(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナ部と、前記第１のアンテナ部に入力された高周波を整流する第１の整流部と、第２のアンテナ部と、前記第２のアンテナ部に入力された高周波を整流する第２の整流部と、直流に対しては開放とし、基本波に対しては短絡とする第１の容量性結合部とを備え、
前記第１の整流部は基準電位となる第１の接地導体を有し、
前記第２の整流部は基準電位となる第２の接地導体を有し、
前記第１の接地導体と前記第２の接地導体とは、前記第１の容量性結合部を介して接続され、
前記第１の整流部と前記第２の整流部とは、直列接続されたレクテナ装置。
【請求項２】
前記第１の容量性結合部は、インターデジタルキャパシタを少なくとも１つ有する請求項１に記載のレクテナ装置。
【請求項３】
前記第１の容量性結合部は、チップコンデンサを少なくとも１つ有する請求項１または請求項２に記載のレクテナ装置。
【請求項４】
第３のアンテナ部と、前記第３のアンテナ部に入力された高周波を整流する第３の整流部と、直流に対しては開放とし、基本波に対しては短絡とする第２の容量性結合部とをさらに備え、
前記第３の整流部は基準電位となる第３の接地導体を有し、
前記第２の接地導体と前記第３の接地導体とは、前記第２の容量性結合部を介して接続され、
前記第２の整流部と前記第３の整流部とは、直列接続された請求項１から請求項３の何れか１項に記載のレクテナ装置。  
【請求項５】
前記第２の容量性結合部は、インターデジタルキャパシタを少なくとも１つ有する請求項４に記載のレクテナ装置。
【請求項６】
前記第２の容量性結合部は、チップコンデンサを少なくとも１つ有する請求項４または請求項５に記載のレクテナ装置。
【請求項７】
前記第１の整流部は、並列接続された第１の整流回路を複数備え、複数の前記第１の整流回路はそれぞれ前記第１の接地導体に接続される請求項１から請求項６の何れか１項に記載のレクテナ装置。
【請求項８】
前記第２の整流部は、並列接続された第２の整流回路を複数備え、複数の前記第２の整流回路はそれぞれ前記第２の接地導体に接続される請求項１から請求項７の何れか１項に記載のレクテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波を直流電力に変換するレクテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レクテナ（ｒｅｃｔｅｎａ：ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ  ａｎｔｅｎｎａ）装置は、整流回路付きアンテナ装置である。レクテナ装置は、アンテナ装置に入力された高周波を、整流回路において高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｗａｖｅ）−直流（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）変換するものである。レクテナ装置は、近年、宇宙太陽光発電システム（ＳＳＰＳ：Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の受電部に実装されるものが開発されている。アンテナにて大電力の高周波を受電し、整流回路にて高効率でＲＦ−ＤＣ変換した後に大電力の直流を負荷へと供給するには、レクテナ素子をアレイ状に配置したレクテナ装置が適しており、レクテナ装置には高効率、かつ軽量なものが必要となる。【０００３】
従来のレクテナ素子及びレクテナ装置は、誘電体の一面にアンテナを接着し、他面に整流回路をグランド（ＧＮＤ：Ｇｒｏｕｎｄ）導体を介して接着している。整流回路の裏面の誘電体との接着面に設けられるＧＮＤ導体が、アンテナと整流回路との共通のＧＮＤとして機能する構成がある。このようなレクテナ素子及びレクテナ装置は、高いアンテナ利得を得るために全レクテナ素子のＧＮＤが共通であり、ＧＮＤ導体の面積が大きい構成を有する（例えば、特許文献１に記載）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１０７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のレクテナ素子及びレクテナ装置の構成では、ＧＮＤ導体の面積が大きい構成であるため、高いアンテナ利得が得られるものの、各整流回路のＧＮＤは共通電位となる。そのために、各整流回路の出力電力は並列接続に制約されることで出力合成時のＤＣ合成電流が高くなる。その結果、ＤＣ配線における電圧降下増大に伴い効率が低下するという課題があった。【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高い基本波アンテナ利得を維持しつつ、ＤＣ配線における電圧降下量を低減するレクテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレクテナ装置は、第１のアンテナ部と、第１のアンテナ部に入力された高周波を整流する第１の整流部と、第２のアンテナ部と、第２のアンテナ部に入力された高周波を整流する第２の整流部と、直流に対しては開放とし、基本波に対しては短絡とする第１の容量性結合部とを備え、第１の整流部は基準電位となる第１の接地導体を有し、第２の整流部は基準電位となる第２の接地導体を有し、第１の接地導体と第２の接地導体とは、第１の容量性結合部を介して接続され、第１の整流部と第２の整流部とは、直列接続されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、高い基本波アンテナ利得を維持しつつ、ＤＣ配線における電圧降下量を低減できるレクテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレクテナ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係る第１の整流部における回路構成の一例を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る第２の整流部における回路構成の一例を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係るレクテナ装置における整流回路の接続の概略図
