高効率の無線電力伝送システムの開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21F21053
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 陳 強 東北大学, 工学研究科, 教授 (30261580)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): LI DAOTONG 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2021-11-18 – 2024-03-31
• Keywords: 高効率 / 無線電力伝送 / 高利得アンテナ / アレーアンテナ

Outline of Annual Research Achievements

高効率で広角度に渡って無線で電力を伝送するたえに、ビーム走査が可能な高利得で、高効率なアンテナの実現が重要である。本研究では、誘電体共振器のアンテナ設計手法とアレーアンテナの開口面合成理論に基づき、広角度、広帯域、高利得のアレーアンテナに関する研究を行った。その結果、以下の4つの研究成果を得た。(1)誘電体共振器の設計法に基づく広帯域、高利得アレーアンテナを提案しいる。(2)アンテナの広角ビーム走査のため、異なる誘電率の誘電体を負荷として設けることにより、機械的に広角なビーム走査を実現している。(3)高効率・広帯域のマイクロ波整流回路の設計法を用いることにより、1-6 GHzの周波数帯域において80%の高い整流効率を実現している。(4)アンテナとフィルタの設計技術を融合することにより、アンテナと整流回路と一体化したレクテナの設計法を検討し、小形で高効率なレクテナを実現している。これらの研究成果をまとめて、IEEE Transactions on Components Packaging and Manufacturing Technologyのジャーナル論文を1件投稿した。また、IEEE Transactions on Circuits And Systemsに2件の論文投稿を予定している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1)誘電体共振器の設計法に基づく高帯域、高利得のアンテナの設計を完成しており、電磁界シミュレーションによる性能評価からアンテナの基本特性が確認されている。予定通り、次年度に試作品の試作、測定と評価を実施し、アンテナの有効性を確認する。(2) ビーム走査可能なアレーアンテナの設計では、誘電体材料などの制限で、所望なビーム走査角度を実現しておらず、今後、エンドファイアアレーアンテナの設計法を導入することにより、広角度のビム走査を実現することを検討する。(3)整流効率の高いレクテナの設計においては、マイクロ波整流回路の設計を完成しており、試作と測定の段階に入ってる。(4)フィルタ機能付きのアンテナの設計法の研究においては、既に2タイプのアンテナの設計を完成し。論文1件を投稿済み、2件の投稿を準備中である。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究について、以下3つの方面で実施を計画している。(1)広帯域、高利得、広角度走査が可能なアレーアンテナの研究を継続し、誘電体共振器の設計法に基づく広帯域、高利得アンテナアレーの実験的評価を行い、そのうえ、ビーム走査の動作方式を検討し、広角度のビーム走査を実現する。(2)高効率、固定ビームのレンズアンテナの検討を行う。レンズアンテナは高効率、広帯域であるが、複雑の構造とサイズの大型化が問題となっている。平面型レンズアンテナの検討や、3Dプリンターによるレンズアンテナの製作技術の検討などを行う。(3)小型で高い整流効率のレクテナの研究を継続する。アンテナアレーの集積とアレーの小小形化技術を用いたレクテナの小形化を図る。