(57)【要約】【課題】レクテナの一部が故障した場合においても、直流電力が負荷に供給されなくなることを防ぐ。【解決手段】電磁波を直流に変換する複数のレクテナ１ａ〜１ｄを備え、レクテナ１ａ〜１ｄの出力を並列合成して負荷（負荷抵抗３）に供給する受電回路であって、各レクテナ１ａ〜１ｄの出力に直列にスイッチとしてのダイオード２ａ〜２ｄを接続したので、レクテナ１ａ〜１ｄのうちのいずれか（例えば、レクテナ１ａ）を構成する非線形素子が故障した場合においても、レクテナ１ａの出力に接続されたダイオード１ａの働きにより、ダイオード２ｂ〜２ｄから出力される直流電流が並列合成されて負荷抵抗３に供給されるので、直流電力が負荷抵抗３に供給されなくなることを防ぐことができる。なお、ダイオードの代わりに、他のスイッチや、抵抗、あるいは、ダイオード接続型のトランジスタを用いてもよい。【選択図】図１
2012139051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を直流に変換する複数のレクテナを備え、前記レクテナの出力を並列合成して負荷に供給する受電回路であって、
各レクテナの出力に直列にスイッチまたは抵抗を接続した
ことを特徴とする受電回路。
【請求項２】
電磁波を直流に変換する複数のレクテナを備え、前記レクテナの出力を直列合成して負荷に供給する受電回路であって、
各レクテナの出力に並列にスイッチまたは抵抗を接続した
ことを特徴とする受電回路。
【請求項３】
電磁波を直流に変換する受電回路部を複数個備え、前記受電回路部の出力を並列合成して負荷に供給する受電回路であって、
各受電回路部の出力には直列にスイッチまたは抵抗が接続されており、
前記受電回路部は、
電磁波を直流に変換する複数のレクテナと、
各レクテナの出力に並列に接続されたスイッチまたは抵抗と
を備え、
前記レクテナの出力は、直列合成される
ことを特徴とする受電回路。
【請求項４】
電磁波を直流に変換する受電回路部を複数個備え、前記受電回路部の出力を直列合成して負荷に供給する受電回路であって、
各受電回路部の出力には並列にスイッチまたは抵抗が接続されており、
前記受電回路部は、
電磁波を直流に変換する複数のレクテナと、
各レクテナの出力に直列に接続されたスイッチまたは抵抗と
を備え、
前記レクテナの出力は、並列合成される
ことを特徴とする受電回路。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の受電回路を構成要素として階層的に接続した
ことを特徴とする受電回路。
【請求項６】
前記スイッチとしてダイオードを用いた
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の受電回路。
【請求項７】
前記レクテナの出力に前記抵抗が直列または並列に接続されているときに、前記レクテナが故障する割合をη、前記レクテナの直流等価回路の内部抵抗をrとした場合に、前記レクテナの出力に接続される前記抵抗の値を
【数１】
2012139051.tif 000010
とすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の受電回路。
【請求項８】
前記レクテナの出力に前記抵抗が直列または並列に接続されているときに、前記レクテナが故障する割合をη、前記レクテナの直流等価回路の内部抵抗をrとした場合に、前記レクテナの出力に接続される前記抵抗の値を
【数２】
2012139051.tif 000011
より小さい正の値とすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の受電回路。
【請求項９】
前記レクテナとして、整流回路を用いることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の受電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は受電回路に関し、特に、交流を直流に変換する複数の整流回路を備えた受電回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流を直流に変換する整流回路（Rectifying Circuit）の入力にアンテナ（Antenna）を接続したものをレクテナ（Rectenna）という。高周波、特にマイクロ波帯で用いられるレクテナとして、例えば図２に示される構成が用いられてきた（非特許文献１）。
【０００３】
図２において、４はアンテナであり、マイクロ波を受電する。５は整流回路で、入力フィルタ６、ダイオード７、および、出力フィルタ８から構成され、アンテナ４で受電したマイクロ波を直流に変換して出力する。入力フィルタ６は、アンテナ４で受電したマイクロ波を通過させ、直流の通過を阻止する。ダイオード７は、入力フィルタ６から入力されたマイクロ波を直流に変換する。出力フィルタ８は、ダイオード７から発生した直流を通過させ、入力フィルタ６から入力されたマイクロ波の通過を阻止する。９は出力端子で、ここに負荷を接続することで直流電力が負荷に供給される。
【０００４】
また、複数のレクテナを直列あるいは並列に接続し、その後段に負荷抵抗を接続した受電回路の構成が非特許文献２に示されている。これは、マイクロ波を複数のレクテナで受電および直流変換し、得られた直流電力を合成して負荷へ供給する回路である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Tae-Whan Yoo and Kai Chang, “Theoretical and Experimental Development of 10 and 35 GHz Rectennas,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.40, no.6, pp. 1259-1266, June 1992. (Fig.1)
