤＵＰｌｅｘｅｒ）や増幅器などを有し、フィード用アンテナ部１１３を介して、フィーダ局７０に無線信号を送信したりフィーダ局７０から無線信号を受信したりする。
【００４１】
リピーター部１１５は、端末装置との間で送受信される送受信部１１２の信号と、フィーダ局７０との間で送受信される送受信部１１４の信号とを中継する。リピーター部１１５は、周波数変換機能を有してもよい。
【００４２】
監視制御部１１６は、例えばＣＰＵ及びメモリ等で構成され、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、ＨＡＰＳ１０，２０内の各部の動作処理状況を監視したり各部を制御したりする。特に、監視制御部１１６は、制御プログラムを実行することにより、プロペラ１０３，２０２を駆動するモータ駆動部１４１を制御して、ＨＡＰＳ１０，２０を目標位置へ移動させ、また、目標位置近辺に留まるように制御する。
【００４３】
電源部１１７は、バッテリー１０６，２０４から出力された電力をＨＡＰＳ１０，２０内の各部に供給する。電源部１１７は、マイクロ波受電部１３０により給電用マイクロ波ビーム７５０，２５０を変換した電力を、バッテリー１０６，２０４に蓄電させる機能を有している。また、電源部１１７は、太陽光発電パネル等で発電した電力や、外部から有線等で給電される電力をバッテリー１０６，２０４に蓄電させる機能を有してもよい。
【００４４】
無線通信部１２５は、マイクロ波等の電波により周辺の他のＨＡＰＳ１０，２０や人工衛星７２と通信する。この通信により、ドローン６０等の端末装置と移動通信網８０との間の無線通信を動的に中継するダイナミックルーティングが可能になるとともに、いずれかのＨＡＰＳが故障したときに他のＨＡＰＳがバックアップして無線中継することにより移動通信システムのロバスト性を高めることができる。
【００４５】
ビーム制御部１２６は、ＨＡＰＳ間通信や人工衛星との通信に用いる電波のビーム方向や強度を制御したり、周辺の他のＨＡＰＳ（無線中継局）との間の相対的な位置の変化に応じて無線通信を行う他のＨＡＰＳ（無線中継局）を切り替えるように制御したりする。この制御は、例えば、ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢、周辺のＨＡＰＳの位置などに基づいて行ってもよい。ＨＡＰＳ自身の位置及び姿勢の情報は、そのＨＡＰＳに組み込んだＧＰＳ受信装置、ジャイロセンサ、加速度センサなどの出力に基づいて取得し、周辺のＨＡＰＳの位置の情報は、移動通信網８０に設けた遠隔制御装置８５又は他のＨＡＰＳ管理サーバから取得してもよい。
【００４６】
図７は、ＨＡＰＳ１０のマイクロ波受電部１３０の一構成例を示すブロック図である。
図７において、マイクロ波受電部１３０は、レクテナ部１３１とレクテナ制御部１３２と出力装置１３３とパイロット信号送信アンテナ部１３４とビーム方向制御部１３５とを備える。レクテナ部１３１は、地上又は海上のマイクロ波給電局７５又は給電用飛行船２５から送信される給電用マイクロ波ビーム７５０，２５０を受けて整流する。レクテナ制御部１３２は、レクテナ部１３１による給電用マイクロ波ビームの受電処理及び整流処理の制御を行う。レクテナ制御部１３２は、例えば、レクテナ部１３１による給電用マイクロ波ビームの受電処理及び整流処理のＯＮ／ＯＦＦ制御を行ったり、レクテナ部１３１で受電した電力量のモニタリングやレクテナ部１３１で受電した電力のバッテリーへの電力配分などの制御を行ったりしてもよい。なお、レクテナ部１３１の制御を行う必要がない場合はレクテナ制御部１３２を設けなくてもよい。出力装置１３３は、レクテナ部１３１から出力される整流後の電力をバッテリー１０６，２０４に出力する。パイロット信号送信アンテナ部１３４は、給電用マイクロ波ビーム７５０，２５０の受電に先立って、給電用マイクロ波ビームを案内するためのレーザビーム等からなるパイロット信号のビーム（ガイドビーム）を、マイクロ波給電局７５や給電用飛行船２５に向けて送信する。ビーム方向制御部１３５は、パイロット信号のビームの方向を制御する。
【００４７】
本実施形態のＨＡＰＳ１０，２０における無線中継局１１０，２１０での給電制御系（エネルギー・マネージメント・システム）に関する制御は、例えば、次のように状況に応じたアルゴリズムにより効率的なエネルギーマネージメントを行うように実行する。
バッテリー１０６，２０４に蓄電された電力を、監視制御部１１６からの指示により、バス動力系へ供給する電力とミッション系へ供給する電力のバランスを状況に応じて、調整変更する。具体的には、例えば、ＨＡＰＳ１０，２０で形成する３次元セル内にアクティブユーザ数（端末装置の数）が少ない場合は、ミッション系からバス動力系へ給電量を融通し、ＨＡＰＳ１０，２０の高度を上げて位置エネルギーとして蓄えるように制御してもよい。また、ミッション系が電力を必要とする場合には、バス動力系への供給量を減らし、ＨＡＰＳ１０，２０の飛行モードを、位置エネルギーを利用したグライダーモードに移行するように制御してもよい。
【００４８】
また、マイクロ波受電部１３０が給電用マイクロ波ビームを受けて電力を出力している期間には、バッテリー１０６，２０４への蓄電以外にも余力がある場合、ＨＡＰＳ１０の高度を上げて位置エネルギーとして蓄えるように制御してもよい。また、ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ１０において、ソーラーパネル１０２で電力を発電している場合は、ＨＡＰＳ１０の高度を上げて位置エネルギーとして蓄えるように制御してもよい。
【００４９】
本実施形態のＨＡＰＳ１０，２０は、マイクロ波受電部１３０で受電した電力をバッテリー１０６，２０４で一時蓄電する構成を採用しているが、バッテリー１０６，２０４は必ずしも必要であるわけではない。例えば、給電用マイクロ波ビーム７５０，２５０をレクテナ部１３１で常時受けることができるシステムであれば、マイクロ波受電部１３０で受電した電力をバス動力系やミッション系の電力消費機器へ直接的に供給する構成としてもよい。また、給電用マイクロ波ビーム７５０，２５０をレクテナ部１３１で常時受けるシステムでなくとも、ソーラーパネル１０２等の発電装置との併用により、発電装置が発電しない期間の電力をマイクロ波受電部１３０で受電した電力で賄うようにすれば、バッテリー１０６，２０４は必ずしも必要であるわけではない。なお、ＨＡＰＳ１０のように揚力で浮揚するタイプの飛行体において、バス動力系へ一時的に電力を供給できない状況になっても、その間は位置エネルギーを利用したグライダーモードに移行するなどして、飛行を維持することができる。
【００５０】
図８は、実施形態のＨＡＰＳ１０，２０の無線中継局１１０，２１０の他の構成例を示すブロック図である。
図８の無線中継局１１０，２１０は基地局タイプの無線中継局の例である。
なお、図８において、図６と同様な構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図８の無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、モデム部１１８を更に備え、リピーター部１１５の代わりに基地局処理部１１９を備える。更に、無線中継局１１０，２１０はそれぞれ、無線通信部１２５とビーム制御部１２６とを備える。
【００５１】
モデム部１１８は、例えば、フィーダ局７０からフィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、基地局処理部１１９側に出力するデータ信号を生成する。また、モデム部１１８は、基地局処理部１１９側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、フィード用アンテナ部１１３及び送受信部１１４を介してフィーダ局７０に送信する送信信号を生成する。
【００５２】
基地局処理部１１９は、例えば、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠した方式に基づいてベースバンド処理を行うｅ−ＮｏｄｅＢとしての機能を有する。基地局処理部１１９は、第５世代等の将来の移動通信の標準規格に準拠する方式で処理するものであってもよい。
【００５３】
基地局処理部１１９は、例えば、３次元セル４１，４２に在圏する端末装置から３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して受信した受信信号に対して復調処理及び復号処理を実行し、モデム部１１８側に出力するデータ信号を生成する。また、基地局処理部１１９は、モデム部１１８側から受けたデータ信号に対して符号化処理及び変調処理を実行し、３Ｄセル形成アンテナ部１１１及び送受信部１１２を介して３次元セル４１，４２の端末装置に送信する送信信号を生成する。
【００５４】
無線中継局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信の上りリンク及び下りリンクの複信方式は、特定の方式に限定されず、例えば、時分割複信（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式でもよいし、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ：ＦＤＤ）方式でもよい。また、無線中継局１１０、２１０を介した端末装置との無線通信のアクセス方式は、特定の方式に限定されず、例えば、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式、又は、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）であってもよい。また、前記無線通信には、ダイバーシティ・コーディング、送信ビームフォーミング、空間分割多重化（ＳＤＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の機能を有し、送受信両方で複数のアンテナを同時に利用することにより、単位周波数当たりの伝送容量を増やすことができるＭＩＭＯ（多入力多出力：Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いてもよい。また、前記ＭＩＭＯ技術は、１つの基地局が１つの端末装置と同一時刻・同一周波数で複数の信号を送信するＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）技術でもよいし、１つの基地局が複数の異なる通信端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信又は複数の異なる基地局が１つの端末装置に同一時刻・同一周波数で信号を送信するＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）技術であってもよい。
