(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を受信するアンテナと、該アンテナで受信した前記マイクロ波を直流に変換する電力変換手段と、該電力変換手段において発生する高調波を遮断するために前記アンテナと前記電力変換手段との間に設けられた高調波遮断手段とを備えたレクテナ装置において、
前記高調波を直流に変換する高調波電力変換手段を前記電力変換手段と並列に接続したことを特徴とするレクテナ装置。
【請求項２】
前記高調波電力変換手段が、特定の高調波のみを通過させる高調波通過フィルタを有することを特徴とする請求項１のレクテナ装置。
【請求項３】
前記電力変換手段が、前記マイクロ波を整流する整流回路と、前記高調波遮断手段と前記整流回路との間のインピーダンス整合を取る入力整合回路と、前記整流回路により整流されたマイクロ波を直流電力に変換する出力回路とを有し、前記高調波電力変換手段が、前記高調波通過フィルタを通過した高調波を整流する高調波整流回路と、前記高調波遮断手段と前記高調波整流回路との間のインピーダンス整合を取る高調波入力整合回路と、前記高調波整流回路により整流された高調波を直流電力に変換する高調波出力回路とを有することを特徴とする請求項２のレクテナ装置。
【請求項４】
前記高調波電力変換手段が、複数の高調波にそれぞれ対応する用に、前記高調波通過フィルタ、前記高調波入力整合回路、前記高調波整流回路、及び高調波出力回路をそれぞれ複数有することを特徴とする請求項３のレクテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レクテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レクテナ装置は、太陽電池を搭載した人工衛星から送信される高周波電力（一般に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が使用される）を受信し、直流電力に変換する電力変換装置である。なお、レクテナとは、整流器付きアンテナ（Rectifying Antenna）の略語である。
【０００３】
従来のレクテナ装置は、図３に示すように、マイクロ波受信アンテナ３１と、高調波遮断回路３２、入力整合回路３３、整流器３４、及び出力回路３５を有している。
【０００４】
マイクロ波受信アンテナ３１は、衛星からのマイクロ波を受信する。マイクロ波受信アンテナ３１で受信されたマイクロ波は、高調波遮断回路３２及び入出力整合回路３３を介して整流回路３４に供給される。整流回路３４は、入力されたマイクロ波を整流して出力回路へ供給し、出力回路は、直流電力を出力する。
【０００５】
通常、整流回路３４では、ダイオード（非線形回路）を利用して整流を行う。このため、整流回路３４からは、入力マイクロ波の高調波成分が多く発生する。高調波遮断回路３２は、整流回路３４で発生した高調波が、マイクロ波受信アンテナ３１から放射されるのを防ぐために設けられている。また、入力整合回路３３は、高調波遮断回路３２と整流回路３４とのインピーダンス整合を行うために設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレクテナ装置には、電力変換効率が低いという問題点がある。
【０００７】
また、従来のレクテナ装置には、整流回路で発生する高調波を高調波遮断回路３２において十分に遮断できず、高調波がマイクロ波受信アンテナから放射されてしまうという問題点がある。
【０００８】
なお、特開平５−３３５８１１号公報には、レクテナ装置の電力変換効率を向上させる技術が開示されているが、この技術は、高調波遮断回路及び出力回路に設けた高調波の１／４波長の長さを持つオープンスタブの働きで、高調波を反射して整流回路に入力させるものであって、基本波（受信したマイクロ波）が通過する回路と高調波が通過する回路とが共用となっており、基本波と高調波の両方に対して各素子の最適値を求めることは困難である。したがって、このレクテナ装置は、その調整が難しく、電力変換効率を向上させることも難しい。しかも、このレクテナ装置では、オープンスタブによる高調波の反射が、アンテナが漏れ込み、アンテナからの高調波の放射を十分に押さえることができない。
【０００９】
本発明は、電力変換効率が高く、アンテナからの高調波の放射が少ないレクテナ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マイクロ波を受信するアンテナと、該アンテナで受信した前記マイクロ波を直流に変換する電力変換手段と、該電力変換手段において発生する高調波を遮断するために前記アンテナと前記電力変換手段との間に設けられた高調波遮断手段とを備えたレクテナ装置において、前記高調波を直流に変換する高調波電力変換手段を前記電力変換手段と並列に接続したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記高調波電力変換手段が、特定の高調波のみを通過させる高調波通過フィルタを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記電力変換手段が、前記マイクロ波を整流する整流回路と、前記高調波遮断手段と前記整流回路との間のインピーダンス整合を取る入力整合回路と、前記整流回路により整流されたマイクロ波を直流電力に変換する出力回路とを有し、前記高調波電力変換手段が、前記高調波通過フィルタを通過した高調波を整流する高調波整流回路と、前記高調波遮断手段と前記高調波整流回路との間のインピーダンス整合を取る高調波入力整合回路と、前記高調波整流回路により整流された高調波を直流電力に変換する高調波出力回路とを有することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明は、前記高調波電力変換手段が、複数の高調波にそれぞれ対応する用に、前記高調波通過フィルタ、前記高調波入力整合回路、前記高調波整流回路、及び高調波出力回路をそれぞれ複数有することを特徴とする。
【００１４】
【作用】
整流回路で発生した高調波は、入力整合回路を通ったあと、分岐され、高調波電力変換回路と高調波遮断回路に到達する。分岐により、高調波遮断回路に到達する高調波は、従来よりも低減されるので、アンテナ側に漏れて放射される高調波も減少する。
【００１５】
