(57)【要約】【課題】電波発電装置を大型化することなく、効率良く電源電力を増大する。【解決手段】電波発電装置は、アンテナ部１０と、この出力側に接続された発電モジュール部２０と、この出力側に接続された蓄電部４０とを有している。アンテナ部１０は、導電パターンからなる複数のアンテナ１２を有し、この複数のアンテナ１２が基板上に配設されている。発電モジュール部２０は、複数段の発電モジュール回路３１が縦続接続された直列モジュール３０を複数有し、この複数の直列モジュール３０が基板上において出力ノードＮ１，Ｎ２間に並列に接続されている。到来する電波は、各アンテナ１２で受信され、この各アンテナ１２の出力信号から、各発電モジュール回路３１において電荷が取り込まれ、この取り込まれた電荷が合算されて、蓄電部４０に蓄積される。【選択図】図１
2008148414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電パターンからなる複数のアンテナが第１の基板上に配設されたアンテナ部と、
前記アンテナの出力信号から電荷を取り込んで蓄積する発電モジュール回路が複数段縦続接続された直列回路を複数有し、前記複数の直列回路が第２の基板上において第１の出力ノードと第２の出力ノードとの間に並列に接続された発電モジュール部と、
前記第１の出力ノードと前記第２の出力ノードとの間の電荷を蓄積して出力端子から出力する蓄電部と、
を備えことを特徴とする電波発電装置。
【請求項２】
前記各発電モジュール回路は、
共通端子と、
第１の電荷取り出し端子と、
第２の電荷取り出し端子と、
前記共通端子と前記第１の電荷取り出し端子との間に接続され、前記アンテナの出力信号を増幅する増幅素子と、
前記第１の電荷取り出し端子と前記第２の電荷取り出し端子との間に接続され、前記増幅素子で増幅された出力信号の電荷を蓄積する電荷蓄積素子と、
を有することを特徴とする請求項１記載の電波発電装置。
【請求項３】
請求項２記載の電波発電装置における各発電モジュール回路には、更に、
前記増幅素子に対するバイアス回路が接続されていることを特徴とする電波発電装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の電波発電装置における各発電モジュール回路は、更に、
前記第１の電荷蓄積素子に対して直列に接続された第１の逆流防止素子を有することを特徴とする電波発電装置。
【請求項５】
前記蓄電部は、前記第１の出力ノードと前記第２の出力ノードとの間に直列に接続された第２の逆流防止素子及び電荷蓄積手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【請求項６】
前記アンテナは、フラクタスアンテナ又はマルチレベルアンテナにより構成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【請求項７】
前記増幅素子は、増幅用トランジスタにより構成され、前記電荷蓄積素子は、コンデンサにより構成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【請求項８】
前記バイアス回路は、コンデンサにより構成されていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【請求項９】
前記第１の逆流防止素子は、順方向に接続されたダイオードにより構成されていることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【請求項１０】
前記第２の逆流防止素子は、順方向に接続されたダイオードにより構成され、前記電荷蓄積手段は、蓄電池又は電気二重層コンデンサにより構成されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【請求項１１】
前記各発電モジュール回路は、
前記アンテナの出力信号から電荷を取り込んで蓄積するチャージポンプ回路により構成されていることを特徴とする請求項１記載の電波発電装置。
【請求項１２】
前記チャージポンプ回路は、
前記アンテナの正極性側の出力信号を入力する第１の入力端子と、
前記アンテナの負極性側の出力信号を入力する第２の入力端子と、
前記蓄積された正極性側の電荷を取り出す第１の電荷取り出し端子と、
前記蓄積された負極性側の電荷を取り出す第２の電荷取り出し端子と、
前記第１及び第２の電荷取り出し端子間に直列接続された複数の逆流防止素子と、
