(57)【要約】【課題】送受両用の機能を有するアンテナ素子を用いることなく、送電用アレーアンテナを構成して、製造コスト、輸送コスト、維持コストなどを低減することができるようにする。【解決手段】位相合成器３４−ｎが、送電用アンテナ素子３１−ｎと組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を抽出して、その受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成し、その合成位相φｎ（ｔ）から送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相φｎ＊（ｔ）を導出し、移相器３５−ｎが、マイクロ波変換部３から出力された電力マイクロ波に対して放射位相φｎ＊（ｔ）を与える。【選択図】図２
2013005378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙空間に展開されており、太陽光を受けて電力を発電するソーラーパネルと、上記ソーラーパネルにより発電された電力をマイクロ波に重畳する電力重畳手段と、上記電力重畳手段により電力が重畳されたマイクロ波を地上に向けて送信する一方、地上から送信されてくるパイロット信号を受信する送電用アレーアンテナと、地上に設置されており、上記送電用アレーアンテナにより送信されたマイクロ波を受信する一方、上記パイロット信号を送信する受電用アレーアンテナと、上記受電用アレーアンテナにより受信されたマイクロ波に重畳されている電力を抽出する電力抽出手段とを備えた太陽光発電衛星システムにおいて、
上記送電用アレーアンテナは上記電力重畳手段により電力が重畳されたマイクロ波を送信する複数の送電用アンテナ素子と、上記受電用アレーアンテナから送信されたパイロット信号を受信する複数のパイロット信号受信用アンテナ素子とから構成されており、
上記複数の送電用アンテナ素子は不等間隔又は不均一に配置され、上記複数のパイロット信号受信用アンテナ素子は上記送電用アンテナ素子が配置されていない隙間部分に配置されており、
各々の送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子における上記パイロット信号の受信位相を抽出して、その抽出した複数の受信位相を合成し、合成後の受信位相に応じて当該送電用アンテナ素子の放射位相を設定する放射位相設定手段を設けたことを特徴とする太陽光発電衛星システム。
【請求項２】
送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子は、上記送電用アンテナ素子の位置を中心とする線対称の位置に配置される２個のパイロット信号受信用アンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電衛星システム。
【請求項３】
送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子は、上記送電用アンテナ素子の位置を中心とする点対称の位置に配置される２個のパイロット信号受信用アンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電衛星システム。
【請求項４】
送電用アンテナ素子の位置を中心とする点対称の位置に配置される２個のパイロット信号受信用アンテナ素子である第１及び第２のパイロット信号受信用アンテナ素子のうち、第２のパイロット信号受信用アンテナ素子の配置位置が、当該送電用アンテナ素子と異なる他の送電用アンテナ素子の配置位置と重なる場合、第１のパイロット信号受信用アンテナ素子と当該送電用アンテナ素子の配置位置を結ぶ線分上の定数倍の外分点に第２のパイロット受信用アンテナ素子が配置されることを特徴とする請求項３記載の太陽光発電衛星システム。
【請求項５】
放射位相設定手段は、各々の送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子が配置されている位置を記憶している位置記憶部と、上記複数のパイロット信号受信用アンテナ素子におけるパイロット信号の受信位相を抽出する位相抽出部と、上記位置記憶部により記憶されている位置にしたがって上記位相抽出部により抽出された受信位相を補正する位相補正部と、上記位相補正部により補正された複数の受信位相を合成し、合成後の受信位相に応じて当該送電用アンテナ素子の放射位相を設定する放射位相設定部とから構成されていることを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載の太陽光発電衛星システム。
【請求項６】
送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子は、上記送電用アンテナ素子の位置を中心とする点対称の位置に配置される４以上の偶数個のパイロット信号受信用アンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電衛星システム。
【請求項７】
放射位相設定手段は、各々の送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子により受信されたアナログ信号であるパイロット信号を合成するアナログ合成器と、上記複数のパイロット信号受信用アンテナ素子と上記アナログ合成器間を結び、上記複数のパイロット信号受信用アンテナ素子により受信されたパイロット信号を上記アナログ合成器まで導く複数の伝送線路とから構成され、上記複数の伝送線路の電気長が同一長に調整されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の太陽光発電衛星システム。
【請求項８】
宇宙空間に展開されており、太陽光を受けて電力を発電するソーラーパネルと、上記ソーラーパネルにより発電された電力をマイクロ波に重畳する電力重畳手段と、上記電力重畳手段により電力が重畳されたマイクロ波を地上に向けて送信する一方、地上から送信されてくるパイロット信号を受信する送電用アレーアンテナと、地上に設置されており、上記送電用アレーアンテナにより送信されたマイクロ波を受信する一方、上記パイロット信号を送信する受電用アレーアンテナと、上記受電用アレーアンテナにより受信されたマイクロ波に重畳されている電力を抽出する電力抽出手段とを備えた太陽光発電衛星システムに適用される放射位相設定方法において、
上記送電用アレーアンテナが、上記電力重畳手段により電力が重畳されたマイクロ波を送信する複数の送電用アンテナ素子と、上記受電用アレーアンテナから送信されたパイロット信号を受信する複数のパイロット信号受信用アンテナ素子とから構成されており、
上記複数の送電用アンテナ素子が、不等間隔又は不均一に配置され、上記複数のパイロット信号受信用アンテナ素子が、上記送電用アンテナ素子が配置されていない隙間部分に配置されており、
放射位相設定手段が、各々の送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子における上記パイロット信号の受信位相を抽出して、その抽出した複数の受信位相を合成し、合成後の受信位相に応じて当該送電用アンテナ素子の放射位相を設定することを特徴とする放射位相設定方法。
【請求項９】
送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子は、上記送電用アンテナ素子の位置を中心とする線対称又は点対称の位置に配置される２個のパイロット信号受信用アンテナ素子であることを特徴とする請求項８記載の放射位相設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、宇宙空間に展開されているソーラーパネルが発電する電力をマイクロ波に重畳して地上に送信し、地上でマイクロ波に重畳されている電力を抽出する太陽光発電衛星システムと、そのマイクロ波を送信する送電用アンテナ素子の放射位相を設定する放射位相設定方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電衛星システム（Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）では、宇宙空間に展開されている広大なソーラーパネルが発電する電力をマイクロ波に重畳し、直径約１００ｍ以上の巨大な送電用アレーアンテナ（例えば非特許文献１を参照）が、そのマイクロ波を地球上に設置されている直径約２ｋｍの巨大な受電用アレーアンテナ（例えば非特許文献１を参照）に向けて送信する。
また、太陽光発電衛星システムは、地球上に設定されている整流回路が、受電用アレーアンテナにより受信されたマイクロ波に重畳されている電力を抽出する。
【０００３】
図９は以下の特許文献１に開示されている太陽光発電衛星システムを示す全体概要図である。