【図５】容量性結合部を備えない場合のアンテナ部とＧＮＤ導体との間に発生する基本波の電気力線の概念図
【図６】容量性結合部を備えた場合のアンテナ部とＧＮＤ導体との間に発生する基本波の電気力線の概念図
【図７】本発明の実施の形態１に係るレクテナ装置の整流部が３つの場合の構成図
【図８】本発明の実施の形態２に係るレクテナ装置の構成図
【図９】本発明の実施の形態２に係るレクテナ装置の他の構成図
【図１０】本発明の実施の形態３に係るレクテナ装置の構成図
【図１１】本発明の実施の形態３に係るレクテナ装置における整流回路の接続の概略図
【図１２】本発明の実施の形態３に係るレクテナ装置の整流部が３つの場合の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下この発明のレクテナ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて詳細に説明する。尚、図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１１】
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係るレクテナ装置の構成図を示す。図１〜図６に、整流部が２つの場合のレクテナ装置を示す。図７に、整流部が３つの場合のレクテナ装置を示す。図１〜図６のレクテナ装置は、アンテナ部２１０（第１のアンテナ部）とアンテナ部２２０（第２のアンテナ部）と第１の整流部３１と第２の整流部３２と誘電体１と容量性結合部５（第１の容量性結合部）とを備える。第１の整流部３１は、整流回路（第１の整流回路）３１０とグランド（ＧＮＤ：Ｇｒｏｕｎｄ）導体４１０（第１の接地導体）を有する。第２の整流部３２は、整流回路（第２の整流回路）３２０とＧＮＤ導体４２０（第２の接地導体）を有する。第１の整流部３１と第２の整流部３２とは隣接して配置される。
【００１２】
アンテナ部２１０とアンテナ部２２０は、入力される高周波を受電する。ここでは、マイクロ波帯を含む高周波が入力される。アンテナ部２１０とアンテナ部２２０は、図１に示すように、アンテナ基板２００上に隣り合って形成される。アンテナ基板２００の一面には、誘電体１が接着される。
【００１３】
整流回路３１０と整流回路３２０は、アンテナ部２１０とアンテナ部２２０のそれぞれに入力された高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｗａｖｅ）を直流（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）に変換するＲＦ−ＤＣ変換を実行する。整流回路３１０と整流回路３２０は、整流回路基板３００上に形成される。また、整流回路基板３００には、整流回路３１０で発生する直流を取り出すためのＤＣ負電極３１１と、ＤＣ正電極３１２とが形成される。例えば、図１に示すように、ＤＣ負電極３１１とＤＣ正電極３１２との間に整流回路３１０が配置されるが、配置はこれに限らない。また、整流回路基板３００には、整流回路３２０で発生する直流を取り出すためのＤＣ負電極３２１と、ＤＣ正電極３２２とが形成される。例えば、図１に示すように、ＤＣ負電極３２１とＤＣ正電極３２２との間に整流回路３２０が配置されるが、配置はこれに限らない。
【００１４】
ＧＮＤ導体４１０は、アンテナ部２１０及び整流回路３１０に対する基準電位となる接地導体である。ＧＮＤ導体４１０は、整流回路基板３００の整流回路３１０が形成された面と反対側の面に形成される。ＧＮＤ導体４２０は、アンテナ部２２０及び整流回路３２０に対する基準電位となる接地導体である。ＧＮＤ導体４２０は、整流回路基板３００の整流回路３２０が形成された面と反対側の面に形成される。
【００１５】
整流回路基板３００には、スルーホール３１３が形成される。整流回路３１０のＤＣ負電極３１１はスルーホール３１３を介してＧＮＤ導体４１０と接続される。整流回路３１０の出力電力はＤＣ負電極３１１とＤＣ正電極３１２の間に出力され、ＤＣ負電極３１１に対しＤＣ正電極３１２の方が電位は高い。整流回路基板３００には、スルーホール３２３が形成される。整流回路３２０のＤＣ負電極３２１はスルーホール３２３を介してＧＮＤ導体４２０と接続される。整流回路３２０の出力電力はＤＣ負電極３２１とＤＣ正電極３２２の間に出力され、ＤＣ負電極３２１に対しＤＣ正電極３２２の方が電位は高い。
【００１６】
アンテナ基板２００の誘電体１が接着された面と、整流回路基板３００のＧＮＤ導体４１０及びＧＮＤ導体４２０が形成された面とは対向して配置される。つまり、誘電体１の一面にアンテナ基板２００が接着され、他面に整流回路３１０及び整流回路３２０がそれぞれＧＮＤ導体４１０及びＧＮＤ導体４２０を介して接着されている。
【００１７】
