JPH0833241A - マイクロ波送受電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 性能のばらつきが少なく軽量薄型化されたマ
イクロ波送受電装置を提供する。 【構成】 マイクロ波送電装置である多層積層板１は、
導電体であるマイクロストリップラインで形成した通常
パッチアンテナと呼ばれるアンテナ素子２と誘電体であ
るテフロングラスファイバ製のアンテナ用基板３とから
なるアンテナ部層４と、電圧基準となる地導体層（グラ
ウンド）であるアルミニウム製の板５と、誘電体である
テフロングラスファイバ製の回路用基板６および外部よ
り供給した電力を高出力の高周波信号に変換するのに必
要な移相器，増幅器等を含んだ高周波モジュール回路７
からなる高周波モジュール部層８とがこの順序で積層さ
れている基本的構成をなすものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、宇宙空間、飛行船また
は飛行機等の移動物体、孤立物体等へマイクロ波で電力
を送電し、また、マイクロ波で送られてきた電力を受電
するマイクロ波送受電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波による電力の送受電技術は、
宇宙空間をはじめとする電力線の引けない場所や、飛行
船または飛行機等の飛翔する移動物体、孤立物体へエネ
ルギーを送ることを可能とする。

【０００３】現在、このマイクロ波による電力の送受電
技術の確立のために様々な研究開発が行なわれている
が、例えば、図２に示すように、受電物体である飛行機
にマイクロ波送電装置から電力を送電して、飛行機の底
面に設けられたマイクロ波受電装置により電力を受電し
て整流直流化することにより飛行に必要な動力エネルギ
ーを飛行機に送って飛行させるというような技術があ
る。

【０００４】このような飛行機等の飛翔体に電力を送電
するマイクロ波送電装置としては、図３に示すようなも
のが知られている。

【０００５】図３のマイクロ波送電装置は、マイクロ波
を送信する導電体であるアンテナ素子１０１が上面に貼
り付けられている誘電体であるアンテナ基板１０２，お
よび電圧基準として用いられる導電体である地導体１０
３からアンテナ部１００が構成されており、また、導電
体である地導体１０４および外部から供給された電力を
増幅してアンテナ素子１０１から放射する高周波信号を
発生するのに必要な回路よりなる高周波モジュール１０
５から高周波モジュール部１０９が構成されている。

【０００６】そして、上記アンテナ部１００と高周波モ
ジュール部１０９との電気的接続は、地導体１０３の下
部に設けられたコネクタ１０６と，地導体１０３の上部
に設けられたコネクタ１０８とを接続用ケーブル１０７
で接続することによってなされており、さらに、アンテ
ナ用基板１０２と地導体１０３との貼り合わせおよび地
導体１０４と高周波モジュール１０５との貼り合わせ固
定は、ねじ等の締め付け手段によって行なわれている。

【０００７】このマイクロ波送電装置おいて、外部から
高周波モジュール１０５に供給された電力は、高周波モ
ジュール１０５内の移相器、高出力増幅器等によって高
周波の信号に変換され、この高周波の信号は直接、コネ
クタ１０８，接続用ケーブル１０７およびコネクタ１０
６を通ってアンテナ素子１０１へ送られ、アンテナ素子
１０１から受電物体としての目標物体に向かって放射さ
れ、受電物体に設けられたマイクロ波受電装置によって
受電されることにより、電力の送電が可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のコネクタ１０６，接続用ケーブル１０７およ
びコネクタ１０８を介して高周波の信号に変換された電
力を直接アンテナ素子１０１へ供給する直接給電方式の
マイクロ波送電装置においては、接続用ケーブル１０７
の曲げ、コネクタ１０６，１０８を地導体１０３，１０
４へ取り付ける条件、等によりアンテナ素子１０１から
放射される高周波信号の位相が変動したり、高周波信号
の伝送ロスが生じて出力が低下したり、電磁干渉を生じ
たりすることがあり、このため電力の送電効率の低下お
よびビームステアリング特性が悪くなってしまうことが
あるという問題があった。

