JPS58190244A - 電力無線送受用空中線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発＃４は、太陽宛亀衛Ｍ用地上受電設備、いわゆる「
レクテナ」轡に応用される電力無線送受用空中ｍに関し
、特に、簡単な構成により所望の単−尚波数の鳥＊ａ重
力のみを送受［２得るようにしたものである。 この種太陽発電衛星用地上受電設備は、一般に、砂漠や
洋上に大規模の１ラン）（ｒなして設置されるものと考
えられるが、かかる受電設備等に用いる電力無線送受用
空中線と

【２ては、従来、ホーンアンテナ、スロット了
レイアンテナ、反射板付ダイホールアレーアンテナなど
、通常のマイクロ波通信用空中線と同様の構成のものか
用いられているが、通信用空中線が一般に広帯域化を目
途とし。 ているのに対し、高周波電力を送受して直ち（直流化す
る市、力無線送受用空中ｌｉ！！においては、電力送受
用に割当てられた単一周波数のみを送受して不要不所望
の周波数成分は送受し得ないように極度に狭帯域化する
ことが望まれている。したがって、送を側においては、
上述した各種の空中線の甲から適切なものを選び、その
空中Ｎを複数個組合わせて各空中線に適切な電力比をも
って電力を分担させ、各空中線の分担する電力をその空
中線のｒｆ容電力内に納まるようにすると同時に１かか
る複数空中線の組合わせ配列により所望周波数のＴｌｌ
１．崗波電力を効率よく放射し得るようにしていた。 −力、受電鋼においても、上述のようにして構成した空
中線を使用することは送電側と同様であるが、ただＥ７
、受電＠においては、送受電画空中線相互間の対向する
角度の貯容範囲を広くする目的で、受１に相中中線の指
向性を比較的広く、シたかつて、それたけ利！＋を小さ
くシ、複数組合わせ配置１」１．た各空中線にそれぞれ
整流６を取付けて、のか一般である。なお、その場合に
は、上述した空中線とＩＩ流器とを組合わせた単位の空
中線を放射電力ビーム領域内の全域に亘って密に多数配
列して使用すること、送電側におけると同様である。 しかして、上述のような送受電用空中１ＩＩＫより電力
の無線送受を行なうための送電用発振器と１゜ては、一
般に、マグネトロン、クライストロン、ｒンフ゛リドロ
ン勢が用いられるが、これらの発振器からは、いずれも
、所望の晃蛋譲本陶波数ｆ。の＠に多数の不要ｗＩＪ波
数の電波か発生し、特に、発振基本ｔｄ波畝）。の整数
倍の周波数會有する嶋調波発畿スペクトル成分が尚いレ
ベルにて混在する。 すなわち、送電空中線として従来使用されている前述し
た楕輝の空中線、例えにスロットアンテナ、ダイポール
アンテナ輝は、それぞれの最低次共振１ＩＩＩｌ波数！
。の他にも、ｎを整数としたときそれぞれ固有の高次の
共娠周波数０１゜を肩し７ており、さらに、前述［、た
穐類の空中線のうちホーンアンテナにあっては、広帯域
空中線であるがために、上述のような送電用発振器から
発生した不要周波数スペクトルの電波をすべて放射して
しまう、という欠点があった。 一方、受電鋼の空中線に取付けて使用されている整流器
は、一般に半導体ダイオードであり、その半導体ダイオ
ードにより整流ブリッジ回路ｔ−構成して、受電した高
周波電力を直ちに両波整流り工直流電力に変換している
。しかして、かかる整流ダイオードブリッジ囲路は、高
周波電力を効率よく整流した場＆においてさえ亀、！１
０の整数倍の周波数を有する高調波を発生させるのが一
般であり、かかる不所望の高周波成分が受電用空中線か
