(57)【要約】【課題】高精度の位置計測を可能にする計測装置、ならびに、それに関連する、受電装置、送電装置、飛行体および飛行システムを提供する。【解決手段】計測装置の一例である位置計測装置１２は、パイロット信号を受信する少なくとも５つのアンテナ１２１と、アンテナ１２１で受信されるパイロット信号の位相差を計測する位相差計１２５と、を備え、位相差計１２５で計測された位相差にかかる信号は位置演算部１２７に入力され、位置演算部１２７は、位相差計１２５で計測された位相差に基づいて、パイロット信号が発信される発信位置を算出する。【選択図】図４
2019211272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロット信号を受信する少なくとも５つの計測用アンテナと、
前記計測用アンテナで受信される前記パイロット信号の位相差を計測する位相差計測部と、を備え、
前記位相差計測部で計測された位相差にかかる信号は演算装置に入力され、前記演算装置は、前記位相差計測部で計測された位相差に基づいて、前記パイロット信号が発信される発信位置を算出する、計測装置。
【請求項２】
前記計測用アンテナは基準アンテナを含み、
前記位相差計測部は、前記基準アンテナで受信される前記パイロット信号と、前記基準アンテナ以外の前記計測用アンテナで受信される前記パイロット信号との位相差を計測する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
通信用アンテナと、
前記通信用アンテナから、前記位相差計測部で計測された位相差に基づくデータを乗せたデータ信号を送信する第１通信部と、を備える、請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記第１通信部は変調部および変調制御部を有し、
前記変調部は、前記通信用アンテナで受信された前記パイロット信号の反射信号を変調し、
前記変調制御部は、前記変調部を制御して、前記位相差計測部で計測された位相差に基づくデータを前記反射信号に乗せる、請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の計測装置と、
複数のレクテナと、を備え、
前記レクテナの少なくとも一つは前記計測用アンテナを含み、
前記計測用アンテナは前記パイロット信号の受信と受電とに共用される、受電装置。
【請求項６】
請求項４に記載の計測装置と、
複数のレクテナと、を備え、
前記レクテナの少なくとも１つは前記通信用アンテナを含み、
前記通信用アンテナは前記データ信号の送信と受電とに共用され、
前記通信用アンテナと前記変調部との間には、受電される電力から前記変調部を保護する保護回路が接続される、受電装置。
【請求項７】
請求項１から４の何れかに記載の計測装置と、
送電用アンテナと、
前記送電用アンテナに給電する送電部と、を備え、
前記送電用アンテナは、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナであり、
前記アンテナ素子の少なくとも１つは前記計測用アンテナで構成される、送電装置。
【請求項８】
請求項１から４の何れかに記載の計測装置と、
送電用アンテナと、
前記送電用アンテナに給電する送電部と、を備え、
前記計測用アンテナの数は６つであり、
前記計測用アンテナは前記送電用アンテナを囲むように配置される、送電装置。
【請求項９】
電力伝送に使用される電磁波の周波数は、前記パイロット信号に使用される電磁波の周波数と同一である、請求項５もしくは６に記載の受電装置、または請求項７もしくは８に記載の送電装置。
【請求項１０】
自律飛行する飛行体であって、
少なくとも１つのアンテナと、
前記飛行体のアンテナから、請求項３または４に記載の計測装置に、前記パイロット信号を送信するパイロット信号送信部と、
前記第１通信部から送信された前記データ信号を前記飛行体のアンテナで受信する第２通信部と、
前記発信位置に基づいて前記飛行体の飛行を制御する飛行制御部と、を備える、飛行体。
【請求項１１】
請求項３または４に記載の計測装置と、
前記演算装置と、
請求項１０に記載の飛行体と、を備える、飛行システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置計測に使用される計測装置、ならびに、それに関連する、受電装置、送電装置、飛行体および飛行システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドローンのような飛行体は、ＧＰＳ受信機、気圧高度計等の航法機器で計測された自機の位置を使用して航行制御を行っている。例えば特許文献１に開示された飛行体は、ＧＰＳ信号、気圧高度計等の計測値に基づいて自機位置情報ＩＰを算出する自機位置算出部と、飛行体の目的地の位置情報および自機位置情報ＩＰに基づいて航行制御を行う移動制御部とを備えている。
【０００３】
従来、ドローンのような飛行体で自動着陸を行う場合、自機の水平位置情報と自機と着地面の相対高度情報が必要である。水平位置の測定には、単独測位方式のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）が用いられており、また、相対高度の測定には気圧高度計が用いられているが、着陸点での気圧情報が必要とされるために、一般に、自動離着陸は、同一高度地面で行われる場合に限定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−６９７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドローンの自動着陸制御では、グランドエフェクトを回避するために高精度な相対高度情報を必要とする。しかし、気圧高度計では、離陸地点と着陸地点に高度差がある場合、着地地点の気圧情報が必要とされるが、気圧は、大気の状態、気温、風速等によって左右されるため、予め測定しておくことは難しく、グランドエフェクトを回避するために要求される±２０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の精度の相対高度情報は、気圧高度計では対応できない。
【０００６】
また、従来のドローンの自動着陸における着陸精度は２ｍ〜３ｍ程度である。着陸状態またはホバリング状態にあるドローンと、地上に設置された機器との間で、無線電力伝送を行う場合、従来の着陸精度では十分とは言い難い。例えば、この無線電力伝送の場合、送電アンテナと受電アンテナとの位置関係において、±２０ｃｍ程度の水平方向の位置精度が必要となる。
【０００７】
着陸精度は主に航法機器であるＧＮＳＳの測位精度に左右される。高い測位精度は単独測位方式を相対測位方式に変更することで可能となるが、機体外から適切な基準点におけるＧＮＳＳの測位情報が必要となるために測位システムが複雑となり実用に供さない。また、特に、高度気圧計の計測精度は、大気状態、気温、風速等の影響を受け、高度差が大きければ、この傾向は一層顕著になる。