【非特許文献２】B. Strassner and K. Chang, “Highly efficient C-band circularly polarized rectifying antenna array for wireless microwave power transmission,” IEEE Trans. Antenna Propag.， vol.51, no.6, pp. 1347-1356, Jun. 2003. (Fig.5)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、整流回路にはダイオードなどの非線形素子が用いられるが、整流回路に過剰なマイクロ波電力が入力された場合や、あるいは静電気が発生した場合などに、非線形素子が破壊され、レクテナが故障する可能性がある。
【０００７】
破壊された非線形素子の状態として、短絡や開放が考えられる。前述の非特許文献１や非特許文献２に示されている整流回路の場合、非線形素子が短絡した場合、レクテナで発生する直流電圧は０となる。一方、非線形素子が開放となった場合は、レクテナから出力される直流電流が０となる。
【０００８】
例えば、複数のレクテナの出力を並列接続し、負荷抵抗を接続した受電回路の場合、各レクテナの出力電圧と負荷抵抗に印加される直流電圧が等しいため、非線形素子の短絡により故障したレクテナが１個でも存在すると、負荷抵抗に印加される直流電圧が０になり、マイクロ波から直流への電力変換効率が０になるという問題がある。
【０００９】
また、複数のレクテナを直列接続し、負荷抵抗を接続した受電回路の場合、各レクテナに流れる直流電流と負荷抵抗に流れる直流電流が等しいため、非線形素子の開放により故障したレクテナが１個でも存在すると、負荷抵抗に流れる直流電流が０になり、マイクロ波から直流への電力変換効率が０になるという問題がある。
【００１０】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、マイクロ波を直流に変換する複数のレクテナを備えた受電回路において、レクテナを構成する非線形素子が故障した場合においても、直流電力が負荷に供給されなくなることを防ぐことが可能な受電回路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】
【００１１】
この発明は、電磁波を直流に変換する複数のレクテナを備え、前記レクテナの出力を並列合成して負荷に供給する受電回路であって、各レクテナの出力に直列にスイッチまたは抵抗を接続した受電回路である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、電磁波を直流に変換する複数のレクテナを備え、前記レクテナの出力を並列合成して負荷に供給する受電回路であって、各レクテナの出力に直列にスイッチまたは抵抗を接続した受電回路であるので、レクテナを構成する非線形素子が故障した場合においても、レクテナの出力に接続されたスイッチまたは抵抗の働きにより、直流電力が負荷に供給されなくなることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る受電回路を示す構成図である。
【図２】レクテナの構成例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る受電回路を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る受電回路を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る受電回路を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る受電回路を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る受電回路の他の実施形態を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係る受電回路を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る受電回路の他の実施形態を示す図である。
【図１０】レクテナの直流等価回路を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る受電回路の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る受電回路を示す構成図である。図１において、１ａ〜１ｄはレクテナであり、マイクロ波を受電し、直流へ変換して出力する。レクテナ１ａ〜１ｄの構成として、例えば前述の図２に示すような構成が考えられる。２ａ〜２ｄはダイオードであり、ダイオード２ａ〜２ｄのアノード端子がそれぞれレクテナ１ａ〜１ｄの２つの出力端子９のうちの一方と接続されており、ダイオード２ａ〜２ｄのカソード端子同士は１つの接続点で互いに接続されている。ダイオード２ａ〜２ｄは、一方向にのみ電流を流す素子であり、アノード電位がカソード電位より高い場合にオン状態となり、アノード端子からカソード端子に向かって電流が流れる。一方、アノード電位がカソード電位より低い場合には、オフ状態となり、カソード端子からアノード端子に向かっても、また、その逆にも、電流は流れない。よって、ダイオード２ａ〜２ｄは、両端の電位差の向きによりオン、オフが切り替わるスイッチとして動作する。３は負荷抵抗であり、ダイオード２ａ〜２ｄのカソード端子同士が接続されている上記接続点と一端が接続され、他端がレクテナ１ａ〜１ｄの２つの出力端子９のうちのもう一方に接続されており、レクテナ１ａ〜１ｄによってマイクロ波から変換された直流電力が負荷抵抗３で消費される。