ＧＮＤ導体４１０のアンテナ部２１０と対向する部分には、ＧＮＤ導体４１０を貫通する穴であるスロット４１１が形成される。スロット４１１により、アンテナ部２１０と整流回路３１０とはスロット結合する。ＧＮＤ導体４２０のアンテナ部２２０と対向する部分には、ＧＮＤ導体４２０を貫通する穴であるスロット４２１が形成される。スロット４２１により、アンテナ部２２０と整流回路３２０とはスロット結合する。
【００１８】
容量性結合部５は、直流に対して開放となり、かつ基本波に対して短絡となる結合手段である。容量性結合部５は、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０との間に設けられる。つまり、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは容量性結合部５を介して接続されている。
【００１９】
図２に、実施の形態１に係る整流回路３１０における回路構成の一例を示す。ここでは整流回路３１０は、図２に示すようにシングル−シャント型とする。整流回路３１０は、入力端子３１５とＤＣ正電極３１２との間に、入力フィルタ３１６、整流素子３１４及び出力フィルタ３１７を備える。整流素子３１４は、一端が入力フィルタ３１６と出力フィルタ３１７との間に接続され、他端がＧＮＤ導体４１０に接続される。整流素子３１４は、正の直流電圧が出力される極性で接続される。整流素子３１４は、例えば、ダイオードである。ＤＣ負電極３１１は、スルーホール３１３を介してＧＮＤ導体４１０に接続される。ＤＣ負電極３１１に対してＤＣ正電極３１２の方が電位は高い。入力フィルタ３１６は整流時に発生する高調波抑制用のフィルタである。出力フィルタ３１７は、整流時に発生する高調波抑制用及び平滑化用のフィルタである。
【００２０】
図３に、実施の形態１に係る整流回路３２０における回路構成の一例を示す。ここでは整流回路３２０は、図３に示すようにシングル−シャント型とする。整流回路３２０は、入力端子３２５とＤＣ正電極３２２との間に、入力フィルタ３２６、整流素子３２４及び出力フィルタ３２７を備える。整流素子３２４は、一端が入力フィルタ３２６と出力フィルタ３２７との間に接続され、他端がＧＮＤ導体４２０に接続される。整流素子３２４は、正の直流電圧が出力される極性で接続される。整流素子３２４は、例えば、ダイオードである。ＤＣ負電極３２１は、スルーホール３２３を介してＧＮＤ導体４２０に接続される。ＤＣ負電極３２１に対してＤＣ正電極３２２の方が電位は高い。入力フィルタ３２６は整流時に発生する高調波抑制用のフィルタである。出力フィルタ３２７は、整流時に発生する高調波抑制用及び平滑化用のフィルタである。
【００２１】
図４に、第１の整流部３１と第２の整流部３２が直列接続されたレクテナ装置の概略図を示す。図４に示すように、整流回路３１０のＤＣ正電極３１２と整流回路３２０のＤＣ負電極３２１とをＤＣ配線６００により接続する。整流回路３１０のＤＣ負電極３１１はＤＣ配線６０１により負荷７の一端に接続され、整流回路３２０のＤＣ正電極３２２はＤＣ配線６０２により負荷７の他端に接続される。よって、整流回路３１０と整流回路３２０とは直列接続される。つまり、第１の整流部３１と第２の整流部３２とは直列接続される。
【００２２】
このとき、容量性結合部５は、直流に対して開放に設定されているため、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは直流において電気的に完全切離されている。言い換えると、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０との電位は異電位である。これにより、整流回路３１０（第１の整流部３１）と整流回路３２０（第２の整流部３２）とは直列接続が可能となる。
【００２３】
次に、この発明の実施の形態１に係るレクテナ装置の動作について説明する。レクテナ装置に照射される高周波はアンテナ部２１０及びアンテナ部２２０にて受電され、整流回路３１０及び整流回路３２０にそれぞれスロット給電される。具体的には、アンテナ部２１０にて受電した高周波は、スロット４１１を介して、整流回路３１０へとスロット給電される。一方、アンテナ部２２０にて受電した高周波は、スロット４２１を介して、整流回路３２０へとスロット給電される。
【００２４】
図２に示した整流回路３１０の入力端子３１５に高周波が入力されると、整流素子３１４は半周期毎にオンとオフを繰り返すことで高次の高調波が生じ、整流素子３１４の極性に応じた方向にオフセット電圧が生じる。このオフセット電圧が直流であり、電圧波形をフーリエ変換することで直流と高次の高調波が生じていることが分かる。このとき、入力フィルタ３１６と出力フィルタ３１７とにより高調波抑制処理を行う。これにより、整流素子３１４をＦ級動作させ、ＲＦ−ＤＣ変換効率の高効率化を図ることができる。また、ＧＮＤ導体４１０と整流回路３１０のＤＣ負電極３１１とはスルーホール３１３を介して接続されている。よって、整流素子３１４で発生した電圧の波を出力フィルタ３１７により平滑化することで、整流回路３１０のＤＣ負電極３１１とＤＣ正電極３１２との間に正の直流電圧ＶＤＣ１が出力される。
【００２５】
