1998 Fiscal Year Annual Research Report
集光型宇宙太陽発電衛星のシステム検討とサンドイッチ型発送電モジュールの開発研究
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09555302
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
加賀 信幸 神戸大学, 工学部, 教授 (30093503)
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| Keywords | 宇宙太陽発電衛星 / マイクロ波無線送電 / F級増幅器 / スロット・アンテナ / モーメント法 / 有限要素法 / IMSバンド / パイロット信号 |
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| Research Abstract |
本研究では、集光型宇宙太陽発電衛星に必要なサンドイッチ型発電・送電モジュールの開発が目的である。本年度は高効率増幅器とアンテナ素子を重点的に開発した。
マイクロ波無線送電には、増幅器の高効率化が不可欠である。この増幅器の効率の向上のため、方形電圧波形によるF級動作を試みた。FETでの消費電力を抑さえたF級動作は理論効率100%である。しかしF級は非常に高いレベルでの回路設計・製作が必要となるため、その実現は困難でほとんど報告例がない。まずは高出力GaAsFETを用いてA級動作で電力増幅器の開発を行ない、2.45GHzにおいて、FETのドレイン効率43%を得た。このA級電力増幅器をF級へと発展させることで、その効率の上昇を図った。F級動作では、全次数の高調波のインピーダンス制御が必要であるが、今回はスタブにより有限の次数の高調波のインピーダンスを制御することでその変化を観測した。その結果、偶数次高調波と第三次高調波を制御した増幅器は、A級よりも全体的に5%の上昇がみられた。
送電アンテナとしては、小型・薄型・軽量で基板上で製作可能、かつ放熱性が良いという条件からスロットアンテナを選択した。このスロットアンテナの数値解析法として有限要素法とモーメント法による両手法と、実際にアンテナを試作して得られた値との比較・検討を行った。有限要素法にはEMASを、モーメント法にはEnsembleを用いてアンテナの解析を行った。アンテナの反射特性と放射パターンにおいても、モーメント法解析によるシミュレーション結果と実験値を比較し、有効な結果が確認できた。また、最適なスロットアンテナの設計を行ったところVSWRが1.2という放射効率の良いモデルが設計できた。
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