JPH0833242A - マイクロ波送受電装置およびその艤装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 性能のばらつきが少なく量産化が可能でより
軽量化されたマイクロ波送受電装置、および、このマイ
クロ波送受電装置の飛行機等の機体への艤装を容易にす
るマイクロ波送受電装置の艤装方法を提供する。 【構成】 マイクロ波受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アン
テナ素子２および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からなるアンテナ部層４、導電体
（銅箔）である電圧基準となる地導体層５、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、アンテナ
素子２により受電した高周波信号を整流するダイオード
等によって構成される整流回路用パターン７からなる整
流回路部層９の各層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およびその艤装方法に関する
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３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
ーを飛行機に送り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設けられる
マイクロ波受電装置としては、図４に示すようなものが
知られている。

【０００５】図４のマイクロ波受電装置は、マイクロ波
を受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，ペ
ーパーハニカム１０３，電圧基準として用いられる銅箔
からなる地導体１０４，および整流回路用パターン１０
６と整流用ダイオード１０７とから構成される整流用回
路１０８が下面に貼り付けられている誘電体である基板
１０９からなる多層積層板となっており、アンテナ基板
１０２とペーパーハニカム１０３との接合、ペーパーハ
ニカム１０３と地導体１０４との接合、および銅箔から
なる地導体１０４と基板１０９との接合は接着剤を用い
て行なっている。

【０００６】また、図４のマイクロ波受電装置におい
て、銅箔からなる地導体１０４には給電用スロット１０
４ａが形成されている。

【０００７】そして、アンテナ素子１０１によって受信
した高周波の信号は、アンテナ素子１０１と整流回路用
パターン１０６とをペーパーハニカム１０３，基板１０
２および１０９を介して銅箔からなる地導体１０４に形
成された給電用スロット１０４ａにより電磁的に結合す
ることによって整流用回路１０８の整流用ダイオード１
０７で整流してＤＣ出力に変換される。

【０００８】上記のような方式は、通常、電磁結合スロ
ット方式と呼ばれている。

【０００９】この電磁結合スロット方式においては、ア
ンテナ素子１０１によって受信した高周波の信号を効率
良くＤＣ出力に変換するには、アンテナ素子１０１と整
流回路１０８の銅箔１０６との間にある程度のキャビテ
ィが必要となるが、基板や銅箔の厚さを増すと重量がか
さんでしまうため、比強度が比較的強いペーパーハニカ
ム１０３を採用している。

【００１０】また、ペーパーハニカム１０３を採用する
ことにより、マイクロ波受電装置の飛翔体等への搭載時
における強度向上が図られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電磁結合スロット方式のマイクロ波受電装置
においては、多層積層板化する際に、接着剤を用いて基
板の貼り合わせをするため、アンテナ素子１０１と整流
回路１０８の銅箔１０６との間の誘電率に不均一が生じ
て性能がばらつくことがあるという問題があった。

【００１２】さらに、ペーパーハニカム１０３を多層積
層板の内部に用いているために環境条件（特に湿度）に
よる電気的性能の変動が大きいという問題があり、アレ
イ化や量産化が困難であった。

【００１３】また、飛行機等の機体への艤装のために、
より軽量化されたマイクロ波受電装置への要請が強く、
さらに、飛行機等の機体の艤装面が曲面の場合には、こ
の多層積層板が薄く壊れやすいため艤装が困難であり、
ねじ等の取り付け手段により機体へ直接艤装すると多層
積層板を破損してしまうことがあるという問題があっ
た。

【００１４】一方、マイクロ波受電装置における整流用
回路をアンテナ素子１０１から放射する高周波信号を発
生するのに必要な高周波モジュール回路に変更すること
によりマイクロ波送電装置として使用できるが、このよ
うなマイクロ波送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。

【００１５】

【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量産化
が可能でより軽量薄型化されたマイクロ波送受電装置、
および、このマイクロ波送受電装置の飛行機等の機体へ
の艤装を容易にするマイクロ波送受電装置の艤装方法を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
受電装置は、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
ある電圧基準となる地導体層と、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てマイクロ
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、導電体である地導体層と誘電体である回路用基
板とが誘電体シートを介して熱圧着されている構成のも
のとしたことを特徴としている。

【００１７】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、アンテナ素子と整流回路との電気的接続
および地導体層と整流回路との電気的接続を行なうの
に、多層積層板中のアンテナ素子と整流回路との間およ
び地導体層と整流回路との間にスルーホールめっきを形
成しているものとすることができる。

【００１８】本発明に係るマイクロ波送電装置は、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、導電体でありかつ電圧基準
となる地導体層と、誘電体である回路用基板とアンテナ
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
れていて電力をマイクロ波で送電するマイクロ波送電装
置において、導電体である地導体層と誘電体である回路
用基板とが誘電体シートを介して熱圧着されている構成
のものとしたことを特徴としている。