【０００９】また、マイクロ波送電装置は、宇宙空間に
おける人工衛星、飛行機または飛行船等の飛翔体に用い
られるようにするために、従来よりその軽薄化の要請が
強いが、前記従来のマイクロ波送電装置においては、ア
ンテナ部１００と高周波モジュール部１０９とが別々に
独立しており、その電気的接続にコネクタ１０６，接続
用ケーブル１０７およびコネクタ１０８を用いているた
め軽量化および薄型化が困難であり、また、アンテナ用
基板１０２と地導体１０３との貼り合わせおよび地導体
１０４部と高周波モジュール１０５との貼り合わせ固定
がねじ等の締め付け手段によって行なわれているため、
軽量化および性能の安定化が困難であり、これらの問題
を解決することが課題であった。

【００１０】一方、マイクロ波送電装置における高周波
モジュール部をアンテナ素子１０１により受信した高周
波信号の電力を整流して直流出力に変換するのに必要な
整流回路からなる整流回路部に変更することによりマイ
クロ波受電装置として使用できるが、このようなマイク
ロ波受電装置においても上記のような問題は同様に存在
しており、これらの問題を解決することも課題であっ
た。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたもので、性能のばらつきが少なく軽量薄
型化されたマイクロ波送受電装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
送電装置は、電力をマイクロ波で受電物体としての目標
物体へ送電するマイクロ波送電装置において、導電体で
あるアンテナ素子および誘電体であるアンテナ用基板か
らなるアンテナ部層と、導電体であって電圧基準となり
かつ電磁結合用スロットが形成された地導体層と、誘電
体である回路用基板および外部から供給された電力を増
幅してアンテナ素子から放射する高周波信号を発生する
のに必要な回路からなる高周波モジュール部層とがこの
順序で積層された多層積層板により基本的に構成されて
いるものとしたことを特徴としている。

【００１３】本発明に係るマイクロ波送電装置の実施態
様においては、誘電体であるアンテナ用基板と導電体で
ある地導体層とが誘電体接着シート（例えば、圧着シー
ト）によって接着（例えば、熱圧着）されているものと
することができ、同じく実施態様において、導電体であ
る地導体層と誘電体である回路用基板とが誘電体接着シ
ートによって熱圧着されているものとすることができ、
同じく実施態様において、導電体であって電圧基準とな
りかつ電磁結合用スロットが形成された地導体層をアル
ミニウム製（合金を含む）の板とすることができる。

【００１４】本発明に係るマイクロ波受電装置は、マイ
クロ波で送られてきた電力を受電するマイクロ波受電装
置において、導電体であるアンテナ素子および誘電体で
あるアンテナ用基板からなるアンテナ部層と、導電体で
あって電圧基準となりかつ電磁結合用スロットが形成さ
れた地導体層と、誘電体である回路用基板およびアンテ
ナ素子により受電した高周波信号を整流するのに必要な
整流回路からなる整流回路部層とをこの順序で積層した
多層積層板により基本的に構成されているものとしたこ
とを特徴としている。

【００１５】本発明に係るマイクロ波受電装置の実施態
様においては、誘電体であるアンテナ用基板と導電体で
ある地導体層とを誘電体接着シート（例えば、圧着シー
ト）を用いて接着（例えば、熱圧着）しているものとす
ることができ、同じく実施態様において、導電体である
地導体層と誘電体である回路用基板とを誘電体接着シー
トを用いて熱圧着しているものとすることができ、同じ
く実施態様において、導電体であって電圧基準となりか
つ電磁結合用スロットが形成された地導体層をアルミニ
ウム製（合金含む）の板とするものとすることができ
る。

