(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個のアンテナのそれぞれに対し、１個の整流回路の入力端が接続されるアンテナ回路と、
一方の前記整流回路の出力端と他方の前記整流回路の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される信号合成回路とを備え、
前記ＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続され、
少なくとも１個の前記整流回路に高周波チョークコイルまたは高インピーダンス線路または疑似地板が接続される
ことを特徴とするレクテナアレー。
【請求項２】
２のｎ（ｎは２以上の整数）乗個のアンテナのそれぞれに対し、１個の整流回路の入力端が接続されるアンテナ回路と、
２個の前記整流回路を１組として、各組の一方の整流回路の出力端と他方の整流回路の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される第ｎ段回路と、
ｎ＞ｍを満たす自然数である各ｍについて設けられる第ｍ段回路であって、第（ｍ＋１）段回路の２個の前記ＲＦ電力合成素子を１組として、各組の一方のＲＦ電力合成素子の出力端と他方のＲＦ電力合成素子の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される第ｍ段回路とを備え、
ｎ≧ｐを満たす自然数である少なくとも１つのｐについて、第ｐ段回路の少なくとも１つの組のＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続され、
少なくとも１個の前記整流回路に高周波チョークコイルまたは高インピーダンス線路または疑似地板が接続される
ことを特徴とするレクテナアレー。
【請求項３】
２個のアンテナのそれぞれに対し、１個の整流回路の入力端が接続されるアンテナ回路と、
一方の前記整流回路の出力端と他方の前記整流回路の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される信号合成回路とを備え、
前記ＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続され、
前記中間点と接続点の間の距離をｄとすると、
【数１】
0006691394.tif 000003
ただし、ｋは、０以上の整数であり、λは、前記各アンテナで受信する電波の高調波のうちの当該中間点と接続点を含む伝送線路に接続されたＲＦ電力合成素子で抑制する高調波の波長である
ことを特徴とするレクテナアレー。
【請求項４】
２のｎ（ｎは２以上の整数）乗個のアンテナのそれぞれに対し、１個の整流回路の入力端が接続されるアンテナ回路と、
２個の前記整流回路を１組として、各組の一方の整流回路の出力端と他方の整流回路の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される第ｎ段回路と、
ｎ＞ｍを満たす自然数である各ｍについて設けられる第ｍ段回路であって、第（ｍ＋１）段回路の２個の前記ＲＦ電力合成素子を１組として、各組の一方のＲＦ電力合成素子の出力端と他方のＲＦ電力合成素子の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される第ｍ段回路とを備え、
ｎ≧ｐを満たす自然数である少なくとも１つのｐについて、第ｐ段回路の少なくとも１つの組のＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続され、
前記中間点と接続点の間の距離をｄとすると、
【数２】
0006691394.tif 000004
ただし、ｋは、０以上の整数であり、λは、前記各アンテナで受信する電波の高調波のうちの当該中間点と接続点を含む伝送線路に接続されたＲＦ電力合成素子で抑制する高調波の波長である
ことを特徴とするレクテナアレー。
【請求項５】
ｎ≧ｐを満たす自然数である全てのｐについて、第ｐ段回路の全ての組のＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続される
ことを特徴とする請求項２または４記載のレクテナアレー。
【請求項６】
ｎ≧ｐ＞ｑを満たす自然数であるｐ、ｑについて、第ｐ段回路のλより、第ｑ段回路のλが長い
ことを特徴とする請求項３または４記載のレクテナアレー。
【請求項７】
前記アンテナは、マイクロストリップアンテナ、スロットアンテナ、テーパースロットアンテナ、誘電体ロッドアンテナ、または、これらを複数接続したアンテナアレーである
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のレクテナアレー。
【請求項８】
前記整流回路は、シリーズ接続したダイオード、シャント接続したダイオード、または、シリーズ接続したダイオードとシャント接続したダイオードを組み合わせた回路である