【００１５】
次に、動作について説明する。レクテナ１ａ〜１ｄに入力されたマイクロ波は直流に変換され、ダイオード２ａ〜２ｄに向かって出力される。レクテナ１ａ〜１ｄが正常に動作している場合、ダイオード２ａ〜２ｄのアノード端子にカソード電圧よりも高い電圧が印加されるため、ダイオード２ａ〜２ｄがオン状態となり、アノード端子からカソード端子に向かって直流電流が流れる。ダイオード２ａ〜２ｄのカソード端子同士は互いに接続されているので、ダイオード２ａ〜２ｄから出力される直流電流は当該接続点で並列合成され、負荷抵抗３に供給される。
【００１６】
次に、レクテナ１ａが故障し、レクテナ１ａを構成するダイオード７が短絡した場合を考える。ここでは、レクテナとして図２に示す構成を想定するが、他の構成でも同様で、レクテナ１ａの故障として、非線形素子のダイオード７の短絡だけでなく、レクテナ１ａの出力端子が短絡する場合も同様である。また、レクテナ１ａ以外の他のレクテナ１ｂ〜１ｄが故障する場合も同様である。この場合、ダイオード２ａのアノード端子の電圧が０となる。一方、レクテナ１ｂ〜１ｄは正常に動作しているため、ダイオード２ｂ〜２ｄはオン状態となり、直流電流が流れる。このとき、ダイオード２ａのカソード端子には正の電圧が印加されるが、ダイオード２ａのアノード端子の電圧は０であるため、ダイオード２ａはオフ状態となり、ダイオード２ａのカソード端子からアノード端子に向かって電流は流れない。したがって、ダイオード２ｂ〜２ｄから出力される直流電流はそのまま負荷抵抗３に供給される。
【００１７】
したがって、この発明の本実施の形態に係る受電回路は、マイクロ波などの電磁波を直流に変換する複数のレクテナ１ａ〜１ｄを備え、レクテナ１ａ〜１ｄの出力を並列合成して負荷（負荷抵抗３）に供給する受電回路において、各レクテナ１ａ〜１ｄの出力に直列にスイッチ（ダイオード２ａ〜２ｄ）を接続しているので、それらのレクテナ１ａ〜１ｄのうちのいずれかのレクテナ（例えば、レクテナ１ａ）を構成するダイオード７等の非線形素子が故障しても、負荷抵抗３にかかる直流電圧が０にならないため、直流電力が負荷抵抗３に供給されなくなることを防ぐことができる。
【００１８】
なお、本実施の形態では、スイッチとしてダイオード２ａ〜２ｄを用いた例について示したが、図１１に示すように、ゲート端子とドレイン端子を短絡したダイオード接続型のトランジスタ１３ａ〜１３ｄを用いてもダイオードとして動作するため、同様の効果が得られる。
【００１９】
また、本実施の形態では、スイッチとしてダイオード２ａ〜２ｄを用いた例について示したが、ダイオードに代えて、レクテナの故障を検出して遮断する機能のスイッチを用いてもよく、その場合も同様の効果が得られる。
【００２０】
また、本実施の形態では、マイクロ波を受電して直流電力に変換するレクテナを用いた構成について示したが、レクテナに代えて、マイクロ波を入力して直流を出力する整流回路を用いてもよく、その場合も同様の効果が得られる。
【００２１】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による受電回路を示す構成図である。図１と異なる点は、レクテナ１ａ〜１ｄを直列に接続し、レクテナ１ａ〜１ｄに対してそれぞれダイオード２ａ〜２ｄを並列に接続したことである。従って、本実施の形態においては、レクテナ１ａ〜１ｄは、２つの出力端子９のうちの一方の出力端子同士が接続されて、互いに直列に接続されている。ダイオード２ａ〜２ｄのアノード端子がそれぞれレクテナ１ａ〜１ｄの２つの出力端子９のうちの一方と接続されており、ダイオード２ａ〜２ｄのカソード端子がそれぞれレクテナ１ａ〜１ｄの出力端子９の他方と接続されている。ダイオード２ａ〜２ｄは、実施の形態１と同様に動作する。すなわち、ダイオード２ａ〜２ｄは、両端の電位差の向きによりオン、オフが切り替わるスイッチとして働く。負荷抵抗３は、直列接続されたレクテナ１ａ〜１ｄの一番端のレクテナ１ａのダイオード２ａのカソード端子と接続されている出力端子９と、直列接続されたレクテナ１ａ〜１ｄの他方の一番端のレクテナ１ｄのダイオード２ｄのアノード端子と接続されている出力端子９との間に接続されており、レクテナ１ａ〜１ｄによりマイクロ波から変換された直流電力が消費される。
【００２２】
次に動作について説明する。レクテナ１ａ〜１ｄに入力されたマイクロ波は、直流に変換される。レクテナ１ａ〜１ｄが正常に動作している場合、ダイオード２ａ〜２ｄには、アノード端子よりもカソード端子に高い電圧が印加されるため、ダイオード２ａ〜２ｄはオフ状態となる。レクテナ１ａ〜１ｄに発生する直流電圧は直列合成され、負荷抵抗３に印加される。また、直流電流はレクテナ１ａ〜１ｄを介して負荷抵抗３に流れる。
【００２３】