前記複数の逆流防止素子間における奇数番目の箇所と前記第１の入力端子との間に接続された複数の第１の電荷蓄積素子と、
前記複数の逆流防止素子間における偶数番目の箇所と前記第２の入力端子との間に接続された複数の第２の電荷蓄積素子と、
を有することを特徴とする請求項１１記載の電波発電装置。
【請求項１３】
前記逆流防止素子は、逆方向に接続されたダイオードにより構成され、
前記第１及び第２の電荷蓄積素子は、コンデンサによりそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１２記載の電波発電装置。
【請求項１４】
前記アンテナは、ループアンテナにより構成されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【請求項１５】
前記蓄電部は、前記第１の出力ノードと前記第２の出力ノードとの間に直列に接続された電荷蓄積手段を有することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【請求項１６】
前記電荷蓄積手段は、蓄電池又は電気二重層コンデンサにより構成されていることを特徴とする請求項１５記載の電波発電装置。
【請求項１７】
前記ダイオード及び前記コンデンサは、ＭＯＳトランジスタにより構成されていることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の電波発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活空間内に存在する電波（例えば、携帯電話の電波や、テレビジョン放送、ラジオ放送等の電波）を利用して発電及び蓄電する電波発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波を利用して発電及び蓄電する電波発電装置に関する技術としては、例えば、次にような文献に記載されるものがあった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３５４８８８号公報
【特許文献２】特表２００３−５１０８７１号公報
【特許文献３】特表２００６−５０５９７３号公報
【０００４】
特許文献１には、電波発電装置の技術が記載されている。この電波発電装置は、商用の電波（例えば、生活空間内に存在する携帯電話の電波や、テレビジョン放送、ラジオ放送等の電波）を受けるアンテナ又はコイルと、前記アンテナ又はコイルからの信号を整流するためのシリコン基板に作成された整流回路（例えば、ショットキー・バリア・ダイオード）と、前記整流回路の出力を蓄電する蓄電回路（例えば、コンデンサ）とにより構成されている。この種の電波発電装置では、商用の電波がアンテナ又はコイルで受信され、この受信信号が整流回路で整流された後、蓄電回路に電荷が蓄積される。この蓄積電荷を利用して負荷を駆動することが可能となる。
【０００５】
特許文献２には、幾何学的エレメント（多角形、多面体）の集合により形成されるマルチレベルアンテナの技術が記載されている。
【０００６】
更に、特許文献３には、半導体基板上に形成された導電パターンからなるフラクタスアンテナの技術が記載されている。導電パターンは、少なくとも５つのセクション（即ち、セグメント）を有する曲線を備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の特許文献１に記載された電波発電装置では、アンテナ又はコイルで受信した電波のエネルギーが、そのアンテナ又はコイルの内部抵抗と整流回路の内部抵抗とにより、２分の１程度が失われ、しかも、蓄電回路の蓄電容量が僅かであるので、例えば、複数の集積回路（以下「ＩＣ」という。）からなる負荷を駆動させるだけの電源電力を発生することができなかった。
【０００８】
