(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
規則的に配列されたＮ本（Ｎは２以上の整数）の送電アンテナ素子からなるアレイアンテナと、
ランダムまたは疑似ランダムに変化する位相を有する電波を生成する発振回路と、
前記電波をＮ系統の送電波に分配する分配器と、
前記Ｎ系統の送電波を個別に移相してそれぞれ前記Ｎ本の送電アンテナ素子に供給することにより当該Ｎ本の送電アンテナ素子から送電ビームを放射させる位相制御部と
を備えることを特徴とする無線送電装置。
【請求項２】
請求項１記載の無線送電装置であって、前記位相制御部は、前記Ｎ系統の送電波をそれぞれ移相するＮ個の可変移相器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記載の無線送電装置であって、前記位相制御部は、前記Ｎ系統の送電波の位相をそれぞれ変化させるＮ個の注入同期発振器を含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の無線送電装置であって、前記Ｎ系統の送電波の振幅を個別に制御する増幅回路を更に備えることを特徴とする無線送電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の無線送電装置であって、前記発振回路は、高周波発振器と、前記高周波発振器の出力波をランダムまたは疑似ランダムに移相して前記電波を生成する可変移相器とを含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の無線送電装置であって、前記発振回路は、ランダムまたは疑似ランダムに変化する制御電圧を出力するランダム電圧制御部と、前記制御電圧に応じた周波数を有する発振波を前記電波として出力する電圧制御発振器とを含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項７】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の無線送電装置であって、前記発振回路は、電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器に制御電圧を供給して当該電圧制御発振器から前記電波を出力させるＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路の動作を制御して前記電圧制御発振器の出力位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相制御部とを含むことを特徴とする無線送電装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の無線送電装置であって、前記送電ビームがマイクロ波からなることを特徴とする無線送電装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の無線送電装置であって、電気エネルギー以外のエネルギーを動力源とする無線送電装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の無線送電装置の複数台を備えることを特徴とする無線送電システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の無線送電装置と、電気エネルギー以外へのエネルギー源変換装置である無線受電装置とを備えることを特徴とする無線送電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波などの電磁波を用いて電力伝送を行うための無線送受電技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波またはレーザ光などの電磁波を用い、この電磁波の波長よりも十分に長い距離だけ離れた２地点間の電力伝送を可能とする無線送受電技術の開発が進められている。たとえば、宇宙太陽光発電システム（ＳＳＰＳ：Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）では、宇宙空間に配置された発電衛星が、太陽光を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーをマイクロ波またはレーザ光に変換して地球上の受電装置に向けて送電する。当該地球上の受電装置は、その発電衛星からマイクロ波またはレーザ光を受電し、当該受電されたマイクロ波またはレーザ光を直流の電気エネルギーに変換することができる。宇宙太陽光発電システムに限らず、地上における２地点間の電力伝送に無線送受電技術を使用することが可能である。
【０００３】
