| 研究課題/領域番号 |
21K04042
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21020:通信工学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
篠原 真毅 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (10283657)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | ワイヤレス給電 / マイクロ波送電 / レクテナ / 整流回路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は空間伝送型ワイヤレス給電のうち、narrow beam型ワイヤレス給電のための大電力受電整流回路の開発を目的とする。大電力受電整流回路では開発例が少ない周波数5.7GHzで10W出力、効率70%以上を目標とする。手法は1) 既存ショットキーバリアダイオードを用いた受電整流回路を、弱電用整流回路で用いられる手法論である回路インピーダンスの最適化等で高効率化を図る、2) 並行しリジットの整流回路ではあまり例のないHEMT等3端子半導体を用いた大電力整流回路の開発、である。研究により得られた回路設計手法を弱電力から大電力まで整理/統合することで、マイクロ波帯での整流回路理論を発展させる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では空間伝送型ワイヤレス給電のうち、narrow beam型ワイヤレス給電のための大電力受電整流回路の開発、が主目的となる。大電力受電整流回路では開発例が少ない周波数5.7GHzで10W出力、効率70%以上を目標とする。整流回路として当初シングルシャント整流回路、チャージポンプ整流回路、フルブリッジ整流回路の大電力化に関する理論計算及び計算機シミュレーションを行い、その結果本研究目的にはシングルシャント整流回路が最適と結論付けた。続いて従来用いられてきたF級負荷型シングルシャント整流回路に加え、新たにR級負荷型シングルシャント整流回路を考案し比較検討を行い、実際に整流回路を製作してRF-DC変換効率を測定した結果、F級負荷型では入力電力3.96Wの時に効率68.5%、出力電圧11.7Vであったのに対し、R級負荷型では入力電力4.22Wの時に効率74.0%、出力電圧14.8Vと、F級負荷型のほうが電圧が低く出るために大電力に向くことが分かった。整流回路単体では70%以上の目標は達成したものの、出力10Wが達成していないため、複数の整流回路を接続してアレー化を行い、narrow beam型ワイヤレス給電に最適なシステム開発を目指した。Narrow beam型ワイヤレス給電の一例として、ドローンへのワイヤレス給電システムを想定し、本研究で得た設計知見を活かして軽量大出力の整流回路付きアンテナ(レクテナ)アレーを開発した。16素子アレーレクテナによって、43.6W、5.7GHz入力から61.9%の変換効率で直流を発生することに成功した。Narrow beam型ワイヤレス給電の場合はレクテナアレーに理想の(均一・最適な電力の)マイクロ波ビームをあてることが難しく、効率の低下がみられるが、ドローンの飛行には十分な直流電力を得ることができ、narrow beam型ワイヤレス給電のための大電力受電整流回路の開発は成功したといえる。
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