そこで、アンテナ又はコイルに代えて、集積回路化に適する特許文献２のマルチレベルアンテナや、特許文献３のフラクタスアンテナ等を使用して電波の受信エネルギー量を増やすことが考えられる。しかし、そのマルチレベルアンテナやフラクタスアンテナ等の出力側に接続される整流回路の内部抵抗による受信エネルギーの損失が大きいことや、電波発電装置の小型化を図るために蓄電回路のサイズを必要以上に大きくできないので、その蓄電容量が小さいことから、電波発電装置を大型化することなく、効率良く電源電力を増大することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電波発電装置は、導電パターンからなる複数のアンテナが第１の基板上に配設されたアンテナ部と、発電モジュール部と、蓄電部とを有している。ここで、前記発電モジュール部は、前記アンテナの出力信号から電荷を取り込んで蓄積する発電モジュール回路が複数段縦続接続された直列回路を複数有し、前記複数の直列回路が第２の基板上において第１の出力ノードと第２の出力ノードとの間に並列に接続されている。更に、前記蓄電部は、前記第１の出力ノードと前記第２の出力ノードとの間の電荷を蓄積して出力端子から出力するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電波発電装置によれば、複数のアンテナを有するアンテナ部により、電波の受信エネルギー量を増大でき、しかも、発電モジュール部がアンテナ部及び蓄電部から分離されて高集積化が可能な構成になっているので、取り込んだ受信エネルギーを効率的に増幅して蓄電部に蓄積することができる。これにより、電波発電装置を大型化することなく、効率良く電源電力を増大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
電波発電装置は、導電パターンからなる複数のアンテナが第１の基板上に配設されたアンテナ部と、発電モジュール部と、蓄電部とを有している。前記発電モジュール部は、前記アンテナの出力信号から電荷を取り込んで蓄積する発電モジュール回路が複数段縦続接続された直列回路を複数有し、前記複数の直列回路が第２の基板上において第１の出力ノードと第２の出力ノードとの間に並列に接続されている。更に、前記蓄電部は、前記第１の出力ノードと前記第２の出力ノードとの間の電荷を蓄積して出力端子から出力するものである。
【００１２】
前記発電モジュール回路は、例えば、前記アンテナの出力信号から電荷を取り込んで蓄積するチャージポンプ回路により構成されている。前記チャージポンプ回路は、例えば、Ｐチャネル形ＭＯＳトランジスタ（以下「ＰＭＯＳ」という。）、及びＮチャネル形ＭＯＳトランジスタ（以下「ＮＭＯＳ」という。）からなる相補形ＭＯＳトランジスタ（以下「ＣＭＯＳ」という。）の製造技術（以下「ＣＭＯＳプロセス」という。）等により製造可能である。
【実施例１】
【００１３】
（回路構成）
図１は、本発明の実施例１を示す電波発電装置の概略の構成図である。
この電波発電装置は、図示しない第１の基板（例えば、シリコン基板等の半導体基板）上に形成されたアンテナ部１０と、図示しない第２の基板（例えば、シリコン基板等の半導体基板）上に形成され、そのアンテナ部１０の出力側に接続された発電モジュール部２０と、この発電モジュール部２０の出力側に接続された蓄電部４０とにより構成されている。
【００１４】
アンテナ部１０は、電波を受信するための複数のアンテナ１２（＝１２−１１〜１２−１ｎ，・・・，１２−ｍ１〜１２−ｍｎ）を有し、これらが図示しない半導体基板上に配設されている。
【００１５】
発電モジュール部２０は、アンテナ部１０で受信した電波の受信エネルギーを効率的に増幅して蓄電部４０に蓄積させるものであり、電圧加算網を構成するための複数の直列回路（例えば、直列モジュール）３０（＝３０−１〜３０−ｍ）を有し、これらが図示しない半導体基板上において第１の出力ノード（例えば、正極性側出力ノード）Ｎ１と第２の出力ノード（例えば、負極性側出力ノード）Ｎ２との間に並列に接続されている。各直列モジュール３０は、縦続接続された複数段の発電モジュール回路３１（＝３１−１１〜３１−１ｎ，・・・，３１−ｍ１〜３１−ｍｎ）によりそれぞれ構成されている。
【００１６】
蓄電部４０は、正極性側出力ノードＮ１と負極性側出力ノードＮ２との間の電荷を、正極性側入力端子４２及び負極性側入力端子４３から入力して蓄積し、正極性側出力端子４６及び負極性側出力端子４７から出力するものである。
【００１７】
図２は、図１の電波発電装置を具体化した詳細な構成図である。
この電波発電装置において、各アンテナ１２は、小型で集積回路化に適し、且つ、受信感度の高い高性能な平面アンテナ（例えば、特許文献３に記載されたフラクタスアンテナ）で構成されている。このアンテナ１２は、電波を受信する導電パターン１３と、この出力端子１４とにより構成されている。導電パターン１３は、特許文献３に記載されているように、少なくとも５つのセクション（即ち、セグメント）を有する曲線を備えており、セグメントの内少なくとも３つは、アンテナの最長自由空間動作波長の１／１０よりも短く、５つのセグメントの各々は、曲線内の隣接する各セグメントと１対の角度を形成し、セグメント間の４対の角度の各々の内小さい方の角度は、１８０゜未満であり、少なくとも２つの角度は１１５゜未満であり、少なくとも２つの角度は等しくなく、曲線は矩形エリア内に収まり、このエリアの最も長い縁は、アンテナの最長自由空間動作波長の１／５よりも短くなっている。