このような無線送受電技術は、たとえば、特許文献１（特開２００２−９５１９０号公報）に開示されている。特許文献１には、地上の電力基地に向けてマイクロ波を送電する複数台の発電衛星からなる発電衛星グループが開示されている。この発電衛星グループ内では、複数台の発電衛星のアンテナ素子群が全体としてフェーズドアレイアンテナを形成するように、発電衛星ごとにマイクロ波が位相調整される。また、各発電衛星は、位相調整後のマイクロ波を、スペクトル拡散変調方式でインコヒーレント変調して送電する。これにより、電力基地の受電アンテナサイズに合わせてマイクロ波のビーム幅を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９５１９０号公報（たとえば、図１及び図２、並びに段落００１１及び段落００１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の無線送電技術では、複数台の発電衛星のマイクロ波の位相量を個別に且つ精確に制御する制御衛星を別途用意しなければならず、各発電衛星において、制御衛星から受信する制御信号を処理する複雑な回路構成が必要となる。
【０００６】
また、特許文献１の無線送受電技術では、各発電衛星は、スペクトル拡散変調方式を用いて、位相調整後のマイクロ波をインコヒーレント変調している。しかしながら、このインコヒーレント変調が電力基地への送電方向を不安定にし、送電効率を低下させるおそれがある。
【０００７】
上記に鑑みて本発明の目的は、アレイアンテナを用いて安定した送電を実現することができる無線送電装置及びこれを用いた無線送電システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による無線送電装置は、規則的に配列されたＮ本（Ｎは２以上の整数）の送電アンテナ素子からなるアレイアンテナと、ランダムまたは疑似ランダムに変化する位相を有する電波を生成する発振回路と、前記電波をＮ系統の送電波に分配する分配器と、前記Ｎ系統の送電波を個別に移相してそれぞれ前記Ｎ本の送電アンテナ素子に供給することにより当該Ｎ本の送電アンテナ素子から送電ビームを放射させる位相制御部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様による無線送電システムは、前記無線送電装置の複数台を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電波の位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させる位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、Ｎ系統の送電波は１系統の電波を分配元として生成されるので、その位相変調がなされてもＮ本の送電アンテナ素子の出力波間の相対位相差の時間的変動が回避される。よって、その位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナを用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る実施の形態１の無線送電装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】（Ａ）は、実施の形態１の位相制御部の構成例を示す図であり、（Ｂ）は、実施の形態１の位相制御部の他の構成例を示す図である。
【図３】（Ａ）は、実施の形態１の位相制御部の変形例を示す図であり、（Ｂ）は、実施の形態１の位相制御部の他の変形例を示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態１の発振回路の構成例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る無線送電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態２の発振回路の概略構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態３の発振回路の概略構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態４の発振回路の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の無線送電装置Ｔｘの概略構成を示す機能ブロック図である。この無線送電装置Ｔｘは、無線送電に使用される電磁波の波長よりも十分に長い距離だけ離れた２地点間の電力伝送を行うために使用される。この電力伝送は、屋外または屋内のいずれで行われてもよい。本実施の形態の無線送電装置Ｔｘは、たとえば、太陽光エネルギーを電磁波に変換して伝送する宇宙太陽光発電システム、または、車両もしくは航空機などの移動体に電力を伝送する給電システムに適用可能なものであるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
図１に示されるように無線送電装置Ｔｘは、規則的に配列されたＮ本（Ｎは２以上の整数）の送電アンテナ素子ＡＮ１，…，ＡＮＮからなるアレイアンテナ１０と、装置本体１１とを備えている。送電アンテナ素子ＡＮ１，…，ＡＮＮは、線状または面状に配列されている。装置本体１１は、ランダムまたは疑似ランダムに変化する位相を有する電波Ｐｗを出力する発振回路１２と、この電波ＰｗをＮ系統の送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮに分配する分配器１４と、これら送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮを個別に移相させてＮ系統の移相送電波を生成する位相制御部１３と、この位相制御部１３の動作を制御することによりアレイアンテナ１０の放射指向性を制御するビーム方向制御部１５とを備えている。