図９において、ソーラーパネル１は宇宙空間に展開されており、太陽光を受けて電力を発電する光電変換機器である。
ロータリージョイント２はソーラーパネル１とマイクロ波変換部３の間に接続されている接続部材であり、ソーラーパネル１により発電された電力をマイクロ波変換部３に伝達する。
なお、ソーラーパネル１が太陽から適正な角度で太陽光を受けることができるように、太陽光発電衛星と太陽の位置関係によってソーラーパネル１が回転させられるが、その場合でも、ロータリージョイント２は、ソーラーパネル１により発電された電力を確実にマイクロ波変換部３に伝達することができる。
【０００４】
マイクロ波変換部３はソーラーパネル１により発電された電力をマイクロ波に重畳し、電力マイクロ波（電力が重畳されているマイクロ波）を送電用アレーアンテナ４に出力する。
送電用アレーアンテナ４は複数の送受信両用アンテナ素子５から構成されており、送受信両用アンテナ素子５はマイクロ波変換部３から出力された電力マイクロ波を地球７上の受電用アレーアンテナ８に向けて送信する一方、地球７上のパイロット信号送信機１０から送信されたパイロット信号１１を受信する。
図中、６は送電用アレーアンテナ４から送信された電力マイクロ波のビームである。
【０００５】
受電用アレーアンテナ８は地球７上の所定の場所に設置されており、送電用アレーアンテナ４から送信された電力マイクロ波を受信する複数の受電用アンテナ素子９から構成されている。
パイロット信号送信機１０は受電用アレーアンテナ８の中心に設置されており、パイロット信号１１を送電用アレーアンテナ４に向けて送信する。
整流回路１２は複数の受電用アンテナ素子９により受信されたマイクロ波に重畳されている電力を抽出する回路である。
【０００６】
図１０は特許文献１に開示されている太陽光発電衛星システムの衛星側の詳細内部構成を示す構成図である。
図１０において、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎは、送電用アレーアンテナ４を構成しているアンテナ素子（図９の送受信両用アンテナ素子５）であり、移相器２３−１〜２３−Ｎから出力された電力マイクロ波を地球７上の受電用アレーアンテナ８に向けて送信する一方、地球７上のパイロット信号送信機１０から送信されたパイロット信号１１を受信する。
受信機２１−１〜２１−Ｎは送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎにより受信されたパイロット信号１１を復調する。
【０００７】
位相共役器２２−１〜２２−Ｎは送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎにおけるパイロット信号の受信位相を抽出し、その受信位相から送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎの放射位相を導出する。
移相器２３−１〜２３−Ｎはマイクロ波変換部３から出力された電力マイクロ波の放射位相として、位相共役器２２−１〜２２−Ｎにより導出された放射位相を設定する。
図中、２４はパイロット信号１１の等位相面（位相が揃っている面）である。
【０００８】
以下、図９及び図１０を参照しながら、太陽光発電衛星システムの処理内容を説明する。
太陽光発電衛星システムの宇宙構造体は、高度約１１００ｋｍの低軌道（ＬＥＯ：Ｌｏｗ  Ｅａｒｔｈ  Ｏｒｂｉｔ）上に位置し、その宇宙構造体の１つである送電用アレーアンテナ４は、直径が１００ｍ以上の巨大アンテナであり、発電量が１０ＧＷである（地球上の発電所１基分の容量に匹敵している）。
このため、送電用アレーアンテナ４は、多数の送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎから構成される。
【０００９】
このとき、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎが等間隔又は均一に配置される場合、送電用アレーアンテナ４から送信される電力マイクロ波のビーム６には、受電用アレーアンテナ８に向けられる主ビームのほかに、サイドローブと呼ばれるビームが発生する。また、送受信両用アンテナ素子５の重ね合わせによる電力マイクロ波の素子間の位相干渉に応じて生じるグレーティングローブが発生する。
そのサイドローブやグレーティングローブは、送信目標である受電用アレーアンテナ８以外の方向に散乱や散逸してしまうため、電力伝送効率の低下を招く要因になり、また、他の装置に対して、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）による誤動作を引き起こす要因になり、可能な限り抑圧する必要がある。
そこで、特許文献１では、サイドローブやグレーティングローブの発生を抑圧するため、図１１に示すように、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎを不等間隔又は不均一に配置するようにしている。
【００１０】
太陽光発電衛星システムにおける最も重要な要素は、ソーラーパネル１により発電された電力が重畳されている電力マイクロ波の主ビームを、地球７上の所定地点に設置されている受電用アレーアンテナ８に対して、如何に指向・追尾させるかということである。
最適な指向・追尾方式として、レトロディレクティブ方式が挙げられる。図１２はレトロディレクティブ方式の概念を示す説明図である。
図９の太陽光発電衛星システムでは、レトロディレクティブ方式を採用しているものとして説明する。
【００１１】
受電用アレーアンテナ８の中心に設置されているパイロット信号送信機１０は、特定周波数のパイロット信号１１を送電用アレーアンテナ４に向けて送信する。
パイロット信号送信機１０から送信されたパイロット信号１１の等位相面２４が送電用アレーアンテナ４を構成している送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎに到達すると、受信機２１−１〜２１−Ｎがパイロット信号１１を検出して復調する。
位相共役器２２−１〜２２−Ｎは、受信機２１−１〜２１−Ｎがパイロット信号１１を復調すると、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎにおけるパイロット信号１１の受信位相を抽出する。
即ち、送電用アレーアンテナ４上の位相基準点から見て、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎが配置されている位置に依存している下記の式（１）で表される位相成分を抽出する。
【００１２】
2013005378.tif 000003
式（１）において、φｎは送電用アレーアンテナ４を構成している第ｎ番目（１≦ｎ≦Ｎ、Ｎは全素子数）の送受信両用アンテナ素子５−ｎにおけるパイロット信号１１の受信位相である。
また、θはパイロット信号１１の等位相面２４と送受信両用アンテナ素子５−ｎが構成する平面とのなす角度であり、一般にパイロット信号１１の入射角と呼ばれる。
λは伝送するマイクロ波の波長であり、Ｄｎは送電用アレーアンテナ４上の位相基準点（図１２の例では、送受信両用アンテナ素子５−１が配置されている位置）から各送受信両用アンテナ素子５（図１２の例では、送受信両用アンテナ素子５−２）が配置されている位置までの距離である素子間隔を表している。
【００１３】
位相共役器２２−１〜２２−Ｎは、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎにおけるパイロット信号１１の受信位相φｎを抽出すると、その受信位相φｎから送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎの放射位相を導出する。
即ち、位相共役器２２−１〜２２−Ｎは、下記の式（２）に示すように、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎの放射位相として、その受信位相φｎの複素共役成分φｎ＊を算出する。
2013005378.tif 000004
【００１４】
マイクロ波変換部３は、ソーラーパネル１により発電された電力をマイクロ波に重畳し、電力マイクロ波（電力が重畳されているマイクロ波）を移相器２３−１〜２３−Ｎに出力する。
移相器２３−１〜２３−Ｎは、マイクロ波変換部３から出力された電力マイクロ波の放射位相として、位相共役器２２−１〜２２−Ｎにより導出された放射位相φｎ＊を設定する。
これにより、放射位相φｎ＊が設定された電力マイクロ波は送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎから送信されるが、パイロット信号１１の入射角と全く同一方向に電力マイクロ波を放射するための等位相面２４が形成される。
【００１５】