図３に示した整流回路３２０についても整流回路３１０と同様の動作原理である。整流回路３２０の入力端子３２５に高周波が入力されると、整流素子３２４は半周期毎にオンとオフを繰り返すことで高次の高調波が生じ、整流素子３２４の極性に応じた方向にオフセット電圧が生じる。このオフセット電圧が直流であり、電圧波形をフーリエ変換することで直流と高次の高調波が生じていることが分かる。このとき、入力フィルタ３２６と出力フィルタ３２７とにより高調波抑制処理を行う。これにより、整流素子３２４をＦ級動作させ、ＲＦ−ＤＣ変換効率の高効率化を図ることができる。また、ＧＮＤ導体４２０と整流回路３２０のＤＣ負電極３２１とはスルーホール３２３を介して接続されている。よって、整流素子３２４で発生した電圧の波を出力フィルタ３２７により平滑化することで、整流回路３２０のＤＣ負電極３２１とＤＣ正電極３２２との間に正の直流電圧ＶＤＣ２が出力される。
【００２６】
図４に示す通り、整流回路３１０と整流回路３２０とは直列接続されるため、負荷７には第１の整流部３１の整流回路３１０にてＲＦ−ＤＣ変換されたＤＣ電圧ＶＤＣ１と、第２の整流部３２の整流回路３２０にてＲＦ−ＤＣ変換されたＤＣ電圧ＶＤＣ２との合算値（ＶＤＣ１＋ＶＤＣ２）が印加される。
【００２７】
整流回路３１０と整流回路３２０とを直列接続する構成は、整流回路３１０と整流回路３２０とを並列接続した構成と比較して、負荷７に供給される電力は等しいものの、負荷７の印加電圧を２倍、負荷に流れる電流を１／２倍にできる。並列接続した場合と比較してＤＣ電流を低減できるため、ＤＣ配線６００〜６０２における出力の電圧降下量を低減でき、レクテナ装置の高効率化を図ることができる。
【００２８】
さらに、負荷７に供給されるＤＣ電流を低減できるため、電流容量の小さいＤＣ配線をＤＣ配線６００〜６０２に適用することができる。導体面積が小さいために軽量のＤＣ配線を適用することができるため、レクテナ装置の軽量化を図ることができる。
【００２９】
次に、アンテナ特性について記述する。レクテナ装置において高いアンテナ利得を得るためには、アンテナ部からＧＮＤ導体に向かって発生する基本波の電気力線をＧＮＤ導体で全て吸収する必要がある。そのため、より多くの基本波の電気力線を吸収するためには、ＧＮＤ導体の面積は広い方がよい。
【００３０】
図５に容量性結合部５を備えない場合の、アンテナ部２１０とＧＮＤ導体４１０との間に発生する基本波の電気力線の概念図を示す。図５では、電気力線を明瞭にするために、誘電体１は図示していない。
【００３１】
図５に示すように、アンテナ部２１０とＧＮＤ導体４１０との間に発生する基本波の電気力線はＧＮＤ導体４１０だけでなくＧＮＤ導体４２０の領域へも広がっていることが分かる。しかしながら、容量性結合部５を備えない場合には、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０との電位は異なる。そのため、アンテナ部２１０から発生する基本波は、ＧＮＤ導体４１０でしか吸収されない。よって、発生する基本波の電気力線の全てを吸収できないためアンテナ部２１０の基本波アンテナ利得は低減する。
【００３２】
同様に、アンテナ部２２０においても、アンテナ部２２０から発生する基本波の電気力線はＧＮＤ導体４２０だけでなくＧＮＤ導体４１０の領域へも広がる。しかし、容量性結合部５を備えない場合には、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０との電位は異なる。そのため、アンテナ部２２０から発生する基本波は、ＧＮＤ導体４２０でしか吸収されない。よって、発生する基本波の電気力線の全てを吸収できないためアンテナ部２２０の基本波アンテナ利得は低減する。
【００３３】
図６に容量性結合部５を備える場合の、アンテナ部２１０とＧＮＤ導体４１０及びＧＮＤ導体４２０との間に発生する基本波の電気力線の概念図を示す。図６では、電気力線を明瞭にするために、誘電体１は図示していない。
【００３４】
図６に示すように、アンテナ部２１０とＧＮＤ導体４１０との間に発生する基本波の電気力線はＧＮＤ導体４１０だけでなくＧＮＤ導体４２０の領域へも広がっていることが分かる。ここで、容量性結合部５は基本波において短絡に設定されるため、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは基本波において仮想的に等電位となる。したがって、図６に示すように、基本波におけるＧＮＤ導体は仮想的に一面に広がっていると見なすことができる。つまり、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは基本波において仮想的に電気接続されていると見なすことができる。その結果、アンテナ部２１０に対するＧＮＤ導体の面積は見かけ上大きくなる。そのため、アンテナ部２１０から発生する基本波は、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とで吸収される。よって、アンテナ部２１０は高い基本波アンテナ利得を得ることができる。
【００３５】
同様に、アンテナ部２２０から発生する基本波の電気力線はＧＮＤ導体４２０だけでなくＧＮＤ導体４１０の領域へも広がる。同様に、アンテナ部２２０に対するＧＮＤ導体の面積は見かけ上大きくなる。そのため、アンテナ部２２０から発生する基本波は、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とで吸収される。よって、アンテナ部２２０は高い基本波アンテナ利得を得ることができる。
【００３６】
この発明の実施の形態１に係るレクテナ装置によれば、高い基本波アンテナ利得を維持しつつ、ＤＣ配線６００〜６０２における電圧降下量を低減することができるので、高効率化が可能である。また、ＤＣ配線６００〜６０２の軽量化が可能である。
【００３７】