【００５５】
本実施形態において、マイクロ波送電装置から送出されるマイクロ波ビーム（エネルギービーム）を受けて受電するマイクロ波受電部１３０は、マイクロ波送電装置が設けられるマイクロ波給電局７５や給電用飛行船２５に対し、相対的に移動するＨＡＰＳ１０，２０に搭載される。そして、マイクロ波給電局７５や給電用飛行船２５のマイクロ波送電装置から送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向が固定されている場合、図９に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０がマイクロ波ビーム７５０，２５０の範囲外へ移動したときには、ＨＡＰＳ１０，２０のレクテナ部１３１の受電アンテナ部１３１ａでマイクロ波ビーム７５０，２５０を受けることができず、マイクロ波受電部１３０での受電が不可能となる。このようなマイクロ波受電部１３０での受電が不可能となる不受電期間により、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０の受電効率は悪化する。
【００５６】
ここでいう「受電効率」とは、マイクロ波送電装置から送出されるマイクロ波ビームのエネルギー量に対する、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０が当該マイクロ波ビームから得ることのできる電力量の比率をいう。
【００５７】
一方で、例えば、限られた飛行範囲内をＨＡＰＳ１０，２０が移動するケースでは、図１０に示すように、送出方向が固定されているマイクロ波ビームの発散角を広げ、当該限られた飛行範囲の全域にマイクロ波ビームが送出されるようにすることが考えられる。これにより、ＨＡＰＳ１０，２０のレクテナ部１３１は、マイクロ波ビームを常時受けられるため、マイクロ波受電部１３０での受電が不可能となる不受電期間（ＨＡＰＳ１０，２０がマイクロ波ビームの範囲外に位置する期間）が無くなる。しかしながら、マイクロ波ビームの発散角を広げることで、マイクロ波ビームのエネルギー密度が下がるため、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０で受電できる単位時間あたりの受電量が少なくなる。しかも、マイクロ波ビームの大部分が常にＨＡＰＳ１０，２０によって受けられずに無駄となる。したがって、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０の受電効率はやはり悪いものとなる。
【００５８】
そこで、本実施形態におけるマイクロ波給電局７５や給電用飛行船２５に設けられるマイクロ波送電装置では、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０の受電効率が高まるように、マイクロ波ビームの制御を行っている。以下、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御について、説明する。
【００５９】
図１１は、本実施形態のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図である。
本実施形態のマイクロ波送電装置１５０は、パラボラアンテナ１５１と、駆動支持台１５２と、パイロット信号受信部１５３と、ビーム制御部１５４と、支持台制御部１５５とを備える。
【００６０】
パラボラアンテナ１５１は、ビーム送出部として機能し、ＨＡＰＳ１０，２０に搭載されたマイクロ波受電部１３０へ給電用のマイクロ波ビーム７５０，２５０を送出する。本実施形態では、マイクロ波ビーム７５０，２５０を送出するアンテナとして、パラボラアンテナを用いる例であるが、給電用のマイクロ波ビーム７５０，２５０を送出できるものであれば、アンテナの種類や方式には特に制限はない。なお、アンテナの種類や方式は、給電用のエネルギービームとして用いるビームの種類に応じて適宜変更してもよい。
【００６１】
駆動支持台１５２は、駆動部として機能し、パラボラアンテナ１５１を支持していて、パラボラアンテナ１５１の向きを変更する。駆動支持台１５２は、パラボラアンテナ１５１を支持するアンテナ支持部と、このアンテナ支持部を１軸又は２軸以上の回転軸回りで回転駆動させる回転駆動部とから構成される。駆動支持台１５２としては、例えばジンバルを用いることができるが、パラボラアンテナ１５１の向きを制御できるものであれば、特に制限はない。また、本実施形態では、パラボラアンテナ１５１の向きを変更する例であるが、パラボラアンテナ１５１の向きの変更に代えて又は向きの変更とともに、パラボラアンテナ１５１の位置（水平方向位置や垂直方向位置）を変更する駆動部を採用してもよい。
【００６２】
パイロット信号受信部１５３は、ＨＡＰＳ１０，２０に搭載されたパイロット信号送信アンテナ部１３４から送信されるパイロット信号（制御情報）１３４ａ（図１４参照）を受信する。パイロット信号を受信するためのアンテナ部と、アンテナ部で受信したパイロット信号から、当該パイロット信号の送信元であるＨＡＰＳ１０，２０の位置情報を取得する信号処理部とから構成される。パイロット信号受信部１５３は、受信したパイロット信号から得られるＨＡＰＳ１０，２０の位置情報を、後述の支持台制御部１５５へ出力する。
【００６３】
ビーム制御部１５４は、パラボラアンテナ１５１から所定強度のマイクロ波ビーム７５０，２５０が送出されるようにパラボラアンテナ１５１を制御する。パラボラアンテナ１５１から送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０の強度は、固定されたものであってもよいし、可変制御されるものであってもよい。なお、パラボラアンテナ１５１から送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角は、パラボラアンテナ１５１の構造上、固定されている。
【００６４】
マイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角は、例えば、図１２に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０の飛行範囲である空域５０の上端ＨｒｓｕにＨＡＰＳ１０，２０が位置するときに、ＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体にマイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲内で、できるだけ狭く設定してもよい。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０が空域５０内であれば、後述するようにマイクロ波ビームの送出方向を制御することを前提に、鉛直方向どの位置に位置していても（図１２に示すように空域５０の下端Ｈｒｓｌに位置していても）、マイクロ波ビーム７５０，２５０の全部あるいは大部分をＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａで受けることが可能となる。
【００６５】
また、マイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角は、例えば、図１３に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０の飛行範囲である空域５０の下端ＨｒｓｌにＨＡＰＳ１０，２０が位置するときに、ＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体にマイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲内で、できるだけ狭く設定してもよい。この場合、ＨＡＰＳ１０，２０が空域５０内であれば、後述するようにマイクロ波ビームの送出方向を制御することを前提に、鉛直方向どの位置に位置していても、常にＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体で、マイクロ波ビーム７５０，２５０を受けることが可能となる。
【００６６】
なお、上述したいずれの設定が受電効率が高いかどうかは、すなわち、レクテナ部１３１の受電アンテナ部１３１ａの一部で高密度のマイクロ波ビームを受ける方が受電効率を高められるか、それとも、レクテナ部１３１の受電アンテナ部１３１ａの全体を使って比較的低密度のマイクロ波ビームを受ける方が受電効率を高められるかは、種々の条件で変わってくるので、適宜選択される。
【００６７】
支持台制御部１５５は、パイロット信号受信部１５３から出力されるＨＡＰＳ１０，２０の位置情報に基づいて、駆動支持台１５２を駆動してパラボラアンテナ１５１の向きを変え、パラボラアンテナ１５１から送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向が当該ＨＡＰＳ１０，２０へ向くように制御する。
【００６８】
本実施形態によれば、支持台制御部１５５により駆動支持台１５２の駆動制御を行うことで、図１４に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０の移動に伴ってパラボラアンテナ１５１の向きが変わり、マイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向がＨＡＰＳ１０，２０の移動に追従するように変化する。これにより、高いエネルギー密度のマイクロ波ビーム７５０，２５０を得るために、マイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角を図１２や図１３に示したように狭く設定しても（マイクロ波ビーム７５０，２５０の範囲を狭く設定しても）、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０での受電が不可能となる不受電期間（ＨＡＰＳ１０，２０がマイクロ波ビームの範囲外に位置する期間）が無くなる、あるいは少なくなる。これにより、ＨＡＰＳ１０，２０上のレクテナ部１３１は、高いエネルギー密度のマイクロ波ビーム７５０，２５０を常時受け続けることができ、あるいは、高いエネルギー密度のマイクロ波ビーム７５０，２５０を受けることのできる期間が長くなる。その結果、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０の受電効率の悪化を抑制でき、あるいは、受電効率を向上させることができる。