図１２では、１次元のリニアアレーの例を用いて説明したが、２次元の平面アレーについても同様に成立する。
このようにして、電力マイクロ波は、パイロット信号１１の方向へ自動的に指向制御される。
このレトロディレクティブ方式は、構造が比較的単純であり、式（２）を演算するだけで演算負荷も小さく、処理反応速度も速いため、衛星の軌道からのずれや摺動（ある点を中心としてガウス分布上に起動が変動すること）などの衛星の姿勢誤差への対応にも優れ、常に地上のパイロット信号送信機１０（受電用アレーアンテナ８）の方向へ電力マイクロ波を指向・追尾させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−１３６５４２号公報（図２）
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】宇宙科学研究所、“太陽発電衛星SPS2000研究成果報告”、宇宙科学研究所報告  特集  第43号（抜粋版）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来の太陽光発電衛星システムは以上のように構成されているので、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎが不等間隔又は不均一に配置されている。このため、サイドローブやグレーティングローブの発生を抑圧することができるが、送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎでは、電力マイクロ波の送信とパイロット信号１１の受信を同時に行う必要がある。一般に、送受両用の機能を有するアンテナ素子（モジュール）は、送信機能単体又は受信機能単体に機能を限定しているアンテナ素子（モジュール）よりも構造が複雑で構成品点数が多い。そのため、送受両用の機能を有するアンテナ素子は、単機能のアンテナ素子と比較して、製造単価が高額で、重量が重く、故障率が高いという大きな問題を有している。このことは、宇宙空間で稼動する太陽光発電衛星システムの製造コスト、輸送コスト、維持コストの増大を招き、システムにおける費用対効果に著しいデメリットを引き起こしかねない課題があった。
【００１９】
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、送受両用の機能を有するアンテナ素子を用いることなく、送電用アレーアンテナを構成して、製造コスト、輸送コスト、維持コストなどを低減することができる太陽光発電衛星システム及び放射位相設定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明に係る太陽光発電衛星システムは、送電用アレーアンテナが、電力重畳手段により電力が重畳されたマイクロ波を送信する複数の送電用アンテナ素子と、受電用アレーアンテナから送信されたパイロット信号を受信する複数のパイロット信号受信用アンテナ素子とから構成されており、複数の送電用アンテナ素子が不等間隔又は不均一に配置され、複数のパイロット信号受信用アンテナ素子が送電用アンテナ素子が配置されていない隙間部分に配置されており、放射位相設定手段が、各々の送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子におけるパイロット信号の受信位相を抽出して、その抽出した複数の受信位相を合成し、合成後の受信位相に応じて当該送電用アンテナ素子の放射位相を設定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、送電用アレーアンテナが、電力重畳手段により電力が重畳されたマイクロ波を送信する複数の送電用アンテナ素子と、受電用アレーアンテナから送信されたパイロット信号を受信する複数のパイロット信号受信用アンテナ素子とから構成されており、複数の送電用アンテナ素子が不等間隔又は不均一に配置され、複数のパイロット信号受信用アンテナ素子が送電用アンテナ素子が配置されていない隙間部分に配置されており、放射位相設定手段が、各々の送電用アンテナ素子と組となる複数のパイロット信号受信用アンテナ素子におけるパイロット信号の受信位相を抽出して、その抽出した複数の受信位相を合成し、合成後の受信位相に応じて当該送電用アンテナ素子の放射位相を設定するように構成したので、送受両用の機能を有するアンテナ素子を用いることなく、送電用アレーアンテナを構成することが可能になり、製造コスト、輸送コスト、維持コストなどを低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１による太陽光発電衛星システムを示す全体概要図である。
【図２】この発明の実施の形態１による太陽光発電衛星システムの衛星側の詳細内部構成を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による太陽光発電衛星システムの処理内容の一部（放射位相設定方法）を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による太陽光発電衛星システムで使用している座標系を示す説明図である。
【図５】送電用アンテナ素子３１に対する２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の配置例を示す説明図である。
【図６】送電用アンテナ素子３１に対する２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の配置例を示す説明図である。
【図７】送電用アンテナ素子３１に対する２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の配置例を示す説明図である。
【図８】送電用アンテナ素子３１に対する２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の配置例を示す説明図である。
【図９】特許文献１に開示されている太陽光発電衛星システムを示す全体概要図である。
【図１０】特許文献１に開示されている太陽光発電衛星システムの衛星側の詳細内部構成を示す構成図である。
【図１１】送受信両用アンテナ素子５−１〜５−Ｎが不等間隔又は不均一に配置されている送電用アレーアンテナ４を示す説明図である。
【図１２】レトロディレクティブ方式の概念を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施の形態１．
本発明は、送電用アレーアンテナとして、送受両用の機能を有するアンテナ素子ではなく、マイクロ波の送信だけを行う送電用アンテナ素子と、パイロット信号の受信だけを行うパイロット信号受信用アンテナ素子とを用いるものであるが、単純に送電用アンテナ素子とパイロット信号受信用アンテナ素子に分離しただけでは、送電用アレーアンテナとしての機能を損なう可能性がある。
それは先に説明したレトロディレクティブ方式において、送電用アンテナ素子とパイロット信号受信用アンテナ素子を同一平面上の異なる位置に配置することになるため、パイロット信号受信用アンテナ素子におけるパイロット信号の受信位相と、そのパイロット信号受信用アンテナ素子と位置が異なる送電用アンテナ素子の放射位相が異なる問題である。
【００２４】
本発明では、この問題を送電用アンテナ素子の位置を中心とする線対称又は点対称となる最低２個のパイロット信号受信用アンテナ素子におけるパイロット信号の受信位相を合成するだけで、特別な補正処理を実施することなく、送電用アンテナ素子の放射位相を設定することにより、レトロディレクティブ方式を維持可能とするものである。
また、太陽光発電衛星システムとしての電力送電量を維持するために、送電用アンテナ素子の総数を変えない場合、送電用アンテナ素子と別個にパイロット信号受信用アンテナ素子を搭載する分だけ、送電用アレーアンテナの大型化を招く可能性があるが、本発明では、不等間隔又は不均一に配置している送電用アンテナ素子の間に存在する不定形な間隙を利用して、パイロット信号受信用アンテナ素子を配置するようにしているため、送電用アレーアンテナ自体の大きさは、従来と変化しないという利点も享受することができる。
【００２５】
図１はこの発明の実施の形態１による太陽光発電衛星システムを示す全体概要図である。
図１において、ソーラーパネル１は宇宙空間に展開されており、太陽光を受けて電力を発電する光電変換機器である。
ロータリージョイント２はソーラーパネル１とマイクロ波変換部３の間に接続されている接続部材であり、ソーラーパネル１により発電された電力をマイクロ波変換部３に伝達する。
なお、ソーラーパネル１が太陽から適正な角度で太陽光を受けることができるように、太陽光発電衛星と太陽の位置関係によってソーラーパネル１が回転させられるが、その場合でも、ロータリージョイント２は、ソーラーパネル１により発電された電力を確実にマイクロ波変換部３に伝達することができる。