尚、図１〜図６では、整流部が２つの場合について記述したが、整流部は３つ以上設けてもよい。図７に、整流部が３つの場合のレクテナ装置の構成図を示す。図７に示す通り、レクテナ装置は、第３の整流部３３とアンテナ部２３０（第３のアンテナ部）と容量性結合部５（第２の容量性結合部）とをさらに備える。第３の整流部３３は第２の整流部３２と隣接して設けられる。第３の整流部３３の構成は第１の整流部３１、第２の整流部３２と同様であるため詳しい説明は省略する。
【００３８】
第３の整流部３３は、整流回路３３０と、ＧＮＤ導体４３０（第３の接地導体）とを有する。ＧＮＤ導体４３０は、アンテナ部２３０と整流回路３３０との基準電位となる。整流回路基板３００には、整流回路３３０のＤＣ負電極３３１と、ＤＣ正電極３３２とが形成される。ＤＣ負電極３３１は、スルーホール３３３を介してＧＮＤ導体４３０に接続される。ＧＮＤ導体４３０の、アンテナ部２３０と対向する部分には、ＧＮＤ導体４３０を貫通する穴であるスロット４３１が形成される。ＧＮＤ導体４２０（第２の接地導体）とＧＮＤ導体４３０（第３の接地導体）とは、容量性結合部５（第２の容量性結合部）を介して接続される。整流回路３２０と整流回路３３０とは直列接続される。つまり、第２の整流部３２と第３の整流部３３とは直列接続される。
【００３９】
このように、整流部を３つ以上設ける場合は、隣接する整流部のＧＮＤ導体の間に容量性結合部５を設ける。つまり、隣接する整流部のＧＮＤ導体（接地導体）は、容量性結合部５を介して接続される。この構成により、複数の整流部を直流接続することが可能となる。
【００４０】
このように３つ以上の整流部を有するレクテナ装置であっても、直流に対して開放、かつ基本波に対して短絡となる容量性結合部５を各ＧＮＤ導体４１０，４２０，４３０の間に設けることで、複数の整流部を直列接続可能な構成となる。そのため、高い基本波アンテナ利得を維持しつつ、ＤＣ配線における電圧降下量の低減による高効率化が可能である。また、ＤＣ配線の軽量化が可能である。整流部を多数有するレクテナ装置の場合、高効率化、軽量化の効果はより大きくなる。例えば、ＳＳＰＳ（Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）を含む、出力電力が数千ｋＷである大規模レクテナ装置は、整流部を多数有するため、好適である。
【００４１】
実施の形態２．
図８にこの発明の実施の形態２に係るレクテナ装置の構成図を示す。本実施の形態は、容量性結合部５の構成に係る特徴を有する。詳しくは、容量性結合部５はインターデジタルキャパシタ５１０により構成される。その他の点は、実施の形態１に係るレクテナ装置と実質的に同様の構成のため、ここでは説明を省略する。同様の部分には同じ符号を付する。
【００４２】
図８に示すように、インターデジタルキャパシタ５１０は、互いに隣り合うＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０との間に配置した細長いメタルパターンを有する結合手段である。つまり、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは、インターデジタルキャパシタ５１０を介して接続される。インターデジタルキャパシタ５１０は、複数の針状のメタルを交互にＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０に近接配置している。これにより、針状の細長いメタルパターンの間に容量を生成することができる。この容量値は針状のパターンの間隔、パターンの長さ、針数の変更により所望の容量値に設定可能である。ここでは、インターデジタルキャパシタ５１０は、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０との間が基本波において短絡となるパターンを有する。
【００４３】
インターデジタルキャパシタ５１０は、針状のパターンにより物理的に切離されているため、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは直流において開放となる。一方、基本波においては容量値がＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とが短絡となる値に設定されている。そのため、実施の形態１のレクテナ装置と同様、第１の整流部３１の整流回路３１０と第２の整流部３２の整流回路３２０とを直列接続することが可能となる。
【００４４】
よって、実施の形態２に係るレクテナ装置は、高い基本波アンテナ利得を維持しつつ、ＤＣ配線における電圧降下量の低減による高効率化が可能である。また、ＤＣ配線の軽量化が可能である。
【００４５】
図９に実施の形態２に係るレクテナ装置の他の構成図を示す。図９のレクテナ装置は、容量性結合部５をチップコンデンサ５２０により構成したものである。つまり、図８のレクテナ装置のインターデジタルキャパシタ５１０をチップコンデンサ５２０に置き換えた構成である。
【００４６】
図９に示すように、チップコンデンサ５２０は、互いに隣り合うＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０との間に設けられる。つまり、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは、チップコンデンサ５２０を介して接続される。チップコンデンサ５２０は、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とを直流において開放にすることができる。一方、基本波においてはチップコンデンサ５２０の容量値がＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とが短絡となる値に設定されている。そのため、実施の形態１のレクテナ装置と同様、第１の整流部３１の整流回路３１０と第２の整流部３２の整流回路３２０とを直列接続することが可能となる。