【０００８】
また、水平位置および相対高度の測定精度を高めるために、従来の航法機器に代わって、光学的な方法または超音波による方法等が検討されている。しかし、これらの方法は、温度、霧、雨、レンズの汚れ、遮蔽物等の影響による計測精度の劣化が避けられない。
【０００９】
本発明の目的は、高精度の位置計測を可能にする計測装置、ならびに、それに関連する、受電装置、送電装置、飛行体および飛行システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の計測装置は、パイロット信号を受信する少なくとも５つの計測用アンテナと、前記計測用アンテナで受信される前記パイロット信号の位相差を計測する位相差計測部と、を備え、前記位相差計測部で計測された位相差にかかる信号は演算装置に入力され、前記演算装置は、前記位相差計測部で計測された位相差に基づいて、前記パイロット信号が発信される発信位置を算出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高精度の位置計測を可能にする計測装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る自律飛行システム１０の概要を示す図である。
【図２】図２は自律飛行システム１０の概要を示すブロック図である。
【図３】図３は送受信部１１３のブロック図である。
【図４】図４は位置計測装置１２のブロック図である。
【図５】図５（Ａ）はアンテナ１２１の配置を示す図である。図５（Ｂ）は、Ｚ軸方向から見たアンテナ１２１の配置を示す図である。
【図６】図６は変調器１２９の回路図である。
【図７】図７は、第１の実施形態の変形例に係る送受信部のブロック図である。
【図８】図８は、第１の実施形態の変形例に係る位置計測装置のブロック図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係る電力伝送システム２０の概要を示す図である。
【図１０】図１０はドローン２１の主要部のブロック図である。
【図１１】図１１は、受電装置２２の受電系および通信系の回路を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、受電装置２２の位置計測系の回路の一部を示すブロック図である。
【図１３】図１３はレクテナアレイ２６１の平面図である。
【図１４】図１４（Ａ）はレクテナ２６２Ｂの整流器２６３のブロック図である。図１４（Ｂ）は変調器２２９の回路図である。
【図１５】図１５は、第３の実施形態に係る電力伝送システム３０の概要を示す図である。
【図１６】図１６はドローン３１の主要部のブロック図である。
【図１７】図１７は保護回路３５９の回路図である。
【図１８】図１８は受電装置３２の受電系および通信系の回路を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、第４の実施形態に係る電力伝送システム４０の概要を示す図である。
【図２０】図２０はドローン４１の主要部のブロック図である。
【図２１】図２１はレクテナアレイ４６１の平面図である。
【図２２】図２２は送電装置４２の送電系および通信系の回路を示すブロック図である。
【図２３】図２３は、第５の実施形態に係る電力伝送システム５０の概要を示す図である。
【図２４】図２４は、第５の実施形態に係る電力伝送システム５０の概要を示す図である。
【図２５】図２５は送電装置５２の位置計測系および通信系の回路を示すブロック図である。
【図２６】図２６は、送電用のラジアルスロットアンテナ５４２、位置計測用のアンテナ１２１および通信用のアンテナ１５３の配置を示す平面図である。
【図２７】図２７（Ａ）はアンテナ１２１の配置を示す図である。図２７（Ｂ）は、Ｚ軸方向から見たアンテナ１２１の配置を示す図である。
【図２８】図２８は送電装置５２の送電系の回路を示すブロック図である。
【図２９】図２９は第５の実施形態の変形例に係る送電系の回路を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各々の実施形態では、その実施形態より前に述べた実施形態と異なる点について説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００１４】
《第１の実施形態》
図１は、第１の実施形態に係る自律飛行システム１０の概要を示す図である。自律飛行システム１０はドローン１１および位置計測装置１２を備える。自律飛行システム１０は本発明の「飛行システム」の一例である。ドローン１１は本発明の「飛行体」の一例である。位置計測装置１２は本発明の「計測装置」の一例である。
【００１５】
ドローン１１は、例えば、ウェイポイント（waypoint）方式で自律飛行する。位置計測装置１２は、例えば、地上に設置される。ドローン１１は、出発地点からバスケット１３内に到達するまで、ＧＰＳ受信機および気圧高度計から取得される自機の位置を使用して自律飛行する。バスケット１３は、位置計測装置１２の上空に事前に設定される任意の領域である。ドローン１１は、バスケット１３内に到達すると、ＧＰＳ受信機および気圧高度計から取得されるドローン１１の位置に代えて、位置計測装置１２から取得されるドローン１１の位置を使用して自律飛行する。
【００１６】
例えば、ドローン１１が着陸する場合、ドローン１１は、グランドエフェクトの影響が避けられない高度まで、位置計測装置１２から取得される位置を使用した飛行制御を行って降下する。そして、ドローン１１は、グランドエフェクトの影響が避けられない高度に到達した後、飛行制御をオフし、非制御状態で降下してタッチダウンする。また、例えば、ドローン１１が位置計測装置１２の上空でホバリングする場合、ドローン１１は、位置計測装置１２から得られる位置を使用してホバリング状態を制御する。
【００１７】
ドローン１１は、位置計測装置１２からドローン１１の位置を取得するために、位置計測装置１２にパイロット信号を送信する。このパイロット信号は、電磁波であり、例えば、２．４５ＧＨｚ帯または５．８ＧＨｚ帯のマイクロ波である。位置計測装置１２は、後述するように、受信したパイロット信号を使用してドローン１１の位置を計測し、その位置を含む位置データをデータ信号に乗せ、そのデータ信号をドローン１１に送信する。
【００１８】
図２は自律飛行システム１０の概要を示すブロック図である。ドローン１１は、ＧＮＳＳ受信機１１１、気圧高度計１１２、送受信部１１３、アンテナ１４２および制御部１１５を備える。アンテナ１４２は本発明の「飛行体のアンテナ」の一例である。
【００１９】
ＧＮＳＳ受信機１１１は、例えばＧＰＳ受信機であり、航法衛星からのＧＮＳＳ信号を利用して水平方向における自機の位置（緯度および経度）を計測する。送受信部１１３は、アンテナ１４２から位置計測装置１２にパイロット信号を送信する。送受信部１１３は、位置計測装置１２から送信されたデータ信号をアンテナ１４２で受信し、そのデータ信号から位置データを抽出する。アンテナ１４２は、例えばドローン１１の下部に配置される。