【００１９】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、アンテナ素子と高周波モジュール回路と
の電気的接続および地導体層と高周波モジュール回路と
の電気的接続を行なうのに多層積層板中のアンテナ素子
と高周波モジュール回路との間および地導体層と高周波
モジュール回路との間にスルーホールめっきを形成して
いるものとすることができる。

【００２０】本発明に係るマイクロ波送受電装置の艤装
方法においては、マイクロ波送受電装置を飛翔体等の表
面に艤装して送受電する際に、多層積層板を発泡性プラ
スチック等の緩衝材およびペーパーハニカム等の軽量補
強部材によって補強し、かつ、互いに引懸けられるよう
になっている鉤止部材を備えた可撓性部材からなる分離
自在の面ファスナーを用いて飛翔体等の表面に取り付け
る構成とすることを特徴としている。

【００２１】

【発明の作用】本発明に係るマイクロ波受電装置は、上
記した構成としており、多層積層板を形成する際に、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
体シートを介して熱圧着して接合することにより、誘電
体シートを介して熱圧着により接合した面が均一な面と
なることにより、従来のごとく接着剤を用いて基板の貼
り合わせをすることに起因するアンテナ素子と整流回路
の銅箔との間での誘電率の不均一の発生による性能のば
らつきが解消されることとなり、また、性能がばらつく
ことがなくなるためアレイ化や量産化が容易になり、さ
らにまた、多層積層板の中にペーパーハニカムを用いて
いないため、ペーパーハニカムに起因する環境条件（特
に湿度）による電気的性能の変動が大きいという問題が
解消されることとなる。

【００２２】さらに、アンテナ素子と整流回路との電気
的接続、および地導体層と整流回路との電気的接続を行
なうのに多層積層板中のアンテナ素子と整流回路との間
および地導体層と整流回路との間にスルーホールめっき
を形成することによって、このスルーホールめっきが導
電路となり、アンテナ素子により受信した高周波の信号
が直接整流回路に送られることとなり、さらに、電磁結
合スロット方式において必要とされるアンテナ素子と直
接整流回路との間のキャビティが必要なくなることによ
りペーパーハニカムが必要でなくなり、多層積層板の薄
型化と軽量化がもたらされることとなる。

【００２３】また、本発明に係るマイクロ波送電装置
は、本発明に係るマイクロ波受電装置の整流回路を高周
波モジュール回路に変更することによりマイクロ波送電
装置となるため、従来のマイクロ波送電装置における課
題が本発明に係るマイクロ波受電装置における作用と同
様に解決されることとなる。

【００２４】本発明に係るマイクロ波送受電装置の艤装
方法においては、マイクロ波送受電装置を飛翔体等の表
面に艤装して送受電する際に、多層積層板を発泡性プラ
スチック等の緩衝材およびペーパーハニカム等の軽量補
強部材によって補強することにより、ペーパーハニカム
を多層積層板の中に用いなくなったことによる多層積層
板の強度の低下が防がれるとともに、ペーパーハニカム
を多層積層板の中に用いないことによりペーパーハニカ
ムに起因するマイクロ波送受電装置の電気特性の悪化が
防がれることとなる。

【００２５】また、互いに引懸けられるようになってい
る鉤止部材を備えた可撓性部材からなる分離自在の面フ
ァスナー（例えば、通常、マジックテープまたはマジッ
クファスナー，ベルクロファスナーと呼ばれるようなも
の）を用いて飛翔体等の機体にマイクロ波送受電装置を
取り付けることにより、艤装および取り外しが容易とな
り、また、複数のアンテナ素子からなるマイクロ波受電
装置をいくつかのサブアレイにした場合には、艤装面が
曲面であってもこの曲面に沿って艤装されることとな
る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２７】図１は、本発明に係るマイクロ波受電装置
の一実施例を示す多層積層板の断面構造図である。

【００２８】図１において、マイクロ波受電装置である
多層積層板１は、導電体であるマイクロストリップライ
ンで形成したアンテナ素子２および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からなるアンテ
ナ部層４、導電体（銅箔）である電圧基準となる地導体
層５、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、アンテナ素子２により受電した高周波信号を整
流するダイオード等によって構成される整流回路用パタ
ーン７およびグラウンドパターン８からなる整流回路部
層９の各層がこの順序で積層されている。

