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災害時フレキシブル無線電力伝送用受電デバイスの研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K04594
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関電気通信大学

研究代表者

石川 亮  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30333892)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード高周波 / マイクロ波 / 無線電力電送 / 整流器 / 広ダイナミックレンジ / トランジスタ大信号モデル / 無線電力伝送 / 高効率整流器 / 電圧制御非線形抵抗モデル
研究開始時の研究の概要

地球温暖化による自然災害の規模拡大化に伴い、電力供給の寸断が大きな問題となっており、臨時の電力供給手段の確保が重要な課題である。その解決手段の一つがマイクロ波と呼ばれる電磁波を用いた無線電力伝送であり、その重要なコンポーネントの一つが、マイクロ波電力を直流電力に変換する高効率整流器である。本課題では、整流器の共通課題である電力変換効率の入力電力変動による大幅な効率低下を解決すべく、電力供給量に応じて能動的に変換効率の最適化を行う新たな回路構成を提案し、いかなる場所に設置されたとしても最大限の変換効率を維持して安定した電力供給を実現するデバイスを開発する。

研究成果の概要

本研究では、マイクロ波電力を直流電力に変換するために用いられる整流器の共通課題である電力変換効率の入力電力変動による大幅な効率低下を解決すべく、電力供給量に応じて能動的に変換効率の最適化を行う新たな構成を有する高効率整流器デバイス開発を実施した。その成果の一つとして、提案手法に基づき設計・試作した整流器において、2.27 GHzにおいて、入力電力レベルが0 dBmから25 dBmの範囲(300倍の違い)で高周波ー直流電力変換効率60%以上、9 dBmから 24 dBmの範囲で70%以上という良好な広ダイナミックレンジ高効率性能が達成された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球温暖化による自然災害の規模拡大化に伴い、電力供給の寸断が大きな問題となっており、臨時の電力供給手段の確保が重要な課題であり、これを解決することに社会的意義がある。この解決手段の一つがマイクロ波無線電力伝送であり、それを成すマイクロ波電力を直流電力に変換する高効率整流器である。本課題では、整流器の共通課題である電力変換効率の入力電力変動による大幅な低下を解決すべく、提案高効率トランジスタ整流器構成に、電力供給量に応じて能動的に変換効率の最適化を行う新たな構成を付加し、いかなる場所に設置されたとしても最大限の変換効率を維持して安定した電力供給を実現するデバイスを開発した点に学術的意義がある。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] DC-Feedback-Mode Transistor Rectifier/Voltage-Doubler Diode Rectifier for Negative Gate Biasing to Microwave Power Amplifiers2022

    • 著者名/発表者名
      Taki Nagata, Kazuhiko Honjo, Ryo Ishikawa
    • 雑誌名

      Proceedings of 2022 Asia-Pacific Microwave Conference

      巻: - ページ: 446-448

    • DOI

      10.23919/apmc55665.2022.9999972

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Input-Power-Synchronous Adaptively Biased Wide-Dynamic-Range High-Efficiency Rectifier with Zero-Threshold GaAs HEMTs2021

    • 著者名/発表者名
      Jun Yamazaki, Ryo Ishikawa, Kazuhiko Honjo
    • 雑誌名

      Proceedings of the 50th European Microwave Conference

      巻: - ページ: 436-439

    • DOI

      10.23919/eumc48046.2021.9338053

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] マイクロ波電力増幅器への負ゲートバイアス印加用直流帰還型ゼロ閾値GaAs HEMT整流器および倍電圧ダイオード整流器2022

    • 著者名/発表者名
      長田多喜、本城和彦、石川亮
    • 学会等名
      電子情報通信学会マイクロ波研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 整流動作用大信号等価回路モデルを用いた広ダイナミックレンジ動作向け高効率GaN HEMT整流器設計2022

    • 著者名/発表者名
      山崎純、本城和彦、石川亮
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 入力電力レベル適応自己ゲートバイアス調整型広ダイナミックレンジ高効率整流器2020

    • 著者名/発表者名
      山崎純、石川亮、本城和彦
    • 学会等名
      電子情報通信学会マイクロ波研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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