【００２０】
制御部１１５は、ＣＰＵ、メモリ、その他の電子回路で構成され、ドローン１１の動作全体を制御する。制御部１１５は、ドローン１１の自律飛行を制御する飛行制御部１１６を有する。飛行制御部１１６は、出発地点からバスケット１３内に到達するまで、ＧＮＳＳ受信機１１１から得られる自機の緯度および経度と、気圧高度計１１２の計測値から得られる自機の相対高度とを使用して飛行制御を行う。飛行制御部１１６は、バスケット１３内に到達すると、送受信部１１３にパイロット信号の送信を指示する。また、飛行制御部１１６は、バスケット１３内に到達した後、送受信部１１３で受信されたデータ信号から抽出された位置データ、即ち、位置計測装置１２で計測されたドローン１１の位置を使用して飛行制御を行う。
【００２１】
図３は送受信部１１３のブロック図である。送受信部１１３は、送信部１４１、受信部１４３およびサーキュレータ１４４を有する。送信部１４１は本発明の「パイロット信号送信部」の一例である。受信部１４３は本発明の「第２通信部」の一例である。
【００２２】
送信部１４１はアンテナ１４２からパイロット信号を送信する。パイロット信号の周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚ帯または５．８ＧＨｚ帯である。受信部１４３は、位置計測装置１２から送信されたデータ信号をアンテナ１４２で受信し、そのデータ信号から位置データを抽出する。この際、受信部１４３は、送信部１４１で分波されたパイロット信号の分波信号を使用してホモダイン検波を行う。これにより、位置計測装置１２から送信されたデータ信号と、パイロット信号との混信が抑制される。受信部１４３で抽出された位置データは、位置計測装置１２で計測されたドローン１１の位置座標ｄX，ｄY，Ｈを含む。位置座標ｄX，ｄY，Ｈの詳細については後述する。サーキュレータ１４４は、送信部１４１、アンテナ１４２および受信部１４３に接続される。サーキュレータ１４４は、送信部１４１側のポートに入力された信号をアンテナ１４２側のポートから出力し、アンテナ１４２側のポートに入力された信号を受信部１４３側のポートから出力する。これにより、アンテナ１４２は、パイロット信号の送信とデータ信号の受信とに共用される。
【００２３】
図４は位置計測装置１２のブロック図である。位置計測装置１２は位置計測系および通信系の回路を有する。位置計測系の回路は、５つのアンテナ１２１、５つのミキサ１２２、信号発生器１２３、５つのローパスフィルタ１２４、４つの位相差計１２５および位置演算部１２７を有する。通信系の回路は、変調制御部１２８、変調器１２９およびアンテナ１２１Ｏを有する。
【００２４】
アンテナ１２１は本発明の「計測用アンテナ」の一例である。位相差計１２５は本発明の「位相差計測部」の一例である。位置演算部１２７は本発明の「演算装置」の一例である。アンテナ１２１Ｏは本発明の「通信用アンテナ」の一例である。変調制御部１２８および変調器１２９を含む構成は、本発明の「第１通信部」の一例である。変調器１２９は本発明の「変調部」の一例である。
【００２５】
なお、位置計測装置１２の各アンテナに関して、それらを区別する場合、アンテナ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｆ，１２１Ｇ，１２１Ｏと記載し、それらを区別しない場合、アンテナ１２１と記載する。
【００２６】
ミキサ１２２は、アンテナ１２１で受信されたパイロット信号と、信号発生器１２３が発生させた信号とを混合して、周波数ｆｐ±ｆｓを有する信号を出力する。ここで、周波数ｆｐはパイロット信号の周波数であり、周波数ｆｓは、信号発生器１２３が発生させた信号の周波数である。ローパスフィルタ１２４は、周波数ｆｐ‐ｆｓを有する信号を通過させる。例えば、信号発生器１２３がパイロット信号より２０ＭＨｚ低い周波数を有する信号を発生させる場合、ローパスフィルタ１２４を通過する信号の周波数は２０ＭＨｚとなる。位相差計１２５は、アンテナ１２１Ｏで受信されたパイロット信号の位相と、アンテナ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｆ，１２１Ｇで受信されたパイロット信号の位相との差の大きさを計測し、位相差φA，φB，φF，φGを出力する。アンテナ１２１Ｏは本発明の「基準アンテナ」の一例である。
【００２７】
位相差φAは、アンテナ１２１Ｏで受信されたパイロット信号と、アンテナ１２１Ａで受信されたパイロット信号との位相差である。位相差φBは、アンテナ１２１Ｏで受信されたパイロット信号と、アンテナ１２１Ｂで受信されたパイロット信号との位相差である。位相差φFは、アンテナ１２１Ｏで受信されたパイロット信号と、アンテナ１２１Ｆで受信されたパイロット信号との位相差である。位相差φGは、アンテナ１２１Ｏで受信されたパイロット信号と、アンテナ１２１Ｇで受信されたパイロット信号との位相差である。
【００２８】
ここで、アンテナ１２１の配置を説明しておく。図５（Ａ）はアンテナ１２１の配置を示す図である。図５（Ｂ）は、Ｚ軸方向から見たアンテナ１２１の配置を示す図である。ここで、原点Ｏがアンテナ１２１Ｏの位置になり、Ｚ軸の正方向が鉛直上方向になり、Ｘ軸の正方向が原点Ｏからアンテナ１２１Ｂの位置Ｂに向かう方向になるように座標軸をとっている。アンテナ１２１Ａの位置Ａは原点ＯからＸ軸の負方向に距離Ｌ離れている。アンテナ１２１Ｂの位置Ｂは原点ＯからＸ軸の正方向に距離Ｌ離れている。アンテナ１２１Ｆの位置Ｆは原点ＯからＹ軸の正方向に距離Ｌ離れている。アンテナ１２１Ｇの位置Ｇは原点ＯからＹ軸の負方向に距離Ｌ離れている。アンテナ１２１は、例えば位置計測装置１２の上部に配置される。
【００２９】
制御部１２６は、ＣＰＵ、メモリ、その他の電子回路で構成され、位置計測装置１２の動作全体を制御する。制御部１２６は位置演算部１２７および変調制御部１２８を有する。位置演算部１２７は、次の式からドローン１１の位置座標ｄX，ｄY，Ｈを算出する。
【００３０】
【数１】
2019211272.tif 000003
【００３１】
ここで、ｄXは、図５（Ａ）に示す座標系におけるドローン１１の位置ＰのＸ座標である。ｄYは、図５（Ａ）に示す座標系におけるドローン１１の位置ＰのＹ座標である。Ｈは、図５（Ａ）に示す座標系におけるドローン１１の位置ＰのＺ座標である。ＯＰは、原点Ｏからドローン１１の位置Ｐまでの距離である。λはパイロット信号の波長である。このように、位置演算部１２７はドローン１１の現在の３次元位置を算出する。換言すると、位置演算部１２７は、パイロット信号が発信される発信位置を算出する。
【００３２】
変調器１２９は、アンテナ１２１Ｏで受信されたパイロット信号の反射信号を変調する。変調制御部１２８は、変調器１２９を制御して、位置演算部１２７で算出された位置座標ｄX，ｄY，Ｈを含む位置データを反射信号に乗せる。より具体的には、変調制御部１２８は、変調器１２９を制御して、位置データを乗せた副搬送波を反射波に重畳する。変調された反射信号はデータ信号としてアンテナ１２１Ｏからドローン１１に送信される。位置座標ｄX，ｄY，Ｈは本発明の「位相差に基づくデータ」の一例である。