【００４７】
よって、このように構成されたレクテナ装置もまた、図８のレクテナ装置と同様に、高い基本波アンテナ利得を維持しつつ、ＤＣ配線における電圧降下量の低減による高効率化が可能である。また、ＤＣ配線の軽量化が可能である。
【００４８】
尚、図９に示すレクテナ装置ではチップコンデンサ５２０を１つ設けているが複数設けてもよい。
【００４９】
尚、図８に示すレクテナ装置では、容量性結合部５はインターデジタルキャパシタ５１０を１つ設けており、図９に示すレクテナ装置では容量性結合部５はチップコンデンサ５２０を１つ設けている。しかし、容量性結合部５はインターデジタルキャパシタ５１０またはチップコンデンサ５２０を少なくとも１つ設けていればよい。インターデジタルキャパシタ５１０とチップコンデンサ５２０とを１つずつ設ける構成としてもよい。もしくはそれぞれ複数組み合わせて設けても良い。
【００５０】
実施の形態３．
図１０にこの発明の実施の形態３に係るレクテナ装置の構成図を示す。この発明の実施の形態３に係るレクテナ装置は、整流部が整流回路を複数備える。図１０に示すレクテナ装置は、第２の整流部３２が複数の整流回路３２０，３２４を備える構成である。詳しくは、レクテナ装置は、アンテナ部２１０（第１のアンテナ部）、アンテナ部２２０（第２のアンテナ部）、アンテナ部２２１（第２のアンテナ部）、第１の整流部３１、第２の整流部３２、誘電体１及び容量性結合部５を備える。第１の整流部３１は、整流回路３１０（第１の整流回路）及びＧＮＤ導体（第１の接地導体）４１０を有する。第２の整流部３２は、整流回路３２０（第２の整流回路）、整流回路３２４（第２の整流回路）及びＧＮＤ導体４２０（第２の接地導体）を有する。第１の整流部３１と第２の整流部３２とは隣接して配置される。
【００５１】
第２の整流部３２が、２つの整流回路３２０，３２４を備える点が実施の形態１と異なる。つまり、アンテナ部２２１と整流回路３２４とをさらに備える点が実施の形態１と異なる。その他の構成は実施の形態１と実質的に同様の構成であり説明を省略する。同様の部分には同じ符号を付加する。
【００５２】
アンテナ部２２１は、入力される高周波を受電するものである。アンテナ部２２１は、図１０に示すように、アンテナ基板２００上のアンテナ部２２０の隣に形成される。
【００５３】
整流回路３２４は、アンテナ部２２１に入力された高周波を直流に変換するＲＦ−ＤＣ変換を実行する。整流回路３２４は、整流回路基板３００上に整流回路３２０の隣に形成される。また、整流回路基板３００には、整流回路３２４で発生する直流を取り出すためのＤＣ負電極３２５と、ＤＣ正電極３２６とが形成される。整流回路３２４は、例えば、図１０に示すように、ＤＣ負電極３２５とＤＣ正電極３２６との間に配置されるが、これに限らない。ＤＣ負電極３２５に対してＤＣ正電極３２６の方が電位は高い構成となる。
【００５４】
ＧＮＤ導体４２０は、アンテナ部２２０及び整流回路３２０に加えて、アンテナ部２２１及び整流回路３２４に対する基準電位となる接地導体である。ＧＮＤ導体４２０は、整流回路基板３００の整流回路３２０、整流回路３２４が形成された面と反対側の面に形成される。整流回路基板３００には、スルーホール３２７が形成される。整流回路３２４のＤＣ負電極３２５はスルーホール３２７を介してＧＮＤ導体４２０と接続される。つまり、ＧＮＤ導体４２０を介して、整流回路３２０のＤＣ負電極３２１と整流回路３２４のＤＣ負電極３２５は等電位となる。
【００５５】
アンテナ基板２００の誘電体１が接着された面と、整流回路基板３００のＧＮＤ導体４１０及びＧＮＤ導体４２０が形成された面は対向して配置される。つまり、誘電体１は、一面にアンテナ基板２００が接着され、他面に整流回路３１０並びに整流回路３２０及び整流回路３２４が、ＧＮＤ導体４１０並びにＧＮＤ導体４２０を介して接着される。
【００５６】
ＧＮＤ導体４２０のアンテナ部２２１と対向する部分には、ＧＮＤ導体４２０を貫通する穴であるスロット４２２が形成される。スロット４２２により、アンテナ部２２１と整流回路３２４とはスロット結合する。
【００５７】
整流回路３２４は、図示しないが整流回路３１０及び整流回路３２０と同様にシングル−シャント形であり同様の構成である。
【００５８】
図１１に、実施の形態３に係るレクテナ装置における整流回路３１０、整流回路３２０及び整流回路３２４の接続の概略図を示す。図１１に示すように、整流回路３２０と整流回路３２４との共通の基準電極であるＤＣ負電極３２１と整流回路３１０のＤＣ正電極３１２とをＤＣ配線６００により接続する。整流回路３２０のＤＣ正電極３２２と整流回路３２４のＤＣ正電極３２６とをＤＣ配線６０３により接続する。整流回路３１０のＤＣ負電極３１１はＤＣ配線６０１により負荷７の一端に接続され、整流回路３２４のＤＣ正電極３２６はＤＣ配線６０２により負荷７の他端に接続される。整流回路３２０と整流回路３２４との基準電位は共通のＧＮＤ導体４２０であるため、整流回路３２０と整流回路３２４とは並列接続に制約される。つまり、整流回路３２０及び整流回路３２４は並列接続であり、並列接続された整流回路３２０及び整流回路３２４と整流回路３１０とは直列接続である。
【００５９】