次に、レクテナ１ａが故障し、レクテナ１ａを構成するダイオードが開放となった場合を考える。ここでは、レクテナとして図２に示す構成を想定するが、他の構成でも同様で、レクテナの故障としてダイオードの開放だけでなくレクテナの出力端子が開放となる場合も同様である。また、他のレクテナ１ｂ〜１ｄが故障する場合も同様である。この場合、レクテナ１ａに直流電流が流れず、ダイオード２ａがオン状態になり、アノード端子からカソード端子に向かって直流電流が流れる。一方、レクテナ１ｂ〜１ｄは正常に動作しているため、ダイオード２ｂ〜２ｄはオフ状態となり、レクテナ１ｂ〜１ｄに直流電流が流れる。これにより、レクテナ１ｂ〜１ｄに発生する直流電圧が加算されて、負荷抵抗３に印加される。また、直流電流はレクテナ１ｂ〜１ｄを介して負荷抵抗３に流れる。
【００２４】
したがって、本実施の形態に係る受電回路は、マイクロ波などの電磁波を直流に変換する複数のレクテナ１ａ〜１ｄを備え、レクテナ１ａ〜１ｄの出力を直列合成して負荷（負荷抵抗３）に供給する受電回路において、各レクテナ１ａ〜１ｄの出力に、並列に、スイッチ（ダイオード２ａ〜２ｄ）を接続しており、それらのレクテナ１ａ〜１ｄのうちのいずれかのレクテナ（例えば、レクテナ１ａ）を構成するダイオード７等の非線形素子が故障しても、負荷抵抗３に流れる直流電流が０にならないため、直流電力が負荷抵抗３に供給されなくなることを防ぐことができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、スイッチとしてダイオード２ａ〜２ｄを用いた例について示したが、この場合に限らず、ゲート端子とドレイン端子を短絡したダイオード接続型のトランジスタ（例えば、図１１の１３ａ〜１３ｄ参照）を用いてもダイオードとして動作するため、同様の効果が得られる。
【００２６】
また、本実施の形態では、スイッチとしてダイオード２ａ〜２ｄを用いた例について示したが、ダイオードに代えてレクテナの故障を検出して遮断する機能のスイッチを用いても同様の効果が得られる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、マイクロ波を受電して直流電力に変換するレクテナを用いた構成について示したが、レクテナに代えて、マイクロ波を入力して直流を出力する整流回路を用いてもよく、その場合も同様の効果が得られる。
【００２８】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による受電回路を示す構成図である。図４の受電回路の構成は、図１のダイオード２ａ〜２ｄの代わりに、抵抗１０ａ〜１０ｄを接続した構成である。
【００２９】
次に動作について説明する。レクテナ１ａ〜１ｄに入力されたマイクロ波は、直流に変換される。レクテナ１ａ〜１ｄが正常に動作している場合、レクテナ１ａ〜１ｄから発生した直流電流は抵抗１０ａ〜１０ｄを介して合成され、負荷抵抗３に供給される。
【００３０】
なお、ここで、レクテナ１ａ〜１ｄは、実際の構成としては図２に示す構成を想定しているが、等価回路としては、図１０に示すような直流電源１１と内部抵抗１２とからなる直流等価回路で等価的に表すことができる。
【００３１】
ここで、図４におけるレクテナの数をＮ（Ｎは２以上の整数）、各抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値をＲ、負荷抵抗３の抵抗値をＲＬとし、各レクテナ１ａ〜１ｄを図１０の直流等価回路で置き換えた場合の直流電源１１の電圧をＶ、内部抵抗１２の値をrとする。
【００３２】
このとき、ＲＬの値を次式のようにすると、負荷（負荷抵抗３）に最大の電力を供給できる。
【００３３】
【数１】
2012139051.tif 000003
【００３４】
次に、レクテナ１ａが故障し、レクテナ１ａを構成するダイオード７が短絡した場合を考える。ここでは、上記のように、レクテナとして図２に示す構成を想定するが、他の構成でも同様で、レクテナの故障としてダイオードの短絡だけでなくレクテナの出力端子が短絡する場合も同様である。また、他のレクテナ１ｂ〜１ｄが故障する場合も同様である。この場合、レクテナ１ｂ〜１ｄから出力される直流電流の一部が抵抗１０ａを介してレクテナ１ａに流れ込み、残りは負荷抵抗３に流れる。レクテナ１ａは短絡されているが、抵抗１０ａには、流れる電流に比例した電圧が発生する。そのため、負荷抵抗３には０ではない一定の電圧が印加され、直流電力が供給される。
【００３５】
レクテナ１ｂ〜１ｄから出力される直流電流をＩｂ〜Ｉｄ、抵抗１０ａを介してレクテナ１ａに流れる電流をＩａ、負荷抵抗３に流れる電流をＩＬとすると、電流Ｉａ，Ｉｂ〜Ｉｄ，ＩＬの間には以下の式が成り立つ。
【００３６】
【数２】
2012139051.tif 000004
【００３７】
負荷に印加される電圧をＶＬとすると、上記の式（２）は次式（３）に置き換えることができる。
【００３８】
【数３】
2012139051.tif 000005
【００３９】
式（３）より、ＶＬは次式（４）で表され、負荷抵抗３には０ではない一定の電圧が印加される。
【００４０】
【数４】
2012139051.tif 000006
【００４１】
また、式（１）および式（４）より、負荷抵抗３に供給される直流電力Ｐは次式で表される。
【００４２】
【数５】
2012139051.tif 000007
【００４３】
このように、本実施の形態に係る図４に示す受電回路は、マイクロ波などの電磁波を直流に変換する複数のレクテナ１ａ〜１ｄを備え、レクテナ１ａ〜１ｄの出力を並列合成して負荷に供給する受電回路において、各レクテナ１ａ〜１ｄの出力に直列に抵抗１０ａ〜１０ｄを接続しているので、レクテナ１ａ〜１ｄのうちのいずれか（例えば、レクテナ１ａ）を構成するダイオード７等の非線形素子が故障しても、負荷抵抗３にかかる直流電圧が０にならないため、直流電力が負荷抵抗３に供給されなくなることを防ぐことができる。
【００４４】