【００６９】
〔変形例１〕
次に、本実施形態における制御情報の一変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
本変形例１では、マイクロ波受電部１３０の受電効率を高めるための制御情報であるビーム方向制御情報として、パイロット信号に代えて、ＨＡＰＳ１０，２０上に搭載されたＧＰＳ受信装置の出力情報（ＧＰＳ情報）を用いる。ＧＰＳ受信装置は、ＧＰＳ受信モジュールやＧＰＳアンテナ等で構成され、地球の周りに配置されている複数のＧＰＳ衛星から電波を受信し、その受信結果に基づいてＨＡＰＳ１０，２０が位置する緯度、経度及び高度のデータを算出する。
【００７０】
図１５は、本変形例１のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図である。
本変形例１のマイクロ波送電装置１５０は、パイロット信号受信部１５３に代えて、ＧＰＳ情報受信部１５６を備える点で、図１１に示したマイクロ波送電装置とは異なっている。なお、図１５において、前述の図１１と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７１】
ＧＰＳ情報受信部１５６は、ＨＡＰＳ１０，２０に搭載されたＧＰＳ受信装置が受信したＧＰＳ情報（制御情報）を受信する。このＧＰＳ情報は、ＨＡＰＳ１０，２０の位置を特定するための情報が含まれているので、ＧＰＳ情報受信部１５６は、ＧＰＳ情報を受信することで、ＨＡＰＳ１０，２０の位置を特定することができる。ＧＰＳ情報受信部１５６は、ＨＡＰＳ１０，２０に搭載された通信部から送信されるＧＰＳ情報を、直接的に又は間接的に受信する。
【００７２】
直接的に受信する方法としては、例えば、ＨＡＰＳ１０，２０に搭載された無線通信アンテナ装置１４０から送信される電波や、パイロット信号送信アンテナ部１３４から送信されるパイロット信号を、ＧＰＳ情報受信部１５６で直接受信して、受信した電波やパイロット信号に含まれるＧＰＳ情報を取得する。あるいは、例えば、ＨＡＰＳ１０，２０の３Ｄセル形成アンテナ部１１１やフィード用アンテナ部１１３から送信される無線信号を、ＧＰＳ情報受信部１５６で直接受信して、受信した無線信号に含まれるＧＰＳ情報を取得する。
【００７３】
間接的に受信する方法としては、例えば、ＨＡＰＳ１０，２０が備える基地局としての機能、中継局としての機能、あるいは、端末装置としての機能を使用して、移動通信ネットワークを介して送信されるＧＰＳ情報を、ＧＰＳ情報受信部１５６によって受信して取得する。具体的には、例えば、図１６に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０から無線通信によって地上又は海上に設置されたフィーダ局７０を介して移動通信網８０のコアネットワークへ送信されるＧＰＳ情報を、移動通信網８０に有線又は無線によって接続されたマイクロ波送電装置１５０のＧＰＳ情報受信部１５６で受信する。
【００７４】
ＧＰＳ情報受信部１５６は、取得したＧＰＳ情報から得られるＨＡＰＳ１０，２０の位置情報を、支持台制御部１５５へ出力する。これにより、支持台制御部１５５は、このＨＡＰＳ１０，２０の位置情報に基づいて、駆動支持台１５２を駆動してパラボラアンテナ１５１の向きを変え、パラボラアンテナ１５１から送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向が当該ＨＡＰＳ１０，２０へ向くように制御する。
【００７５】
本変形例１によれば、ＧＰＳ情報によりＨＡＰＳ１０，２０の位置を高精度に得ることができるので、マイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向をＨＡＰＳ１０，２０へ向かせる制御をより高い精度で行うことができる。
【００７６】
〔変形例２〕
次に、本実施形態における制御情報の他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
本変形例２では、マイクロ波受電部１３０の受電効率を高めるための制御情報であるビーム方向制御情報として、パイロット信号に代えて、ＨＡＰＳ１０，２０の飛行（移動）が移動通信網８０の遠隔制御装置８５によって制御されるときに用いられるＨＡＰＳ制御情報を用いる。
【００７７】
図１７は、本変形例２のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図である。
本変形例２のマイクロ波送電装置１５０は、パイロット信号受信部１５３に代えて、ＨＡＰＳ制御情報受信部１５７を備える点で、図１１に示したマイクロ波送電装置とは異なっている。なお、図１７において、前述の図１１と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７８】
ＨＡＰＳ制御情報受信部１５７は、遠隔制御装置８５からＨＡＰＳ１０，２０へ送信されるＨＡＰＳ制御情報を遠隔制御装置８５から受信する。ＨＡＰＳ制御情報は、ＨＡＰＳ１０，２０の飛行（移動）を制御するための制御情報であるため、ＨＡＰＳ制御情報受信部１５７は、このＨＡＰＳ制御情報を受信することで、そのＨＡＰＳ制御情報の送信先であるＨＡＰＳ１０，２０の位置を特定することができる。
【００７９】
遠隔制御装置８５からＨＡＰＳ１０，２０へ送信されるＨＡＰＳ制御情報が移動通信ネットワーク（移動通信網８０）を介して送信される場合、遠隔制御装置８５からのＨＡＰＳ制御情報の送信先に、ＨＡＰＳ１０，２０だけでなく、マイクロ波送電装置１５０を追加する。そして、ＨＡＰＳ制御情報受信部１５７は、図１８に示すように、移動通信網８０を介して、遠隔制御装置８５からＨＡＰＳ１０，２０へ送信されるＨＡＰＳ制御情報を受信する。
【００８０】
ＨＡＰＳ制御情報受信部１５７は、取得したＨＡＰＳ制御情報から得られるＨＡＰＳ１０，２０の位置情報を、支持台制御部１５５へ出力する。これにより、支持台制御部１５５は、このＨＡＰＳ１０，２０の位置情報に基づいて、駆動支持台１５２を駆動してパラボラアンテナ１５１の向きを変え、パラボラアンテナ１５１から送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向が当該ＨＡＰＳ１０，２０へ向くように制御する。
【００８１】
本変形例２によれば、マイクロ波送電装置１５０で用いる制御情報を送信するための構成をＨＡＰＳ１０，２０に搭載する必要がなく、ＨＡＰＳ１０，２０の軽量化、低消費電力化を実現できる。
【００８２】
〔変形例３〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの方向制御の一変形例（以下、本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
本変形例３では、駆動支持台１５２を駆動してパラボラアンテナ１５１の向きを制御するのではなく、アンテナに対する制御を行うことで、マイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向がＨＡＰＳ１０，２０へ向くように制御する。なお、本変形例３では、制御情報であるビーム方向制御情報として、上述した変形例１と同様にＧＰＳ情報を用いるが、他のビーム方向制御情報を用いてもよい。
【００８３】
図１９は、本変形例３のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図である。なお、図１９において、前述の図１５と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
本変形例３のマイクロ波送電装置１５０は、ビーム送出部として、パラボラアンテナ１５１に代えて、アンテナ制御によってマイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向を変更可能なアンテナが用いられる。例えば、複数の無指向性アンテナ（オムニアンテナ）からなるアンテナエレメントを配列したアレイアンテナを用い、各アンテナエレメントの信号位相を制御して指向性をもつビームを形成するものであってもよい。また、例えば、複数の指向性アンテナからなるアンテナエレメントを配列したアレイアンテナを用い、各アンテナエレメントの信号位相を制御して指向性をもつビームを形成するものであってもよい。本変形例３では、複数の無指向性アンテナからなるアンテナエレメントが配列されたアレイアンテナ１５８を用いる。
【００８４】
また、本変形例３のマイクロ波送電装置１５０は、駆動支持台１５２及び支持台制御部１５５を省き、記憶部１６０に記憶されたデータを用いてビーム制御部１５９によりアレイアンテナ１５８を制御することで、マイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向がＨＡＰＳ１０，２０へ向くように制御する。すなわち、本変形例３のマイクロ波送電装置１５０は、ビーム制御部１５９の制御の下、ＧＰＳ情報から特定されるＨＡＰＳ１０，２０の位置に応じた方向へアレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０を向けるビームフォーミング機能を備えている。ビームフォーミング機能で用いることができる複数種類のプリコーディングの候補データは、記憶部１６０に記憶されている。
【００８５】
ここで、プリコーディングによるビームフォーミング機能とは、マイクロ波ビームが特定の方向へ送信されるように、アレイアンテナ１５８の各アンテナエレメントの信号位相の組（プリコーディング）を複数種類（Ｎ個）用意しておき、その中から一つを選択してプリコーディング制御を行い、ビームを制御する機能である。本実施形態では、ＧＰＳ情報から特定されるＨＡＰＳ１０，２０の位置に基づき、ビーム制御部１５９におけるデータ処理によって、本マイクロ波送電装置１５０（マイクロ波給電局７５、給電用飛行船２５）のアレイアンテナ１５８に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対方向を特定する。そして、ビーム制御部１５９は、そのＨＡＰＳ１０，２０の相対位置に対して最適となるプリコーディングを選択して、図２０に示すように、そのＨＡＰＳ１０，２０へマイクロ波ビームが向くようにビーム方向の制御を行う。