ら再放射される、という欠点があった。 ｌ−たがって、従来の電力無線送受用空中線には、送電
側および受電鋼のいずれにおいても、不要高調波成分の
不要放射を抑制するためのＦ波器を併用する必要性があ
るために１装置の構成が複雑となり、大盤となる欠点が
あった。 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、所望の
最低次共振周波数ｊ。の高周波電力を効率よく送受し侍
るとともに、最低次共振ＷＩＪｅｅｆ。 以外の不要高−波スベクトル成分を、Ｐ波器は全く使用
せずに充分に抑制（−得るように（また電力無線送受用
空中Ｓを提供することにある。 本発明の他の目的は、太陽発［衛星におけるマイクロ波
による無＃送電糸の送電および受電空中線システムに使
用するに好適な簡華な構成の安価な電力無線送受用空中
線を提供すＱことにある。 すなわち、本発明電力無線送受用空中１ＩＩＶｉ、所望
の最低次共伽周波数１゜以外の鵬次高１Ｉｌｌｌ波周波
数”ｎＪｏＶＣｉｉ共振しないように適切に設ｆした形
状１有する空中ＩＩｌ！素子を用いて構成（７たもので
あり、―電体もしくは墾気よりなるＮ］隙を介し接地導
体板に平行に対向させて円形を基本とする形状の導体板
を近接配置したことを％黴とするものである。 以下に一山管参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。 筐ず、従来の電力無ＩＩＭ送受システムの概略構成を第
１図に示す。図示の従来構成においては、用足の電力送
受用周波数にで発振する高周波発振器】の発損出力全狭
帝緘通過型Ｐ波器ｇを介して送穎空中、１ｉａＫ供給し
、所定周波数ｆ。の高周波電波のみを放射させ、受ｔ＠
において社、受を空中−４に、よりその所定周波数ｊ。 の高周波電波を捕捉【−１狭帯域通過型Ｐ波器６を介し
、Ｉ＆流器６に供給し２て直流電力に変換（７たうえで
、負荷７に供給（，７ていた。すなわち、前述したよう
に、高劉波発掘器ＩＦｉ所定蝿波数１０以外の不要スペ
クトル成分を強く発生させ、また、整流器６もその整流
動作時に不要スペクトル成分を発生させるので、かかる
不要スペクトル成分が空中線δもしくは４から放射本し
くけ再放射されると、環境を着しく汚染］７、他の通信
系に甚大な妨杏會与えるととＫなる。したがって、従来
の電力無線送受システムにおいては、送電用および受電
用の空中線８および６に対して、所定周波数Ｉ０の１［
１周波電力のみを通過させるための狭帝域通過型Ｐ波器
８および５をそれぞれ前置もしくは後置することが是非
必要であった。 かかる従来構成に対して、本発明による電力無線送受シ
ステムの構成例を第２図に示す。図示の構成例を第１図
示の従来構成と対比すれは明らかなように、本発明によ
る電力無線送受システムにおいては、送電用および受電
用の空中線９および１０自体に、後に騨述するようにし
て、第１図示の従来構成におけるＰ＠６２および６にそ
れぞれ匹敵する狭帝域通過型ｔＦｉ波特性をもたせであ
るので、かかるｐ波特性を有するＰ波器を別個に設ける
ことは全く必要とせぬ他は、第１図示の従来構成と全＜
ｌ！Ｑ４５１に構成する。 つぎに、上述のように狭帝域通過型Ｖ＝波特性を付与し
た本発明電力無線送電Ｊ＋１命中線の基本的構成例の止
面図および＠４＃面図１ｒ第８図（〜および中）にそれ
ぞれ示す。なお、空中線自体の＊成は、第す図につｔ！
後述するように、受電用空中線においても、第３図示の
送電用空中−と全く同一とする。 しか［、て、第８図示の構成例ｊにおいて、１８は、導
