(57)【要約】      （修正有）【課題】レクテナを使用する場所に最適なアンテナを容易に、かつ、低コストで作製することが可能なレクテナ製造システム及びレクテナの製造方法を提供する。【解決手段】レクテナ製造システムは、レクテナを使用する場所の電波状況を測定する測定装置と、この測定装置による測定で得られた電波状況に基づいて、レクテナのアンテナをインクジェット法で作製するインクジェット装置とを備える。アンテナ１０は、金属粒子及びセラミックス粒子からなる群より選択される少なくとも一種を液体に分散したもので作製される。このアンテナが受電する電波は、地上波デジタルテレビ放送、携帯電話及び電波発生装置からなる群より選択される少なくとも一種で利用される電波である。【選択図】図１
2016226075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レクテナを使用する場所の電波状況を測定する測定装置と、
前記測定装置による測定で得られた電波状況に基づいて、前記レクテナのアンテナをインクジェット法で作製するインクジェット装置とを備える、レクテナ製造システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記レクテナで利用される電波が、地上波デジタルテレビ放送、携帯電話および電波発生装置からなる群より選択される少なくとも一種で利用される電波である、レクテナ製造システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記アンテナが、金属粒子およびセラミックス粒子からなる群より選択される少なくとも一種を液体に分散したもので作製される、レクテナ製造システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記金属粒子および前記セラミックス粒子の粒子径が２０ｎｍ以上１μｍ以下である、レクテナ製造システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレクテナ製造システムにより作製されたアンテナを備える、レクテナ。
【請求項６】
レクテナを使用する場所の電波状況を測定し、測定で得た電波状況に基づいて、前記レクテナのアンテナをインクジェット法で作製する、レクテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レクテナ製造システム、レクテナおよびレクテナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レクテナ（ｒｅｃｔｅｎｎａ）はアンテナやコイルと整流回路（ＲＦ−ＤＣ変換回路）を組み合わせた素子であり、ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ  ａｎｔｅｎｎａ（整流アンテナ）の略語である。レクテナは、アンテナで受信した電波のエネルギーを整流回路によって直流電流に変換することにより、直接、電波から直流電力を取り出すことができる。
【０００３】
レクテナを備えた装置は、レクテナが生成した直流電力を無線で常時供給できるため、有線では給電不可能な場所での利用が可能になる。また、アンテナ技術により電波の方向を変更できるため、移動体にも給電でき、放送や無線システムの電波からも電力を取り出せるため、情報と電力を同時に伝送することも可能となる。更に、太陽光発電と比べ、設置環境や天候などによる影響が少なく、安定的な電力供給源となりうると考えられている。このように、レクテナは、空間に存在するエネルギーを回収して利用するエネルギーハーべスティング技術の一つとして、環境電波の電力変換技術を中心とした無線電力伝送技術の応用が期待されており、さらには、数ＭＨｚの電波で磁気共鳴現象または磁界結合を利用したものや、数ＧＨｚの電波で宇宙から地球へ電力を送電するものまで考えられている。
【０００４】
上記したように、レクテナはアンテナやコイルと整流回路で構成されており、電力受信側（受電側）の整流回路はアンテナやコイルで受電した交流電力を直流電力に変換する。このように、レクテナは簡単な構成であり、比較的安価に製造することができるが、ＲＦ−ＤＣ変換効率を上げるためには、受電する場所の受電周波数に応じたアンテナの精度が必要となる。
【０００５】