また、図１の構成のように、各レクテナに対して直列にダイオードを接続した構成では、ダイオードをオン状態にするためにカソード端子に対してアノード端子にある程度高い電圧（順方向電圧）を印加する必要があるため、レクテナ１ａ〜１ｄに入力されるマイクロ波の電力が低いなどの理由により、レクテナ１ａ〜１ｄで変換される直流電圧が順方向電圧よりも低い場合には、図１のダイオード２ａ〜２ｄに電流が流れない。そのため、レクテナ１ａ〜１ｄが正常動作しているにもかかわらず、負荷抵抗３に直流電力が供給されない場合がある。
【００４５】
これに対して、図４の構成においては、ダイオード２ａ〜２ｄの代わりに、抵抗１０ａ〜１０ｄを接続したので、レクテナ１ａ〜１ｄから出力される直流電圧に関わらず、常に、負荷抵抗３に直流電流を出力できるという利点がある。
【００４６】
また、式（５）において、Ｘ＝Ｒ／ｒとおき、∂Ｐ／∂Ｘ＝０とすることで、Ｎ個のレクテナのうち１個が故障した場合の効率を最大化できる抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒが得られ、次式（６）で表される。
【００４７】
【数６】
2012139051.tif 000008
【００４８】
したがって、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを式（６）のようにすることで、複数のレクテナ１ａ〜１ｄのうち、１個が故障した場合の効率を最大化できるという利点がある。
【００４９】
また、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを式（６）に示す値よりも小さい値とすると、複数のレクテナ１ａ〜１ｄのうち、１個が故障した場合の効率は最大ではなくなるが、全てのレクテナ１ａ〜１ｄが正常に動作する場合の効率を、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを式（６）に示す値に設定した場合よりも高めることができる。
【００５０】
同様にして、Ｎ個のレクテナ１ａ〜１ｄのうち複数個が故障した場合、レクテナの故障する割合をηとすると、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを次式（７）で表される値とすることで、複数個のレクテナが故障した場合の効率を最大化できる。
【００５１】
【数７】
2012139051.tif 000009
【００５２】
また、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを式（７）に示す値よりも小さい正の値とすると、レクテナの故障率がηの場合の効率は最大ではなくなるが、全てのレクテナが正常に動作する場合の効率を、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを式（７）に示す値に設定した場合よりも高めることができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、マイクロ波を受電して直流電力に変換するレクテナを用いた構成について示したが、レクテナに代えて、マイクロ波を入力して直流を出力する整流回路としても同様の効果が得られる。
【００５４】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による受電回路を示す構成図である。これは、図３のダイオード２ａ〜２ｄの代わりに、抵抗１０ａ〜１０ｄを接続した構成である。
【００５５】
次に動作について説明する。レクテナ１ａ〜１ｄに入力されたマイクロ波は、直流に変換される。レクテナ１ａ〜１ｄが正常に動作している場合、レクテナ１ａ〜１ｄに発生する直流電圧は加算され、負荷抵抗３に印加される。また、直流電流はレクテナ１ａ〜１ｄ介して負荷抵抗３に流れる。
【００５６】
次に、レクテナ１ａが故障し、レクテナ１ａを構成するダイオードが開放となった場合を考える。ここでは、レクテナとして図２に示す構成を想定するが、他の構成でも同様で、レクテナの故障としてダイオードの開放だけでなくレクテナの出力端子が開放となる場合も同様である。また、他のレクテナ１ｂ〜１ｄが故障する場合も同様である。この場合、レクテナ１ａに直流電流が流れず、抵抗１０ａに直流電流が流れる。レクテナ１ｂ〜１ｄにより発生し加算された電圧の一部が抵抗１０ａで電圧降下するが、負荷抵抗３にはレクテナ１ｂ〜１ｄを介して０でない直流電流が流れるため、負荷抵抗３に直流電力が供給される。
【００５７】
したがって、本発明の受電回路は、マイクロ波などの電磁波を直流に変換する複数のレクテナ１ａ〜１ｄを備え、レクテナ１ａ〜１ｄの出力を直列合成して負荷（負荷抵抗３）に供給する受電回路において、各レクテナ１ａ〜１ｄの出力に並列に抵抗１０ａ〜１０ｄを接続しているので、レクテナ１ａ〜１ｄのいずれかのレクテナ（例えば、レクテナ１ａ）を構成するダイオード７等の非線形素子が故障しても、負荷抵抗３に流れる直流電流が０にならないため、直流電力が負荷抵抗に供給されなくなることを防ぐことができる。
【００５８】
また、図３の構成のように、各レクテナ１ａ〜１ｄに対して並列にダイオード２ａ〜２ｄを接続した構成では、ダイオード２ａ〜２ｄをオン状態にするためには、カソード端子に対してアノード端子にある程度高い電圧（順方向電圧）を印加する必要があるため、レクテナ１ｂ〜１ｄに入力されるマイクロ波の電力が低いなどの理由により、レクテナ１ｂ〜１ｄで変換される直流電圧の和が順方向電圧よりも低い場合には、図３のダイオード２ａに電流が流れないため、レクテナ１ａが故障して開放となった場合、負荷抵抗３に直流電力が供給されない場合がある。
