電子管を用いた無線電力伝送用アクティブフェイズドアレイの研究

• Project/Area Number: 15760241
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 篠原 真毅 京都大学, 生存圏研究所, 助教授 (10283657)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2003: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: 宇宙太陽発電所SPS / マイクロ波エネルギー伝送 / 電力分配器 / アクティブ集積アンテナ / 導波管

Research Abstract

経済面を考慮したSPS実現のためには、巨大フェーズドアレー、超高精度なビーム制御(角度分解能0.0001度以下)、高い総合効率、軽量という特徴をもったマイクロ波エネルギー伝送システムが必要不可欠である。これらの要求を満たすべく、導波管スロット給電型アクティブ集積アンテナ(AIA : Active Integrated Antenna)が提案されている。導波管スロット給電型AIAは、電力分配器として用いる導波管スロット、能動素子部として用いる低損失移相器と高効率増幅器をもったAIAから成る。
導波管スロット給電型AIAにおいて、挿入損失を低減するための重要な要素の一つが、マイクロストリップ線路と導波管スロットとの電磁結合部の結合係数である。我々は導波管寸法と電磁結合構造を調整することにより、2素子モデルにおいて90%以上の結合係数を達成した。また、5.8GHzで最適となるように設計したときの-27dB挿入損失はであった。これらの結果は、導波管スロット給電型AIAのSPSへの適応性を十分に示している。
また、2次元で小型・薄型のAIAを実現するためには、AIA部の設計段階における回路寸法の縮小化が重要である。そこでAIAの原型モデルとして、高電子移動度トランジスタ(HEMT : High Electron Mobility Transistor)を用いた小型増幅器を設計・製作した。この増幅器では効率改善のためにAB級での動作点を選択し、1mW入力で47%の電力付加効率(PAE : Power Added Efficiency)が得られた。続いて駆動段の増幅器の設計・製作を行い、十分小型な増幅器が実現し、動作確認された。