【００１６】

【発明の作用】本発明に係るマイクロ波送電装置は、上
記した構成としており、導電体であるアンテナ素子およ
び誘電体であるアンテナ用基板からなるアンテナ部層
と、導電体であって電圧基準となりかつ電磁結合用スロ
ットが形成された地導体層と、誘電体である回路用基板
および外部から供給された電力を増幅してアンテナ素子
から放射する高周波信号を発生するのに必要な回路から
なる高周波モジュール部層とがこの順序で積層された多
層積層板により基本的に構成されているものとしたこと
により、アンテナ部と高周波モジュール部との電気的接
続が電磁結合用スロットが形成された地導体層を介して
電磁結合によりおこなわれることにより、接続用ケーブ
ル、コネクタが不要となり、また、アンテナ部層、地導
体層、および高周波モジュール部層を積層することによ
り、多層積層板アンテナ部と高周波モジュール部とが表
裏一体構造となって薄型化および軽量化されることとな
り、また、アンテナ素子より放射される高周波信号の位
相が変動したり、高周波信号の伝送ロスが生じたり、そ
の出力が低下したり、電磁干渉が生じたりすること等に
起因する電力の送電効率の低下およびビームステアリン
グ特性変動がなくなることとなる。

【００１７】さらに、誘電体であるアンテナ用基板と導
電体である地導体層とが誘電体接着シート（例えば、圧
着シート）によって接着（例えば、熱圧着）されている
構成および導電体である地導体層と誘電体である回路用
基板とが誘電体接着シート（例えば、圧着シート）によ
って接着（例えば、熱圧着）されている構成とすること
により、組み立て工程が簡素化されて、アレイ化や量産
化が容易となり、基板の接合にねじ等の締め付け手段が
必要でなくなることにより、より軽量化されることとな
り、さらに、多層積層板の剥離強度が増すこととなり、
また、アンテナ部と高周波モジュール部との電磁結合の
際に誘電体接着シートにより均一な層が形成されること
によって、多層積層板内の誘電率にばらつきが生じにく
くなり、その結果安定して高周波信号である電力が伝達
されることとなる。

【００１８】また、導電体であって電圧基準となりかつ
電磁結合用スロットが形成された地導体層をアルミニウ
ム製の板とすることにより、多層積層板の強度が確保さ
れることになると共に多層積層板に発生する熱の基板や
半導体部品への影響を軽減することとなる。

【００１９】本発明に係るマイクロ波受電装置は、マイ
クロ波送電装置における高周波モジュール部をアンテナ
素子により受信した高周波信号の電力を整流して直流出
力に変換するのに必要な整流回路からなる整流回路部に
変更することにより、マイクロ波受電装置となり、上記
した本発明に係るマイクロ波送電装置と同様の作用を奏
することとなる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２１】図１は、本発明に係るマイクロ波送電装置
の一実施例を示す多層積層板の断面構造図である。

【００２２】図１において、マイクロ波送電装置である
多層積層板１は、導電体であるマイクロストリップライ
ンで形成した通常パッチアンテナと呼ばれるアンテナ素
子２と誘電体であるテフロングラスファイバ製のアンテ
ナ用基板３とからなるアンテナ部層４と、電圧基準とな
る地導体層（グラウンド）であるアルミニウム製の板５
と、誘電体であるテフロングラスファイバ製の回路用基
板６および外部より供給された電力を高出力の高周波信
号に変換するのに必要な移相器、増幅器等を含んだ高周
波モジュール回路７からなる高周波モジュール部層８と
がこの順序で積層されている。

【００２３】そして、アンテナ用基板３とアルミニウム
製の板５、アルミニウム製の板５と回路用基板６とがそ
れぞれ誘電体接着シート（この実施例では、圧着シー
ト）９を用いて熱圧着されている。また、アルミニウム
製の板５には、高周波モジュール部で発生した高周波信
号をアンテナ素子２に送るために電磁結合用スロット５
ａが形成されており、高周波モジュール回路７上のパタ
ーンとアンテナ素子２とがこれにより電磁的に結合され
る電磁結合方式を採っている。

【００２４】高周波モジュール回路７において、外部よ
り供給した電力を高出力の高周波信号に変換するする際
に、電圧基準（グラウンド）が必ず必要であるが、ここ
ではアルミニウム製の板５がグラウンドとなる。この場
合、アルミニウム製の板５と高周波モジュール回路７と
の接続は、図１に示すように、回路用基板６および誘電
体接着シート９に穴を形成して電力増幅用の半導体１０
を挿入し、アルミニウム製の板５に一方端を直接ボンデ
ィングし他端を半田付け部１１によって高周波モジュー
ル回路７のパターンに固定するか、あるいは、回路用基
板６にスルーホールめっきを形成し、高周波モジュール
回路７にグラウンドパターンを設けてこれと接続し、回
路用基板６の前記グラウンドパターン上に電力増幅用の
半導体１０を表面実装することが可能である。