【００３３】
変調制御部１２８は、位置データの送信に先立って、変調制御部１２８に内蔵される位置計測装置１２の識別子（識別コード）をドローン１１に送信する。位置計測装置１２の識別子は、例えば、ドローン１１の着陸点の識別子に関連付けられてもよい。
【００３４】
方向性結合器１５１は、アンテナ１２１Ｏ、ミキサ１２２および変調器１２９に接続される。方向性結合器１５１は、アンテナ１２１Ｏ側のポートに入力された信号をミキサ１２２側のポートおよび変調器１２９側のポートから出力し、変調器１２９側のポートに入力された信号をアンテナ１２１Ｏ側のポートから出力する。これにより、アンテナ１２１Ｏはパイロット信号の受信とデータ信号の送信とに共用される。
【００３５】
図６は変調器１２９の回路図である。変調器１２９は、ダイオードＤ２、キャパシタＣ１，Ｃ２、抵抗Ｒ１および１／４波長線路１５４を有する。ダイオードＤ２は変調制御部１２８から印加される制御電圧（逆方向電圧）でオン／オフする。ダイオードＤ２は例えばＰＩＮダイオードである。変調制御部１２８から印加される制御電圧に応じて、ダイオードＤ２がオン／オフすることで、アンテナ１２１Ｏの負荷抵抗が変化する。これにより、パイロット信号の反射信号が変調される。
【００３６】
図７は、第１の実施形態の変形例に係る送受信部のブロック図である。図８は、第１の実施形態の変形例に係る位置計測装置のブロック図である。図７に示すように、パイロット信号の送信用のアンテナ１４２Ａと、データ信号の受信用のアンテナ１４２Ｂとは別々に設けられてもよい。図８に示すように、位置計測用のアンテナ１２１と、データ信号の送信用のアンテナ１５３とは別々に設けられてもよい。
【００３７】
第１の実施形態において、位置計測装置１２は、５つのアンテナ１２１で受信したパイロット信号の位相差を使用してドローン１１の位置を算出する。これにより、位置計測装置１２は、位置計測装置１２の上空を飛行するドローン１１の位置を高精度で計測できる。特に、位置計測装置１２は、温度、風、霧、雨、汚れ、金属以外の遮蔽物等に起因する厳しい環境でも、ドローン１１の位置を高精度で計測できる。
【００３８】
また、ドローン１１は、位置計測装置１２で計測されたドローン１１の位置を使用して飛行制御を行うことで、目標地点に高精度で自動着陸できる。特に、ドローン１１は、離着陸点の高度差が大きい場合でも、また上記の厳しい環境でも、目標地点に自動着陸できる。
【００３９】
《第２の実施形態》
図９は、第２の実施形態に係る電力伝送システム２０の概要を示す図である。電力伝送システム２０はドローン２１および受電装置２２を備える。ドローン２１は、地上に設置された受電装置２２の上空でホバリングしながら、受電装置２２に給電する。この際、ドローン２１は、受電装置２２で計測されたドローン２１の位置を使用してホバリング状態を制御する。ドローン２１から送電される送電波は、受電装置２２への給電に使用されるだけではなく、ドローン２１の位置計測のためのパイロット信号としても使用される。
【００４０】
図１０はドローン２１の主要部のブロック図である。ドローン２１は、送電系の回路および受信部１４３を有する。送電系の回路は、送電部２４５、分配器２４６およびアレイアンテナ２４２を有する。送電部２４５は、制御部１１５（図２参照）の制御に基づいて、高周波電力を発生させ、その高周波電力をアレイアンテナ２４２に供給し、アレイアンテナ２４２から送電波を放射する。アレイアンテナ２４２は、例えばドローン２１の下部に配置される。送電波は、例えば２．４５ＧＨｚ帯または５．８ＧＨｚ帯のマイクロ波である。分配器２４６は、高周波電力をアレイアンテナ２４２の各アンテナ素子に分配する。
【００４１】
サーキュレータ１４４は、アレイアンテナ２４２のアンテナ素子２４７、受信部１４３および分配器２４６に接続される。サーキュレータ１４４は、分配器２４６側のポートに入力された高周波電力をアンテナ素子２４７側のポートから出力し、アンテナ素子２４７側のポートに入力された信号を受信部１４３側のポートから出力する。これにより、アレイアンテナ２４２の１つのアンテナ素子２４７は、送電とデータ信号の受信とに共用される。
【００４２】
受電装置２２は、受電系、通信系および位置計測系の回路を有する。図１１は、受電装置２２の受電系および通信系の回路を示すブロック図である。図１２は、受電装置２２の位置計測系の回路の一部を示すブロック図である。受電系の回路は、レクテナアレイ２６１、複数の集電サブバス２６４、複数のレクテナ制御器２６５、集電メインバス２６６および蓄電池２６７を有する。通信系の回路は、変調制御部１２８、変調器２２９およびレクテナ２６２Ｂを有する。位置計測系の回路は、５つのアンテナ２２１Ａ、５つのミキサ１２２、信号発生器１２３、５つのローパスフィルタ１２４、４つの位相差計１２５および位置演算部１２７を有する。受電装置２２の位置計測系の回路は、基本的に第１の実施形態に係る位置計測系の回路と同様に構成される。
【００４３】
レクテナアレイ２６１は、５つのレクテナ２６２Ａ、１つのレクテナ２６２Ｂおよび複数のレクテナ２６２Ｃを有する。レクテナ２６２Ａはアンテナ２２１Ａおよび整流器２６３を有する。レクテナ２６２Ｂはアンテナ２２１Ｂおよび整流器２６３を有する。レクテナ２６２Ｃはアンテナ２２１Ｃおよび整流器２６３を有する。アンテナ２２１Ａは受電および位置計測に共用される。アンテナ２２１Ｂは受電とデータ信号の送信とに共用される。アンテナ２２１Ｃは受電のみに使用される。
【００４４】
なお、レクテナ２６２Ａ，２６２Ｂ，２６２Ｃを区別しない場合、それらを単にレクテナ２６２と記載する。アンテナ２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃを区別しない場合、それらを単にアンテナ２２１と記載する。
【００４５】
図１３はレクテナアレイ２６１の平面図である。レクテナアレイ２６１は平面視で正方状である。レクテナ２６２は格子状に並ぶように配置される。レクテナ２６２Ａは、第１の実施形態に係るアンテナ１２１と同様には配置される。レクテナ２６２Ｂは平面視でレクテナアレイ２６１の例えば角部に配置される。レクテナアレイ２６１は、例えば受電装置２２の上部に配置される。
【００４６】
整流器２６３は、アンテナ２２１に入力された高周波電力を直流電力に整流変換する。レクテナ制御器２６５は、レクテナ２６２の整流変換の効率を常に最大にするように、レクテナブロックの負荷抵抗を制御する。レクテナブロックは、同じ集電サブバス２６４に接続された複数のレクテナ２６２で構成される。図１１ではレクテナブロックの幾つかを図示していない。
【００４７】
レクテナ２６２から出力された直流電力は、集電サブバス２６４によりレクテナブロック毎に集電される。レクテナブロック毎に集電された直流電力は集電メインバス２６６により集電されて蓄電池２６７に蓄電される。この直流電力は、蓄電池２６７に代えて、電気二重層キャパシタに蓄電されてもよい。ダイオードＤ１は、レクテナ制御器２６５と蓄電池２６７との間に接続され、電流の逆流を防止する。