【００８６】
図２１は、本変形例３におけるアレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例３におけるアレイアンテナ１５８のビーム制御では、ＧＰＳ情報受信部１５６がＧＰＳ情報を受信し（Ｓ１）、そのＧＰＳ情報から得られる当該ＧＰＳ情報の送信元のＨＡＰＳ１０，２０の位置情報が、ビーム制御部１５９へ出力される。ビーム制御部１５９は、この位置情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置を特定する（Ｓ２）。
【００８７】
続いて、ビーム制御部１５９は、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向を特定する処理を行う（Ｓ３）。この処理は、当該マイクロ波送電装置１５０の現在位置情報を用いて行われる。この処理は、当該マイクロ波送電装置１５０が給電用飛行船２５のような移動体上に設置されている場合に必要となるが、当該マイクロ波送電装置１５０が地上又は海上のマイクロ波給電局７５のような固定施設に設置されている場合には省略可能である。
【００８８】
このようにしてアレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向を特定したら、ビーム制御部１５９は、記憶部１６０に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、アレイアンテナ１５８に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対方向に基づき、アレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームをＨＡＰＳ１０，２０に向かせるプリコーディング候補を選択する（Ｓ４）。本変形例３におけるプリコーディング候補には、方向が異なるビームを形成するもので構成されている。そのため、アレイアンテナ１５８に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対方向に応じてマイクロ波ビームの送出方向（ビーム方向）を特定し、特定したビーム方向に適合するプリコーディング候補を選択する。
【００８９】
ビーム制御部１５９は、プリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データに従って、アレイアンテナ１５８の各アンテナエレメントの信号の振幅及び位相を制御するプリコーディング制御を実施する（Ｓ５）。これにより、アレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームは、移動しているＨＡＰＳ１０，２０に追従するように向けられ、アレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームを、移動先でもＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａで受けることができる。
【００９０】
なお、本変形例３においては、アレイアンテナ１５８の各アンテナエレメントの信号位相を制御することで、アレイアンテナ１５８のビーム方向を制御しているが、他の方法でアレイアンテナ１５８のビーム方向を制御してもよい。また、本変形例３においては、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向の特定結果に応じて、あらかじめ用意したプリコーディング候補の中から適合するものを選択し、ビーム方向及び範囲（ビーム発散角）を制御しているが、当該特定結果からリアルタイムにビーム方向を計算し、その計算結果に基づいてビーム方向を制御してもよい。
【００９１】
本変形例３によれば、マイクロ波ビームの方向制御において、駆動支持台１５２のような機械的な設備が不要となるうえ、マイクロ波ビームの方向をより迅速に変更可能となるため、より高速で移動する飛行体への対応が容易となる。
【００９２】
なお、本変形例３では、アレイアンテナ１５８で単一のビームを形成する例であるが、アレイアンテナ１５８で互いに異なる方向へ送出される複数のビームを形成することも可能である。この場合、図２に示すように、互いに異なる方向に位置する複数のＨＡＰＳ１０，２０に対して同時にマイクロ波ビームを送出し、複数のＨＡＰＳ１０，２０に対して同時に電力を供給することが可能となる。このとき、各ＨＡＰＳ１０，２０に対して送出されるマイクロ波ビームは、互いに周波数を異ならせるなどの調整が必要となる。
【００９３】
〔変形例４〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の一変形例（以下、本変形例を「変形例４」という。）について説明する。
上述した実施形態や変形例１乃至３のように、マイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向をＨＡＰＳ１０，２０の移動に追従するように変化させることで、不受電期間が無くなり（あるいは少なくなり）、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０の受電効率が向上する。しかしながら、マイクロ波ビームが送出される範囲（マイクロ波ビームの発散角）が固定されている場合、図２２に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０とマイクロ波送電装置１５０との距離が変わることで、ＨＡＰＳ１０，２０によって受けられないマイクロ波ビームの部分Ａが増大し、受電効率の低下を招く場合がある。
【００９４】
そこで、本変形例４では、マイクロ波受電部１３０の受電効率を高めるための制御情報として、マイクロ波ビームの送出方向を制御するためのビーム方向制御情報だけでなく、マイクロ波ビームが送出される範囲を制御するためのビーム範囲制御情報も用いる。特に、本変形例４では、ビーム範囲制御情報として、ＨＡＰＳ１０，２０の位置を特定するための位置情報を用い、その位置情報からＨＡＰＳ１０，２０とマイクロ波送電装置１５０との相対距離を特定して、マイクロ波ビームの範囲（マイクロ波ビームの発散角）を変える制御を行う。
【００９５】
本変形例４では、マイクロ波ビームの範囲を変える制御を実現するため、ビーム送出部として、アンテナ制御によってマイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角（ビーム幅）を変更可能なアンテナを用いる。具体的には、複数の無指向性アンテナからなるアンテナエレメントが配列されたアレイアンテナ１５８を用いる。そして、本変形例４のマイクロ波送電装置１５０は、記憶部１６０に記憶されたデータを用いてビーム制御部１５９によりアレイアンテナ１５８を制御することで、上述した変形例３と同様にＨＡＰＳ１０，２０へマイクロ波ビームが向くようにビーム方向の制御を行うとともに、ＨＡＰＳ１０，２０上の受電アンテナ部１３１ａにマイクロ波ビーム７５０，２５０が集中するように、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲の広狭（マイクロ波ビームの発散角）を制御する。
【００９６】
なお、本変形例４におけるマイクロ波送電装置１５０の基本的なハードウェア構成は、上述した変形例３と同様であるので、本変形例４のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図は、図１９を参照する。
【００９７】
図２３は、本変形例４におけるアレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例４におけるアレイアンテナ１５８のビーム制御では、ＧＰＳ情報受信部１５６がＧＰＳ情報を受信し（Ｓ１１）、そのＧＰＳ情報から得られる当該ＧＰＳ情報の送信元のＨＡＰＳ１０，２０の位置情報が、ビーム制御部１５９へ出力される。ビーム制御部１５９は、この位置情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置を特定する（Ｓ１２）。
【００９８】
続いて、ビーム制御部１５９は、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向及び相対距離を特定する処理を行う（Ｓ１３）。マイクロ波送電装置１５０のアレイアンテナ１５８とＨＡＰＳ１０，２０との距離については、当該アレイアンテナ１５８の現在位置と、ＧＰＳ情報から特定されるＨＡＰＳ１０，２０の現在位置とから算出することができる。
【００９９】
このようにしてアレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向及び相対距離を特定したら、ビーム制御部１５９は、記憶部１６０に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、アレイアンテナ１５８に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対方向及び相対距離に基づき、アレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームをＨＡＰＳ１０，２０に向かせるプリコーディング候補を選択する（Ｓ１４）。本変形例４におけるプリコーディング候補には、方向と範囲（ビーム発散角）が異なるビームを形成するもので構成されている。そのため、アレイアンテナ１５８に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対方向及び相対距離に応じてマイクロ波ビームの送出方向（ビーム方向）及び範囲（ビーム発散角）を特定し、特定したビーム方向及び範囲（ビーム発散角）に適合するプリコーディング候補を選択する。
【０１００】
ビーム制御部１５９は、プリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データに従って、アレイアンテナ１５８の各アンテナエレメントの信号の振幅及び位相を制御するプリコーディング制御を実施する（Ｓ１５）。これにより、アレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームは、図２４に示すように、移動しているＨＡＰＳ１０，２０に追従するように向けられるとともに、ＨＡＰＳ１０，２０上の受電アンテナ部１３１ａに集中するように、マイクロ波ビーム７５０，２５０の方向と範囲（ビーム発散角θ１→θ２）が変更される。