【００２９】なお、７ａは整流用ダイオードである。

【００３０】そして、地導体層５と回路用基板６とが誘
電体接着シート１０を用いて熱圧着されている。

【００３１】さらに、アンテナ素子２と整流回路用パタ
ーン７との電気的接続および地導体層５と整流回路用パ
ターン７との電気的接続を行なうのに、多層積層板１の
なかにスルーホール１１，１２をそれぞれ形成してスル
ーホールめっきを施し、このスルーホールめっきが導電
路となることによってアンテナ素子２と整流回路用パタ
ーン７および地導体層５とグラウンドパターン８とを直
接電気的に接続している。なお、地導体層５には、スル
ーホールめっきと短絡しないように穴１３が設けられて
いる。

【００３２】アンテナ素子２によって受信した高周波の
信号は、アンテナ素子２と整流回路用パターン７に送ら
れ、整流用ダイオード７ａおよび整流回路用パターン７
に設けられたコンデンサとして機能する図示しないスタ
ブとで整流してＤＣ出力に変換され、多層積層板１の外
部に出力される。

【００３３】図１のマイクロ波受電装置おいては、多層
積層板１を形成する際に、地導体層５と回路用基板６と
を誘電体シート１０を介して熱圧着して接合しているた
め、誘電体シート１０を介して接合した面が均一な面と
なることにより、この接合面における誘電率にばらつき
が少なくなる。このことにより、アンテナ素子と整流回
路用パターン７との間の誘電率のばらつきが少なくな
り、マイクロ波受電装置の受電性能が安定する。

【００３４】さらに、マイクロ波受電装置の受電性能が
安定することにより、アレイ化や量産化を行なうことが
容易になる。

【００３５】また、従来のマイクロ波受電装置と比較し
て、多層積層板１の中にペーパーハニカムを用いていな
いため、ペーパーハニカムに起因する環境条件（特に湿
度）による電気的性能の変動が大きいという問題が解消
され、また、多層積層板１の薄型化と軽量化が可能とな
り、かつ、多層積層板１の剥離強度が増す。。

【００３６】図１のマイクロ波受電装置おいて行なって
いるアンテナ素子２からの高周波の信号を整流用回路に
直接供給する方式のことを、通常、直接給電方式と呼ん
でいるが、この直接給電方式を採用したことにより、電
磁結合スロット方式の場合は直接給電方式に比較してア
ンテナ素子２と地導体層５との間にある程度のキャビテ
ィを必要としたが、これが必要ないため多層積層板１の
薄型化と軽量化が同時に可能となる。

【００３７】また、アンテナ素子２と整流回路用パター
ン７との電気的接続に接続用ケーブル、コネクタ等を用
いた場合には、ケーブルの曲げやコネクタの接触抵抗等
により、マイクロ波信号に伝送ロス、位相変動が発生し
てマイクロ波受電装置の受電効率が低下してしまうおそ
れがあるが、多層積層板１中にスルーホール１１，１２
を形成してスルーホールめっきを施して電気的接続を行
なっているため、上記のような問題が発生することがな
い。

【００３８】なお、図１においては、マイクロ波受電装
置について説明したが、図１の整流回路用パターン７を
外部から供給される電力を高周波の信号に変換し、この
信号をアンテナ素子２に送ってマイクロ波を送信する高
周波モジュール回路へ変更すればマイクロ波送電装置と
なる。

【００３９】図２は、上記のマイクロ波送受電装置を飛
翔体等の機体の表面に艤装して送受電する際に、その機
体の表面への本発明に係る艤装方法の一実施例を示す説
明図である。

【００４０】図２において、多層積層板１の整流回路用
パターン７面上に柱状の複数の発泡性プラスチック１５
を取り付け、この発泡性プラスチック１５の上に比較的
比強度の大きい軽量部材であるペーパーハニカム１６を
取り付ける。多層積層板１は薄く壊れやすいものである
が、こうすることにより補強され、曲げ等の力が多層積
層板１に加わってもある程度は安全である。

【００４１】そして、ペーパーハニカム１６の上面を互
いに引懸けられるようになっている鉤止部材を備えた可
撓性部材からなる分離自在の面ファスナー（例えば、通
常マジックテープまたはマジックファスナーと呼ばれる
もの。以下マジックテープと呼ぶ。）１７，１７を用い
て多層積層板１を飛翔体等の機体表面に取り付けてあ
る。

【００４２】こうすることにより、多層積層板１の飛翔
体等の機体表面への艤装および取り外しが容易となり、
また、マジックテープ１７をペーパーハニカム１６の全
体に貼るのではなく、複数の場所に点在するように用い
れば、ある程度の曲率を持った曲面にも対応できる。

【００４３】また、図１におけるマイクロ波受電装置を
アレイ化する場合、これをいくつかに分割して複数のサ
ブアレイにしてマジックテープ１７を用いて艤装すれ
ば、艤装面が曲面であっても曲面に沿って艤装できる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
マイクロ波送受電装置によれば、多層積層板を形成する
際に、導電体である地導体層と誘電体である回路用基板
とを誘電体シートを介して熱圧着して接合することによ
り、誘電体シートを介して接合した面が均一な面となる
ようにすることが可能となり、従来のように接着剤を用
いて基板の貼り合わせをすることに起因するアンテナ基
板と整流回路基板との間の誘電率の不連続による性能の
ばらつきを解消することが可能となり、また、性能の安
定化が可能なためアレイ化や量産化が可能になる。