【００２６】
マイクロ波変換部３はソーラーパネル１により発電された電力をマイクロ波に重畳し、電力マイクロ波（電力が重畳されているマイクロ波）を送電用アレーアンテナ４に出力する処理を実施する。なお、マイクロ波変換部３は電力重畳手段を構成している。
送電用アレーアンテナ４は複数の送電用アンテナ素子３１と複数のパイロット信号受信用アンテナ素子３２から構成されており、送電用アンテナ素子３１はマイクロ波変換部３から出力された電力マイクロ波を地球７上の受電用アレーアンテナ８に向けて送信する一方、地球７上のパイロット信号送信機１０から送信されたパイロット信号１１を受信する。
なお、複数の送電用アンテナ素子３１は不等間隔又は不均一に配置され、複数のパイロット信号受信用アンテナ素子３２は送電用アンテナ素子３１が配置されていない隙間部分に配置されている。
図中、６は送電用アレーアンテナ４から送信された電力マイクロ波のビームである。
【００２７】
受電用アレーアンテナ８は地球７上の所定の場所に設置されており、送電用アレーアンテナ４から送信された電力マイクロ波を受信する複数の受電用アンテナ素子９から構成されている。
パイロット信号送信機１０は受電用アレーアンテナ８の中心に設置されており、パイロット信号１１を送電用アレーアンテナ４に向けて送信する。
整流回路１２は複数の受電用アンテナ素子９により受信されたマイクロ波に重畳されている電力を抽出する回路である。なお、整流回路１２は電力抽出手段を構成している。
【００２８】
図２はこの発明の実施の形態１による太陽光発電衛星システムの衛星側の詳細内部構成を示す構成図である。
図２において、送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎは送電用アレーアンテナ４を構成しているアンテナ素子（図１の送電用アンテナ素子３１）であり、移相器３５−１〜３５−Ｎから出力された電力マイクロ波を地球７上の受電用アレーアンテナ８に向けて送信する。
パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１〜３２ａ−Ｎは送電用アレーアンテナ４を構成しているアンテナ素子（図１のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の一部）であり、地球７上のパイロット信号送信機１０から送信されたパイロット信号１１を受信する。
パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−１〜３２ｂ−Ｎは送電用アレーアンテナ４を構成しているアンテナ素子（図１のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の一部）であって、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１〜３２ａ−Ｎと組をなしており、地球７上のパイロット信号送信機１０から送信されたパイロット信号１１を受信する。
【００２９】
受信機３３ａ−１〜３３ａ−Ｎはパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１〜３２ａ−Ｎにより受信されたパイロット信号１１を復調する。
受信機３３ｂ−１〜３３ｂ−Ｎはパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−１〜３２ｂ−Ｎにより受信されたパイロット信号１１を復調する。
【００３０】
位相合成器３４−１〜３４−Ｎは受信機３３ａ−１〜３３ａ−Ｎ，３３ｂ−１〜３３ｂ−Ｎの出力信号から、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１〜３２ａ−Ｎ，３３ｂ−１〜３３ｂ−Ｎにおけるパイロット信号の受信位相を抽出して、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１〜３２ａ−Ｎにおけるパイロット信号の受信位相と、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−１〜３２ｂ−Ｎにおけるパイロット信号の受信位相とを合成し、合成後の受信位相から送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎの放射位相を導出する。
移相器３５−１〜３５−Ｎはマイクロ波変換部３から出力された電力マイクロ波の放射位相として、位相合成器３４−１〜３４−Ｎにより導出された放射位相を設定する。
なお、受信機３３ａ−１〜３３ａ−Ｎ，３３ｂ−１〜３３ｂ−Ｎ、位相合成器３４−１〜３４−Ｎ及び移相器３５−１〜３５−Ｎから放射位相設定手段が構成されている。
図中、２４はパイロット信号１１の等位相面（位相が揃っている面）である。
【００３１】
次に動作について説明する。
図３はこの発明の実施の形態１による太陽光発電衛星システムの処理内容の一部（放射位相設定方法）を示すフローチャートである。
図４はこの発明の実施の形態１による太陽光発電衛星システムで使用している座標系を示す説明図である。
図４の例では、ＸＹＺの３次元直交座標系の原点は、送電用アレーアンテナ４の中心にとり、送電用アレーアンテナ４はＹＺ平面上の平面アレーとしている。
つまり、送電用アレーアンテナ４上に配置される送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎ及びパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１〜３２ａ−Ｎ，３２ｂ−１〜３２ｂ−Ｎは全てＹＺ平面上に位置している。座標原点を送電用アレーアンテナ４の中心におき、これを位相基準点とすれば、レトロディレクティブ方式について示した図１２の素子間隔Dｂは、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１〜３２ａ−Ｎ，３２ｂ−１〜３２ｂ−Ｎの座標値と見なせる。
【００３２】
また、図４の例では、パイロット信号送信機１０から送電用アレーアンテナ４に到来するパイロット信号１１の到来角度を、そのパイロット信号１１の到来方向をＸＹ平面に射影した線分ＡＢとＸ軸のなす角をアジマスＡＺ、パイロット信号１１の到来方向と線分ＡＢのなす角をエレベーションＥＬとして定義している。
このとき、ＹＺ平面にある送電用アレーアンテナ４上の座標（Ｙｎ（ｒ），Ｚｎ（ｒ））に配置される第ｎ番目のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ（または、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎ）におけるパイロット信号１１の受信位相φｎ（ｒ）は、下記の式（３）で与えられる。ただし、１≦ｎ≦Ｎ、Ｎはパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ（または、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎ）の総数である。
以降の表現では、（ｒ）はパイロット信号受信用アンテナ素子３２、（ｔ）は送電用アンテナ素子３１を表すものとする。
2013005378.tif 000005
【００３３】
太陽光発電衛星システムが図１２に示すレトロディレクティブ方式を採用している場合、パイロット信号受信用アンテナ素子３２におけるパイロット信号１１の受信位相φｎ（ｒ）の複素共役値（下記の式（４）で示される位相値φｎ＊（ｒ））を電力マイクロ波の放射位相として、送電用アンテナ素子３１から放射すれば、パイロット信号１１と同一方向に電力マイクロ波を指向することができるはずである。
2013005378.tif 000006
【００３４】
しかし、この実施の形態１では、送電用アンテナ素子３１−ｎとパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを分離し、ＹＺ平面上の異なる位置に配置する必要があるため、送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されている座標を（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））とすると、（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））≠（Ｙｎ（ｒ），Ｚｎ（ｒ））の関係が成立する。
送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されている座標（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））におけるパイロット信号１１の受信位相φｎ（ｔ）は、下記の式（５）で与えられる。
2013005378.tif 000007