【００１５】
位相制御部１３は、図１に示されるようにＮ個の位相制御器１３１，…，１３Ｎを有している。これら位相制御器１３１，…，１３Ｎは、ビーム方向制御部１５から供給された制御信号Ｂｃで指定される位相変化量だけ送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮを個別に移相させてＮ系統の移相送電波を生成する。これらＮ系統の移相送電波は、互いに一定の位相差を持つように制御されている。そして、位相制御器１３１，…，１３Ｎは、これらＮ系統の移相送電波をそれぞれ送電アンテナ素子ＡＮ１，…，ＡＮＮに供給することにより送電アンテナ素子ＡＮ１，…，ＡＮＮから送電ビームＴｗを放射させる。すなわち、アレイアンテナ１０と位相制御器１３１，…，１３Ｎとでフェーズドアレイアンテナが構成されている。
【００１６】
ビーム方向制御部１５は、制御信号Ｂｃを通じて送電ビームＴｗの方向を可変に制御することが可能である。無線送電装置Ｔｘが発電衛星などの移動体に搭載される場合には、ビーム方向制御部１５は、受電装置から受信されたパイロット信号の到来方向へ送電ビームＴｗの方向を自動的に向ける公知のレトロディレクティブ（ｒｅｔｒｏ−ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ）機能を有していてもよい。
【００１７】
送電波としては、たとえば、雨、霧または雲を透過する１０ＧＨｚ以下の周波数帯のマイクロ波を使用することが好ましい。無線送電装置Ｔｘが発電衛星に搭載される場合には、２．４５ＧＨｚ帯または５．８ＧＨｚ帯のマイクロ波を送電波として使用することができる。ただし、送電環境によって適切な周波数帯は異なるので、本発明は周波数帯を限定するものではない。
【００１８】
位相制御器１３１，…，１３Ｎは、具体的には、可変移相器を用いて構成可能である。図２（Ａ）は、可変移相器ＰＳ１，…，ＰＳＮからなる位相制御部１３の構成例を概略的に示す図である。図２（Ａ）の例では、可変移相器ＰＳ１，…，ＰＳＮは、制御信号Ｂｃで指定される移相変化量だけ送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮを移相させて（すなわち送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮの位相をシフトさせて）Ｎ系統の移相送電波を生成する。
【００１９】
また、位相制御器１３１，…，１３Ｎは注入同期発振器を用いて構成されてもよい。図２（Ｂ）は、注入同期発振器ＩＬ１，…，ＩＬＮからなる位相制御部１３の他の構成例を示す図である。図２（Ｂ）の例では、注入同期発振器ＩＬ１，…，ＩＬＮは、それぞれ送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮを注入波とし、これら注入波と同期して発振することにより当該注入波と同一周波数の発振波を出力する。また、注入同期発振器ＩＬ１，…，ＩＬＮは、制御信号Ｂｃに応じて発振波を移相させる機能を有しているので、その移相された発振波を移相送電波として出力することができる。このような注入同期発振器ＩＬ１，…，ＩＬＮは、増幅器としても機能するように構成可能である。
【００２０】
また、位相制御部１３は、Ｎ系統の送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮの振幅またはＮ系統の移相送電波の振幅を増幅する増幅回路を有するように変形されてもよい。これにより、大きな電力を送電することができる。図３（Ａ），（Ｂ）は、位相制御部１３の変形例を示す図である。図３（Ａ）に示される変形例の位相制御部１３Ａは、位相制御器１３１，…，１３Ｎよりも後段に配置された増幅器２０１，…，２０Ｎを有する。これら増幅器２０１，…，２０Ｎは、位相制御器１３１，…，１３Ｎの出力である移相送電波の振幅を増幅することができる。一方、図３（Ｂ）に示される変形例の位相制御部１３Ｂは、位相制御器１３１，…，１３Ｎよりも前段に配置された増幅器２１１，…，２１Ｎを有する。これら増幅器２１１，…，２１Ｎは、送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮの振幅を増幅してそれぞれ対応する位相制御器１３１，…，１３Ｎに出力することができる。
【００２１】