【００２５】図１のマイクロ波送電装置において、アン
テナ部層４，アルミニウム製の板５および高周波モジュ
ール部層８を積層してアンテナと高周波モジュール回路
とが表裏一体構造となった多層積層板１とし、かつ、高
周波モジュール回路７上のパターンとアンテナ素子２と
がアルミニウム製の板５に形成された電磁結合用スロッ
ト５ａによって電磁的に結合されることにより、従来に
比較して、電気的に接続するケーブル，コネクタ等が不
要なため、マイクロ波送電装置の大幅な薄型化と軽量化
が可能となり、また、アンテナ素子２より放射される高
周波信号の伝送ロス、位相変動、電磁干渉等の問題が改
善でき、構造が簡素化されたためアレイ化や量産化が容
易となる。

【００２６】また、電気的に接続するケーブル，コネク
タ等が不要なため低コストでマイクロ波送電装置を製作
することができる。

【００２７】さらに、アンテナ用基板３とアルミニウム
製の板５とを誘電体接着シート９を用いて熱圧着するこ
とにより、組み立て工程が簡素化されて、アレイ化や量
産化が容易となり、また、基板の接合を行なうのに相対
位置精度が出しやすくなり、さらに、多層積層板１の剥
離強度を増すことが可能となり、また、アンテナ部と高
周波モジュール部との電磁結合の際に誘電体接着シート
９により均一な層が形成されることにより、多層積層板
１内の誘電率にばらつきが生じにくくなり、その結果、
安定して高周波信号である電力を送電することが可能と
なる。

【００２８】また、高周波モジュール回路７上のパター
ンとアンテナ素子２とを電磁的に結合するのに、電磁結
合用スロット５ａが形成されたアルミニウム製の板５を
用いているため、多層積層板１の強度を確保することが
でき、また、アルミニウムは比重が小さいために軽量化
に寄与すると共に、熱伝導率が比較的高いため、電磁的
に結合した際に発生する熱を放出する効果が高いことに
より、マイクロ波送電装置における熱による劣化の促進
を抑制できる。

【００２９】なお、高周波モジュール回路７をアンテナ
素子２により受信した高周波信号をＤＣ出力に変換する
ための整流用回路に変え、電力増幅用の半導体１０を整
流用の半導体に変えることにより、マイクロ波受電装置
とすることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
マイクロ波送電装置によれば、導電体であるアンテナ素
子および誘電体であるアンテナ用基板からなるアンテナ
部層と、導電体であって電圧基準となりかつ電磁結合用
スロットが形成された地導体層と、誘電体である回路用
基板および外部から供給された電力を増幅してアンテナ
素子から放射する高周波信号を発生するのに必要な回路
からなる高周波モジュール部層とをこの順序で積層した
多層積層板により基本的に構成されているものとしたこ
とにより、アンテナ部と高周波モジュール部との電気的
接続が電磁結合用スロットが形成された地導体層を介し
て電磁結合によりおこなわれることにより、接続用ケー
ブル、コネクタが不必要となり、また、アンテナ部層、
地導体層、および高周波モジュール部層を積層すことに
より、多層積層板のアンテナ部と高周波モジュール部と
が表裏一体構造となり薄型化および軽量化が可能とな
り、さらにまた、アンテナ素子より放射される高周波信
号の位相が変動したり、高周波信号の伝送ロスが生じた
り、その出力が低下したり、電磁干渉が生じたりするこ
と等に起因する電力の送電効率の低下を防止することが
可能であるという優れた効果が得られる。