体薄板も［、＜は導体箔よりなる円形ケ基本と（７た形
状の放射Ｓ導体であり、かかる放射部導体１８１ｆｔ、
例えはテフロン等の酵電体材料吃１−　＜は仝気よりな
る適切な狭い間ｐＨｉ１４を介【２て適切な厚さの接地
導体板１５に平行に対向配置するとともに、その放射部
導体１８の形状の基本とする円形の中心から適切に離隔
した給電点１６に、前述１、たよりな従来慣用の送電用
為周波発振器１７−８を接続（２て給電する。なお、図
示の構成例においては、効率よく給電し得るようＫする
ために、接地導体＆１５に適切な形状寸法の凹欠部１７
−１を設けて、その中に発振器１７−２を収容し、主近
距離から給策しであるが、通常のとおり外部から導波管
を介して給電することもできる。 つきに、この種送電用高胸波発振器の発振スペクトルを
第４図に示す。この種の萬鵬波発振益においては、所ｅ
周波数！。の基本スペクトルの他に、ｎを整数とした周
波数ｎＪｏの高調波スペクトルが、図示のように、基本
スペクトルに比して相肖高いレベルにて多数発生してお
り、％に比較的低次の−Ｎ波スペクトルｇ／１４１０婢
は基本スペクトルｆ。に近いレベルにて発生するので、
これらの尚調波スペクトル成分の空中線からの放射を厳
重に抑制する必要がある。 Ｌ、かるに、第１図示の従来構成に使用されている従来
の通信用マイクロ波アンテナとほぼ同様に構成【７た送
電空中＠ａの放射特性は、第５図に示すように１基本ス
ペクトルの周波数１゜と各高調波スペクトルの周波数２
／　　、　８／　　、・・・・・、ｎｆｏとＯＯ において＃１はｔｌｌｌ等に電力を放射し得るようにな
っており、したがって、かかる放射特性１有する従来の
送電空中１ｍ８に高鳩波発娠器ｌがら直接に給電【７た
のでは、箒４図に示したような為レベルの高調波スペク
トル成分がそのままのレベル比にて放射されてしまうこ
とになるが故に、第１図示の従来＊ａにおいては、両省
間に＠帯域通過型Ｐ波話８を介在させて、かかる為レベ
ル比の高調波スペクトル成分による不要放射を厳重に阻
止することが必須の資性となっていた。 これに対して、第８図示の構成による本発明空中＠にお
いては、放射部導体１８の形状を適切罠般足することに
より、その共振特性を任意に制御して、所定−波数１゜
の基本スペクトルには効率よく共振するも、その整数倍
の周波数ｎｆｏ１１ｒ有する高調波スペクトルに対して
は共振せず、したがって、かかる高調波スペクトル成分
は全く放射されないようにすることができる。例えば、
放射部導体１８の形状を真円とし、その真円の直径を°
所定周波数１゜の基本スペクトルに対し、空気間隙の場
合には、その波長のほぼ０．６倍に設定するとともに、
前述Ｌ７たように、その真円の中心より適切に離隔した
離心点に給電すると、その放射特性は、例えば１３６図
に示すようＫなり、基本スペクトルＪ。には蝦低次モー
ドの共振をして、その基本スペクトルｆ０の電波を効率
よく前方に放射するも、高次の共振モードは、従来のよ
うに１基本周波数１゜の整数倍の高調波周波数ｎｆｏに
ては生ぜず、真円直径の短縮率、給電点の離心率、関酔
の！１１［率等によって定まる、図示のような基本周波
数）。の端数倍、例えば、１．６６１０．　＋１．８１
０゜８．６４１０等の周波数にて生ずる。したがって、
＾筒波発掘器８から、従来と同様に第４図示の歳波数分
布を有する高周波電力【直接に送電空中線９に供給し７
ても、その送電空中線９から実１９に放射される高周波
電力の放射スペクトルは、第７図に示すように、鍛低次
モード、例えばＴＭ、、モードにて共振する所要周波数