【００１８】
各発電モジュール回路３１は、各アンテナ１２の出力端子１４に接続されてその各アンテナ１２の出力信号を入力する入力端子３２と、その各アンテナ１２の出力信号を増幅する増幅素子（例えば、その各アンテナ１２の出力信号によりゲート電極が制御される増幅用のＭＯＳトランジスタ）３３と、このＭＯＳトランジスタ３３のソース電極に直列に接続された電荷蓄積素子（例えば、コンデンサ）３４と、ＭＯＳトランジスタ３３のドレイン電極に接続された共通端子３５と、ＭＯＳトランジスタ３３のソース電極及びコンデンサ３４の一方の電極に接続された第１の電荷取り出し端子（例えば、正極性側電荷取り出し端子）３６と、コンデンサ３４の他方の電極に接続された第２の電荷取り出し端子（例えば、負極性側電荷取り出し端子）３７とにより構成されている。
【００１９】
各直列モジュール３０には、各ＭＯＳトランジスタ３３のバイアス回路（例えば、正極性側出力ノードＮ１及び負極性側出力ノードＮ２間に直列に接続されたコンデンサ３８−１，３９−１〜３８−ｍ，３９−ｍ）がそれぞれ接続されている。
【００２０】
各直列モジュール３０において、各１段目の発電モジュール回路３１の共通端子３５は、正極性側出力ノードＮ１にそれぞれ接続されている。各１段目の発電モジュール回路３１の正極性側電荷取り出し端子３６は、各コンデンサ３８−１〜３８−ｍを介して正極性側出力ノードＮ１にそれぞれ接続されると共に、各コンデンサ３９−１〜３９−ｍを介して負極性側出力ノードＮ２にそれぞれ接続され、更に、各２段目〜ｎ段目の発電モジュール回路３１の共通端子３５にそれぞれ接続されている。各１段目の発電モジュール回路３１の負極性側電荷取り出し端子３７は、各２段目の発電モジュール回路３１の正極性側電荷取り出し端子３６に接続され、この各２段目の発電モジュール回路３１の負極性側電荷取り出し端子３７が、各３段目の発電モジュール回路３１の正極性側電荷取り出し端子３６に接続されている。以下同様にして、各ｎ段目の発電モジュール回路３１まで、縦続接続されている。
【００２１】
蓄電部４０は、正極性側出力ノードＮ１と負極性側出力ノードＮ２との間の電荷を、正極性側入力端子４２及び負極性側入力端子４３から入力して蓄積し、正極性側出力端子４６及び負極性側出力端子４７から出力するものであり、その入力端子４２，４３間に直列に接続された第２の逆流防止素子（例えば、順方向のダイオード４４）及び電荷蓄積手段（例えば、電気二重層コンデンサ）４５により構成されている。負極性側出力端子４７は、グランドＧＮＤに接続されている。
【００２２】
電気二重層コンデンサ４５は、活性炭と電解液の界面に発生する電気二重層を動作原理として利用したコンデンサである。つまり、固体として活性炭、液体として電解液を用い、これらを接触させると、この界面に正極性電極と負極性電極とが極めて短い距離を隔てて相対的に分布する（このような現象を「電気的二重層」という。）。そのため、外部より電界を印加すると、電解液中で活性炭の表面の近傍に電気的二重層が形成され、これによって電荷を蓄積できる。このような電気二重層コンデンサ４５では、従来のコンデンサで用いられている固有物質の誘電体は無く、又、電池のように充放電に化学反応を利用したものではないので、次のような特徴を有している。
【００２３】
表面積の大きい活性炭の使用と、誘電体の距離が極めて短いことから、小型でファラッド（Ｆ）単位の静電容量が得られる。特別な充電回路や、放電時の制約が不要である。過充電、過放電を行っても、電池のように寿命に影響しない。更に、電子部品として半田付けできるので実装が容易等、といった特徴がある。
【００２４】
（実装構造）
図３は、図２の電波発電装置の実装構造例を示す模式的な断面図である。
本実施例１の図２の電波発電装置では、発電モジュール部２０に取り込む電波の量を増やし、取り込んだ電波の電圧を効率的に増幅してこの増幅した電荷を蓄積するために、発電モジュール部２０からアンテナ部１０及び蓄電部４０を分離し、発電モジュール部２０の高集積化を図り、この発電モジュール部２０内での電圧増幅率を高めることが望ましい。