次に、発振回路１２の構成について説明する。図４（Ａ）は、発振回路１２の構成例を示す図である。図４（Ａ）の構成例では、発振回路１２は、高周波発振器２２と、この高周波発振器２２の出力波をランダムまたは疑似ランダムに移相して電波Ｐｗを生成する可変移相器２３と、この可変移相器２３の動作を制御するランダム位相制御部２４とを備えている。ランダム位相制御部２４は、物理乱数列（真の乱数列）を用いて高周波発振器２２の出力波の移相量すなわち位相変化量をランダムに変化させ、あるいは、疑似乱数列を用いて高周波発振器２２の出力波の移相量を疑似ランダムに変化させる。物理乱数列を使用する場合、ランダム位相制御部２４は、物理乱数列のデータが記憶された不揮発性メモリを内部に有し、そのデータを読み出して使用すればよい。疑似乱数列を使用する場合には、ランダム位相制御部２４は、公知の疑似乱数生成アルゴリズムにより疑似乱数列を計算する演算回路を内部に有していればよい。この種の演算回路は、たとえば、公知の線形フィードバックシフトレジスタを利用した乱数発生回路により構成可能である。また、カオス現象（非周期動作）を生み出す非線形写像（たとえば、ロジスティック写像）が電圧波形または信号処理などに現れる回路を利用することで物理乱数または擬似乱数を生成することが可能である。
【００２２】
可変移相器２３の移相量制御については、たとえば、ランダム位相制御部２４から可変移相器２３へ制御電圧を供給する構成を採用することができる。可変移相器２３へ供給される制御電圧の値をランダムまたは疑似ランダムな値に切り替えることで移相量をランダムまたは疑似ランダムに変化させることが可能である。
【００２３】
このように電波Ｐｗの位相がランダムまたは疑似ランダムに変化することにより、受電アンテナ素子における電波干渉が低減されるという効果が得られる。図５は、Ｍ台（Ｍは３以上の整数）の無線送電装置Ｔｘ１，Ｔｘ２，…，ＴｘＭからなる無線送電システム１と、無線受電装置Ｒｘとの組み合わせの一例を概略的に示す図である。この無線送電システム１を構成する無線送電装置Ｔｘ１〜ＴｘＭは３台以上であるが、これに限定されるものではなく、２台の無線送電装置で無線送電システムが構成されてもよい。図５に示される無線送電装置Ｔｘ１〜ＴｘＭは、上記した無線送電装置Ｔｘと同じ構成を有している。一方、無線受電装置Ｒｘは、複数本の受電アンテナ素子からなるアレイアンテナ３０と、このアレイアンテナ３０で受電された電波を直流の電気エネルギーＥｎｇに変換する装置本体３１とを備える。図５に示されるように、無線送電装置Ｔｘ１〜ＴｘＭは、無線受電装置Ｒｘのアレイアンテナ３０に向けてそれぞれＭ本の送電ビームを送出する。このため、これら送電ビームを受信するアレイアンテナ３０において電波干渉が生ずるが、各送電ビームの電波の位相はランダムまたは疑似ランダムに変化するので、アレイアンテナ３０における電波干渉が低減され、ヌル点（電波強度が落ち込む点）発生を回避することができる。これにより、送電効率が向上する。
【００２４】
前述したような高周波発振器２２の出力位相のランダムまたは疑似ランダムな制御は、当該電波Ｐｗの位相状態の変化Δθに要する時間Δｔを長くすることで（言い換えれば、傾きΔθ／Δｔを小さくすることで）、許容可能な変調帯域に対応することができる。たとえば、電波Ｐｗの位相の最大変化量がπのときに、許容可能な変調周波数がＦＭｍａｘであるとすると、位相状態の変化Δθに要する時間Δｔは、１／（２×ＦＭｍａｘ）以上となるようにすればよい。
【００２５】
なお、高周波発振器２２を駆動するためには、ＤＣ（直流）電力は、図４（Ｂ）に示されるような、発電装置２と接続された発振回路１２から供給されてもよい。発電装置２は、太陽光などの光エネルギー、モータによる機械エネルギー、化学エネルギーまたは熱エネルギーといったエネルギーをＤＣ電力に変換する装置である。発電装置２は、高周波発振器２２を駆動するのみならず、無線送電装置全体を駆動するＤＣ電力供給源であってもよい。
【００２６】
以上に説明したように本実施の形態の無線送電装置Ｔｘでは、送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮに対して、送電ビームＴｗの方向を定める位相制御が実行される。また、この位相制御とは独立に、電波Ｐｗの位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、送電ビームＴｗの方向を定める位相制御が行われる前に、電波Ｐｗのランダム位相変調が実行され、送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮは、１系統の電波Ｐｗを分配元として生成されるので、送電波Ｐｗ１，…，ＰｗＮの位相は互いに同期してランダムまたは疑似ランダムに変化する。よって、そのランダム位相変調に起因して送電アンテナ素子ＡＮ１，…，ＡＮＮの出力波間の相対位相差の時間的変動が回避されるので、そのランダム位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナ１０を用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。
【００２７】
また、図５に示したように複数台の無線送電装置Ｔｘ１，Ｔｘ２，…，ＴｘＭからなる無線送電システム１の場合、無線送電装置Ｔｘ１，Ｔｘ２，…，ＴｘＭの発振回路１２，１２，…，１２は互いに無相関の電波を生成すればよく、必ずしもこれら発振回路１２，１２，…，１２の動作を互いに同期させる必要がないという利点がある。