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のレクテナアレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、専用のデバイスを使用せずに、高調波を抑制し、変換効率を高めることができるレクテナアレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、無線電力伝送システム等に用いられるレクテナアレーでは、各アンテナもしくはアンテナブロックごとに専用設計の高調波抑圧レクテナデバイスを用意したり、また、必要となる電力レベル分のデバイスを用意したりする必要がある。専用設計の高調波抑圧レクテナデバイスを使用することで、高調波が抑制され直流への変換効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７５２２７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６５３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来では、専用の高調波抑圧レクテナデバイスを設けることの困難性が高く、レクテナアレーにおいて、高調波を抑制して変換効率を高めることが難しかった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、専用のデバイスを使用せずに、高調波を抑制し、変換効率を高めることができるレクテナアレーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、第１の本発明のレクテナアレーは、２個のアンテナのそれぞれに対し、１個の整流回路の入力端が接続されるアンテナ回路と、一方の前記整流回路の出力端と他方の前記整流回路の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される信号合成回路とを備え、前記ＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続されることを特徴とする。
【０００７】
第２の本発明のレクテナアレーは、２のｎ（ｎは２以上の整数）乗個のアンテナのそれぞれに対し、１個の整流回路の入力端が接続されるアンテナ回路と、２個の前記整流回路を１組として、各組の一方の整流回路の出力端と他方の整流回路の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される第ｎ段回路と、ｎ＞ｍを満たす自然数である各ｍについて設けられる第ｍ段回路であって、第（ｍ＋１）段回路の２個の前記ＲＦ電力合成素子を１組として、各組の一方のＲＦ電力合成素子の出力端と他方のＲＦ電力合成素子の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子が接続される第ｍ段回路とを備え、ｎ≧ｐを満たす自然数である少なくとも１つのｐについて、第ｐ段回路の少なくとも１つの組のＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点に接続されるので、専用のデバイスを使用せずに、高調波を抑制し、変換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態のレクテナアレーの一実施例を示す図である。
【図２】別の整流回路２の例を示す図である。
【図３】変形例１のレクテナアレーの一部を示す図である。
【図４】変形例２のレクテナアレーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態のレクテナアレーの一実施例を示す図である。
【００１２】
図に示すように、レクテナアレーは、トーナメント表のような多段構成を有する。具体的には、レクテナアレーは、アンテナ回路１０と、第１段回路１１と、第２段回路１２と、第３段回路１３とを備える。
【００１３】
（アンテナ回路１０の構成）
２の３乗個（８個）のアンテナ１のそれぞれに対し、１個の整流回路２の入力端が接続される。すなわち、アンテナ１の数、整流回路２の数は、２のｎ乗個であり、ｎは２以上の整数である例えば３である。
【００１４】
各アンテナ１は、例えば、マイクロストリップアンテナ、スロットアンテナ、テーパースロットアンテナ、誘電体ロッドアンテナ、または、これらアンテナを複数接続したアンテナアレーである。
【００１５】
各整流回路２は、例えば、図１に示すように、シリーズ接続したダイオードである。図１の向きの場合、整流回路２の入力端はダイオードのアノードであり、出力端はカソードである。ダイオードの向きを逆にしてもよい。
【００１６】