【００２５】
そこで、図３の実装構造例では、図２のアンテナ部１０を２つのアンテナ部１０−１，１０−２に分け、これらの各アンテナ部１０−１，１０−２を例えばボール・グリッド・アレイ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）パッケージ（以下「ＢＧＡパッケージ」という。）構造にしている。このＢＧＡパッケージ構造の各アンテナ部１０−１，１０−２では、複数のアンテナ１２−１１〜１２−１ｎ，・・・，１２−ｍ１〜１２−ｍｎが２分割されて図示しない２つの半導体基板上に形成され、この２つの半導体基板がＢＧＡパッケージ１１−１，１１−２にそれぞれ収納されている。各ＢＧＡパッケージ１１−１，１１−２の底面には、複数の外部端子用の半田ボール１１−１ａ，１１−２ａがそれぞれ突設されている。
【００２６】
発電モジュール部２０は、複数の直列モジュール３０−１〜３０−ｍが半導体基板２１上に形成されて樹脂等で封止されている。プリント基板５０上には、アンテナ部１０−２が固定され、このアンテナ部１０−２上に、発電モジュール部２０を介してアンテナ部１０−１が積層されて固定されている。更に、プリント基板５０上には、蓄電部４０が固定されている。
【００２７】
これらのアンテナ部１０−１，１０−２と発電モジュール部２０とは、半田ボール１１−１ａ，１１−２ａを介して電気的に接続されている。更に、アンテナ部１０−２と蓄電部４０とが、プリント基板５０上の配線パターンにより電気的に接続されている。
このような実装構造では、発電モジュール２０の上下にアンテナ部１０−１，１０−２が配置されているので、より効率的に電波を捕らえることが可能になる。但し、図２のアンテナ部１０を２分割せずに、図示しない１つの半導体基板上に形成して樹脂等で封止し、これを発電モジュール部２０に積層させてプリント基板５０上に固定するか、あるいは積層せずに、発電モジュール部２０と共にプリント基板５０上に固定するような実装構造にしてもよい。
【００２８】
（動作）
図４は、図２、図３の発電モジュール部２０から蓄電部４０への充電動作を示す波形図であり、横軸は使用時間、及び、縦軸は電圧である。
【００２９】
この図４には、既存充電時の電力消費曲線５１、発電モジュール部２０から蓄電部４０への充電及び消費状態を示す曲線５２、及び充電開始の閾値電圧レベル５３が示されている。
【００３０】
本実施例１の電波発電装置において、生活空間内に存在する電波（例えば、携帯電話の周波数８００ＭＨｚ〜２．０ＧＨｚ帯の電波、テレビジョン放送やラジオ放送等の周波数８００ＭＨｚ帯の電波等）は、アンテナ部１０（１０−１，１０−２）で受信される。この受信された電圧は、発電モジュール部２０内の各発電モジュール回路３１（＝３１−１１〜３１−ｍｎ）において、ＭＯＳトランジスタ３３により増幅され、この増幅された電圧によってキャパシタ３４が充電される。この際、受信した電波のエネルギーが減衰されずに、キャパシタ３４に蓄積される。キャパシタ３４に蓄積された電荷は、各直列モジュール３０（＝３０−１〜３０−ｍ）において加算され、出力ノードＮ１，Ｎ２及び蓄積部４０内のダイオード４４を介して電気２重層コンデンサ４５に蓄積される。これより、所定の電源電力（例えば、出力電圧１．５Ｖ程度、出力電流０．１ｍＡ〜１ｍＡ程度）が出力端子４６，４７から出力され、負荷回路へ供給される。
【００３１】
図４の時刻ｔ１において、既存充電時の電圧（曲線５１）が降下し始め、時刻ｔ２において、閾値電圧レベル５３に到達すると、発電モジュール部２０から蓄積部４０への充電が開始される（曲線５２）。時刻ｔ３において、出力端子４６，４７の出力電圧が規定電圧に到達すると、電気２重層コンデンサ４５の働きにより、出力電圧が一定値に保持される。時刻ｔ４において、負荷回路が動作して駆動電力が消費されると、出力電圧（曲線５１）が降下を初め、時刻ｔ５において、閾値電圧レベル５３に到達すると、発電モジュール部２０から蓄積部４０への充電が開始される。時刻ｔ６において、出力端子４６，４７の出力電圧が規定電圧に到達すると、電気２重層コンデンサ４５の働きにより、出力電圧が一定値に保持される。以後、同様の充放電動作が繰り返される。
【００３２】
（効果）
本実施例１の電波発電装置によれば、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。
【００３３】