【００５９】
これに対して、図５の構成においては、ダイオード２ａ〜２ｄの代わりに、抵抗１０ａ〜１０ｄを接続するようにしたので、レクテナ１ｂ〜１ｄから出力される直流電圧に関わらず、常に抵抗１０ａに直流電流が流れるため、負荷抵抗３に直流電力を供給することができるという利点がある。
【００６０】
また，レクテナ１ａ〜１ｄは、実施の形態３で上述したように、図１０に示すような直流電源１１と内部抵抗１２とからなる直流等価回路で等価的に表すことができる。ここで、図５におけるレクテナの数をＮ、内部抵抗１２の値をrとすると、正常動作時における各レクテナ１ａ〜１ｄの出力端子に発生する電圧および出力される電流が等しい場合、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを前述の式（６）に示した値とすることで、Ｎ個のレクテナ１ａ〜１ｄのうち１個が故障した場合の効率を最大化できる効果がある。
【００６１】
また、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを前述の式（６）に示す値よりも小さい値とすると、複数のレクテナ１ａ〜１ｄのうち、１個が故障した場合の効率は最大ではなくなるが、全てのレクテナ１ａ〜１ｄが正常に動作する場合の効率を、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを式（６）に示す値に設定した場合よりも高めることができる。
【００６２】
同様にして、Ｎ個のレクテナ１ａ〜１ｄのうち、複数個が故障した場合、レクテナの故障する割合をηとすると、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを前述の式（７）に示した値とすることで、複数個のレクテナが故障した場合の効率を最大化できる。
【００６３】
また、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを前述の式（７）に示す値よりも小さい値とすると、レクテナの故障率がηの場合の効率は最大ではなくなるが、全てのレクテナが正常に動作する場合の効率を、抵抗１０ａ〜１０ｄの抵抗値Ｒを式（７）に示す値に設定した場合よりも高めることができる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、マイクロ波を受電して直流電力に変換するレクテナ１ａ〜１ｄを用いた構成について示したが、この場合に限らず、レクテナ１ａ〜１ｄに代えて、マイクロ波を入力して直流を出力する整流回路としても同様の効果が得られる。
【００６５】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５による受電回路を示す構成図である。これは、複数のレクテナの出力を合成する方法として直列合成と並列合成を組み合わせた場合の構成例である。図６では接続するレクテナの数が４個となっているが、この場合に限らず、接続するレクテナの数が異なっていても同様である。レクテナ１ａ，１ｂそれぞれにダイオード２ａ，２ｂが直列に接続されており、レクテナ１ａとダイオード２ａから構成される回路と、レクテナ１ｂとダイオード２ｂから構成される回路と、ダイオード２ｅとが、並列接続されている。同様に、レクテナ１ｃ，１ｄそれぞれにダイオード２ｃ，２ｄが直列に接続されており、レクテナ１ｃとダイオード２ｃから構成される回路と、レクテナ１ｄとダイオード２ｄから構成される回路と、ダイオード２ｆとが、並列接続されている。また、レクテナ１ａ，１ｂ，ダイオード２ａ，２ｂ，２ｅから構成される回路と、レクテナ１ｃ，１ｄ，ダイオード２ｃ，２ｄ，２ｆとから構成される回路とが、ダイオード２ｅのアノード端子とダイオード２ｆのカソード端子とが接続される形で直列接続されている。さらに、ダイオード２ｅのカソード端子とダイオード２ｆのアノード端子との間に負荷抵抗３が接続されている。
【００６６】
なお、図６の構成は、上述の図３に示した実施の形態２のレクテカ１ａ〜１ｄ部分を、上述の図１に示した実施の形態１の受電回路全体（Ｎ＝２の場合）に置き換えた構成であるといえる。
【００６７】
次に動作について説明する。レクテナ１ａ〜１ｄに入力されたマイクロ波は、直流に変換される。レクテナ１ａ〜１ｄが正常に動作している場合、ダイオード２ａ〜２ｄのアノード端子にカソード電圧よりも高い電圧が印加されるため、ダイオード２ａ〜２ｄがオン状態となり、直流電流が流れる。また、ダイオード２ｅおよび２ｆにはアノード端子に対してカソード端子に高い電圧が印加されるため、ダイオード２ｅおよび２ｆはオフ状態となる。その結果、レクテナ１ａおよび１ｂに発生する直流電圧とレクテナ１ｃおよび１ｄに発生する直流電圧とが加算され、負荷抵抗３に印加される。また、直流電流はレクテナ１ａおよび１ｂ、１ｃおよび１ｄから負荷抵抗３に供給される。
【００６８】
次に、レクテナ１ａおよびレクテナ１ｃが故障し、レクテナ１ａおよびレクテナ１ｃを構成するダイオード７が短絡した場合を考える。ここでは、レクテナとして図２に示す構成を想定するが、他の構成でも同様で、レクテナの故障としてダイオードの短絡だけでなくレクテナの出力端子が短絡となる場合も同様である。また、レクテナ１ａおよび１ｄ、１ｂおよび１ｃ、１ｂおよび１ｄが故障する場合も同様である。この場合、レクテナ１ｂおよびレクテナ１ｄは正常に動作しているため正の電圧が発生し、ダイオード２ｂおよびダイオード２ｄはオン状態となり、直流電流が流れる。一方、ダイオード２ａおよびダイオード２ｃは、ダイオード２ｅおよびダイオード２ｆと同様に、アノード端子に対してカソード端子に高い電圧が印加されるため、ダイオード２ａおよびダイオード２ｃはオフ状態となる。したがって、ダイオード２ｂおよびダイオード２ｄから出力される直流電流が負荷抵抗３に流れるため、負荷抵抗３に直流電力を供給することが可能である。