または、整流回路２は、図２（ａ）に示すように、シャント接続したダイオードでもよい。シャント接続したダイオードを用いる場合、整流回路２の入力端、出力端は共通となる。入力端、出力端は、例えば、図のように、ダイオードのアノードであり、ダイオードのカソードは接地される。ダイオードの向きを逆にしてもよい。
【００１７】
または、整流回路２は、図２（ｂ）に示すように、シリーズ接続したダイオードとシャント接続したダイオードを組み合わせた回路でもよい。図の場合、整流回路２の入力端は、シリーズ接続したダイオードのアノードであり、出力端は、シリーズ接続したダイオードのカソードである。各ダイオードの向きを逆にしてもよい。
【００１８】
このように、整流回路２としては、様々な回路が採用できる。後述の変形例でも同様である。
【００１９】
アンテナ１は電波を受信し、整流回路２は、アンテナ１から出力される交流信号を直流に変換する。なお、整流回路２から出力される信号には、電波の基本周波数の高調波の成分が含まれる。
【００２０】
（第３段回路）
第３段回路１３は、ｎが３の場合の第ｎ段回路に相当するものである。
【００２１】
第３段回路１３では、２個の整流回路２を１組として、各組の一方の整流回路２の出力端と他方の整流回路２の出力端とが伝送線路で接続され、伝送線路にＲＦ電力合成素子３が接続される。
【００２２】
ＲＦ電力合成素子３は、伝送線路の中間点Ｐ０でない接続点Ｐ１で伝送線路に接続される。伝送線路は、例えば、マイクロストリップ線路、スロット線路、コプレーナ線路であり、例えば、平面基板（図示せず）に形成される。このような伝送線路を単に伝送線路という。
【００２３】
好ましくは、中間点Ｐ０と接続点Ｐ１の間の距離をｄとすると、ｄは、
【００２４】
【数１】
0006691394.tif 000002
となっている。
【００２５】
ただし、ｋは、０以上の整数であり、λは、各アンテナ１で受信する電波の高調波のうちの当該中間点と接続点を含む伝送線路に接続されたＲＦ電力合成素子３で抑制する高調波の波長である。
【００２６】
各整流回路２から出力される信号は伝送線路を通り、ＲＦ電力合成素子３で合成される。このとき、整流回路２から出力される信号に含まれていた高調波が伝送線路の長さの違い（ｄ）により抑制される。
【００２７】
例えば、第３段回路１３のＲＦ電力合成素子３は第４高調波を抑制する。ｋ＝０、第４高調波の波長をλ（＠4th harmonics）とすると、ｄは、λ（＠4th harmonics）／４である。ｄをこのように設定すると、ｄにより接続点Ｐ１で第４高調波が相殺され、抑制できる。また、接続点Ｐ１でインピーダンス整合が維持できる。
【００２８】
なお、上記式のようにｄを設定しなくても、中間点Ｐ０でない接続点Ｐ１で信号を合成すれば、少なくとも第４高調波を小さくすることができる。
【００２９】
（第２段回路）
第２段回路１２は、ｎ＞ｍを満たす自然数の１つである２について設けられる第ｍ段回路に相当するものである。
【００３０】
第２段回路１２では、第（ｍ＋１）段回路、つまり第３段回路１３の２個のＲＦ電力合成素子３を１組として、各組の一方のＲＦ電力合成素子３の出力端と他方のＲＦ電力合成素子３の出力端とが伝送線路で接続され、伝送線路に第２段回路１２のＲＦ電力合成素子３が接続される。
【００３１】
ＲＦ電力合成素子３は、伝送線路の中間点Ｐ０でない接続点Ｐ１で伝送線路に接続される。
【００３２】
好ましくは、第２段回路１２でも、中間点Ｐ０と接続点Ｐ１の間の距離ｄは上記式のようになっている。
【００３３】
第３段回路１３の各ＲＦ電力合成素子３から出力される信号は伝送線路を通り、第２段回路１２のＲＦ電力合成素子３で合成される。このとき、第３段回路１３の各ＲＦ電力合成素子３から出力される信号に含まれていた高調波が伝送線路の長さの違い（ｄ）により抑制される。
【００３４】
例えば、第２段回路１２のＲＦ電力合成素子３は第３高調波を抑制する。ｋ＝０、第３高調波の波長をλ（＠3rd harmonics）とすると、ｄは、λ（＠3rd harmonics）／４である。ｄをこのように設定すると、ｄにより接続点Ｐ１で第３高調波が相殺され、抑制できる。また、接続点Ｐ１でインピーダンス整合が維持できる。
【００３５】
なお、上記式のようにｄを設定しなくても、中間点Ｐ０でない接続点Ｐ１で信号を合成すれば、少なくとも第３高調波を小さくすることができる。
【００３６】
また、ｎ≧ｐ＞ｑを満たす自然数であるｐ、ｑを考える。ｎが３の場合、例えば、ｐは３、ｑは２である。
【００３７】
この場合、第３段回路１３を第ｐ段回路とすると、第２段回路１２は第ｑ段回路である。そして、λ（＠4th harmonics）＜λ（＠3rd harmonics）なので、第ｐ段回路で抑制する高調波の波長より、第ｑ段回路で抑制する高調波の波長が長いことになる。
【００３８】
これは、本実施の形態のレクテナアレーを製作する上でメリットとなる。
【００３９】
第ｐ段回路のＲＦ電力合成素子３の数は、第ｑ段回路のＲＦ電力合成素子３の数より多いので、前者の伝送線路が後者の伝送線路より短い方がレクテナアレーを製作しやすい。      