（ａ）  複数のアンテナ１２（＝１２−１１〜１２−ｍｎ）を有するアンテナ部１０（１０−１，１０−２）により、電波の受信エネルギー量を増大でき、しかも、発電モジュール部２０がアンテナ部１０（１０−１，１０−２）及び蓄電部４０から分離されて高集積化が可能な電圧加算網の構成になっているので、取り込んだ受信エネルギーを効率的に増幅して蓄電部４０に蓄積することができる。これにより、電波発電装置を大型化することなく、効率良く電源電力を増大でき、種々の用途に応用できる。
【００３４】
（ｂ）  自然界にはあらゆる電波が飛び交っており、その中でも、人口密度が高い場所では、例えば、携帯電話の周波数８００ＭＨｚ〜２．０ＧＨｚ帯の電波を受信可能な構成にすれば、効率の良い発電が可能となる。特に、携帯電話の周波数帯には、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、衛星放送波、無線ＬＡＮ（Local Area Network）電波、ブルートゥース電波等も含まれ、アンテナ１２（＝１２−１１〜１２−ｍｎ）も小型化できる。但し、人口密度の低い場所では、テレビジョン放送波、ラジオ放送波等の波長の長い周波数帯を捕らえなければならないので、発電効率も低下し、アンテナ１２（＝１２−１１〜１２−ｍｎ）も長くなる。この対策として、例えば、図３の電波発電装置において、２つのアンテナ部１０−１，１０−２のいずれか一方を短い周波数帯用、いずれか他方を長い周波数帯用に切り替えて使用できる構成にすれば、使い勝手が良く、使用上便利である。
【実施例２】
【００３５】
（回路構成）
図５は、本発明の実施例２を示すもので、図１の電波発電装置の他の具体化例を示す詳細な構成図である。
【００３６】
この電波発電装置において、各アンテナ１２は、小型で集積回路化に適した平面アンテナ（例えば、ループアンテナ）により構成されている。このアンテナ１２は、電波を受信するループ状の導電パターン１３と、この導電パターンの一端に接続された正極性側出力端子１６と、導電パターンの他端に接続された負極性側出力端子１７とにより構成されている。
【００３７】
発電モジュール部２０を構成している複数の直列モジュール３０（＝３０−１〜３０−ｍ）において、各直列モジュール３０は、縦続接続された複数段の発電モジュール回路３１（＝３１−１１〜３１−１ｎ，・・・，３１−ｍ１〜３１−ｍｎ）によりそれぞれ構成されている。各発電モジュール回路３１は、各アンテナ１２の出力信号から電荷を取り込んで蓄積するチャージポンプ回路によりそれぞれ構成され、アンテナ１２の正極性側出力端子１６に接続された第１の入力端子（例えば、正極性側入力端子）６１と、アンテナ１２の負極性側出力端子１７に接続された第２の入力端子（例えば、負極性側入力端子）６２と、蓄積された正極性側の電荷を取り出す第１の電荷取り出し端子（例えば、正極性側電荷取り出し端子）６５と、蓄積された負極性側の電荷を取り出す第２の電荷取り出し端子（例えば、負極性側電荷取り出し端子）６６とを有している。
【００３８】
正極性側電荷取り出し端子６５と、負極性側電荷取り出し端子６６との間には、複数の逆流防止素子（例えば、逆方向に接続されたダイオード）６４−１〜６４−５，・・・第が直列に接続されている。複数のダイオード６４，・・・間における奇数番目の箇所と、正極性側入力端子６１との間には、複数の第１の電荷蓄積素子（例えば、コンデンサ）６３−１，６３−３，・・・が接続され、更に、複数のダイオード６４，・・・間における偶数番目の箇所と、負極性側入力端子６２との間にも、複数の第２の電荷蓄積素子（例えば、コンデンサ）６３−２，６３−４，・・・が接続されている。
【００３９】
正極性側出力ノードＮ１及び負極性側出力ノードＮ２に接続された蓄電部４０は、その出力ノードＮ１，Ｎ２間の電荷を、正極性側入力端子４２及び負極性側入力端子４３から入力して蓄積し、正極性側出力端子４６及び負極性側出力端子４７から出力するものであり、その入力端子４２，４３間に直列に接続された電荷蓄積手段（例えば、電気二重層コンデンサ）４５により構成されている。負極性側出力端子４７は、グランドＧＮＤに接続されている。
【００４０】
図６（ａ）、（ｂ）は、図５中のアンテナ１２−１１及び発電モジュール回路３１−１１の構造例を示す図であり、同図（ａ）は回路構成図、及び、同図（ｂ）は同図（ａ）中の回路部分６０の模式的な断面図である。
【００４１】
