電波によるエネルギー伝送の受電システムの大規模化に関する研究

• 研究課題/領域番号: 08878065
• 研究種目: 萌芽的研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: エネルギー学一般・原子力学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 橋本 弘藏 京都大学, 超高層電波研究センター, 教授 (80026369)
• 研究分担者: 篠原 真毅 京都大学, 超高層電波研究センター, 助手 (10283657) ; 小嶋 浩嗣 京都大学, 超高層電波研究センター, 助手 (10215254) ; 松本 紘 京都大学, 超高層電波研究センター, 教授 (00026139)
• 研究期間 (年度): 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 1996年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: マイクロ波 / マイクロ波エネルギー伝送 / レクテナ / 整流回路 / SPS / アレイ

研究概要

本研究はマイクロ波エネルギー伝送に用いるマイクロ波受電整流素子レクテナの大規模化に関する研究である。レクテナはアンテナ及びダイオードを用いた整流回路から構成されているため、アレイ化する場合、(1)アンテナのアレイ化に伴うミューチャルカップリングによる影響(2)整流回路の接続による影響、という2つの要因によってRF-DC変換効率が単体の場合より低下することが知られている。本研究は後者に焦点を絞り、新たに高効率のレクテナを開発し、アレイ化の際の効率低下の原因究明と対策に関する研究を行った。新たに開発したレクテナは十分な素子間隔でアレイを配置しても電力が吸収できるように、3素子の八木宇田アンテナを採用し、アンテナ利得を大きくした。RF-DC変換効率も最大74%と、これまでのレクテナよりも改良がなされている。さらにアレイ接続の研究は、マイクロ波回路シミュレータを用いた理論検討と、開発したレクテナを実際に2素子接続し、様々な実験パラメータでの実験を行う実験的検討で行った。その結果、レクテナの大規模化(アレイ化)による効率低下の原因の1つはダイオードを流れる電流または電圧が、アレイ化されたことにより共通化され、その結果、1素子で用いている時は最適な電流電圧で用いていたものが最適な電流電位で動作できなくなることによるものであるということがわかった。そしてRF-DC変換効率を低下させずにレクテナを大規模化するために、レクテナ素子の最適電流電圧のデータを基に接続するレクテナの直並列を組み合わせ、素子毎の最適な電流電圧を維持できる接続数とすることを提言した。他に、レクテナ素子のRF-DC変換効率の向上には出力フィルターの改善が有効であることも判明した。本研究の今後の課題は、提言したアレイ化の方法を実践し、実際にRF-DC変換効率の低下の小さいアレイを製作し、実験を行うことである。