【００２８】
なお、本実施の形態の無線送電装置Ｔｘは、３本以上の送電アンテナ素子ＡＮ１，…，ＡＮＮを備えているが、これに限定されるものではなく、送電アンテナ素子の本数が２本であってもよい。
【００２９】
また、図５に示した無線受電装置Ｒｘは、無線送電装置Ｔｘ１〜ＴｘＭからの受電電力を電気エネルギーＥｎｇに変換して出力しているが、これに限定されず、受電電力を電気エネルギー以外のエネルギー源に変換してもよい。たとえば、受電電力を用いてモータを駆動することによりその受電電力を機械エネルギーに変換したり、受電電力を抵抗器で消費させることによりその受電電力を熱エネルギーに変換したりすることも可能である。
【００３０】
実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２に係る発振回路１２Ａの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線送電装置は、上記実施の形態１の発振回路１２に代えて図６の発振回路１２Ａを備える点を除いて、実施の形態１の無線送電装置Ｔｘと同じ構成を有する。
【００３１】
本実施の形態に係る発振回路１２Ａは、ランダムまたは疑似ランダムに変化する制御電圧を出力するランダム電圧制御部４１と、その制御電圧が印加される被制御端子４０ｔを有する電圧制御発振器からなる高周波発振器４０とを備えている。高周波発振器４０は、被制御端子４０ｔに印加された制御電圧に応じた周波数を有する発振波を電波Ｐｗとして出力する。
【００３２】
高周波発振器４０に供給される制御電圧は、ランダムまたは疑似ランダムに変化するので、一定期間に亘る制御電圧の時間平均は、そのランダムまたは疑似ランダムな位相制御が実行されない場合の制御電圧と実質的に等しい。よって、その一定期間における高周波発振器４０の出力周波数の時間平均は、変化しない。一方、その一定期間よりも極めて短い期間内で、高周波発振器４０の出力周波数がランダムまたは疑似ランダムに変化し、これにより発振回路１２の出力波の位相もランダムまたは疑似ランダムに変化することとなる。
【００３３】
ランダム電圧制御部４１は、物理乱数列を用いて高周波発振器４０の出力波の位相をランダムに変化させる制御電圧、あるいは、疑似乱数列を用いて高周波発振器４０の出力波の位相を疑似ランダムに変化させる制御電圧を出力する。物理乱数列を使用する場合、ランダム電圧制御部４１は、物理乱数列のデータが記憶された不揮発性メモリを内部に有し、そのデータを読み出して使用すればよい。疑似乱数列を使用する場合には、ランダム電圧制御部４１は、公知の疑似乱数生成アルゴリズムにより疑似乱数列を計算する演算回路を内部に有していればよい。この種の演算回路は、たとえば、公知の線形フィードバックシフトレジスタを利用した乱数発生回路により構成可能である。また、カオス現象（非周期動作）を生み出す非線形写像（たとえば、ロジスティック写像）が電圧波形または信号処理などに現れる回路を利用することで物理乱数または擬似乱数を生成することが可能である。
【００３４】
以上に説明したように本実施の形態に係る発振回路１２Ａでも、上記実施の形態１の発振回路１２と同様に、電波Ｐｗの位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、上記実施の形態１の場合と同様に、そのランダム位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナ１０を用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。
【００３５】
更に、上記実施の形態１の発振回路１２では、高周波発振器２２よりも後段に配置された可変移相器２３が高周波発振器２２の出力波を移相するので、可変移相器２３により電力損失が発生する。これに対し、本実施の形態の発振回路１２Ａでは、高周波発振器４０の発振周波数が可変制御されるので、発振回路１２と比べると、可変移相器２３がなく、電力損失を抑制することができるという利点がある。
【００３６】
なお、本実施の形態の高周波発振器４０も、上記実施の形態１の高周波発振器２２（図４（Ｂ））と同様に、他のエネルギー源からＤＣ電力を生成する発電装置（図示せず）からＤＣ電力の供給を受けて駆動されてもよい。
【００３７】
実施の形態３．
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。図７は、実施の形態３に係る発振回路１２Ｂの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線送電装置は、上記実施の形態１の発振回路１２に代えて図７の発振回路１２Ｂを備える点を除いて、実施の形態１の無線送電装置Ｔｘと同じ構成を有する。
【００３８】
本実施の形態に係る発振回路１２Ｂは、電圧制御発振器からなる高周波発振器５０と、この高周波発振器５０に制御電圧を供給して電波Ｐｗを出力させるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ：位相同期ループ）回路５１Ｂと、その制御電圧をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム分周数制御部５８Ｂとを含む。