そこで、例えば、非特許文献１には、放送、通信に用いる３周波数帯からの電磁波エネルギーを回収するのに適したアンテナを設計するために、受信できる電磁波の周波数に応じてアンテナを設計し、銅箔などでアンテナを作製する技術が開示されている。また、特許文献１には、送信機能を有すると共に、より小型化及び長寿命化が可能なレクテナを提供する技術が開示されている。特許文献２には、動作条件にかかわらず高い電力変換効率を維持することができるレクテナ装置が開示されている。さらに、特許文献３には、通信品質を低下させず、無線給電時の電力効率の最適化も可能な無線通信制御機能を有する無線給電装置が開示されている。また、特許文献４には、素子間隔を決定論的に規定することによって、アレーアンテナ上での入力電力の不均一性を軽減し、アレーアンテナの効率を向上するアレーアンテナ配列法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１１８７８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２６０２０号公報
【特許文献３】特開２０１４−５７１８５号公報
【特許文献４】特開２０１４−７２８４４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】北沢祥一、他４名、「放送、通信に用いる３周波数帯からの電磁波エネルギーの回収」、信学技報、一般社団法人電子情報通信学会  無線電力伝送研究会、ＷＰＴ２０１３−２６、平成２５年１１月、ｐ.４９−５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの技術では、レクテナを使用する場所に応じたアンテナをその場で作製していないため、受信する電波とアンテナの整合が悪い。このため、電波とアンテナの整合をとるための制御機構が別途必要となる。このように、規格化された装置では、受信した電波からエネルギーを取り出す効率が低い。また、受信する場所に特有の周波数に応じたアンテナをその都度作製していると、コストがかかる。
【０００９】
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上述の課題の少なくとも一部を解決することで、レクテナを使用する場所に最適なアンテナを容易に、かつ低コストで作製することが可能なレクテナ製造システム、およびレクテナの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１１】
［適用例１］
本発明に係るレクテナ製造システムの一態様は、
レクテナを使用する場所の電波状況を測定する測定装置と、
前記測定装置による測定で得られた電波状況に基づいて、前記レクテナのアンテナをインクジェット法で作製するインクジェット装置とを備えることを特徴とする。
【００１２】
適用例１の態様によれば、測定装置によりレクテナを使用する場所の電波状況を測定し、その結果に基づいてアンテナをインクジェット法で作製するため、レクテナを使用する場所に最適なアンテナを容易に、かつ低コストで作製することが可能となる。
【００１３】
［適用例２］
適用例１のレクテナ製造システムにおいて、
前記レクテナで利用される電波が、地上波デジタルテレビ放送、携帯電話および電波発生装置からなる群より選択される少なくとも一種で利用される電波であることができる。
【００１４】
［適用例３］
適用例１または適用例２のレクテナ製造システムにおいて、
前記アンテナが、金属粒子およびセラミックス粒子からなる群より選択される少なくとも一種を液体に分散したもので作製されることができる。
【００１５】
［適用例４］
適用例３のレクテナ製造システムにおいて、
前記金属粒子および前記セラミックス粒子の粒子径が２０ｎｍ以上１μｍ以下であることができる。
【００１６】
［適用例５］
本発明に係るレクテナの一態様は、
適用例１ないし適用例４のいずれか一例のレクテナ製造システムにより作製されたアンテナを備えることを特徴とする。
【００１７】
［適用例６］
本発明に係るレクテナの製造方法の一態様は、
レクテナを使用する場所の電波状況を測定し、測定で得た電波状況に基づいて、前記レクテナのアンテナをインクジェット法で作製することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に係るレクテナのアンテナを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。
【００２０】
１．レクテナ、レクテナ製造システムおよびレクテナの製造方法