【００４５】さらに、多層積層板の中にペーパーハニカ
ムを用いていないため、ペーパーハニカムに起因する環
境条件（特に湿度）による電気的性能の変動が大きいと
いう問題を解消することができる。

【００４６】また、アンテナ素子と整流回路用パターン
との電気的接続、および地導体層とグラウンドパターン
との電気的接続を行なうのに多層積層板中のアンテナ素
子と整流回路用パターンとの間および地導体層とグラウ
ンドパターンとの間にスルーホールを形成してスルーホ
ールめっきを施すことにより、このスルーホールめっき
が導電路となるようにすることによってアンテナ素子に
より受信した高周波の信号を直接整流回路へ送電するこ
とが可能となり、スルーホールめっきにより配線が必要
ないため簡素化，性能の安定化が可能となり、電磁結合
スロット方式において必要とされるアンテナ素子と直接
整流回路との間のキャビティが必要なくなることにより
ペーパーハニカムが必要でなくなり、多層積層板の薄型
化と軽量化が可能になるという優れた効果が得られる。

【００４７】本発明に係るマイクロ波送受電装置の艤装
方法によれば、マイクロ波送受電装置を飛翔体等の表面
に艤装して送受電する際に、多層積層板を発泡スチロー
ル等の緩衝材およびペーパーハニカム等の軽量補強部材
とによって補強することにより、ペーパーハニカムを多
層積層板の中に用いなくなったことによる多層積層板の
強度の低下が防ぐことができるとともに、ペーパーハニ
カムを多層積層板の中に用いないことによりペーパーハ
ニカムに起因するマイクロ波送受電装置の電気特性の悪
化がない。

【００４８】また、面ファスナー（マジックテープ）を
用いて飛翔体等の機体にマイクロ波送受電装置を取り付
けることにより、艤装および取り外しが容易となり、ま
た、複数のアンテナ素子からなるマイクロ波受電装置を
いくつかのサブアレイにした場合には、艤装面が曲面で
あってもこの曲面に沿って艤装することが可能になると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロ波送受電装置の一実施例
を示す断面説明図である。

【図２】本発明に係るマイクロ波送受電装置の飛行機等
の飛翔体の機体表面への艤装方法の一実施例を示す説明
図である。

【図３】飛行機におけるマイクロ波送受電装置による受
電の様子を示した説明図である。

【図４】従来のマイクロ波送受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 ６ 回路用基板 ７ 整流回路用パターン ７ａ 整流用ダイオード ８ グラウンドパターン ９ 整流用回路部層 １０ 誘電体シート １１ スルーホール（アンテナ素子側） １２ スルーホール（地導体層側） １３ 地導体層に設けられた穴 １５ 発泡性プラスチック １６ ペーパーハニカム １７ マジックテープ（面ファスナー）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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る地導体層と、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てマイ
   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、導電体である地導体層と誘電体である回路
   用基板とが誘電体シートを介して熱圧着されていること
   を特徴とするマイクロ波受電装置。
2. 【請求項２】 アンテナ素子と整流回路との電気的接続
   および地導体層と整流回路との電気的接続を行なうの
   に、多層積層板中のアンテナ素子と整流回路との間およ
   び地導体層と整流回路との間にスルーホールめっきを形
   成していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ
   波受電装置。
3. 【請求項３】 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
   でありかつ電圧基準となる地導体層と、誘電体である回
   路用基板と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て電力をマイクロ波で送電す
   るマイクロ波送電装置において、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シートを介して熱
   圧着されていることを特徴とするマイクロ波送電装置。
4. 【請求項４】 アンテナ素子と高周波モジュール回路と
   の電気的接続および地導体層と高周波モジュール回路と
   の電気的接続を行なうのに、多層積層板中のアンテナ素
   子と高周波モジュール回路との間および地導体層と高周
   波モジュール回路との間にスルーホールめっきを形成し
   ていることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波送
   電装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載のマ
   イクロ波送受電装置を飛翔体等の表面に艤装して送受電
   する際に、多層積層板を発泡性プラスチック等の緩衝材
   およびペーパーハニカム等の軽量補強部材によって補強
   し、かつ、互いに引懸けられるようになっている鉤止部
   材を備えた可撓性部材からなる分離自在の面ファスナー
   を用いて飛翔体等の表面に艤装することを特徴とするマ
   イクロ波送受電装置の艤装方法。