【００３９】
ＰＬＬ回路５１Ｂは、図７に示されるように、高周波発振器５０の出力波の一部を分岐させる方向性結合器５２と、この方向性結合器５２の分岐出力の周波数を１／Ｋ（Ｋは分周数）にして分周波を出力する分周器５３と、基準周波数を有する基準発振波を出力する基準発振器５４と、その基準発振波と分周波との間の位相差に応じた電流または電圧を出力する位相比較器５５と、この位相比較器５５の出力をフィルタリングして制御電圧を出力するループフィルタ５６とを有する。高周波発振器５０は、ループフィルタ５６から入力された制御電圧に応じた発振周波数を有する電波Ｐｗを出力することができる。
【００４０】
ランダム分周数制御部５８Ｂは、物理乱数列または疑似乱数列を用いて、分周器５３における分周数Ｋをランダムまたは擬似ランダムな値に切り替えることができる。分周数Ｋは、ランダムまたは疑似ランダムに変化するように制御されるので、一定期間に亘る分周数Ｋの時間平均は、そのランダムまたは疑似ランダムな分周数制御が実行されない場合の分周数と実質的に等しい。よって、その一定期間における高周波発振器５０の出力周波数の時間平均は、変化しない。一方、その一定期間よりも極めて短い期間内で、分周器５３の出力周波数がランダムまたは擬似ランダムに変化し、高周波発振器５０の出力波の位相がランダムまたは疑似ランダムに変化するように制御される。これにより高周波発振器５０の出力周波数は時間平均として一定で、瞬間的にランダムに変化するため、その出力波の位相がランダムまたは疑似ランダムに変化することとなる。したがって、ランダム分周数制御部５８Ｂは、高周波発振器５０の出力位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させる位相制御機能を有する。
【００４１】
ランダム分周数制御部５８Ｂは、物理乱数列を使用して分周数Ｋを制御する場合、その物理乱数列のデータが記憶された不揮発性メモリを内部に有し、そのデータを読み出して使用すればよい。疑似乱数列を使用して分周数Ｋを制御する場合には、ランダム分周数制御部５８Ｂは、公知の疑似乱数生成アルゴリズムにより疑似乱数列を計算する演算回路を内部に有していればよい。この種の演算回路は、たとえば、公知の線形フィードバックシフトレジスタを利用した乱数発生回路により構成可能である。また、カオス現象（非周期動作）を生み出す非線形写像（たとえば、ロジスティック写像）が電圧波形または信号処理などに現れる回路を利用することで物理乱数または擬似乱数を生成することが可能である。
【００４２】
以上に説明したように本実施の形態に係る発振回路１２Ｂでも、上記実施の形態１の発振回路１２と同様に、電波Ｐｗの位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、上記実施の形態１の場合と同様に、そのランダム位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナ１０を用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。
【００４３】
更に、本実施の形態に係る発振回路１２Ｂは、分周波を安定度の高い基準発振波と比較しながら制御電圧を生成するＰＬＬ回路５１Ｂを採用しているので、時間平均としてみたときに周波数安定度の高い電波Ｐｗを作り出すことができるという効果がある。
【００４４】
なお、本実施の形態の高周波発振器５０も、上記実施の形態１の高周波発振器２２（図４（Ｂ））と同様に、他のエネルギー源からＤＣ電力を生成する発電装置（図示せず）からＤＣ電力の供給を受けて駆動されてもよい。
【００４５】
実施の形態４．
次に、本発明に係る実施の形態４について説明する。図８は、実施の形態４に係る発振回路１２Ｃの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線送電装置は、上記実施の形態１の発振回路１２に代えて図８の発振回路１２Ｃを備える点を除いて、実施の形態１の無線送電装置Ｔｘと同じ構成を有する。
【００４６】
本実施の形態に係る発振回路１２Ｃは、電圧制御発振器からなる高周波発振器５０と、この高周波発振器５０に制御電圧を供給して電波Ｐｗを出力させるＰＬＬ回路５１Ｃと、その制御電圧をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相制御部５８Ｃとを含む。
【００４７】
ＰＬＬ回路５１Ｃは、図８に示されるように、高周波発振器５０の出力波の一部を分岐させる方向性結合器５２と、この方向性結合器５２の分岐出力の周波数を１／Ｋにして分周波を出力する分周器５３と、基準周波数を有する基準発振波を出力する基準発振器５４と、その基準発振波を移相する可変移相器５７と、この可変移相器５７の出力波と分周波との間の位相差に応じた電流または電圧を出力する位相比較器５５と、この位相比較器５５の出力をフィルタリングして制御電圧を出力するループフィルタ５６とを有する。高周波発振器５０は、上記実施の形態３の場合と同様に、ループフィルタ５６から入力された制御電圧に応じた発振周波数を有する電波Ｐｗを出力することができる。