本発明の一実施形態に係るレクテナ製造システムは、レクテナを使用する場所の電波状況を測定する測定装置と、測定装置による測定で得られた電波状況に基づいて、レクテナのアンテナをインクジェット法で作製するインクジェット装置とを備えことを特徴とする。本発明の一実施形態に係るレクテナの製造方法は、レクテナを使用する場所の電波状況を測定し、測定で得た電波状況に基づいて、前記レクテナのアンテナをインクジェット法で作製することを特徴とする。本発明の一実施形態に係るイレクテナは、本発明の一実施形態に係るレクテナ製造システムにより作製されたアンテナを備えることを特徴とする。
【００２１】
以下、本実施の形態に係るレクテナ、レクテナ製造システムおよびレクテナの製造方法について、詳細に説明する。
【００２２】
１．１．レクテナ
本実施の形態に係るレクテナは、後述する本実施の形態に係るレクテナ製造システムにより作製されたアンテナを備える。レクテナの構成としては一般的に知られているものと同様であり、特に限定されないが、例えば、特開２０１３−２２６０２０号公報の図１に記載されているように、電波を受信するアンテナと、アンテナが受信した電波を整流する整流回路と、を備える。
【００２３】
整流回路を構成する素子としては、特に限定されないが、例えばダイオードがあげられ、アンテナから入力された電波を整流し直流電力に変換する。レクテナとしては、アンテナと整流回路を備えていれば機能するが、更に、電波を整流したときに発生する電波の高調波成分をカットし、高調波成分がアンテナ側に出力されることを防止する入力フィルターと、整流回路からの直流電力を透過するとともに、電波の高調波成分をカットする出力フィルターを備えてもよい。入力フィルターおよび出力フィルターとしては、例えば、バンドパスフィルタやローパスフィルタが用いられる。
【００２４】
整流回路は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータである電圧制御器と負荷に電気的に接続され、整流回路によって変換された電力は、電圧制御器によって電圧が制御されて所定の電圧の直流電力として出力され、電圧制御器の後段に接続された負荷（例えば蓄電池等）には、その負荷に適した電圧の電力が供給される。
【００２５】
レクテナを構成するアンテナとしては、例えば、図１に示す構成のものがあげられる。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係るレクテナのアンテナを説明する図である。アンテナ１０は、たとえば、高周波であるマイクロ波を受電するものであり、１辺の長さがｘである正方形状の一対のループ部１２ａ、１２ｂを有する双ループアンテナである。つまり、アンテナ１０は、中心に配置された中心部１２ｃに対して上下方向に線対称になるように、第１ループ部１２ａと第２ループ部１２ｂが配置された形状である。中心部１２ｃの中央部に
は、整流回路と接続するための接続部１４が形成されている。アンテナ１０は、例えばコネクタを用いることにより、接続部１４で整流回路と接続される。
【００２７】
アンテナ１０は、受信する電波としては、例えば、地上波デジタルテレビ放送、携帯電話、電波発生装置で利用される電波があげられる。地上波デジタルテレビ放送の電波は、昼夜問わずテレビ塔から放射されているため、電力供給源として好適である。地上波デジタルテレビ放送で利用される電波の周波数帯域は、たとえば４７０〜７７０ＭＨｚである。また、携帯電話で利用される電波も、各地に携帯電話基地局が設置されており、電力供給源として好適である。携帯電話で利用される電波の周波数帯域は、たとえば８１０〜９５８ＭＨｚである。電波発生装置で利用される電波の周波数の帯域は、電波発生源として用いる素子によって周波数帯域が異なるものであり、例えば、無線ＬＡＮルータであれば、２．４ＧＨｚ帯や５．２ＧＨｚ帯である。レクテナを使用する場所で利用する、つまりエネルギーを回収する電波の周波数は、例えば、ＵＨＦアンテナにスペクトラムアナライザーを接続することにより測定される。
【００２８】
アンテナ１０は、上記測定装置による測定で得られた電波状況に基づいて、利用する電波の周波数帯からのエネルギーを回収するのに最適となるように設計されたものであり、受信する電波の周波数に応じて設計される。アンテナ１０は、電波の周波数に応じて、ループ部１２ａ、１２ｂの長さｘや線幅が決定される。例えば、２８チャンネル（周波数５６０〜５６６ＭＨｚ、中心周波数５６３ＭＨｚ）の電波を受信する場合には、波長λ＝５３．２ｃｍであるので、ループ部１２ａ、１２ｂの長さも５３．２ｃｍとなり、一辺の長さｘは１３．３ｃｍとなる。
【００２９】