高調波電力変換回路には、整流回路側から直接入力される高調波と、高調波遮断回路で反射された高調波が入力される。高調波を周波数ごとにそれぞれ独立して直流に変換するので効率良く電力変換を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１に、本発明の一実施の形態を示す。このレクテナ装置は、従来同様、マイクロ波受信アンテナ１１、高調波遮断回路１２、入力整合回路１３、整流回路１４、及び出力回路１５を有している。入力整合回路１３、整流回路１４、及び出力回路１５は、基本波電力変換回路１６を構成する。
【００１８】
また、図１のレクテナ装置は、基本波電力変換回路１６に並列に接続された高調波電力変換回路１７を有している。この高調波電力変換回路１７は、各高調波にそれぞれ対応する高調波通過フィルタ（ＢＰＦまたはＨＰＦ）１８、高調波入力整合回路１９、整流回路２０、及び高調波出力回路２１を含む。ここでは、第２高調波から第ｎ高調波（ｎは３以上の整数）に対応する例について示したが、要求される装置の規模等により、第２高調波のみに対応するように構成しても良い。
【００１９】
このレクテナ装置において、マイクロ波受信アンテナ１１、高調波遮断回路１２、入力整合回路１３、整流回路１４、及び出力回路１５は、従来と同様の動作を行う。
【００２０】
整流回路１４で発生した高調波は、入力整合回路１３を通して高調波遮断回路１２及び高調波電力変換回路１７に入力する。また、高調波遮断回路１２に入力した高調波は、反射され、高調波電力変換回路１７へ入力される。
【００２１】
高調波電力変換回路１７では、高調波通過フィルタにより、周波数ごとに分割される。高調波入力整合回路１９、整流回路２０、及び高調波出力回路２１は、それぞれ、入力整合回路１３、整流回路１４、及び出力回路１５と同様の動作を行い、各高調波を直流電力に変換する。
【００２２】
基本波電力変換回路１６及び高調波電力変換回路１７でそれぞれ変換された直流電力は、直流電力合成器（図示せず）で合成してから負荷に供給しても良いし、直接負荷に供給するようにしても良い。
【００２３】
以上のように、本実施の形態では、基本波と高調波とを別々の電力変換回路で変換するようにしたことで、各周波数ごとに各回路の整合を取ることができ効率良く直流への変換が可能になる。また、高調波遮断回路へ到達する高調波が従来よりも低減される上、高調波電力変換回路において各周波数ごとに整合を取っているため、高調波遮断回路も有効に機能し、アンテナ１１から放射される高調波の量も低減される。
【００２４】
【実施例】
次に図１を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２５】
マイクロ受信アンテナ１１は、高効率でマイクロは電力を受信する必要がある。これは、レクテナ装置に入射する単位面積当たりの電力が、一般的には非常に微小なものだからである。したがって、マイクロ波を大電力で受信するにはアンテナの有効開口面積を広くする必要がある。ところが、整流器に使用されるマイクロ波用ダイオードは大電力用のものがない。したがって、レクテナ装置装置としては、図１に示すレクテナ装置を基本ユニットとして、多数のユニットを組み合わせて使用することになる。その結果、マイクロ波受信アンテナとしては、マイクロストリップアンテナが、最適と考えられる。ただし、小電力用レクテナ装置に用いる場合は、必ずしもマイクロストリップアンテナでなくとも良い。
【００２６】
高周波遮断回路１２は、基本波を通過させ、高調波を遮断する。このような回路としては、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域除去フィルタ、及びこれらの組み合わせが考えられるが、高調波を簡単に遮断するために、一般的には低域通過フィルタが使用される。なお、アンテナとしてマイクロストリップアンテナが使用されることや、小型軽量化の観点から、マイクロストリップライン、スロットライン、あるいはコプレーナライン等で構成するのが好ましい。
【００２７】
高調波通過フィルタ１８は、帯域通過フィルタである。ここにおいても、上記理由で、マイクロストリップライン、スロットライン、あるいはコプレーナライン等で構成するのが好ましい。
【００２８】
整流回路１４、２０は、低損失のマイクロ波検波用ダイオードを使用する。マイクロ波検波用ダイオードは、大電力用が存在しないため、電流が多く流れるところには、ダイオードを並列接続し、電圧が高いところにはダイオードを直列に必要なかずだけ接続するようにする。整流回路としては、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すような回路がある。
【００２９】
出力回路１５、２１は、整流されたマイクロ波を平滑化し直流に変換するものである。この変換効率を高くするために、所定の信号に対して十分な大きさの要領を持つコンデンサを用いる必要がある。また、マイクロ波が、後段の直流回路に流れないように、平滑回路の後段（直流回路の前段）にマイクロ波に対して高インピーダンスになる回路を挿入する必要がある。このような回路は、所定の信号に対する帯域除去フィルタ等で構成され、一般的には、１／４波長のライン等で簡易に構成されている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、基本波電力変換回路に並列に高調波電力変換回路を設けるようにしたことで、効率良く電力変換が可能で、アンテナから放射される高調波の量が少ないレクテナ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はともに、図１のレクテナ装置に使用され整流回路の実施例を示す回路図である。
【図３】従来のレクテナ装置のブロック図である。
【符号の説明】
１１      マイクロ波受信アンテナ
１２      高調波遮断回路
１３      入力整合回路
１４      整流回路
１５      出力回路
１６      基本波電力変換回路
１７      高調波電力変換回路
１８      高調波通過フィルタ
１９      高調波入力整合回路
２０      整流回路
２１      高調波出力回路
３１      マイクロ波受信アンテナ
３２      高調波遮断回路
３３      入力整合回路
３４      整流器
３５      出力回路
【図１】
0003761293.tif 000002
【図２】
0003761293.tif 000003
【図３】
0003761293.tif 000004