【００４８】
方向性結合器２６８は、アンテナ２２１Ａ，整流器２６３およびミキサ１２２に接続される。方向性結合器２６８は、アンテナ２２１Ａ側のポートに入力された高周波電力を整流器２６３側のポートから出力するとともに、高周波電力の一部をミキサ１２２側のポートから出力する。これにより、ドローン２１から送電された送電波は、給電および位置計測に共用される。アンテナ２２１Ａは受電および位置計測に共用される。
【００４９】
変調器２２９は、レクテナ２６２Ｂの負荷抵抗を変化させることで、レクテナ２６２Ｂに入力された送電波の反射波に変化を生じさせ、反射波を変調する。変調制御部１２８は、変調器２２９を制御して、位置演算部１２７で算出された位置座標ｄX，ｄY，Ｈを含む位置データを反射波に乗せる。変調された反射波はデータ信号としてアンテナ２２１Ｂから放射される。これにより、アンテナ２２１Ｂは受電とデータ信号の送信とに共用される。
【００５０】
図１４（Ａ）はレクテナ２６２Ｂのブロック図である。レクテナ２６２Ｂの整流器２６３は、整流素子２５３、入力フィルタ２５４および出力フィルタ２５５を有する。整流素子２５３は、例えばダイオードであり、アンテナ２２１Ｂに入力された送電波を整流する。入力フィルタ２５４は、整流素子２５３による整流時に発生する高調波がアンテナ２２１Ｂ側に出力されることを防止する。出力フィルタ２５５は直流電力のみを蓄電池２６７側に出力する。
【００５１】
なお、図１４（Ａ）ではレクテナ２６２Ｂの整流器２６３が図示されているが、レクテナ２６２Ａ，２６２Ｃの整流器２６３もレクテナ２６２Ｂの整流器２６３と同様に構成される。
【００５２】
図１４（Ｂ）は変調器２２９の回路図である。変調器２２９は、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５およびインダクタンスＬ１を有する。トランジスタＱ１は、例えばＦＥＴであり、変調制御部１２８から印加される制御電圧でオン／オフする。このため、変調制御部１２８から印加される制御電圧に応じて、レクテナ２６２Ｂの負荷抵抗が変化する。これにより、レクテナ２６２Ｂに入力された送電波の反射波に変動が発生し、その反射波が変調される。
【００５３】
なお、反射波を変調する変調波は、例えば１６ｋＨｚの周波数を有する。変調器２２９は、この変調波の周波数でレクテナ２６２Ｂの負荷抵抗を変動させる。レクテナ制御器２６５の制御帯域は、この負荷抵抗の変動がレクテナ制御器２６５の制御に影響を及ぼさない範囲に設定される。また、インダクタンスＬ１は、レクテナ制御器２６５への変調波の影響を避けるため、変調波をカットする。
【００５４】
第２の実施形態において、ドローン２１は、受電装置２２で計測されたドローン２１の位置を使用してホバリング状態を制御する。このため、ドローン２１は、受電装置２２の上空でホバリングしながら受電装置２２に確実に給電できる。
【００５５】
《第３の実施形態》
図１５は、第３の実施形態に係る電力伝送システム３０の概要を示す図である。電力伝送システム３０はドローン３１および受電装置３２を備える。受電装置３２は例えば地上に設置される。ドローン３１は、受電装置３２で計測されたドローン３１の位置を使用した飛行制御を行って降下し、折り畳み脚３１７を開いて着陸する。この際、ドローン３１は、ドローン３１のアレイアンテナ２４２（図１６参照）が受電装置３２のレクテナアレイ２６１（図１８参照）に対向するように着陸する。そして、ドローン３１は着陸状態で受電装置３２に給電する。受電装置３２は、給電時に、ドローン３１の位置を計測しなくてもよい。
【００５６】
図１６はドローン３１の主要部のブロック図である。ドローン３１は、送電系の回路、送信部１４１および受信部１４３を有する。第３の実施形態に係る送電系の回路は、基本的に第２の実施形態に係る送電系の回路と同様に構成される。
【００５７】
送信部１４１はドローン３１の降下時にパイロット信号を送信する。受信部１４３はドローン３１の降下時にデータ信号を受信する。送電部２４５は、給電時に、アレイアンテナ２４２から送電波を放射する。パイロット信号の周波数と送電波の周波数とは同一である。パイロット信号および送電波の周波数は、例えば２．４５ＧＨｚ帯または５．８ＧＨｚ帯である。パイロット信号の送信電力は、送電電力に比して極めて小さく、例えば、１０ｍＷ程度である。
【００５８】
サーキュレータ１４４は、アンテナ素子２４７、サーキュレータ３５８および方向性結合器３５６に接続される。サーキュレータ１４４は、方向性結合器３５６側のポートに入力される信号をアンテナ素子２４７側のポートから出力し、アンテナ素子２４７側のポートに入力される信号をサーキュレータ３５８側のポートから出力する。方向性結合器３５６は、サーキュレータ１４４、分配器２４６および送信部１４１に接続される。方向性結合器３５６は、分配器２４６側のポートおよび送信部１４１側のポートに入力される信号をサーキュレータ１４４側のポートから出力する。これにより、アレイアンテナ２４２の１つのアンテナ素子２４７は、送電、パイロット信号の送信、およびデータ信号の受信に共用される。
【００５９】
サーキュレータ３５８は、サーキュレータ１４４、保護回路３５９および終端器Ｗ１に接続される。サーキュレータ３５８は、サーキュレータ１４４側のポートに入力された信号を保護回路３５９側のポートから出力し、保護回路３５９側のポートに入力された信号を終端器Ｗ１側のポートから出力する。保護回路３５９の入力ポートはサーキュレータ３５８に接続され、保護回路３５９の出力ポートは受信部１４３に接続される。保護回路３５９は、後述のように、小電力の信号を通過させるが、大電力の信号を通過させない。このため、ドローン３１の降下時にアンテナ素子２４７に入力されたデータ信号は、受信部１４３に入力される。一方、給電時にアンテナ素子２４７に入力された送電波の反射波は、受信部１４３に入力されず、終端器Ｗ１で吸収される。このように、保護回路３５９は、その入力ポートに入力される大電力から、その出力ポートに接続された受信部１４３を保護する。
【００６０】
図１７は保護回路３５９の回路図である。保護回路３５９は１／４波長線路１５４およびダイオードＤ３，Ｄ４を有する。ダイオードＤ３，Ｄ４は例えばＰＩＮダイオードである。保護回路３５９の入力ポートに大電力の信号が入力される場合、逆方向電圧が印加されるダイオードＤ３，Ｄ４の一方がオンとなり、その結果、１／４波長線路１５４の入力端（サーキュレータ３５８側の端）のインピーダンスが高くなる。このため、保護回路３５９の入力ポートに入力された大電力の信号は、保護回路３５９を通過できず、受信部１４３に入力されない。保護回路３５９の入力ポートに小電力の信号が入力される場合、逆方向電圧が印加されるダイオードＤ３，Ｄ４の一方がオフとなる。このため、保護回路３５９の入力ポートに入力された小電力の信号は、保護回路３５９を通過して、受信部１４３に入力される。
【００６１】