アンテナ１０は、例えば、後述するように、銀粒子などの金属粒子やセラミックス粒子等の微粒子を液体に分散したインクをインクジェット法により紙等に印刷することで作製される。この場合、金属粒子およびセラミックス粒子の粒子径が２０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
本実施の形態に係るレクテナでは、レクテナを使用する場所に最適なアンテナにより構成されているため、高効率で電波から電力を取り出すことができる。なお、必要とする電力に応じてアンテナを複数直列に繋いでアレイ化して構成することもできる。
【００３１】
１．２．レクテナ製造システムおよびレクテナの製造方法
本実施の形態に係るレクテナ製造システムは、上記レクテナを構成するアンテナを製造するものであり、レクテナを使用する場所の電波状況を測定する測定装置と、この測定装置による測定で得られた電波状況に基づいて、レクテナのアンテナをインクジェット法で作製するインクジェット装置とを備える。
【００３２】
レクテナを使用する場所の電波状況を測定する測定装置としては、例えば、レクテナによりエネルギーを回収する電波の周波数を測定する周波数測定装置があげられる。周波数測定装置としては、例えば、スペクトラムアナライザーがあげられ、スペクトラムアナライザーにＵＨＦアンテナを接続し、レクテナを使用する場所における周波数と電力を測定する。
【００３３】
スペクトラムアナライザーを用いた測定により、安定して高い電力が得られる周波数を選び、その周波数の電波を受信するのに最適なアンテナを設計し、設計したアンテナをインクジェット装置により作製する。
【００３４】
アンテナの形状としては、例えば、上記したように図１に示す１辺の長さがｘである正方形状の一対のループ部１２ａ、１２ｂを有する双ループアンテナや、ダイポールアンテ
ナがあげられる。双ループアンテナやダイポールアンテナは、形状が単純であるため作製しやすく、好適である。アンテナの長さは、利用する電波からエネルギーを回収するのに最適となるように設計され、例えば、受信できる電波の周波数に応じて設計される。
【００３５】
アンテナを作製するインクジェット装置（不図示）は、インクをインクジェット法により吐出する吐出部（不図示）を備える装置であれば、特に制限なく用いることが可能であり、紙や布に印刷可能なインクジェットプリンターを用いることができる。本実施の形態に係るレクテナ製造システムでは、インクジェット装置のインク中に、アンテナを作製する材料となる銀粒子などの金属粒子やセラミックス粒子等の微粒子を分散させたものである。微粒子を分散させる液体としては、インクジェット法により吐出可能な液体であれば特に限定されないが、例えば、水があげられる。微粒子の粒子径は、インクジェット法により吐出可能であることが好ましく、例えば、２０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。所望により、インクには粘度を調整したり、インクの乾燥を調整するための添加剤が添加される。
【００３６】
本実施の形態に係るレクテナの製造方法は、上記本実施の形態に係るレクテナ製造システムを用いて実施されるものであり、レクテナを使用する場所の電波状況を測定し、測定で得た電波状況に基づいて、レクテナのアンテナをインクジェット法で作製する。
【００３７】
なお、レクテナ製造システムを構成する測定装置とインクジェット装置は、測定装置で得られた結果に基づいてレクテナのアンテナを作製することができればよく、測定装置とインクジェット装置とが繋がっていたり一体化している必要はない。
【００３８】
このように、本実施の形態に係るレクテナ製造システムおよびレクテナの製造方法では、インクジェット法を用いているため、レクテナを使用する場所に適したアンテナをその場で容易に、かつ低コストで作製することができる。また、本実施の形態に係るレクテナ製造システムおよびレクテナの製造方法では、レクテナを使用する場所に最適なアンテナの向きを設定することも可能であり、得られたレクテナを用いることにより、高効率で電力を回収することが可能となる。
【００３９】
更に、本実施の形態で得られたレクテナは、所望の電力を得るための効率がよいので、アンテナの数を減らすことができ、スペース効率を上げることができる。また、レクテナを使用する場所に応じた所望の電力が得られない場合は、近くに電波発生源を用意することも可能であり、例えば、農地の管理などにおいては、土壌の温湿度をモニターし転送する装置が考えられる。農地は都市の周辺部に多いため、電波が弱い場合も存在する。このような場合、個々の装置毎に電源を用いるとその数だけ交換コストがかかるが、電波発生源を用意すると一斉に給電することができるようになる。また、温湿度モニターの電源部の電池交換が必要ないため、電源部を密閉構造とすることができ、風雨に耐えるものを容易に作ることが可能となる。