このとき、容量性結合部５は、直流に対して開放に設定されているため、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは直流において電気的に完全切離されている。言い換えると、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０との電位は異電位である。これにより、第１の整流部３１の整流回路３１０と、第２の整流部３２の整流回路３２０及び整流回路３２４とは直列接続が可能となる。
【００６０】
次に、この発明の実施の形態３に係るレクテナ装置の動作について説明する。レクテナ装置に照射される高周波はアンテナ部２１０、アンテナ部２２０及びアンテナ部２２１にて受電され、スロット４１１、スロット４２１及びスロット４２２を介して、整流回路３１０、整流回路３２０及び整流回路３２４にそれぞれスロット給電される。具体的には、アンテナ部２１０にて受電した高周波は、スロット４１１を介して、整流回路３１０へとスロット給電される。アンテナ部２２０にて受電した高周波は、スロット４２１を介して、整流回路３２０へとスロット給電される。アンテナ部２２１にて受電した高周波は、スロット４２２を介して、整流回路３２４へとスロット給電される。
【００６１】
実施の形態１と同様に、整流回路３１０にスロット給電される高周波はＲＦ−ＤＣ変換され、ＤＣ負電極３１１とＤＣ正電極３１２間に正の直流電圧ＶＤＣ１が出力される。つまり、第１の整流部３１は、整流回路３１０の直流電圧ＶＤＣ１を出力する。
【００６２】
整流回路３２０にスロット給電される高周波はＲＦ−ＤＣ変換され、ＤＣ負電極３２１とＤＣ正電極３２２間に正の直流電圧ＶＤＣ２が出力される。同様に、整流回路３２４にスロット給電される高周波はＲＦ−ＤＣ変換され、ＤＣ負電極３２１とＤＣ正電極３２６間に正の直流電圧ＶＤＣ３が出力される。図１１に示す通り、整流回路３２０と整流回路３２４とを並列接続するために、整流回路３２０のＤＣ出力電圧ＶＤＣ２と整流回路３２４のＤＣ出力電圧ＶＤＣ３との平均電圧（ＶＤＣ２＋ＶＤＣ３）／２が、ＤＣ負電極３２１とＤＣ正電極３２６間に出力される。つまり、第２の整流部３２は、整流回路３２０のＤＣ出力電圧ＶＤＣ２と整流回路３２４のＤＣ出力電圧ＶＤＣ３との平均電圧（ＶＤＣ２＋ＶＤＣ３）／２を出力する。
【００６３】
一方、図１１に示すように、並列接続された整流回路３２０及び整流回路３２４に対して整流回路３１０は直列接続される。そのため、負荷７には第１の整流部３１の整流回路３１０にてＲＦ−ＤＣ変換されたＤＣ電圧ＶＤＣ１と、第２の整流部３２の整流回路３２０及び整流回路３２４にてＲＦ−ＤＣ変換された平均電圧（ＶＤＣ２＋ＶＤＣ３）／２との合算値（ＶＤＣ１＋（ＶＤＣ２＋ＶＤＣ３）／２）の直流電圧が印加される。
【００６４】
したがって、並列接続された第２の整流部３２の整流回路３２０及び整流回路３２４に対して、第１の整流部３１の整流回路３１０を直列接続する構成は、整流回路３１０、整流回路３２０及び整流回路３２４が全て並列接続の構成と比較して、負荷に流れる電流を低減できる。負荷に流れる直流電流を低減できるため、ＤＣ配線６００〜６０３における出力の電圧降下量を低減できレクテナ装置の高効率化を図ることができる。
【００６５】
さらに、導体面積が小さいために軽量のＤＣ配線をＤＣ配線６００〜６０３に適用することができるため、レクテナ装置の軽量化を図ることができる。
【００６６】
次に、アンテナ特性について記述する。実施の形態１と同様に、容量性結合部５によりＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは物理的に切離されているものの、基本波において短絡に設定されているため、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは基本波において仮想的に等電位となる。つまり、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とは基本波において仮想的に電気接続されていると見なすことができる。
【００６７】
その結果、アンテナ部２１０に対するＧＮＤ導体の面積は見かけ上大きくなる。そのため、アンテナ部２１０から発生する基本波は、ＧＮＤ導体４１０とＧＮＤ導体４２０とで吸収される。よって、アンテナ部２１０は高い基本波アンテナ利得を得ることができる。同様に、アンテナ部２２０及びアンテナ部２２１は高い基本波アンテナ利得を得ることができる。
【００６８】
この発明の実施の形態３に係るレクテナ装置によれば、アンテナ部２１０、アンテナ部２２０及びアンテナ部２２１において高い基本波アンテナ利得を維持しつつ、ＤＣ配線６００〜６０３における電圧降下量を低減することができるので、高効率化が可能である。また、ＤＣ配線６００〜６０３の軽量化が可能である。
【００６９】
尚、実施の形態３のレクテナ装置は第２の整流部３２が並列接続される２つの整流回路を備える場合を記述しているが、並列接続される整流回路は３つ以上であってもよい。また、第１の整流部３１が並列接続される複数の整流回路を備える構成としてもよい。また、第１の整流部３１と第２の整流部３２どちらも、並列接続される複数の整流回路を備える構成としてもよい。
【００７０】
尚、実施の形態１と同様に、整流部は３つ以上設けてもよい。図１２に整流部が３つの場合の構成図を示す。図１２に示す通り、レクテナ装置は、第３の整流部３３とアンテナ部２３０（第３のアンテナ部）と容量性結合部５（第２の容量性結合部）とをさらに備える。第３の整流部３３は第２の整流部３２と隣り合って設けられる。第３の整流部３３の構成は第１の整流部３１、第２の整流部３２と同様である。