【００６９】
次に、レクテナ１ａおよびレクテナ１ｂが故障し、レクテナ１ａおよびレクテナ１ｃを構成するダイオード７が開放となった場合を考える。レクテナ１ｃおよびレクテナ１ｄが故障する場合も同様である。この場合、レクテナ１ａおよびレクテナ１ｂに直流電流が流れず、ダイオード２ｅがオン状態になり、アノード端子からカソード端子に向かって直流電流が流れる。一方、レクテナ１ｃおよび１ｄは正常に動作しているため、ダイオード２ｆはオフ状態となり、レクテナ１ｃおよび１ｄに直流電流が流れる。したがって、負荷抵抗３には、レクテナ１ｃおよび１ｄから発生する直流電圧がダイオード２ｅおよび負荷抵抗３に印加され、またレクテナ１ｃおよび１ｄから出力される直流電流が、ダイオード２ｅを介して負荷抵抗３に流れるため、負荷抵抗３に直流電力を供給することが可能である。
【００７０】
したがって、本実施の形態に係る受電回路は、マイクロ波を受電して直流電力に変換する複数のレクテナ１ａ〜１ｄにおいて、各レクテナ１ａ〜１ｄの出力にダイオード２ａ〜２ｆを直列または並列に接続し、さらにそれらを並列接続あるいは直列接続しているため、レクテナ１ａ〜１ｄのいずれかを構成するダイオードが故障して短絡あるいは開放となっても、負荷抵抗３に印加される直流電圧や負荷抵抗３に流れる直流電流が０にならないため、直流電力が負荷抵抗３に供給されなくなることを防ぐことができる。
【００７１】
図７は、図６の複数のレクテナの直列合成と並列合成を繰り返し用いて階層的に接続した構成の受電回路の一例を示したものである。図７において、２１ａ〜２１ｄ，３１ａ〜３１ｄ，４１ａ〜４１ｄは、それぞれ、レクテナ１ａ〜１ｄと同じ構成のレクテナ、２２ａ〜２２ｆ，３２ａ〜３２ｆ，４２ａ〜４２ｆは、それぞれ、ダイオード２ａ〜２ｆに相当するダイオードである。
【００７２】
図７の回路の下段においては、レクテナ１ａ，１ｂ，ダイオード２ａ，２ｂ，２ｅから構成される回路Ａと、レクテナ１ｃ，１ｄ，ダイオード２ｃ，２ｄ，２ｆから構成される回路Ｂとが、ダイオード２ｅのアノード端子とダイオード２ｆのカソード端子とが接続される形で直列接続され、さらに、回路Ａにダイオード２ｇが直列接続されている。なお、回路Ａ，Ｂは、図６に示した各回路と同じ構成であり、各構成要素に同じ符号が付されている。同様に、レクテナ２１ａ，２１ｂ，ダイオード２２ａ，２２ｂ，２２ｅから構成される回路Ｃと、レクテナ２１ｃ，２１ｄ，ダイオード２２ｃ，２２ｄ，２２ｆから構成される回路Ｄとが、ダイオード２２ｅのアノード端子とダイオード２２ｆのカソード端子とが接続される形で直列接続され、さらに、回路Ｃにダイオード２２ｇが直列接続されている。なお、回路Ｃ，Ｄは、回路Ａ，Ｂと同じ構成である。さらに、回路Ａ，回路Ｂ，ダイオード２ｇからなる回路Ｐと、回路Ｃ，回路Ｄ，ダイオード２２ｇからなる回路Ｑと、ダイオード５１ａとが並列接続されて、回路Ｘを構成している。
【００７３】
また、同様に、図７の回路の上段においては、レクテナ３１ａ，３１ｂ，ダイオード３２ａ，３２ｂ，３２ｅから構成される回路Ｅと、レクテナ３１ｃ，３１ｄ，ダイオード３２ｃ，３２ｄ，３２ｆから構成される回路Ｆとが、ダイオード３２ｅのアノード端子とダイオード３２ｆのカソード端子とが接続される形で直列接続され、さらに、回路Ｅにダイオード３２ｇが直列接続されている。同様に、レクテナ４１ａ，４１ｂ，ダイオード４２ａ，４２ｂ，４２ｅとから構成される回路Ｇと、レクテナ４１ｃ，４１ｄ，ダイオード４２ｃ，４２ｄ，４２ｆとから構成される回路Ｈとが、ダイオード４２ｅのアノード端子とダイオード４２ｆのカソード端子とが接続される形で直列接続され、さらに、回路Ｇにダイオード４２ｇが直列接続されている。なお、回路Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは、回路Ａ，Ｂと同じ構成である。さらに、回路Ｅ，回路Ｆ，ダイオード３２ｇからなる回路Ｒと、回路Ｇ，回路Ｈ，ダイオード４２ｇからなる回路Ｓと、ダイオード５１ｂとが並列接続されて、回路Ｙを構成している。回路Ｘの一端と回路Ｙの一端とが直接接続されて、さらに、回路Ｘの他端と回路Ｙの他端との間に負荷抵抗３が直列接続されている。
【００７４】
図７に示す受電回路は、以上のように構成されて、図６の複数のレクテナの直列合成と並列合成を繰り返し用いた構成の受電回路であるため、全体として図６と同様に動作し、図６に示した本実施の形態に係る受電回路と同様の効果が得られる。
【００７５】
なお、本実施の形態では、スイッチとしてダイオード２ａ〜２ｆを用いた例について示したが、ダイオード２ａ〜２ｆに代えて、ゲート端子とドレイン端子を短絡したダイオード接続型のトランジスタを用いてもダイオードとして動作するため、同様の効果が得られる。
【００７６】
また、本実施の形態では、スイッチとしてダイオード２ａ〜２ｆを用いた例について示したが、ダイオード２ａ〜２ｆに代えて、レクテナの故障を検出して遮断するスイッチを用いても同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、マイクロ波を受電して直流電力に変換するレクテナ１ａ〜１ｄを用いた構成について示したが、レクテナ１ａ〜１ｄに代えて、マイクロ波を入力して直流を出力する整流回路としてもよく、その場合も同様の効果が得られる。
【００７８】