発電モジュール回路３１−１１は、例えば、ＣＭＯＳプロセスにより、Ｐ形半導体基板２１内の複数のＮウェル２２に形成されている。複数のＮウェル６４−２，６４−３，６４−４内には、ＰＮ接合ダイオードを構成するためのＰ＋領域及びＮ＋領域が形成され、更に、これらの各Ｐ＋領域及びＮ＋領域間上に、誘電体となるゲート絶縁膜を介して、ゲート電極２３が形成されている。これらのゲート電極２３は、入力端子６１，６２に接続されている。
【００４２】
Ｐ＋領域とＮウェル６４−２とにより、ＰＮ接合のダイオード６４−２が形成され、Ｎウェル６４−２とゲート電極２３とにより、コンデンサ６３−１が形成されている。同様に、Ｐ＋領域とＮウェル６４−３とにより、ＰＮ接合のダイオード６４−３が形成され、Ｎウェル６４−３とゲート電極２３とにより、コンデンサ６３−２が形成され、Ｐ＋領域とＮウェル６４−４とにより、ＰＮ接合のダイオード６４−４が形成され、Ｎウェル６４−４とゲート電極２３とにより、コンデンサ６３−３が形成されている。
【００４３】
なお、本実施例２の図５に示す電波発電装置の全体の実装構造は、実施例１の図３と同様である。
【００４４】
（動作）
図７（ａ）、（ｂ）は、図６の発電モジュール回路３１−１１における動作状態１、２を示す説明図である。
【００４５】
本実施例２の図５に示す電波発電装置の全体の動作は、実施例１とほぼ同様である。即ち、到来する電波がアンテナ部１０により受信され、この受信された電波により発生する電位差を利用し、発電モジュール部２０にてチャージポンプ動作が行われて電荷が生成・蓄積され、この電荷による電源電力によって蓄電部４０が充電される。
【００４６】
以下、本実施例２の特徴である図６の発電モジュール回路（例えば、３１−１１）におけるチャージポンプ動作を図７（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。
【００４７】
図６において、電波を捉えたアンテナ１６の両端の出力端子１６，１７には、１８０°の位相差を持った電位が発生する。この電位が、コンデンサ６３−１〜６３−４を介して各ダイオード６４−１〜６４−５の両端に交流（ＡＣ）的に結合され、チャージポンプ動作（電荷蓄積動作）が行われる。
【００４８】
図７（ａ）の動作状態１では、コンデンサ６３−１，６３−３を介してアノード側に正電荷、カソード側に負電荷がチャージされたダイオード６４−１，６４−３，６４−５に順方向電流が流れる。この電流により、ダイオード６４−３，６４−５のカソードに接続されたコンデンサ６３−２，６３−４に電荷が蓄積される。この時、ダイオード６４−２，６４−４はオフ状態になる。図７（ｂ）の動作状態２では、コンデンサ６３−２，６３−４に印加される電位が動作状態１と逆になり、ダイオード６４−２，６４−４に順方向電流が流れる。この時、ダイオード６４−１，６４−３，６４−５はオフ状態になる。
【００４９】
このような動作状態１及び２を繰り返すことにより、発電モジュール回路３１−１１の負極性側電荷取り出し端子６６から正極性側電荷取り出し端子６５へと電流が流れ、出力ノードＮ１側へ送られて蓄電部４０が充電される。
【００５０】
（効果）
本実施例２の電波発電装置によれば、実施例１の効果（ａ）、（ｂ）とほぼ同様の効果がある他に、更に、次のような効果もある。
【００５１】
本実施例２では、発電モジュール回路３１をチャージポンプ回路により構成したので、電荷蓄積効率が高く、しかも、ＣＭＯＳプロセス等により容易に製造できるので、低コスト化も可能になる。
【実施例３】
【００５２】
実施例１、２の電波発電装置は、例えば、電源用の蓄電池（二次電池）が搭載された携帯電話機、デジタルカメラ、携帯ゲーム機器、携帯ミュージックプレイヤ、電気計算機（電卓）、電子辞書、リモートコントロール（リモコン）、温湿度計、温湿度制御系、デジタルマルチテスタ、ＩＣタグ等の電源補充用のモジュールとして用い、目減りした分の電源電力を随時補充して蓄電池の充電不要を可能としたり、あるいは、腕時計等の小型機器の電源用といった種々の用途に応用できる。この応用例の一例を図８に示す。
【００５３】
図８は、本発明の実施例３を示すもので、図１、図２、図５の電波発電装置における応用例を示すデジタルマルチテスタの概略の構成図である。
【００５４】