【００４８】
ランダム位相制御部５８Ｃは、物理乱数列または疑似乱数列を用いて、可変移相器５７における移相量をランダムまたは擬似ランダムな値に切り替えることができる。移相量は、ランダムまたは疑似ランダムに変化するように制御されるので、一定期間に亘る移相量の時間平均は、そのランダムまたは疑似ランダムな移相量制御が実行されない場合の移相量と実質的に等しい。よって、その一定期間における高周波発振器５０の出力周波数の時間平均は、変化しない。一方、その一定期間よりも極めて短い期間内で、可変移相器５７の出力波の位相がランダムまたは擬似ランダムに変化し、高周波発振器５０の出力波の位相がランダムまたは疑似ランダムに変化するように制御される。したがって、ランダム移相制御部５８Ｃは、高周波発振器５０の出力位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させる位相制御機能を有する。
【００４９】
可変移相器５７の移相量制御については、たとえば、ランダム移相制御部５８Ｃから可変移相器５７へ制御電圧を供給する構成を採用することができる。可変移相器５７へ供給される制御電圧の値をランダムまたは疑似ランダムな値に切り替えることで移相量をランダムまたは疑似ランダムに変化させることが可能である。
【００５０】
ランダム移相制御部５８Ｃは、物理乱数列を使用して移相量を制御する場合、その物理乱数列のデータが記憶された不揮発性メモリを内部に有し、そのデータを読み出して使用すればよい。疑似乱数列を使用して移相量を制御する場合には、ランダム移相制御部５８Ｃは、公知の疑似乱数生成アルゴリズムにより疑似乱数列を計算する演算回路を内部に有していればよい。この種の演算回路は、たとえば、公知の線形フィードバックシフトレジスタを利用した乱数発生回路により構成可能である。また、カオス現象（非周期動作）を生み出す非線形写像（たとえば、ロジスティック写像）が電圧波形または信号処理などに現れる回路を利用することで物理乱数または擬似乱数を生成することが可能である。
【００５１】
以上に説明したように本実施の形態に係る発振回路１２Ｃでも、上記実施の形態１の発振回路１２と同様に、電波Ｐｗの位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、上記実施の形態１の場合と同様に、そのランダム位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナ１０を用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。
【００５２】
更に、本実施の形態に係る発振回路１２Ｃは、分周波を安定度の高い基準発振波と比較しながら制御電圧を生成するＰＬＬ回路５１Ｃを採用しているので、時間平均としてみたときに周波数安定度の高い電波Ｐｗを作り出すことができるという効果がある。また、可変移相器５７における基準発振波の位相変化は、高周波発振器５０の出力波における発振周波数に対して分周数倍（Ｋ倍）影響するので、基準発振波の小さな位相変化で電波Ｐｗの位相状態の大きな変化を得ることができるという利点がある。
【００５３】
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態１〜４では、無線送電装置Ｔｘ，Ｔｘ１〜ＴｘＭの動力源として電気エネルギーを使用することができるが、これに限定されず、電気エネルギー以外のエネルギーが動力源として使用されてもよい。
【００５４】
本発明の範囲内において、実施の形態１〜４の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
Ｔｘ，Ｔｘ１〜ＴｘＭ  無線送電装置、Ｒｘ  無線受電装置、１  無線送電システム、２  発電装置、１０  アレイアンテナ、１１  装置本体、１２，１２Ａ，１２Ｃ  発振回路、１３，１３Ａ，１３Ｂ  位相制御部、１３１〜１３Ｎ  位相制御器、１４  分配器、１５  ビーム方向制御部、２０１〜２０Ｎ，２１１〜２１Ｎ  増幅器、２２  高周波発振器、２３  可変移相器、２４  ランダム位相制御部、４０  高周波発振器、４０ｔ  被制御端子、４１  ランダム電圧制御部、５０  高周波発振器、５１Ｂ，５１Ｃ  ＰＬＬ回路、５２  方向性結合器、５３  分周器、５４  基準発振器、５５  位相比較器、５６  ループフィルタ、５７  可変移相器、５８Ｂ  ランダム分周数制御部、５８Ｃ  ランダム移相制御部、ＡＮ１〜ＡＮＮ  送電アンテナ素子、ＩＬ１〜ＩＬＮ  注入同期発振器、ＰＳ１〜ＰＳＮ  可変移相器。
【図１】
0006486256.tif 000002
【図２】
0006486256.tif 000003
【図３】
0006486256.tif 000004
【図４】
0006486256.tif 000005
【図５】
0006486256.tif 000006
【図６】
0006486256.tif 000007
【図７】
0006486256.tif 000008
【図８】
0006486256.tif 000009