【０１０１】
本変形例４によれば、マイクロ波ビーム７５０，２５０の範囲を制御することで、ＨＡＰＳ１０，２０とマイクロ波送電装置１５０（アレイアンテナ１５８）との距離が変わっても、ＨＡＰＳ１０，２０によって受けられないマイクロ波ビームの部分の増大を抑え、ＨＡＰＳ１０，２０が無駄なくマイクロ波ビームを受けることができ（常に高密度のマイクロ波ビームを受けることができ）、高い受電効率を得ることができる。
【０１０２】
なお、本変形例４においては、アレイアンテナ１５８で単一のビームを形成する例であるが、アレイアンテナ１５８で互いに異なる方向へ互いに異なる範囲の複数のビームを送出されることも可能である。この場合、図２に示すように、互いに異なる方向・距離に位置する複数のＨＡＰＳ１０，２０に対して同時にマイクロ波ビームを送出し、複数のＨＡＰＳ１０，２０に対して同時に電力を供給するとともに、それぞれのＨＡＰＳ１０，２０が無駄なくマイクロ波ビームを受けて（常に高密度のマイクロ波ビームを受けて）、高い受電効率を得ることができる。このとき、各ＨＡＰＳ１０，２０に対して送出されるマイクロ波ビームは、互いに周波数を異ならせるなどの調整が必要となる。
【０１０３】
また、本変形例４においては、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向及び相対距離の特定結果に応じて、あらかじめ用意したプリコーディング候補の中から適合するものを選択してビーム方向及び範囲（ビーム発散角）を制御しているが、当該特定結果からリアルタイムにビーム方向及び範囲を計算し、その計算結果に基づいてビーム方向及び範囲を制御してもよい。
【０１０４】
〔変形例５〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の他の変形例（以下、本変形例を「変形例５」という。）について説明する。
上述した変形例４では、ビーム送出部として、アンテナ制御によってマイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角（ビーム幅）を変更可能なアレイアンテナ１５８を用い、ビーム制御部１５９によりアレイアンテナ１５８を制御することで、ＨＡＰＳ１０，２０上の受電アンテナ部１３１ａにマイクロ波ビーム７５０，２５０が集中するように、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲の広狭を制御する。これに対し、本変形例５では、ビーム送出部として、マイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角（ビーム幅）を変更できない複数のパラボラアンテナを用い、各パラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビームの範囲の重なり量を変更することで、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲全体の広狭を制御する。なお、ホーンアンテナやヘリカルアンテナ等の指向性アンテナでも、パラボラアンテナと同様に、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲全体の広狭を制御するが可能である。
【０１０５】
図２５は、本変形例５のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図である。
本変形例５のマイクロ波送電装置１５０は、パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂ及び駆動支持台１５２Ａ，１５２Ｂを複数備えている点で、上述した変形例１における図１５に示したマイクロ波送電装置とは異なっている。なお、図２５において、前述の図１５と共通する部分については同じ符号を付し、その説明は省略する。
【０１０６】
本変形例５では、マイクロ波受電部１３０の受電効率を高めるための制御情報として、上述した変形例４と同様に、マイクロ波ビームの送出方向を制御するためのビーム方向制御情報だけでなく、マイクロ波ビームが送出される範囲を制御するためのビーム範囲制御情報も用いる。そして、上述した変形例４と同様に、そのビーム範囲制御情報として、ＨＡＰＳ１０，２０の位置を特定するための位置情報を用い、その位置情報からＨＡＰＳ１０，２０とマイクロ波送電装置１５０との相対距離を特定して、マイクロ波ビームの範囲（各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビームの範囲の重なり量）を変える制御を行う。
【０１０７】
図２６は、本変形例５における各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂの向きを変更する制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例５における制御では、ＧＰＳ情報受信部１５６がＧＰＳ情報を受信し（Ｓ２１）、そのＧＰＳ情報から得られる当該ＧＰＳ情報の送信元のＨＡＰＳ１０，２０の位置情報が、支持台制御部１５５へ出力される。支持台制御部１５５は、この位置情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置を特定する（Ｓ２２）。そして、支持台制御部１５５は、上述した変形例４のビーム制御部１５９と同様、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向及び相対距離を特定する処理を行う（Ｓ２３）。
【０１０８】
このようにしてアレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向及び相対距離を特定したら、支持台制御部１５５は、このＨＡＰＳ１０，２０の相対方向及び相対距離に基づいて、駆動支持台１５２を駆動して各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれの向きを独立して変更する（Ｓ２４）。具体的には、ＨＡＰＳ１０，２０の相対方向に応じて、各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向が当該ＨＡＰＳ１０，２０へ向くように制御される。また、ＨＡＰＳ１０，２０の相対距離に応じて、各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビーム７５０，２５０の相対的な送出方向を変更し、各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビームの範囲の重なり量を変える。
【０１０９】
具体的には、支持台制御部１５５は、パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂに対するＨＡＰＳ１０，２０の相対距離が短いほど、マイクロ波ビームの範囲の重なり量を少なくして、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲全体の広さを拡げるように制御する。逆に、パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂに対するＨＡＰＳ１０，２０の相対距離が長いほど、マイクロ波ビームの範囲の重なり量を多くして、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲全体の広さを狭めるように制御する。
【０１１０】
本変形例５によれば、パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂのように、マイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角（ビーム幅）を変更できないアンテナを用いる場合でも、図２７に示すように、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲全体の広狭を変更することができる。これにより、上述した変形例４と同様に、ＨＡＰＳ１０，２０とマイクロ波送電装置１５０（アレイアンテナ１５８）との距離が変わっても、ＨＡＰＳ１０，２０によって受けられないマイクロ波ビームの部分の増大を抑え、ＨＡＰＳ１０，２０が無駄なくマイクロ波ビームを受けることができ（常に高密度のマイクロ波ビームを受けることができ）、高い受電効率を得ることができる。
【０１１１】
〔変形例６〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例６」という。）について説明する。
上述した変形例４や変形例５のように、マイクロ波ビーム７５０，２５０の範囲をＨＡＰＳ１０，２０との距離に応じて変化させることで、ＨＡＰＳ１０，２０とマイクロ波送電装置１５０（アレイアンテナ１５８）との距離が変わっても、ＨＡＰＳ１０，２０が無駄なくマイクロ波ビームを受けることができ（常に高密度のマイクロ波ビームを受けることができ）、高い受電効率を得ることができる。しかしながら、マイクロ波ビームが送出される範囲の形状（ビーム形状）が、そのマイクロ波ビームを受けるＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状に整合していないと、図２８（ａ）に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａによって受けられないマイクロ波ビームの部分Ａ（図２８（ａ）中の斜線部分）が常に発生し、受電効率の低下を招く。
【０１１２】
ここで、マイクロ波ビームが送出される範囲形状（ビーム形状）を変えることが可能なアンテナを用いることで、図２８（ｂ）に示すように、マイクロ波ビームが送出される範囲の形状（ビーム形状）を、そのマイクロ波ビームを受けるＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状に近付け、受電アンテナ部１３１ａによって受けられないマイクロ波ビームの部分Ａを少なく抑えることが可能である。この場合、より高密度のマイクロ波ビームを受電アンテナ部１３１ａで受けることができるので、受電効率の向上を図ることができる。