受電装置３２は、受電系、通信系および位置計測系の回路を有する。図１８は受電装置３２の受電系および通信系の回路を示すブロック図である。受電装置３２の受電系の回路は、基本的に第２の実施形態に係る受電系の回路と同様に構成される。受電装置３２の通信系の回路は、基本的に第１の実施形態に係る通信系の回路と同様に構成される。受電装置３２の位置計測系の回路は、５つのアンテナ２２１Ａと図１２に示す回路とを有し、基本的に第２の実施形態に係る位置計測系の回路と同様に構成される。
【００６２】
保護回路３７１の入力ポートは方向性結合器２６８に接続され、保護回路３７１の出力ポートは位置計測系の回路のミキサ１２２（図１２参照）に接続される。保護回路３７１は保護回路３５９と同様に構成される（図１７参照）。サーキュレータ３７２は、アンテナ２２１Ｂ、保護回路５８９および整流器２６３に接続される。サーキュレータ３７２は、アンテナ２２１Ｂ側のポートに入力された信号を保護回路５８９側のポートから出力し、保護回路５８９側のポートに入力された信号を整流器２６３側のポートから出力する。保護回路５８９の入力ポートはサーキュレータ３７２に接続され、保護回路３７１の出力ポートは変調器１２９に接続される。保護回路５８９は保護回路３５９と同様に構成される（図１７参照）。このため、給電時にアンテナ２２１Ｂに入力された高周波電力は、通信系の回路に入力されず、蓄電池２６７に蓄電される。
【００６３】
第３の実施形態において、ドローン３１は、着陸状態で、受電装置３２に給電する。このため、近距離で電力伝送を行うことになるので、微弱電力を取扱う通信系、位置計測系等の回路を電力伝送系の大電力から保護する必要がある。ドローン３１の受信部１４３は、保護回路３５９により、受電装置３２で反射される送電波の反射波から保護される。位置計測系の回路は、保護回路３７１により、アンテナ２２１Ａに入力される送電波から保護される。通信系の回路は、保護回路５８９により、アンテナ２２１Ｂに入力される送電波から保護される。
【００６４】
《第４の実施形態》
図１９は、第４の実施形態に係る電力伝送システム４０の概要を示す図である。電力伝送システム４０はドローン４１および送電装置４２を備える。送電装置４２は例えば地上に設置される。ドローン４１は、送電装置４２で計測されたドローン４１の位置を使用した飛行制御を行って降下し、折り畳み脚３１７を開いて着陸する。この際、ドローン４１は、ドローン４１のレクテナアレイ４６１（図２０参照）が送電装置４２のアレイアンテナ２４２（図２２参照）に対向するように着陸する。レクテナアレイ４６１は、例えばドローン４１の下部に配置される。アレイアンテナ２４２は、例えば送電装置４２の上部に配置される。送電装置４２は、ドローン４１の着陸後、ドローン４１に給電する。送電装置４２は、給電時に、ドローン４１の位置を計測しなくてもよい。
【００６５】
図２０はドローン４１の主要部のブロック図である。ドローン４１は、受電系の回路、送信部１４１および受信部１４３を有する。ドローン４１の受電系の回路は、基本的に第３の実施形態に係る受電系の回路と同様に構成される。
【００６６】
受電系の回路には給電時に送電波が入力される。送信部１４１はドローン４１の降下時にパイロット信号を送信する。受信部１４３は、ドローン４１の降下時にデータ信号を受信する。パイロット信号の周波数と送電波の周波数とは同一である。パイロット信号および送電波の周波数は、例えば２．４５ＧＨｚ帯または５．８ＧＨｚ帯である。パイロット信号の送信電力は、送電電力に比して極めて小さく、例えば、１０ｍＷ程度である。
【００６７】
レクテナアレイ４６１はレクテナ２６２Ｄおよびレクテナ２６２Ｅを有する。レクテナ２６２Ｄはアンテナ２２１Ｄおよび整流器２６３を有する。レクテナ２６２Ｅはアンテナ２２１Ｅおよび整流器２６３を有する。アンテナ２２１Ｄは受電とパイロット信号の送信とに共用される。アンテナ２２１Ｅは受電とデータ信号の受信とに共用される。パイロット信号の送信用のアンテナ２２１Ｄと、データ信号の受信用のアンテナ２２１Ｅとは別々に設けられる。
【００６８】
図２１はレクテナアレイ４６１の平面図である。レクテナ２６２は格子状に並ぶように配置される。レクテナ２６２Ｄ，２６２Ｅはレクテナアレイ４６１の略中心に配置される。
【００６９】
方向性結合器４７５は、アンテナ２２１Ｄ、整流器２６３およびサーキュレータ４７６に接続される。方向性結合器４７５は、サーキュレータ４７６側のポートに入力された信号をアンテナ２２１Ｄ側のポートから出力する。方向性結合器４７５は、アンテナ２２１Ｄ側のポートに入力された信号を整流器２６３側およびサーキュレータ４７６側のポートから出力する。サーキュレータ４７６は、方向性結合器４７５、終端器Ｗ２および送信部１４１に接続される。サーキュレータ４７６は、送信部１４１側のポートに入力された信号を方向性結合器４７５側のポートから出力し、方向性結合器４７５側のポートに入力された信号を終端器Ｗ２側のポートから出力する。給電時に方向性結合器４７５のサーキュレータ４７６側のポートから出力された高周波電力は、送信部１４１に入力せず、終端器Ｗ２で吸収される。
【００７０】
サーキュレータ４７８は、アンテナ２２１Ｅ、保護回路４７９および整流器２６３に接続される。サーキュレータ４７８は、アンテナ２２１Ｅ側のポートに入力された信号を保護回路４７９側のポートから出力し、保護回路４７９側のポートに入力された信号を整流器２６３側のポートから出力する。保護回路４７９の入力ポートはサーキュレータ４７８に接続され、保護回路４７９の出力ポートは受信部１４３に接続される。保護回路４７９は保護回路３５９と同様に構成される（図１７参照）。このため、給電時にアンテナ２２１Ｅに入力された高周波電力は、受信部１４３に入力されず、蓄電池２６７に蓄電される。
【００７１】
送電装置４２は、送電系、通信系および位置計測系の回路を有する。図２２は送電装置４２の送電系および通信系の回路を示すブロック図である。送電装置４２の送電系の回路は、基本的に第２の実施形態に係る送電系の回路と同様に構成される。送電装置４２のアレイアンテナ２４２は本発明の「送電用アンテナ」の一例である。
【００７２】
送電装置４２の通信系の回路は、基本的に第１の実施形態に係る通信系の回路と同様に構成される。送電装置４２の通信系の回路は、電気的に送電系の回路から分離するように構成される。データ信号の送信用のアンテナ１５３とアレイアンテナ２４２とは別々に設けられる。変調器１２９のダイオードＤ２（図６参照）は給電時にオフされる。送電装置４２の位置計測系の回路は、５つのアンテナ４４７と図１２に示す回路とを有し、基本的に第２の実施形態に係る位置計測系の回路と同様に構成される。
【００７３】
方向性結合器４８１は、アンテナ素子４４７、分配器２４６および保護回路５９０に接続される。方向性結合器４８１は、分配器２４６側のポートに入力された信号をアンテナ素子４４７側のポートから出力する。方向性結合器４８１は、アンテナ素子４４７側のポートに入力された信号を分配器２４６側および保護回路５９０側のポートから出力する。保護回路５９０の入力ポートは方向性結合器４８１に接続され、保護回路５９０の出力ポートは位置計測系の回路のミキサ１２２（図１２参照）に接続される。保護回路５９０は保護回路３５９と同様に構成される（図１７参照）。