さらに、本実施の形態においては、図６に示すように、上述の図３に示した実施の形態２のレクテカ１ａ〜１ｄ部分を、上述の図１に示した実施の形態１の受電回路全体に置き換えた構成について説明したが、その逆でもよい。すなわち、上述の図１に示した実施の形態１のレクテカ１ａ〜１ｄ部分を、上述の図３に示した実施の形態２の受電回路全体に置き換えた構成にしてもよく、その場合にも、同様の効果が得られる。
【００７９】
実施の形態６．
図８は、この発明の実施の形態６による受電回路を示す構成図である。これは、実施の形態５と同様に複数のレクテナの出力を合成する方法として直列合成と並列合成を組み合わせた場合の構成例であり、図６に示すダイオード２ａ〜２ｆの代わりに、抵抗１０ａ〜１０ｆを接続した構成である。
【００８０】
なお、図８の構成は、上述の図５に示した実施の形態４のレクテカ１ａ〜１ｄ部分を、上述の図４に示した実施の形態３の受電回路全体（Ｎ＝２の場合）に置き換えた構成であるといえる。
【００８１】
次に動作について説明する。レクテナ１ａ〜１ｄに入力されたマイクロ波は、直流に変換される。レクテナ１ａ〜１ｄが正常に動作している場合、レクテナ１ｃおよび１ｄから出力される直流電流は抵抗１０ｃおよび１０ｄを介して、一部は抵抗１０ｆに流れ、残りはレクテナ１ａおよび１ｂに流れる。同様に、レクテナ１ａおよび１ｂから出力される直流電流は抵抗１０ａおよび１０ｂを介して、一部は抵抗１０ｅに流れ、残りは負荷抵抗３に流れる。
【００８２】
次に、レクテナ１ａおよび１ｃが故障し、レクテナ１ａおよび１ｃを構成するダイオード７が短絡した場合を考える。ここでは、レクテナとして図２に示す構成を想定するが、他の構成でも同様で、レクテナの故障としてダイオードの短絡だけでなくレクテナの出力端子が短絡となる場合も同様である。また、レクテナ１ａおよび１ｄ、レクテナ１ｂおよび１ｃ、レクテナ１ｂおよび１ｄが故障する場合も同様である。この場合、レクテナ１ｄから出力される直流電流は抵抗１０ｄを介して、一部は抵抗１０ｃおよび１０ｆに流れ、残りはレクテナ１ｂに流れる。レクテナ１ｃは短絡されているため出力端子の直流電圧は０となるが、抵抗１０ｃには流れる直流電流に比例した０でない電圧が発生する。同様に、レクテナ１ｂから出力される直流電流は抵抗１０ｂを介して、一部は抵抗１０ａおよび１０ｅに流れ、残りは負荷抵抗３に流れる。レクテナ１ａは短絡されているため出力端子の直流電圧は０となるが、抵抗１０ａには流れる直流電流に比例した０でない電圧が発生する。そのため、負荷抵抗３には０ではない一定の電圧が印加され、直流電力が供給される。
【００８３】
次に、レクテナ１ａおよび１ｂが故障し、レクテナ１ａおよび１ｃを構成するダイオードが開放となった場合を考える。レクテナ１ｃおよび１ｄが故障する場合も同様である。この場合、レクテナ１ａおよび１ｂに直流電流が流れず、抵抗１０ｅに直流電流が流れる。レクテナ１ｃおよび１ｄにより発生した電圧の一部は抵抗１０ｅで電圧降下するが、負荷抵抗３にはレクテナ１ｃおよび１ｄから出力され合成された０でない直流電流が流れるため、負荷抵抗３に直流電力が供給される。
【００８４】
したがって、本発明の受電回路は、マイクロ波を受電して直流電力に変換する複数のレクテナにおいて、各レクテナの出力に抵抗を直列または並列に接続し、さらにそれらを並列接続あるいは直列接続しているため、レクテナを構成するダイオードが故障して短絡あるいは開放となっても、負荷抵抗に印加される直流電圧や負荷抵抗に流れる直流電流が０にならないため、直流電力が負荷抵抗に供給されなくなることを防ぐ効果がある。
【００８５】
また、図９に示すように、図８に示した複数のレクテナの直列合成と並列合成を繰り返し用いて階層的に接続した構成の受電回路においても、同様の効果が得られる。図９の構成は、図７のダイオードが、すべて、抵抗に変更されたものである。従って、図９の詳細な説明は省略する。上記の図７において図６の回路が直列合成と並列合成を繰り返し用いられて階層的に接続されているのと同様に、図９においては、図８に示した回路が直列合成と並列合成を繰り返し用いられて階層的に接続されている。
【００８６】
なお、本実施の形態では、マイクロ波を受電して直流電力に変換するレクテナ１ａ〜１ｄを用いた構成について示したが、レクテナ１ａ〜１ｄに代えて、マイクロ波を入力して直流を出力する整流回路としても同様の効果が得られる。
【００８７】
さらに、本実施の形態においては、図８に示すように、上述の図５に示した実施の形態４のレクテカ１ａ〜１ｄ部分を、上述の図４に示した実施の形態３の受電回路全体に置き換えた構成について説明したが、その逆でもよい。すなわち、上述の図４に示した実施の形態３のレクテカ１ａ〜１ｄ部分を、上述の図５に示した実施の形態４の受電回路全体に置き換えた構成にしてもよく、その場合にも、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００８８】
１  レクテナ、２  ダイオード、３  負荷抵抗、４  アンテナ、５  整流回路、６  入力フィルタ、７  ダイオード、８  出力フィルタ、９  出力端子、１０  抵抗、１１  直流電源、１２  内部抵抗、１３  トランジスタ、２１  レクテナ、２２  ダイオード、２３  抵抗、３１  レクテナ、３２  ダイオード、３３  抵抗、４１  レクテナ、４２  ダイオード、４３  抵抗、５１  ダイオード、５２  抵抗。
【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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