【００４０】
このように前者の伝送線路が比較的短くても、前者の回路（第ｐ段回路）で抑制する高調波の波長が短ければ、ｄを上記式のように設定できる。
【００４１】
また、後者の回路（第ｑ段回路）で抑制する高調波の波長が比較的長くても、後者の伝送線路は比較的長いので、ｄを上記式のように設定できる。
【００４２】
よって、本実施の形態のレクテナアレーを容易に製作できる。
【００４３】
（第１段回路）
第１段回路１１は、ｎ＞ｍを満たす自然数の１つである１について設けられる第ｍ段回路に相当するものである。
【００４４】
第１段回路１１では、第（ｍ＋１）段回路、つまり第２段回路１２の２個のＲＦ電力合成素子３を１組として、各組の一方のＲＦ電力合成素子３の出力端と他方のＲＦ電力合成素子３の出力端とが伝送線路で接続され、伝送線路に第１段回路１１のＲＦ電力合成素子３が接続される。
【００４５】
ＲＦ電力合成素子３は、伝送線路の中間点Ｐ０でない接続点Ｐ１で伝送線路に接続される。
【００４６】
好ましくは、第１段回路１１でも、中間点Ｐ０と接続点Ｐ１の間の距離ｄは上記式のようになっている。
【００４７】
第２段回路１２の各ＲＦ電力合成素子３から出力される信号は伝送線路を通り、第１段回路１１のＲＦ電力合成素子３で合成される。このとき、第２段回路１２の各ＲＦ電力合成素子３から出力される信号に含まれていた高調波が伝送線路の長さの違い（ｄ）により抑制される。
【００４８】
例えば、第１段回路１１のＲＦ電力合成素子３は第２高調波を抑制する。ｋ＝０、第２高調波の波長をλ（＠2nd harmonics）とすると、ｄは、λ（＠2nd harmonics）／４である。ｄをこのように設定すると、ｄにより接続点Ｐ１で第２高調波が相殺され、抑制できる。また、接続点Ｐ１でインピーダンス整合が維持できる。
【００４９】
なお、上記式のようにｄを設定しなくても、中間点Ｐ０でない接続点Ｐ１でＲＦ電力合成素子３を伝送線路に接続すれば、少なくとも第２高調波を小さくすることができる。
【００５０】
また、ｎ≧ｐ＞ｑを満たす自然数であるｐ、ｑを考える。ｎが３の場合、例えば、ｐは２、ｑは１である。
【００５１】
この場合、第２段回路１２を第ｐ段回路とすると、第１段回路１１は第ｑ段回路である。そして、λ（＠3rd harmonics）＜λ（＠2nd harmonics）なので、第ｐ段回路で抑制する高調波の波長より、第ｑ段回路で抑制する高調波の波長が長いことになる。
【００５２】
第ｐ段回路のＲＦ電力合成素子３の数は、第ｑ段回路のＲＦ電力合成素子３の数より多いので、前者の伝送線路が後者の伝送線路より短い方がレクテナアレーを製作しやすい。      
【００５３】
このように前者の伝送線路が比較的短くても、前者の回路（第ｐ段回路）で抑制する高調波の波長が短ければ、ｄを上記式のように設定できる。
【００５４】
また、後者の回路（第ｑ段回路）で抑制する高調波の波長が比較的長くても、後者の伝送線路は比較的長いので、ｄを上記式のように設定できる。
【００５５】
よって、本実施の形態のレクテナアレーを容易に製作できる。
【００５６】
また、文献”GaNHEMTを用いたSSPS用5.8GHz帯F級高効率増幅器,” 信学技報SPS2008-04.に示されるように、高調波成分を抑圧することにより、非線形デバイスの効率が改善されることが知られている。よって、本実施の形態では、高調波成分を抑圧することによって変換効率を改善できる。
【００５７】
（変形例１）
なお、図３に示すように、整流回路２の少なくとも１組において、両方の整流回路に、符号５で示す高周波チョークコイルまたは高インピーダンス線路または疑似地板を接続してもよい。
【００５８】
例えば、例えば、図３に示すように、高周波チョークコイルなど（５）は、２つの整流回路２のカソードの間に接続される。または、図示しないが、高周波チョークコイルなど（５）は、一方または両方の整流回路２についてそれぞれ設けられ、一方端を整流回路２のカソードに接続し、他方端を接地する。
【００５９】
仮に接続点Ｐ１において、基本波の整数倍の高調波以外の高調波が生じた場合であっても、高周波チョークコイル５などは、この整数倍以外の高調波を取り出し、除去する。これにより、接続点Ｐ１には整数倍の高調波のみが残る。整数倍の高調波は、上記のように、第３段回路１３、第２段回路１２、第１段回路１１の各ＲＦ電力合成素子３による信号合成により抑制される。
【００６０】
すなわち、第ｎ段回路の接続点Ｐ１に高周波チョークコイルまたは高インピーダンス線路または疑似地板を接続することよって、整数倍以外の高調波を抑制でき、変換効率をより高めることができる。
【００６１】
なお、変形例１の構成は、後述の変形例において採用してもよい。
【００６２】
（変形例２）
本実施の形態ではｎを３としたが、ｎは１でもよい。
【００６３】