【００７４】
第４の実施形態において、送電装置４２は、ドローン４１の着陸後、ドローン４１に給電する。このため、近距離で電力伝送を行うことになるので、微弱電力を取扱う位置計測系、通信系等の回路を電力伝送系の大電力から保護する必要がある。ドローン４１の送信部１４１は、サーキュレータ４７６により、アンテナ２２１Ｄに入力される送電波から保護される。ドローン４１の受信部１４３は、保護回路４７９により、アンテナ２２１Ｅに入力される送電波から保護される。送電装置４２の位置計測系の回路は、保護回路５９０により、ドローン４１で反射される送電波の反射波から保護される。送電装置４２の通信系の回路は、変調器１２９のダイオードＤ２がオフされることで、ドローン４１で反射される送電波の反射波から保護される。
【００７５】
《第５の実施形態》
図２３および図２４は、第５の実施形態に係る電力伝送システム５０の概要を示す図である。図２３はドローン４１の降下時の様子を示す。図２４は、送電装置５２がドローン４１に給電する様子を示す。電力伝送システム５０はドローン４１および送電装置５２を備える。ドローン４１は、送電装置５２で計測されたドローン４１の位置を使用した飛行制御を行って降下し、折り畳み脚３１７を開いて着陸する。送電装置５２は、ドローン４１の着陸後、ドローン４１に給電する。
【００７６】
送電装置５２は、送電系、通信系および位置計測系の回路を有する。図２５は送電装置５２の位置計測系および通信系の回路を示すブロック図である。位置計測系の回路は、６つのアンテナ１２１、６つのミキサ１２２、信号発生器１２３、６つのローパスフィルタ１２４、４つの位相差計１２５および位置演算部５２７を有する。通信系の回路は、変調制御部１２８、変調器１２９およびアンテナ１５３を有する。
【００７７】
なお、送電装置５２の６つのアンテナ１２１を区別する場合、それらをアンテナ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ，１２１Ｍ，１２１Ｎと記載する。
【００７８】
ミキサ１２２は、アンテナ１２１で受信されたパイロット信号と、信号発生器１２３が発生させた信号とを混合して、周波数ｆｐ±ｆｓを有する信号を出力する。上記のように、周波数ｆｐはパイロット信号の周波数であり、周波数ｆｓは、信号発生器１２３が発生させた信号の周波数である。ローパスフィルタ１２４は、周波数ｆｐ‐ｆｓを有する信号を通過させる。位相差計１２５は、アンテナ１２１Ｍ，１２１Ｎで受信されたパイロット信号の位相と、アンテナ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄで受信されたパイロット信号の位相との差の大きさを計測し、位相差φAM，φBM，φCN，φDNを出力する。
【００７９】
位相差φAMは、アンテナ１２１Ａで受信されたパイロット信号と、アンテナ１２１Ｍで受信されたパイロット信号との位相差である。位相差φBMは、アンテナ１２１Ｂで受信されたパイロット信号と、アンテナ１２１Ｍで受信されたパイロット信号との位相差である。位相差φCNは、アンテナ１２１Ｃで受信されたパイロット信号と、アンテナ１２１Ｎで受信されたパイロット信号との位相差である。位相差φDNは、アンテナ１２１Ｄで受信されたパイロット信号と、アンテナ１２１Ｎで受信されたパイロット信号との位相差である。
【００８０】
ここで、送電装置５２に設けられた、送電用のラジアルスロットアンテナ５４２、位置計測用のアンテナ１２１および通信用のアンテナ１５３の配置について説明しておく。
【００８１】
図２６は、送電用のラジアルスロットアンテナ５４２、位置計測用のアンテナ１２１および通信用のアンテナ１５３の配置を示す平面図である。送電用のラジアルスロットアンテナ５４２の周囲に、位置計測用のアンテナ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄおよび通信用のアンテナ１５３が配置されている。さらに、アンテナ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄの位置よりもラジアルスロットアンテナ５４２から離れた位置に、位置計測用のアンテナ１２１Ｍ，１２１Ｎが配置されている。ラジアルスロットアンテナ５４２およびアンテナ１２１，１５３は、例えば送電装置５２の上部に配置される。
【００８２】
図２７（Ａ）はアンテナ１２１の配置を示す図である。図２７（Ｂ）は、Ｚ軸方向から見たアンテナ１２１の配置を示す図である。ここで、原点Ｏがアンテナ１２１Ａの位置Ａとアンテナ１２１Ｂの位置Ｂとの中点になり、Ｚ軸の正方向が鉛直上方向になり、Ｘ軸の正方向が原点Ｏからアンテナ１２１Ｂの位置Ｂに向かう方向になるように座標軸をとっている。アンテナ１２１Ａの位置Ａは原点ＯからＸ軸の負方向に距離Ｌ離れている。アンテナ１２１Ｂの位置Ｂは原点ＯからＸ軸の正方向に距離Ｌ離れている。アンテナ１２１Ｃの位置Ｃは原点ＯからＹ軸の負方向に距離Ｌ離れている。アンテナ１２１Ｄの位置Ｄは原点ＯからＹ軸の正方向に距離Ｌ離れている。アンテナ１２１Ｍの位置Ｍは原点ＯからＸ軸の負方向に距離ＬS離れている。アンテナ１２１Ｎの位置Ｎは原点ＯからＹ軸の負方向に距離ＬS離れている。
【００８３】
図２５に示すように、制御部５２６は位置演算部５２７および変調制御部１２８を有する。位置演算部５２７は、次の式からドローン１１の位置座標ｄX，ｄY，Ｈを算出する。
【００８４】
【数２】
2019211272.tif 000004
【００８５】
ここで、ｄXは、図２７（Ａ）に示す座標系におけるドローン４１の位置ＰのＸ座標である。ｄYは、図２７（Ａ）に示す座標系におけるドローン４１の位置ＰのＹ座標である。Ｈは、図２７（Ａ）に示す座標系におけるドローン４１の位置ＰのＺ座標である。ＭＰは、アンテナ１２１Ｍの位置Ｍからドローン１１の位置Ｐまでの距離である。λはパイロット信号の波長である。
【００８６】
変調制御部１２８は、変調器１２９を制御して、位置演算部５２７で算出された位置座標ｄX，ｄY，Ｈを含む位置データを反射信号に乗せる。変調された反射信号はデータ信号としてアンテナ１５３からドローン４１に送信される。
【００８７】
図２８は送電装置５２の送電系の回路を示すブロック図である。増幅回路５８５は、基準信号発振器５８４が発生させた基準信号を増幅する。サーキュレータ５８６は、増幅回路５８５の出力信号をマグネトロン５８３へ注入し、マグネトロン５８３からの出力波をラジアルスロットアンテナ５４２へ導く。ラジアルスロットアンテナ５４２はマグネトロン５８３からの出力波を送電波として放射する。
【００８８】
サーキュレータ５８７は、サーキュレータ５８６、ラジアルスロットアンテナ５４２および終端器Ｗ３に接続される。サーキュレータ５８７および終端器Ｗ３はアイソレータを構成する。当該アイソレータは、サーキュレータ５８６からラジアルスロットアンテナ５４２に向かう方向にだけ信号を通過させる。マグネトロン５８３とラジアルスロットアンテナ５４２とは、同軸型、導波管型等の伝送路で接続されている。