【００３５】
このように、（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））≠（Ｙｎ（ｒ），Ｚｎ（ｒ））であるため、φｎ（ｔ）≠φｎ（ｒ）となり、レトロディレクティブ方式の概念が成立しなくなる。したがって、このままでは、電力マイクロ波のビーム６はパイロット信号１１の到来方向へは指向しなくなる問題が発生する。
この実施の形態１では、この問題を解決するために、各々の送電用アンテナ素子３１−ｎに対して、特定の位置関係を有する２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを組み合わせ、２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号１１の受信位相φｎ（ｒ）を合成し、合成後の受信位相φｎ（ｒ）から送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相φｎ＊（ｔ）を導出することで、レトロディレクティブ方式を成立させている。
【００３６】
具体的には、以下の通りである。
図５は送電用アンテナ素子３１に対する２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の配置例を示す説明図である。
図５では、Ｎ個の送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎのうち、送電用アンテナ素子３１−ｎと組となる２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎの配置例を示している。
即ち、送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されている座標（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））を中心として、Ｙ軸に線対称な位置に２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置している。
このとき、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎは、送電用アンテナ素子３１−ｎから＋Δｚだけ離れ、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎは、送電用アンテナ素子３１−ｎから−Δｚだけ離れている。したがって、送電用アンテナ素子３１−ｎの座標を（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））とすると、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎの座標は（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ）＋Δｚ）、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎの座標は（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ）−Δｚ）と表せる。
【００３７】
したがって、受信機３３ａ−ｎは、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎがパイロット信号１１を受信すると（図３のステップＳＴ１）、そのパイロット信号１１を検出して復調する（ステップＳＴ２）。
また、受信機３３ｂ−ｎは、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎがパイロット信号１１を受信すると（ステップＳＴ１）、そのパイロット信号１１を検出して復調する（ステップＳＴ２）。
【００３８】
位相合成器３４−ｎは、受信機３３ａ−ｎ，３３ｂ−ｎがパイロット信号１１を復調すると、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）を抽出する（ステップＳＴ３）。
パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎにおけるパイロット信号１１の受信位相φａ−ｎ（ｒ）は、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎの座標が（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ）＋Δｚ）なので、下記の式（６）で与えられる。ただし、１≦ｎ≦Ｎ、Ｎはパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎの総数である。
2013005378.tif 000008
パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号１１の受信位相φｂ−ｎ（ｒ）は、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎの座標が（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ）−Δｚ）なので、下記の式（７）で与えられる。ただし、１≦ｎ≦Ｎ、Ｎはパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎの総数である。
2013005378.tif 000009
【００３９】
位相合成器３４−ｎは、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）と、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φｂ−ｎ（ｒ）とを合成して合成位相φｎ（ｔ）を算出する（ステップＳＴ４）。
2013005378.tif 000010
【００４０】
位相合成器３４−ｎは、受信位相φａ−ｎ（ｒ）と受信位相φｂ−ｎ（ｒ）の合成位相φｎ（ｔ）を算出すると、その合成位相φｎ（ｔ）から送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相を導出する（ステップＳＴ５）。
即ち、位相合成器３４−ｎは、下記の式（９）に示すように、送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相として、その合成位相φｎ（ｔ）の複素共役成分φｎ＊（ｔ）を算出する。
2013005378.tif 000011
式（９）において、conj{・}は複素共役値を得る演算子である。
式（９）の演算結果である複素共役成分φｎ＊（ｔ）は、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎとパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎに挟まれている送電用アンテナ素子３１−ｎの座標（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））におけるレトロディレクティブ方式に合致する位相値となっている。
【００４１】
移相器３５−ｎは、位相合成器３４−ｎが送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相として、合成位相φｎ（ｔ）の複素共役成分φｎ＊（ｔ）を算出すると、マイクロ波変換部３から出力された電力マイクロ波に対して放射位相φｎ＊（ｔ）を与える（ステップＳＴ６）。
これにより、送電用アンテナ素子３１−ｎから放射位相φｎ＊（ｔ）で電力マイクロ波が放射される。
【００４２】
ここでは、送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相φｎ＊（ｔ）を設定する処理内容を示したが、全ての送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎの放射位相φ１＊（ｔ）〜φＮ＊（ｔ）を同様に設定する。
その結果、送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎから送信される電力マイクロ波の等位相面は、パイロット信号１１の等位相面２４が全く同一になる。つまり、パイロット信号１１の到来方向に対して電力マイクロ波を指向することができる。