つまり、図４に示すように、２個のアンテナ１のそれぞれに対し、１個の整流回路２の入力端が接続されるアンテナ回路１００と、一方の整流回路２の出力端と他方の整流回路２の出力端とが伝送線路で接続され、伝送線路にＲＦ電力合成素子３が接続される信号合成回路２００とを備え、ＲＦ電力合成素子３は伝送線路の中間点Ｐ０でない接続点Ｐ１で伝送線路に接続されるレクテナアレーを構成してもよい。この場合、好ましくは、中間点Ｐ０と接続点Ｐ１の間の距離（ｄ）は上記式で設定される。例えば、このレクテナアレーでは、第２高調波を抑制する。なお、他の高調波を抑制するように構成してもよい。
【００６４】
（変形例３）
また、ｎは２、４以上でもよい。ｎが２の場合、例えば、第２高調波と第３高調波を抑制する。なお、他の整数倍の高調波を抑制するように構成してもよい。ｎが４の場合、例えば、第２〜５高調波を抑制する。なお、他の整数倍の高調波を抑制するように構成してもよい。または、整数倍以外の高調波を抑制するように構成してもよい。
【００６５】
（変形例４）
また、ｎが２以上の場合、ｎ≧ｐ＞ｑを満たす自然数であるｐ、ｑについて、第ｐ段回路のλより、第ｑ段回路のλが短くてもよい。レクテナアレーの製作のしやすさを犠牲にすれば、このような設定でもよい。
【００６６】
（変形例５）
また、本実施の形態では、全ての伝送線路において、中間点でない接続点にＲＦ電力合成素子を接続したが、いずれか１つの伝送線路において、中間点でない接続点にＲＦ電力合成素子を接続してもよい。少なくとも当該伝送線路においては、高調波抑制の効果を得ることができる。すなわち、効果は小さいが少なくとも高調波抑制および変換効率向上の効果を得ることができる。
【００６７】
以上のように、本実施の形態のレクテナアレーは、２のｎ乗個のアンテナ１のそれぞれに対し、１個の整流回路２の入力端が接続されるアンテナ回路１０と、２個の整流回路２を１組として、各組の一方の整流回路２の出力端と他方の整流回路２の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子３が接続される第ｎ段回路（１３）と、ｎ＞ｍを満たす自然数である各ｍについて設けられる第ｍ段回路（１２、１１）であって、第（ｍ＋１）段回路の２個のＲＦ電力合成素子３を１組として、各組の一方のＲＦ電力合成素子３の出力端と他方のＲＦ電力合成素子３の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子３が接続される第ｍ段回路（１２、１１）とを備え、ｎ≧ｐを満たす自然数である少なくとも１つのｐについて、第ｐ段回路の少なくとも１つの組のＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続される。
【００６８】
または、変形例２のように、レクテナアレーは、２個のアンテナのそれぞれに対し、１個の整流回路２の入力端が接続されるアンテナ回路と、一方の整流回路２の出力端と他方の整流回路２の出力端とが伝送線路で接続され、当該伝送線路にＲＦ電力合成素子３が接続される回路とを備え、ＲＦ電力合成素子３は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続される。
【００６９】
いずれのレクテナアレーでも、ＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点に接続されるので、専用のデバイスを使用せずに、高調波を抑制し、変換効率を高めることができる。
【００７０】
好ましくは、ｎ≧ｐを満たす自然数である全てのｐについて、第ｐ段回路の全ての組のＲＦ電力合成素子は伝送線路の中間点でない接続点で伝送線路に接続されるので、高調波抑制の効果を高め、変換効率をより高めることができる。
【００７１】
また、中間点と接続点の間の距離ｄを上記式のように設定したので、高調波を相殺でき、変換効率をより高めることができる。
【００７２】
また、ｎ≧ｐ＞ｑを満たす自然数であるｐ、ｑについて、第ｐ段回路のλ（上記式のλ）より、第ｑ段回路のλ（上記式のλ）が長いので、高調波を相殺できるレクテナアレーの製作が容易となる。
【００７３】
また、変形例１のように、整流回路２の少なくとも１組において、一方の整流回路２または両方の整流回路２の出力端に高周波チョークコイルまたは高インピーダンス線路または疑似地板を接続することで、整数倍以外の高調波を抑制でき、変換効率をより高めることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  アンテナ
２  整流回路
３  ＲＦ電力合成素子
Ｐ０  中間点
Ｐ１  接続点
１０、１００  アンテナ回路
１１  第１段回路
１２  第２段回路
１３  第３段回路
２００  信号合成回路
【図１】
0006691394.tif 000005
【図２】
0006691394.tif 000006
【図３】
0006691394.tif 000007
【図４】
0006691394.tif 000008