【００８９】
マグネトロン５８３は、フィラメント（ヒーター）により加熱されるカソードと、加熱されないアノードとを有する管と、管の軸方向に強力な磁場を形成する永久磁石とを備える。カソードは管の中央に配置され、アノードはカソードを囲むように配置されている。アノードには、カソードに対して正の高電圧が印加される。カソードをフィラメントで加熱すると熱電子が放出され、アノードとカソードとの間の電界により、熱電子はアノード方向へ加速される。このとき、管の軸方向の強力な磁場の影響で、熱電子は進行方向が曲げられる。この作用により、電子はカソードとアノードとの間の作用空間でサイクロイド曲線を描いて振動しながら周回運動を始める。アノードには規則的に形成された複数のキャビティがあるので、キャビティの開口部をサイクロイド振動している電子が通過すると、キャビティの共振周波数で定まるマイクロ波が発生する。こうして発生したマイクロ波は、スリットを介し、伝送路で外部へ出力される。
【００９０】
フィラメント電源５８１はマグネトロン５８３のフィラメントに交流電圧を印加する。マグネトロン高圧電源５８２は、アノードに、カソードに対して正の直流高電圧を印加する。
【００９１】
基準信号がマグネトロン５８３に注入されることで、マグネトロン５８３の発振は基準信号に同期する。マグネトロンの注入同期法は、マグネトロンの自励発振周波数に近い周波数を持った基準信号をマグネトロンに注入することにより、マグネトロンの発振周波数を注入信号の周波数にロックさせる方法である。これにより、スプリアスの抑制された送電波が得られる。
【００９２】
図２９は、第５の実施形態の変形例に係る送電系の回路を示すブロック図である。変調制御部１２８は、変調器５２９を制御して、位置座標ｄX，ｄY，Ｈを含む位置データを基準信号に乗せる。変調された基準信号はマグネトロン５８３に注入される。マグネトロン５８３からの出力波はデータ信号としてラジアルスロットアンテナ５４２から送信される。当該変形例では、送電系の回路がデータ信号の送信に共用されるので、図２５に示す変調器１２９およびアンテナ１５３が不要である。
【００９３】
第５の実施形態では、原点Ｏの周囲に位置計測用のアンテナ１２１を配置するが、原点Ｏに位置計測用のアンテナ１２１を配置しなくてもよい。このため、
位置計測用のアンテナ１２１に囲まれた領域にラジアルスロットアンテナ５４２を配置できる。従って、位置計測用のアンテナ１２１を使用してドローン４１の位置を計測できるとともに、ラジアルスロットアンテナ５４２を使用してドローン４１に給電できる。
【００９４】
なお、第５の実施形態に係る位置計測系の回路は、ドローンが受電装置に給電する電力伝送システムで使用されてもよい。この場合、第５の実施形態に係る位置計測系の回路は受電装置に設けられる。
【００９５】
また、第５の実施形態では、送電用のアンテナとしてラジアルスロットアンテナ５４２を使用する例を示したが、送電用のアンテナとして別のアンテナを使用してもよい。第５の実施形態では、送電用のアンテナとして、アレイアンテナとは異なるアンテナでも使用できる。
【００９６】
《他の実施形態》
上記の実施形態では、ドローンの位置が計測される例を示したが、マルチコプタ、飛行船、気球等の別の飛行体の位置が計測されてもよい。
【００９７】
また、上記の実施形態では、位置計測系の回路が、地上に設置される装置に設けられる例を示したが、位置計測系の回路はドローンに設けられてもよい。この場合、地上に設置された装置がドローンから送信されたパイロット信号を反射し、ドローンが反射波を受信してもよい。また、地上に設置された装置がドローンにパイロット信号を送信してもよい。
【００９８】
また、上記の実施形態では、位置演算部が、地上に設置される装置に設けられる例を示したが、位置演算部がドローンに設けられてもよい。この場合、地上に設置される装置で計測された位相差のデータがドローンに送信される。
【００９９】
最後に、上記の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。本発明の範囲は、上記の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１００】
Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…ダイオード
Ｌ１…インダクタ
Ｑ１…トランジスタ
Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５…抵抗
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…終端器
１０…自律飛行システム
１１，２１，３１，４１…ドローン
１２…位置計測装置
１３…バスケット
２０，３０，４０，５０…電力伝送システム
２２，３２…受電装置
４２，５２…送電装置
１１１…ＧＮＳＳ受信機
１１１…受信機
１１２…気圧高度計
１１３…送受信部
１１５…制御部
１１６…飛行制御部
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ，１２１Ｆ，１２１Ｇ，１２１Ｍ，１２１Ｎ，１２１Ｏ，１５３…アンテナ
１２２…ミキサ
１２３…信号発生器
１２４…ローパスフィルタ
１２５…位相差計
１２６，５２６…制御部
１２７，５２７…位置演算部
１２８…変調制御部
１２９，２２９，５２９…変調器
１４１…送信部
１４２，１４２Ａ，１４２Ｂ…アンテナ
１４３…受信部
１４４，３５８，３７２，４７６，４７８，５８６，５８７…サーキュレータ
１５１，２６８，３５６，４７５，４８１…方向性結合器
１５４，５８８…１／４波長線路
２２１，２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃ，２２１Ｄ，２２１Ｅ…アンテナ
２４２…アレイアンテナ
２４５…送電部
２４６…分配器
２４７，４４７…アンテナ素子
２５３…整流素子
２５４…入力フィルタ
２５５…出力フィルタ
２６１，４６１…レクテナアレイ
２６２，２６２Ａ，２６２Ｂ，２６２Ｃ，２６２Ｄ，２６２Ｅ…レクテナ
２６３…整流器
２６４…集電サブバス
２６５…レクテナ制御器
２６６…集電メインバス
２６７…蓄電池
３１７…折り畳み脚
３５９，３７１，４７９，５８９，５９０…保護回路
５４２…ラジアルスロットアンテナ
５８１…フィラメント電源
５８２マグネトロン高圧電源
５８３…マグネトロン
５８４…基準信号発振器
５８５…増幅回路
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【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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