【００４０】
２．実施例
以下、本発明を実験例および比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに何ら限定されるものではない。
【００４１】
２．１．アンテナの作製
レクテナを構成するアンテナを、下記実施例１〜４および比較例１に記載の方法により作製した。
【００４２】
２．１．１．実施例１：地上波デジタルテレビ放送の電波を利用する場合
レクテナを作製して使用する場所で受信される地上波デジタルテレビ放送の電波を確認
した。長野県塩尻市広丘原新田８０では、２８チャンネル（周波数５６０〜５６６ＭＨｚ、中心周波数５６３ＭＨｚ）が観測されたので、この電波に合うように、λ双ループアンテナ、つまり、図１に示す、２つの正方形を縦に並べた形状のアンテナをインクジェット法でスーパーファイン専用紙に作製した。ここで、観測された波長λは５３．２ｃｍであったため、１つのループの長さが５３．２ｃｍとなるように、つまり、図１において、１辺ｘが１３．３ｃｍとなる正方形が２個接続した形状になるよう作製した。インクジェット装置としては、インクジェットプリンターＰＸ−Ａ６５０（セイコーエプソン株式会社製）を用い、インクとしてはブラック（コンポジットブラック：セイコーエプソン株式会社製）に粒子径１０ｎｍの銀ナノ粒子分散させたインクを用い、スーパーファイン専用紙モードで印刷することにより双ループアンテナを得た。この双ループアンテナを１２個作製し、各アンテナに整流回路としてＲＦ−ＤＣ変換回路をつけて直列につなぎ、ＤＣ−ＤＣコンバータで１．５Ｖに昇圧し、デジタル温度計が動くことを確認した。なお、ＲＦ−ＤＣ変換回路は入力フィルター、整流素子および出力フィルターから構成され、公知の方法で作製した。また、ＤＣ−ＤＣコンバータも公知の方法で作製した。
【００４３】
２．１．２．実施例２：携帯電話の電波を利用する場合
８００ＭＨｚ帯の中心周波数８６５ＭＨｚに合うように、λ双ループアンテナを作製した以外は実施例１と同様に行った。つまり、波長λが３４．６ｃｍであるため、ループ長が３４．６ｃｍとなるように、１辺８．６ｃｍの正方形のパターンを作製した。
【００４４】
２．１．３．実施例３：電波発生源を利用する場合
電波発生源としては市販の無線ＬＡＮルータ（ＢＵＦＦＡＬＯ製ＷＡＰＭ−ＡＧ３００Ｎ）を用いた。２．４ＧＨｚ帯の中心周波数２．４５ＧＨｚに合うように、λ双ループアンテナを作製した以外は実施例１と同様に行った。つまり、波長λが１２．２ｃｍであるため、ループ長が１２．２ｃｍとなるように、１辺の３．０５ｃｍ正方形のパターンを作製した。実施例３ではλ双ループアンテナを１２０個作製した。
【００４５】
２．１．４．実施例４：セラミックス粒子としてＩＴＯを用いる場合
実施例１に記載の銀ナノ粒子含有インクの代わりに、粒子径５０ｎｍのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）ナノ粒子を用いて、ガラス基板に印刷し、１５０℃で６時間アニールしてアンテナを作製した以外は実施例１と同様に行い、評価した。
【００４６】
２．１．５．比較例１
アンテナを地デジの中心周波数５００ＭＨＺ（λ/２＝３０ｃｍ）で１辺１５ｃｍの双ループアンテナを作製した以外は実施例１と同様に作製し、同様に評価した。なお、比較例１を実施した場所では、５００ＭＨｚの中心周波数の電波は観測されない。
【００４７】
２．２．評価結果
実施例１〜４では、いずれもデジタル温度計が動くことを確認したが、比較例１ではデジタル温度計は動かなかった。これは、比較例１では、レクテナを使用する場所に適したアンテナを用いていなかったためと考えられた。このように、レクテナを使用する場所に適したアンテナを用いることにより、高効率で電力を回収することが可能となることが確認された。
【００４８】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した
構成を含む。
【符号の説明】
【００４９】
１０…アンテナ、１２ａ…第１ループ部、１２ｂ…第２ループ部、１２ｃ…中心部、１４…接続部、ｘ…一辺の長さ
【図１】
2016226075.tif 000003