【００４３】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、送電用アレーアンテナ４が、電力マイクロ波を送信する複数の送電用アンテナ素子３１−ｎと、パイロット信号送信機１０から送信されたパイロット信号を受信する複数のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎとから構成されており、複数の送電用アンテナ素子３１−ｎが不等間隔又は不均一に配置され、複数のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎが、送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されていない隙間部分に配置されており、位相合成器３４−ｎが、送電用アンテナ素子３１−ｎと組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を抽出して、その受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成し、その合成位相φｎ（ｔ）から送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相φｎ＊（ｔ）を導出し、移相器３５−ｎが、マイクロ波変換部３から出力された電力マイクロ波に対して放射位相φｎ＊（ｔ）を与えるように構成したので、送受両用の機能を有するアンテナ素子を用いることなく、送電用アレーアンテナを構成することが可能になり、製造コスト、輸送コスト、維持コストなどを低減することができる効果を奏する。
【００４４】
即ち、この実施の形態１によれば、組となる２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを「Ｙ軸に線対称」の位置に配置するという制約だけで、送電用アレーアンテナ４の開口上に配置することができ、両対称点の中心点である送電用アンテナ素子３１−ｎからパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎまでの距離には制約事項がない。
つまり、不等間隔又は不均一に配置された送電用アンテナ素子３１−ｎの間隙部分を利用して、組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置するものであるため、例えパイロット信号受信用アンテナ素子３２を増やしても、送電用アレーアンテナ４の開口を広くする必要がない。このため、送電用アレーアンテナ４の大型化や重量増を抑制することができる。
【００４５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されている座標（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））を中心として、Ｙ軸に線対称な位置に２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置するものを示したが、図６に示すように、送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されている座標（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））を中心として、Ｚ軸に線対称な位置に２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置するようにしてもよい。
【００４６】
このとき、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎは、送電用アンテナ素子３１−ｎからΔｙだけ離れ、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎは、送電用アンテナ素子３１−ｎから−Δｙだけ離れている。
送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されている座標を（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））とすると、組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎの座標は（Ｙｎ（ｔ）＋Δｙ，Ｚｎ（ｔ））で表され、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎの座標は（Ｙｎ（ｔ）−Δｙ，Ｚｎ（ｔ））で表される。
【００４７】
したがって、位相合成器３４−ｎにより抽出されるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）は、下記の式（１０）で与えられる。
2013005378.tif 000012
また、位相合成器３４−ｎにより抽出されるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）は、下記の式（１１）で与えられる。
2013005378.tif 000013
【００４８】
位相合成器３４−ｎは、下記の式（１２）に示すように、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）と、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φｂ−ｎ（ｒ）とを合成して合成位相φｎ（ｔ）を算出する。
2013005378.tif 000014
【００４９】
位相合成器３４−ｎは、受信位相φａ−ｎ（ｒ）と受信位相φｂ−ｎ（ｒ）の合成位相φｎ（ｔ）を算出すると、上記実施の形態１と同様に、その合成位相φｎ（ｔ）から送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相を導出する。
即ち、位相合成器３４−ｎは、下記の式（１３）に示すように、送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相として、その合成位相φｎ（ｔ）の複素共役成分φｎ＊（ｔ）を算出する。
2013005378.tif 000015
【００５０】
式（１３）の演算結果である複素共役成分φｎ＊（ｔ）は、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎとパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎに挟まれている送電用アンテナ素子３１−ｎの座標（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））におけるレトロディレクティブ方式に合致する位相値となっている。
したがって、Ｚ軸に線対称な位置に２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎが配置されている場合も、上記実施の形態１と同様に動作する。
【００５１】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、送電用アンテナ素子３１−ｎから放射されるレトロディレクティブ方式に則っている電力マイクロ波のＺ軸位相成分を、Ｙ軸に線対称な位置に配置されている２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相の合成から取得し、上記実施の形態２では、送電用アンテナ素子３１−ｎから放射されるレトロディレクティブ方式に則っている電力マイクロ波のＹ軸位相成分を、Ｚ軸に線対称な位置に配置されている２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相の合成から取得しているものを示したが、これらの場合、一方の軸に対する放射位相のみを得る場合に限られる。
【００５２】
即ち、上記実施の形態１では、電力マイクロ波のＺ軸位相成分だけを得ているので、図４におけるＥＬ方向にしか、電力マイクロ波のビーム６を指向制御することができない。
また、上記実施の形態２では、電力マイクロ波のＹ軸位相成分だけを得ているので、図４におけるＡＺ方向にしか、電力マイクロ波のビーム６を指向制御することができない。
この実施の形態３では、電力マイクロ波のＺ軸位相成分とＹ軸位相成分を同時に取得して、ＥＬ方向及びＡＺ方向に対して、電力マイクロ波のビーム６を指向制御できるようにしている。
【００５３】
図７は送電用アンテナ素子３１に対する２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の配置例を示す説明図である。
図７の例では、送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されている座標（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））を中心として、点対称となる位置に２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置している。