【０１１３】
しかしながら、図２８（ｂ）に示すようにマイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）をレクテナ部１３１の受電アンテナ部１３１ａの全体形状に整合させたとしても、マイクロ波送電装置１５０に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な向き（姿勢）の変化により、受電効率の低下を招く場合がある。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状が長尺形状であるなど、回転非対称の形状である場合、図２９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０が旋回する等により、マイクロ波送電装置１５０に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な向き（姿勢）が変化すると、図２８（ｃ）に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０によって受けられないマイクロ波ビームの部分Ａが増大し、受電効率の低下を招く場合がある。
【０１１４】
そこで、本変形例６においては、図２８（ｂ）に示すようにマイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）をレクテナ部１３１の受電アンテナ部１３１ａの全体形状に整合させつつも、マイクロ波送電装置１５０に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な向き（姿勢）の変化に応じて、マイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）を変化させる制御を行う。
【０１１５】
本変形例６では、マイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）を変える制御を実現するため、ビーム送出部として、アンテナ制御によってマイクロ波ビーム７５０，２５０の発散角（ビーム幅）を変更可能なアンテナを用いる。具体的には、複数の無指向性アンテナからなるアンテナエレメントが配列されたアレイアンテナ１５８を用いる。そして、本変形例６のマイクロ波送電装置１５０は、記憶部１６０に記憶されたデータを用いてビーム制御部１５９によりアレイアンテナ１５８を制御することで、ＨＡＰＳ１０，２０へマイクロ波ビームが向くようにビーム方向の制御と、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲形状（ビーム形状）を制御する。なお、上述した変形例４のように、マイクロ波ビーム７５０，２５０が送出される範囲の広狭も併せて制御してもよい。
【０１１６】
なお、本変形例６におけるマイクロ波送電装置１５０の基本的なハードウェア構成は、上述した変形例４と同様であるので、本変形例６のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図は、図１９を参照する。
【０１１７】
図３０は、本変形例６におけるアレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例６において、ＨＡＰＳ１０，２０には、姿勢検知手段としての方位センサが備わっており、本変形例６のマイクロ波送電装置１５０のＧＰＳ情報受信部１５６は、ＨＡＰＳ１０，２０からＧＰＳ情報（制御情報）だけでなく、方位センサから出力される方位情報（姿勢情報）も受信する（Ｓ３１）。本変形例６におけるアレイアンテナ１５８のビーム制御では、受信したＧＰＳ情報から得られるＨＡＰＳ１０，２０の位置情報と、受信した方位情報から得られるＨＡＰＳ１０，２０の姿勢情報（ＨＡＰＳ１０，２０の向き）が、ＧＰＳ情報受信部１５６からビーム制御部１５９へ出力される。
【０１１８】
ビーム制御部１５９は、ＧＰＳ情報受信部１５６から取得した位置情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置を特定する（Ｓ３２）。そして、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向を特定する処理を行う（Ｓ３３）。
【０１１９】
また、ビーム制御部１５９は、ＧＰＳ情報受信部１５６から取得した姿勢情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の姿勢（向き）を特定する（Ｓ３４）。そして、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の向きを特定する処理を行う（Ｓ３５）。ＨＡＰＳ１０，２０の姿勢情報からは、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対的な移動方向が特定できるので、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対的な向き（例えば、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状の長尺方向（主翼部１０１の長尺方向））が特定できる。
【０１２０】
このようにして、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及び相対的な向きを特定したら、ビーム制御部１５９は、記憶部１６０に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、アレイアンテナ１５８に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及び相対的な向きに適合したプリコーディング候補を選択する（Ｓ３６）。本変形例６におけるプリコーディング候補には、方向と範囲形状（長軸方向が異なる楕円形状）が異なるビームを形成するもので構成されている。そのため、アレイアンテナ１５８に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及び相対的な向きに応じ、マイクロ波ビームの送出方向（ビーム方向）及び範囲形状（ビーム形状）を特定し、特定したビーム方向及び範囲形状（ビーム形状）に適合するプリコーディング候補を選択する。具体的には、マイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）に適合するプリコーディング候補は、例えば、ＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状の長尺方向（主翼部１０１の長尺方向）と、ビーム形状に係る楕円形状の長軸方向とのなす角度が最も小さいものが挙げられる。
【０１２１】
ビーム制御部１５９は、プリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データに従って、アレイアンテナ１５８の各アンテナエレメントの信号の振幅及び位相を制御するプリコーディング制御を実施する（Ｓ２７）。これにより、アレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームは、移動しているＨＡＰＳ１０，２０に追従するように向けられるとともに、図３１（ｂ）に示すように、旋回等によるＨＡＰＳ１０，２０の向き変更に追従するようにビーム形状が変更される。
【０１２２】
本変形例６によれば、ＨＡＰＳ１０，２０の向きに応じてマイクロ波ビーム７５０，２５０の範囲形状（ビーム形状）を制御することで、マイクロ波送電装置１５０に対する旋回等によるＨＡＰＳ１０，２０の向きが変化しても、図３２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＨＡＰＳ１０，２０によって受けられないマイクロ波ビームの部分Ａの増大を抑え、受電効率の低下を抑制することができる。すなわち、マイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）を受電アンテナ部１３１ａの全体形状に整合させることで受電効率が高まる効果を、マイクロ波送電装置１５０に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な向き（姿勢）が変化しても継続的に得ることができる。
【０１２３】
また、本変形例６においては、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及び相対的な向きの特定結果に応じて、あらかじめ用意したプリコーディング候補の中から適合するものを選択し、ビーム方向及び範囲形状（ビーム形状）を制御しているが、当該特定結果からリアルタイムにビーム方向及び範囲形状を計算し、その計算結果に基づいてビーム方向及び範囲形状を制御してもよい。
【０１２４】
〔変形例７〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例７」という。）について説明する。
上述した変形例６では、ビーム送出部として、アンテナ制御によってマイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）を変更可能なアレイアンテナ１５８を用い、ビーム制御部１５９によりアレイアンテナ１５８を制御することで、ＨＡＰＳ１０，２０の向きが変化しても、これに応じてマイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）を変える制御を行う。これに対し、本変形例７では、ビーム送出部として、マイクロ波ビームの範囲形状（ビーム形状）を変更できない複数のパラボラアンテナを用い、各パラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビームの範囲の相対的な位置を変更することで、マイクロ波ビームが送出される範囲全体の形状を変える制御を行う。なお、ホーンアンテナやヘリカルアンテナ等の指向性アンテナでも、パラボラアンテナと同様に、マイクロ波ビームが送出される範囲全体の形状を変える制御するが可能である。
【０１２５】
なお、本変形例７におけるマイクロ波送電装置１５０の基本的なハードウェア構成は、上述した変形例５と同様であるので、本変形例７のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図は、図２５を参照する。