【００３１】さらに、誘電体であるアンテナ用基板と導
電体である地導体層とを誘電体接着シートを用いて接着
する構成および導電体である地導体層と誘電体である回
路用基板とを誘電体接着シートを用いて接着する構成と
することにより、組み立て工程が簡素化でき、アレイ化
や量産化が容易となり、基板の接合にねじ等の締め付け
手段が必要でなくなることにより軽量化が可能となり、
さらに、多層積層板の剥離強度を増加させることがで
き、また、アンテナ部と高周波モジュール部との電磁結
合の際に誘電体接着シートにより均一な層を形成するこ
とが可能となり、、多層積層板内の誘電率のばらつきを
低減することが可能となり、その結果安定して高周波信
号である電力の送電または受電が可能となる。

【００３２】また、導電体であって電圧基準となりかつ
電磁結合用スロットが形成された地導体層がアルミニウ
ム製の板よりなるものとすることにより、多層積層板の
強度が確保でき、また、軽量化に寄与すると共に、アル
ミニウムは熱伝導率が高いことにより多層積層板に発生
する熱の基板や半導体部品への影響を軽減することがで
き、マイクロ波送受電装置の熱による劣化の促進を抑制
することが可能となる。

【００３３】さらに、本発明に係るマイクロ波送電装置
の高周波モジュール回路および電力増幅用半導体を整流
用回路および整流用半導体へ交換した本発明に係るマイ
クロ波受電装置においても、上記と同様の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロ波送電装置の一実施例を
示す断面説明図である。

【図２】飛行機におけるマイクロ波送受電装置による送
受電の様子を示した説明図である。

【図３】従来のマイクロ波送電装置を示す断面説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 多層積層板 （マイクロ波送（受）電装置） ２ 受電素子 ３ アンテナ用基板 ４ アンテナ部層 ５ 地導体層（グラウンド） ６ 回路用基板 ７ 高周波モジュール回路 ８ 高周波モジュール部層 ９ 誘電体接着シート １０ 電力増幅用半導体 １１ 半田付け部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力をマイクロ波で受電物体としての目
   標物体へ送電するマイクロ波送電装置において、導電体
   であるアンテナ素子および誘電体であるアンテナ用基板
   からなるアンテナ部層と、導電体であって電圧基準とな
   りかつ電磁結合用スロットが形成された地導体層と、誘
   電体である回路用基板および外部から供給された電力を
   増幅してアンテナ素子から放射する高周波信号を発生す
   るのに必要な高周波モジュール回路からなる高周波モジ
   ュール部層とがこの順序で積層された多層積層板により
   基本的に構成されていることを特徴とするマイクロ波送
   電装置。
2. 【請求項２】 誘電体であるアンテナ用基板と導電体で
   ある地導体層とが誘電体接着シートによって接着されて
   いることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波送電
   装置。
3. 【請求項３】 導電体である地導体層と誘電体である回
   路用基板とが誘電体接着シートによって接着されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波
   送電装置。
4. 【請求項４】 導電体であって電圧基準となりかつ電磁
   結合用スロットが形成された地導体層をアルミニウム製
   の板とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載のマイクロ波送電装置。
5. 【請求項５】 マイクロ波で送られてきた電力を受電す
   るマイクロ波受電装置において、導電体であるアンテナ
   素子および誘電体であるアンテナ用基板からなるアンテ
   ナ部層と、導電体であって電圧基準となりかつ電磁結合
   用スロットが形成された地導体層と、誘電体である回路
   用基板およびアンテナ素子により受電した高周波信号を
   整流するのに必要な整流回路からなる整流回路部層とが
   この順序で積層された多層積層板により基本的に構成さ
   れていることを特徴とするマイクロ波受電装置。
6. 【請求項６】 誘電体であるアンテナ用基板と導電体で
   ある地導体層とが誘電体接着シートによって接着されて
   いることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波受電
   装置。
7. 【請求項７】 導電体である地導体層と誘電体である回
   路用基板とが誘電体接着シートによって接着されている
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のマイクロ波
   受電装置。
8. 【請求項８】 導電体であって電圧基準となりかつ電磁
   結合用スロットが形成された地導体層をアルミニウム製
   の板とすることを特徴とする請求項５ないし７のいずれ
   かに記載のマイクロ波受電装置。