このとき、組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎの座標は（Ｙｎ（ｔ）＋Δｙ，Ｚｎ（ｔ）＋Δｚ）で表され、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎの座標は（Ｙｎ（ｔ）−Δｙ，Ｚｎ（ｔ）−Δｚ）で表される。
【００５４】
したがって、位相合成器３４−ｎにより抽出されるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）は、下記の式（１４）で与えられる。
2013005378.tif 000016
また、位相合成器３４−ｎにより抽出されるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φｂ−ｎ（ｒ）は、下記の式（１５）で与えられる。
2013005378.tif 000017
【００５５】
位相合成器３４−ｎは、下記の式（１６）に示すように、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）と、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φｂ−ｎ（ｒ）とを合成して合成位相φｎ（ｔ）を算出する。
2013005378.tif 000018
【００５６】
位相合成器３４−ｎは、受信位相φａ−ｎ（ｒ）と受信位相φｂ−ｎ（ｒ）の合成位相φｎ（ｔ）を算出すると、上記実施の形態１と同様に、その合成位相φｎ（ｔ）から送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相を導出する。
即ち、位相合成器３４−ｎは、下記の式（１７）に示すように、送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相として、その合成位相φｎ（ｔ）の複素共役成分φｎ＊（ｔ）を算出する。
2013005378.tif 000019
【００５７】
式（１７）の演算結果である複素共役成分φｎ＊（ｔ）は、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎとパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎに挟まれている送電用アンテナ素子３１−ｎの座標（Ｙｎ（ｔ），Ｚｎ（ｔ））におけるレトロディレクティブ方式に合致する位相値となっている。
この実施の形態３では、送電用アンテナ素子３１−ｎから放射されるレトロディレクティブ方式に則っている電力マイクロ波のＺ軸位相成分とＹ軸位相成分を同時に得ることができ、図４におけるＡＺ方向とＥＬ方向に対する電力マイクロ波のビーム指向制御を行うことができる。
【００５８】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、送電用アンテナ素子３１−ｎの位置を中心とする線対称の位置（または点対称の位置）に２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置するものを示したが、送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎを不等間隔又は不均一に配置にしているため、送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎの間にできる間隙は不定形である。
そのため、送電用アンテナ素子３１−ｎの位置を中心とする線対称の位置（または点対称の位置）に２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置することができない場合もある。
【００５９】
図８は送電用アンテナ素子３１に対する２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２の配置例を示す説明図である。
図８では、送電用アンテナ素子３１−１の位置を中心とする点対称の位置に２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置する際、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−１を配置する位置に、別の送電用アンテナ素子３１−２が存在しているために、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−１を配置することができない例を示している。先にも述べているように、電力マイクロ波のビーム６が最適になるように、送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎの配置を決めているため、送電用アンテナ素子３１−２の位置を移動することはできない。
【００６０】
そこで、この実施の形態４では、別の送電用アンテナ素子３１が存在するために、組となる２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎのうち、例えば、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎを配置することができない場合、送電用アンテナ素子３１−ｎとパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎを結ぶ線分上の定数倍の外分点にパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎを配置するようにする。
図８の例では、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−１を２倍の外分点の位置に配置している。
即ち、送電用アンテナ素子３１−ｎが配置されている座標が（Ｙ１（ｔ），Ｚ１（ｔ））であるとすると、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１は座標（Ｙ１（ｔ）−Δｙ，Ｚ１（ｔ）−Δｚ）の位置に配置され、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−１は座標（Ｙ１（ｔ）＋２Δｙ，Ｚ１（ｔ）＋２Δｚ）の位置に配置される。
【００６１】
したがって、位相合成器３４−ｎにより抽出されるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）は、下記の式（１８）で与えられる。
2013005378.tif 000020
また、位相合成器３４−ｎにより抽出されるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φｂ−ｎ（ｒ）は、下記の式（１９）で与えられる。
2013005378.tif 000021
【００６２】
位相合成器３４−ｎは、下記の式（２０）に示すように、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ）と、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φｂ−ｎ（ｒ）とを合成して合成位相φｎ（ｔ）を算出する。
2013005378.tif 000022
【００６３】
式（２０）において、最後の第１項目はパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎのレトロディレクティブ方式に合致する電力マイクロ波の放射位相になっている。
第２項目はΔｙ、Δｚ及び外分点を与える定数値（ここでは、２)により一意に求まる余剰項である。
したがって、送電用アレーアンテナ４上に全ての送電用アンテナ素子３１−１〜３１−Ｎ及びパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−１〜３２ａ−Ｎ，３２ｂ−１〜３２ｂ−Ｎを配置したときに、各々の送電用アンテナ素子３１−ｎと組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎの座標から、Δｙ、Δｚ及び外分点を与える定数値を補正値として、図２における位相合成器３４−ｎ内のメモリテーブル（位置記憶部）に予め記憶させておくようにする。
そして、実際の運用時に、このように外分点の関係にある２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号１１の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成する際に、位相合成器３４−ｎ内の位相補正部が、上記の補正値で余剰項をキャンセルするようにすればよい。
以降、位相合成器３４−ｎ内の放射位相設定部が、補正後の受信位相を合成して合成位相φｎ（ｔ）を算出し、その合成位相φｎ（ｔ）から送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相を導出する。