【０１２６】
図３３は、本変形例７におけるパラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例７のマイクロ波送電装置１５０のＧＰＳ情報受信部１５６は、上述した変形例６と同様、ＨＡＰＳ１０，２０からＧＰＳ情報（制御情報）だけでなく、方位センサから出力される方位情報（姿勢情報）も受信する（Ｓ４１）。そして、受信したＧＰＳ情報から得られるＨＡＰＳ１０，２０の位置情報と、受信した方位情報から得られるＨＡＰＳ１０，２０の姿勢情報（ＨＡＰＳ１０，２０の向き）が、ＧＰＳ情報受信部１５６から支持台制御部１５５へ出力される。
【０１２７】
支持台制御部１５５は、上述した変形例６のビーム制御部１５９と同様、ＧＰＳ情報受信部１５６から取得した位置情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置を特定し（Ｓ４２）、パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向を特定する処理を行う（Ｓ４３）。また、支持台制御部１５５は、上述した変形例６のビーム制御部１５９と同様、ＧＰＳ情報受信部１５６から取得した姿勢情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の姿勢（向き）を特定し（Ｓ４４）、パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから見たＨＡＰＳ１０，２０のレクテナ部の受電アンテナ部１３１ａの全体形状（主翼部１０１の長尺方向の向きを含む）を特定する処理を行う（Ｓ４５）。
【０１２８】
このようにして、パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから見たＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及びＨＡＰＳ１０，２０のレクテナ部の受電アンテナ部１３１ａの全体形状（向きを含む）を特定したら、支持台制御部１５５は、このＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及びＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状（向きを含む）に基づいて、駆動支持台１５２を駆動して各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂのそれぞれの向きを独立して変更する（Ｓ４６）。具体的には、ＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向に応じて、各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの送出方向が当該ＨＡＰＳ１０，２０へ向くように制御される。更には、ＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状に基づいて、マイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの全体で受電アンテナ部１３１ａの全体形状をカバーするように、各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの相対的な送出方向を変更する。なお、マイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの相対的な送出方向とともにビーム形状（例えばビーム送出時の立体角又はビーム径）を変更してもよい。
【０１２９】
具体的には、支持台制御部１５５は、例えば、図３４（ａ）及び（ｂ）に示すように、パラボラアンテナから見たＨＡＰＳ１０，２０の向き（姿勢）に応じて特定したＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状（向きを含む）に基づいて、ＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状の長尺方向（主翼部１０１の長尺方向）と、各パラボラアンテナから送出されるマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂそれぞれの照射範囲の並び方向とが一致するように、各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの相対的な送出方向（又は、送出方向とビーム形状の両方）を変更する。これにより、各パラボラアンテナ１５１Ａ，１５１Ｂから送出されるマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの範囲全体の形状は、旋回等によるＨＡＰＳ１０，２０の向き（姿勢）の変更に追従するように変更され、マイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの全体で受電アンテナ部１３１ａの全体形状を確実にカバーすることができる。
【０１３０】
本変形例７によれば、ＨＡＰＳ１０，２０の向きに応じてマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの範囲形状（各マイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの範囲の並び方向）を制御することで、マイクロ波送電装置１５０に対する旋回等によるＨＡＰＳ１０，２０の向き（姿勢）が変化しても、図３４（ａ）及び（ｂ）に示すように、常にＨＡＰＳ１０，２０によって受けられないマイクロ波ビームの部分を最小限に抑え、受電効率の低下を抑制することができる。すなわち、各マイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂの範囲全体の形状を受電アンテナ部１３１ａの全体形状に整合させることで受電効率が高まる効果を、マイクロ波送電装置１５０に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な向き（姿勢）が変化しても継続的に得ることができる。
【０１３１】
〔変形例８〕
次に、本実施形態におけるマイクロ波ビームの制御内容の更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例８」という。）について説明する。
上述した変形例６では、ビーム制御部１５９によりアレイアンテナ１５８を制御することで、ＨＡＰＳ１０，２０の向き（姿勢）が変化しても、これに応じてマイクロ波ビームの範囲形状（ビーム送出方向、又は、ビーム送出方向及びビーム形状の両方）を変える制御を行う。これに対し、本変形例８では、アレイアンテナ１５８から複数のマイクロ波ビームを送出可能に構成し、各マイクロ波ビームが送出される範囲の相対的な位置を変更することで、マイクロ波ビームが送出される範囲全体の形状を変える制御を行う。
【０１３２】
なお、本変形例８におけるマイクロ波送電装置１５０の基本的なハードウェア構成は、上述した変形例６と同様であるので、本変形例８のマイクロ波送電装置１５０の一構成例を示すブロック図は、図１９を参照する。
【０１３３】
ただし、本変形例８のビーム制御部１５９は、図３５に示すように、３種類の互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３をそれぞれもつ送電用信号に対して信号位相を変更する位相変更部１５９ａを有する。位相変更部１５９ａによって信号位相が変更された各送電用信号は、合成され、送信アンプ１５９ｂを経て、アレイアンテナ１５８を構成する各アンテナエレメント１５８ａに入力される。位相変更部１５９ａは、記憶部１６０に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から選択されるプリコーディング候補データに従って、各アンテナエレメント１５８ａの信号位相を変更する。これにより、本変形例８では、アレイアンテナ１５８から、互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂ，７５０Ｃ，２５０Ｃを、互いに独立した方向に向けて、同時に送出することができる。
【０１３４】
図３６は、本変形例８におけるアレイアンテナ１５８から送出されるマイクロ波ビームの制御の流れを示すフローチャートである。
本変形例８のマイクロ波送電装置１５０のＧＰＳ情報受信部１５６は、上述した変形例６と同様、ＨＡＰＳ１０，２０からＧＰＳ情報（制御情報）だけでなく、方位センサから出力される方位情報（姿勢情報）も受信する（Ｓ５１）。そして、受信したＧＰＳ情報から得られるＨＡＰＳ１０，２０の位置情報と、受信した方位情報から得られるＨＡＰＳ１０，２０の姿勢情報（ＨＡＰＳ１０，２０の向き）が、ＧＰＳ情報受信部１５６からビーム制御部１５９へ出力される。
【０１３５】
ビーム制御部１５９は、上述した変形例６と同様、ＧＰＳ情報受信部１５６から取得した位置情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の現在位置を特定し（Ｓ５２）、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対方向を特定する処理を行う（Ｓ５３）。また、ビーム制御部１５９は、上述した変形例６と同様、ＧＰＳ情報受信部１５６から取得した姿勢情報から、ＨＡＰＳ１０，２０の姿勢（向き）を特定し（Ｓ５４）、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０のレクテナ部の受電アンテナ部１３１ａの全体形状（主翼部１０１の長尺方向の向きを含む）を特定する処理を行う（Ｓ５５）。
【０１３６】