【００７１】
第３の整流部３３は、整流回路３３０と、ＧＮＤ導体４３０（第３の接地導体）とを有する。ＧＮＤ導体４３０は、アンテナ部２３０と整流回路３３０との基準電位となる。整流回路基板３００には、整流回路３３０のＤＣ負電極３３１と、ＤＣ正電極３３２とが形成される。ＤＣ負電極３３１は、スルーホール３３３を介してＧＮＤ導体４３０に接続される。ＧＮＤ導体４３０のアンテナ部２３０と対向する部分には、ＧＮＤ導体４３０を貫通する穴であるスロット４３１が形成される。ＧＮＤ導体４２０（第２の接地導体）とＧＮＤ導体４３０（第３の接地導体）とは、容量性結合部５（第２の容量性結合部）を介して接続される。整流回路３２０と整流回路３３０とは直列接続される。つまり、第２の整流部３２と第３の整流部３３とは直列接続される。
【００７２】
このように、整流部を３つ以上設ける場合は、隣接する整流部のＧＮＤ導体の間に容量性結合部５を設ける。つまり、隣接する整流部のＧＮＤ導体（接地導体）は、容量性結合部５を介して接続される。この構成により、複数の整流部を直流接続することが可能となる。少なくとも１つ以上の整流回路の直列接続があれば、整流回路の直列接続又は並列接続の数をどのように組み合わせても良い。
【００７３】
このように３つ以上の整流部を有するレクテナ装置であっても、直流に対して開放、かつ基本波に対して短絡となる容量性結合部５を各ＧＮＤ導体の間に設けることで、複数の整流部を直列接続が可能になる。そのため、高い基本波アンテナ利得を維持しつつ、ＤＣ配線における電圧降下量の低減による高効率化が可能である。また、ＤＣ配線の軽量化が可能である。整流部を多数有するレクテナ装置の場合、高効率化、軽量化の効果はより大きくなる。例えば、ＳＳＰＳを含む、出力電力が数千ｋＷである大規模レクテナ装置は整流部を多数有するため、好適である。
【００７４】
尚、容量性結合部５は、実施の形態２と同様に図８に示したインターデジタルキャパシタ５１０を用いて実現、または図９に示したチップコンデンサ５２０を用いて実現してもよい。または、インターデジタルキャパシタ５１０とチップコンデンサ５２０とを１つずつ設ける構成としてもよい。もしくはそれぞれ複数組み合わせて設けても良い。
【００７５】
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【００７６】
本出願は、２０１８年１２月２８日に出願された、日本国特許出願特願２０１８−２４７２７１号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１８−２４７２７１号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【００７７】
１  誘電体、３１  第１の整流部、３２  第２の整流部、３３  第３の整流部、２００  アンテナ基板、２１０  アンテナ部（第１のアンテナ部）、２２０  アンテナ部（第２のアンテナ部）、２２１  アンテナ部（第２のアンテナ部）、２３０  アンテナ部（第３のアンテナ部）、３００  整流回路基板、３１０  整流回路（第１の整流回路）、３１１  ＤＣ負電極、３１２  ＤＣ正電極、３１３  スルーホール、３１４  整流素子、３１５  入力端子、３１６  入力フィルタ、３１７  出力フィルタ、３２０  整流回路（第２の整流回路）、３２１  ＤＣ負電極、３２２  ＤＣ正電極、３２３  スルーホール、３２４  整流素子、３２５  入力端子、３２６  入力フィルタ、３２７  出力フィルタ、３３０  整流回路、３３１  ＤＣ負電極、３３２  ＤＣ正電極、３３３  スルーホール、４１０  ＧＮＤ導体（第１の接地導体）、４１１  スロット、４２０  ＧＮＤ導体（第２の接地導体）、４２１  スロット、４２２  スロット、４３０  ＧＮＤ導体（第３の接地導体）、４３１  スロット、５  容量性結合部（第１の容量性結合部、第２の容量性結合部）、５１０  インターデジタルキャパシタ、５２０  チップコンデンサ、６００  ＤＣ配線、６０１  ＤＣ配線、６０２  ＤＣ配線、６０３  ＤＣ配線、７  負荷。
【要約】
レクテナ装置は、アンテナ部（２１０）と、アンテナ部（２１０）に入力された高周波を整流する第１の整流部（３１）と、アンテナ部（２２０）と、アンテナ部（２２０）に入力された高周波を整流する第２の整流部（３２）と、容量性結合部（５）と、を備える。容量結合部（５）は、直流に対しては開放となり、基本波に対しては短絡となる。第１の整流部（３１）は基準電位となるＧＮＤ導体（４１０）を有し、第２の整流部（３２）は基準電位となるＧＮＤ導体（４２０）を有する。ＧＮＤ導体（４１０）とＧＮＤ導体（４２０）とは、容量性結合部（５）を介して接続される。レクテナ装置は、第１の整流部（３１）と第２の整流部（３２）とが、直列接続されることを特徴とする。【図１】
0006752397.tif 000002
【図２】
0006752397.tif 000003
【図３】
0006752397.tif 000004
【図４】
0006752397.tif 000005
【図５】
0006752397.tif 000006
【図６】
0006752397.tif 000007
【図７】
0006752397.tif 000008
【図８】
0006752397.tif 000009
【図９】
0006752397.tif 000010
【図１０】
0006752397.tif 000011
【図１１】
0006752397.tif 000012
【図１２】
0006752397.tif 000013