【００６４】
この実施の形態４によれば、送電用アンテナ素子３１−ｎの周囲に、組となる２個のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置する自由度が大きく向上し、複数の送電用アンテナ素子３１を不等間隔又は不均一に配置しているにもかかわらず、その間隙部分を有効に利用して、パイロット信号受信用アンテナ素子３２を配置することが可能になる。
【００６５】
実施の形態５．
この実施の形態５では、上記実施の形態３，４をより一般化したものである。
即ち、上記実施の形態３，４では、送電用アンテナ素子３１−ｎと組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎが２個であるものを示したが、パイロット信号受信用アンテナ素子３２の配置制約が許す範囲であれば、２個で１組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを複数組配置するようにしてもよい。
【００６６】
例えば、１組目のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎについては、上記実施の形態３，４と同様の方法で配置する。
２組目のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎについては、１組目のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを結ぶ線分に交差する形で（文字Ｘを模するように）配置する。
【００６７】
このように、１つの送電用アンテナ素子３１−ｎに対して、２組のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置することで、以下の効果が得られる。
一般に送電用アレーアンテナ４は、宇宙空間に構築される巨大な平面アレーアンテナであり、それを支える構造体によって平面が維持される。
しかし、構造体の問題や急激な軌道のずれによって、送電用アレーアンテナ４が完全な平面でなく、凹凸を持つような状態になる場合がある。
このような場合、組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号１１の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成することで、送電用アンテナ素子３１−ｎの放射位相を算出しても、平面とは異なる微妙な凹凸で素子の座標が変わっているため、レトロディレクティブ方式に合致する正しい位相値を算出することができない。
【００６８】
これに対して、１組目のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを結ぶ線分に交差する形で、２組目のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置する場合、１組目のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎでは吸収できていない送電用アレーアンテナ４の凹凸の影響を、別のカット面に配置されている２組目のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎが吸収できる場合がある。
【００６９】
この実施の形態５では、１つの送電用アンテナ素子３１−ｎに対して、複数組のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置する際、各組のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎは、異なる交差角度となるように配置する。
理想的には、送電用アンテナ素子３１−ｎを中心とする円周上に、複数組のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置する。
これにより、どのカット面に対しても、送電用アレーアンテナ４の凹凸の影響を吸収することが可能になる。
また、複数組のパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎを配置することで、パイロット信号１１の受信位相を合成する際の受信位相のサンプル数が増えるため、送電用アンテナ素子３１−ｎに与える放射位相の精度が向上する効果が得られる。
【００７０】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、位相合成器３４−ｎが、送電用アンテナ素子３１−ｎと組となるパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を抽出し、その受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成するものを示したが、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成する処理については、デジタル的に処理（デジタル回路などによる演算）してもよいし、アナログ的に処理（ＲＦデバイスのみによる合成）してもよく、同様の効果が得られる。
【００７１】
パイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成する処理をデジタル的に行う場合、位相合成器３４−ｎ内のＡ／Ｄ変換器が、受信機３３ａ−ｎ，３３ｂ−ｎにより復調されたパイロット信号をアナログ値からデジタル値に変換し、このデジタル値からパイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎにおけるパイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を抽出すればよい。
【００７２】
パイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成する処理をアナログ的に行う場合、受信機３３ａ−ｎにより復調されたパイロット信号と受信機３３ｂ−ｎにより復調されたパイロット信号とを合成するアナログ合成器（マジックＴなどのＲＦデバイス）を用いて位相合成器３４−ｎを構成し、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎから位相合成器３４−ｎまでの各伝送線路の電気長の全てが同一になるように調整していればよい。
【００７３】
パイロット信号の受信位相φａ−ｎ（ｒ），φｂ−ｎ（ｒ）を合成する処理をデジタル的に行う場合でも、アナログ的に行う場合でも、同様の効果が得られるが、運用における抗堪性が高く、メンテナンスを容易に行えない宇宙空間で処理の自由度が高いのは、デジタル的処理の方である。
アナログ的に行う場合、パイロット信号受信用アンテナ素子３２ａ−ｎ，３２ｂ−ｎから位相合成器３４−ｎまでの各伝送線路の電気長が完全に一致するとは限らないが、デジタル的に行う場合、その電気長の誤差を補正値として観測値に寄与することができる。
【００７４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  ソーラーパネル、２  ロータリージョイント、３  マイクロ波変換部（電力重畳手段）、４  送電用アレーアンテナ、５−１〜５−Ｎ  送受信両用アンテナ素子、６  電力マイクロ波のビーム、７  地球、８  受電用アレーアンテナ、９  受電用アンテナ素子、１０  パイロット信号送信機、１１  パイロット信号、１２  整流回路（電力抽出手段）、２１−１〜２１−Ｎ  受信機、２２−１〜２２−Ｎ  位相共役器、２３−１〜２３−Ｎ  移相器、２４  パイロット信号の等位相面、３１−１〜３１−Ｎ  送電用アンテナ素子、３２ａ−１〜３２ａ−Ｎ，３２ｂ−１〜３２ｂ−Ｎ  パイロット信号受信用アンテナ素子、３３ａ−１〜３３ａ−Ｎ，３３ｂ−１〜３３ｂ−Ｎ  受信機（放射位相設定手段）、３４−１〜３４−Ｎ  位相合成器（放射位相設定手段）、３５−１〜３５−Ｎ  移相器（放射位相設定手段）。
【図１】
2013005378.tif 000023
【図２】
2013005378.tif 000024
【図３】
2013005378.tif 000025
【図４】
2013005378.tif 000026
【図５】
2013005378.tif 000027
【図６】
2013005378.tif 000028
【図７】
2013005378.tif 000029
【図８】
2013005378.tif 000030
【図９】
2013005378.tif 000031
【図１０】
2013005378.tif 000032
【図１１】
2013005378.tif 000033
【図１２】
2013005378.tif 000034