このようにして、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及びＨＡＰＳ１０，２０のレクテナ部の受電アンテナ部１３１ａの全体形状（主翼部１０１の長尺方向の向きを含む）を特定したら、ビーム制御部１５９は、記憶部１６０に記憶されている複数種類のプリコーディング候補の中から、アレイアンテナ１５８に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及びＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状（主翼部１０１の長尺方向の向きを含む）に適合したプリコーディング候補を選択する（Ｓ５６）。本変形例８におけるプリコーディング候補は、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームの方向の組み合わせが異なるもので構成されている。例えば、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームがそれぞれ送出される各範囲が直線状に並ぶような各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームの方向の組み合わせであって、その並び方向が異なる複数の組み合わせによって構成されるプリコーディング候補が用意されている。
【０１３７】
ビーム制御部１５９は、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームの送出方向がＨＡＰＳ１０，２０へ向くように、かつ、ＨＡＰＳ１０，２０の受電アンテナ部１３１ａの全体形状の長尺方向（主翼部１０１の長尺方向）と各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波の範囲の並び方向とのなす角度が最も小さくなるプリコーディング候補を選択する。そして、ビーム制御部１５９は、プリコーディング候補が選択されたら、そのプリコーディング候補データに従って、位相変更部１５９ａにより、アレイアンテナ１５８の各アンテナエレメントの信号の振幅及び位相を制御するプリコーディング制御を実施する（Ｓ５７）。これにより、アレイアンテナ１５８から送出される各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂ，７５０Ｃ，２５０Ｃは、移動しているＨＡＰＳ１０，２０に追従するように向けられるとともに、図３７（ａ）及び（ｂ）に示すように、旋回等によるＨＡＰＳ１０，２０の向き変更に追従するように各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームの範囲の並び方向が変更され、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームの範囲全体の形状が旋回等によるＨＡＰＳ１０，２０の向き変更に追従するように変更され、マイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂ，７５０Ｃ，２５０Ｃの全体で受電アンテナ部１３１ａの全体形状を確実にカバーすることができる。
【０１３８】
本変形例８によれば、アレイアンテナ１５８から同時に送信される３種類の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂ，７５０Ｃ，２５０Ｃの各送出方向を、ＨＡＰＳ１０，２０の向きに応じて変更する制御を行うことで、マイクロ波送電装置１５０に対する旋回等によるＨＡＰＳ１０，２０の向き（姿勢）が変化しても、図３７（ａ）及び（ｂ）に示すように、常にＨＡＰＳ１０，２０によって受けられないマイクロ波ビームの部分を最小限に抑え、受電効率の低下を抑制することができる。すなわち、各マイクロ波ビーム７５０Ａ，２５０Ａ，７５０Ｂ，２５０Ｂ，７５０Ｃ，２５０Ｃの範囲全体の形状を受電アンテナ部１３１ａの全体形状に整合させることで受電効率が高まる効果を、マイクロ波送電装置１５０に対するＨＡＰＳ１０，２０の相対的な向き（姿勢）が変化しても継続的に得ることができる。
【０１３９】
なお、本変形例８においては、アレイアンテナ１５８から見たＨＡＰＳ１０，２０の相対的な方向及びレクテナ部の受電アンテナ部の全体形状（主翼部１０１の長尺方向の向きを含む）の特定結果に応じて、あらかじめ用意したプリコーディング候補の中から適合するものを選択し、各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームの各送出方向を制御しているが、当該特定結果からリアルタイムに各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームの各送出方向を計算し、その計算結果に基づいて各周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３のマイクロ波ビームの各送出方向を制御してもよい。
【０１４０】
なお、ＨＡＰＳ１０，２０上のマイクロ波受電部１３０の受電効率を高めるための制御情報としては、上述したビーム方向制御情報やビーム範囲制御情報に限られない。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０のマイクロ波受電部１３０での受電効率を特定するための受電効率情報を制御情報として用いてもよい。この場合、マイクロ波送電装置１５０では、ＨＡＰＳ１０，２０から送られてくる受電効率情報のフィードバックを受けて、その受電効率が高まるように、マイクロ波ビームの送出方向や範囲などを制御してもよい。
【０１４１】
また、上述した実施形態及び各変形例で示した構成は、適宜併用してもよい。例えば、アレイアンテナ１５８を駆動支持台１５２で支持し、支持台制御部１５５により駆動支持台１５２を駆動してアレイアンテナ１５８の向きを機械的に変更するようにしてもよい。この場合、例えば、マイクロ波ビームの送出方向や範囲を支持台制御部１５５による駆動支持台１５２の駆動制御によって変更しつつ、ビーム制御部１５９によるアレイアンテナ１５８の制御によってマイクロ波ビーム７５０，２５０の送出方向や範囲を微調整するという制御が可能となる。
【０１４２】
また、上述した実施形態及び各変形例で示したマイクロ波送電装置１５０は、マイクロ波給電局７５や給電用飛行船２５に設置されるものに限られない。例えば、ＨＡＰＳ１０，２０にマイクロ波送電装置１５０を搭載してもよく、この場合、ＨＡＰＳ１０，２０間で互いに電力を分け合うようなシステムを実現することができる。
【０１４３】
また、上述した実施形態及び各変形例で示したマイクロ波受電部１３０は、ＨＡＰＳ１０，２０に設置されるものに限られず、航空機、ドローン、気球、飛行船、飛行型ラジコン玩具など、電力を消費する機器を搭載したあらゆる飛行体に設置することが可能である。
【０１４４】
なお、本明細書で説明された処理工程、並びに、ＨＡＰＳ１０，２０等の飛行体に搭載される無線受電装置等、給電用飛行船２５等の飛行体やマイクロ波給電局７５等の地上又は海上の施設に設置されるマイクロ波送電装置１５０等の無線送電装置、フィーダ局、遠隔制御装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、基地局装置などの構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。
【０１４５】
ハードウェア実装については、実体（例えば、無線受電装置、無線送電装置、無線中継局、フィーダ局、基地局装置、無線中継局装置、端末装置（ユーザ装置、移動局、通信端末）、遠隔制御装置、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。
【０１４６】
また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、前記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された前記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。
【０１４７】
また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。
【符号の説明】
【０１４８】
１０  ＨＡＰＳ（ソーラープレーンタイプ）
２０  ＨＡＰＳ（飛行船タイプ）
２５  給電用飛行船
４０  セル形成目標空域
４１，４２，４３  ３次元セル
５０  ＨＡＰＳが位置する空域
６０  ドローン
６５  飛行機
７０  フィーダ局
７２  人工衛星
７５  マイクロ波給電局
８０  移動通信網
８５  遠隔制御装置
１０１  主翼部
１０２  ソーラーパネル（太陽光発電パネル）
１０３，２０２  プロペラ
１０４  連結部
１０５  ポッド
１０６，２０４  バッテリー
１０７  車輪
１１０，２１０  無線中継局
１１１  ３次元（３Ｄ）セル形成アンテナ部
１１２  送受信部
１１３  フィード用アンテナ部
１１４  送受信部
１１５  リピーター部
１１６  監視制御部
１１７  電源部
１１８  モデム部
１１９  基地局処理部
１２５  無線通信部
１２６  ビーム制御部
１３０  マイクロ波受電部
１３１  レクテナ部
１３１ａ  受電アンテナ部
１３２  レクテナ制御部
１３３  出力装置
１３４  パイロット信号送信アンテナ部
１３４ａ  パイロット信号
１３５  ビーム方向制御部
１４０  無線通信アンテナ装置
１４１  モータ駆動部
１５０  マイクロ波送電装置
１５１，１５１Ａ，１５１Ｂ  パラボラアンテナ
１５２，１５２Ａ，１５２Ｂ  駆動支持台
１５３  パイロット信号受信部
１５４  ビーム制御部
１５５  支持台制御部
１５６  ＧＰＳ情報受信部
１５７  ＨＡＰＳ制御情報受信部
１５８  アレイアンテナ
１５８ａ  アンテナエレメント
１５９  ビーム制御部
１５９ａ  位相変更部
１５９ｂ  送信アンプ
１６０  記憶部
７５０，２５０  給電用マイクロ波ビーム
【図１】
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【図２】
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【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】
2019135900.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019135900.tif 000012
【図１１】
2019135900.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2019135900.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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