このデジタルマルチテスタは、図１、図２あるいは図５の電波発電装置が搭載されたテスタであり、電波発電装置を構成するアンテナ部１０（１０−１，１０−２）、発電モジュール部２０、及び蓄電部４０を有し、この蓄電部４０の出力端子にテスタ部７０が接続されている。テスタ部７０は、蓄電部４０の出力電力により充電される駆動電源用の蓄電池７１、及び、テスタ部全体を制御する中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という。）等の制御部７２を有し、この制御部７２に、測定端子７３、操作キー７４、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の表示器７５、及び、警報ブザー７６等が接続されている。
【００５５】
このデジタルマルチテスタは、蓄電池７１により駆動され、測定端子７３により被測定対象物の温度、湿度、電気特性等が検出されると、この検出信号が制御部７２によりデジタル処理されて検出結果が表示器７５に表示される。蓄電池７１の電源電力量が減少すると、随時、蓄電部４０の出力電力により蓄電池７１が充電されるので、蓄電池７１の充電が不要となり、使用に便利で、使い勝手がよい。
【００５６】
（変形例）
本発明は、上記実施例１、２に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（１）〜（４）のようなものがある。
【００５７】
（１）  アンテナ部１０，１０−１，１０−２を構成するアンテナ１２（＝１２−１１〜１２−ｍｎ）は、特許文献３のようなフラクタスアンテナや、ループアンテナに限定されず、同一素子（デバイス）上又は分離構造が可能な特許文献２のマルチレベルアンテナや、その他の平面アンテナ等で構成してもよい。
【００５８】
（２）  図２の各発電モジュール回路３１（＝３１−１１〜３１−ｍｎ）において、コンデンサ３４に対して直列に第１の逆流防止素子（例えば、順方向のダイオード等）を追加接続すれば、アンテナ１２からの受信エネルギーを効率良くコンデンサ３４に蓄積できる。又、ＭＯＳトランジスタ３３は、これに代えて、他の増幅素子（例えば、バイポーラトランジスタ等の他の増幅用トランジスタや、あるいは複数のトランジスタ等で構成された増幅回路素子等）を使用してもよい。この際、使用する増幅素子に応じて、バイアス回路を構成するコンデンサ３８−１〜３８−ｍ，３９−１〜３９−ｍを他の回路素子あるいは他の回路に変更すればよい。
【００５９】
（３）  蓄電部４０の電気二重層コンデンサ４５は、これに代えて、小型化に適するリチウムイオン二次電池等の他の電荷蓄積手段を使用してもよい。この際、使用する電荷蓄積手段に応じて、過電流遮断スイッチ等を付加する等、他の回路構成に変更してもよい。
【００６０】
（４）  実施例１、２の電波発電装置の実装構造は、図３の構造に限定されず、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例１を示す電波発電装置の概略の構成図である。
【図２】図１の電波発電装置を具体化した詳細な構成図である。
【図３】図２の電波発電装置の実装構造例を示す模式的な断面図である。
【図４】図２、図３の発電モジュール部２０から蓄電部４０への充電動作を示す波形図である。
【図５】本発明の実施例２を示すもので、図１の電波発電装置の他の具体化例を示す詳細な構成図である。
【図６】図５中のアンテナ１２−１１及び発電モジュール回路３１−１１の構造例を示す図である。
【図７】図６の発電モジュール回路３１−１１における動作状態１、２を示す動作説明図である。
【図８】本発明の実施例３を示すもので、図１、図２、図５の電波発電装置における応用例を示すデジタルマルチテスタの概略の構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０，１０−１，１０−２      アンテナ部
１２，１２−１１〜１２−ｍｎ      アンテナ
２０      発電モジュール部
３０−１〜３０−ｍ      直列モジュール
３１，３１−１１〜３１−ｍｎ      発電モジュール回路
３３      トランジスタ
３４，３８−１〜３８−ｍ，３９−１〜３９−ｍ，６３−１〜６３−４    コンデンサ
４０      蓄電部
４４，６４−１〜６４−５      ダイオード
４５      電気二重層コンデンサ
【図１】
2008148414.tif 000003
【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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