１゜の基本スペクトルのみとなり、従来不要放射となっ
て阻止Ｐ波器の併用を余蟻なくした１４ＩＩｖＩ４波ス
ペクトル成分は、本発明空中線自体によってはぼ完全に
阻止される。 なお、上述のように、放射部導体１δの構成のみによっ
て得られる＾１Ｍ波スペクトル成分阻止Ｐ波の作用効果
は、迩切な直径を有する真円形放射部体ＫＩＩＩＩ心給
電した場合に得られる放射特性を巧みに利用【−たもの
であり、かかる真円放射導体の一ノし給電によって放射
導体にＡＭ波電流が流れるの會阻止したがためでおる。 （７たがって、本発明空中線における放射部導体１８の
形状としては、上述した例の真円のみに貿まらす、真円
を基本として、＾＃ｊＩ４波電流の流路を迩断するよう
な形状、例えばスリット等の形状音放射部導体１８上に
付加したものであれば、任意所望の虐切な形状に設電す
ることかできる。 一方、＠２図示の本発明によるシステム構成の受電＠に
ついては、受電空中線１ｏがらの高ｊｉＩＩｔＩ７Ｌ電
カケ１ＩｉｆＩＬ電力に変換する整流ｌ１ｉ１１１が、
第１図下の従来構成における整流器６と同様に、高効率
の両波整流が可能のダイオードブリッジよりなっている
場合には、その整流ダイオードブリッジ回路からは、第
８図に示すように、供給した高＃波電力の周波数１゜に
対して、負荷１２に供給する周波数Ｏの［ｔｌｔスペク
トル成分Ｄｏのほかに、偶数倍の周波数２１０　ｅ　’
−’Ｏｌ　’ｆＯｓ　曲・を有する倍ｖＩ４波スペクト
ル成分が発生する。したがって、第１図丁の従来構成に
おいて受電空中線４から整流６６に対して直接に高周波
電力を供給したのでは、第８図示のスペクトル分布にお
ける倍調波スペクトル成分が逆流して受電空中９４から
再放射され、送電側圧おけると同様に不要放射となるの
で、受電、　１１１１１においても受１１空中線１と整
流器６との間に狭帯域通過ＷＰ波器５を介在させて、所
ｌＩＬ鳩波数Ｊｏの１％間波電力のみを通過させるとと
もに１がかる小賢放射スペクトル成分の逆流を阻止する
ことが従来＃Ｓ成の必須要件であった。 これに対して、第８図示の本発明によるシステム構成に
おいては、受電空中＋４１ｉｏｔ、送電空中＃につき１
１８図に示したのと全く同様の構成による放射部導体を
もって構成すること罠より、その放射部導体の高次モー
ドの共振周波数を制御（７て、例えば真円形状の放射部
導体の離心点がら高周波電力を権出すようにした場合に
は、送電空中９９におけると同様に、第６図に示したよ
うな放射特性が得られ、したがって、受電空中線１０ｔ
−整流＊１］ＫＷｌｊｋＫ媛続しても、第８図示のスペ
クトル分布における倍調波スペクトル成分はその放射部
導体によって完全に阻止され、かかる倍調波スペクトル
成分の再放射による不要放射は皆無となる。 なお、第８図につ自前述した送電空中線９と高ｌＩｌ練
発振１１８との一体化と同様に、受電側においても、受
電空中線１０と瞥ｆｉ＠１１との一体化が可能であり、
かかる一体化を施【−た受電空中線の構成例を、整流働
１ｌｔ−放射部１１１に設けた場合につ裏第９図（５Ｌ
１）〜（ａｍ）Ｋ示すとともに、整流器１Ｎを空中線裏
面の負荷側に設けた場合につき第９図Ｃｂｌ　）〜（ｂ
、）に示す。なお、両者は、ダイオードブリッジよりな
る整流器１１の取付は位置が空中縁の表共に異なるほか
は全く同様に構成してあり、同図（ａｌ）　、　（ｉ）
ｌ）はいずれも上面図を示し、同図（ａｓ）　、　（ｋ
’ｇ）はいずれも側断面図を示し、同図（ａｌ）、（ｂ
・）Ｆｉいずれも整流ダイオードブリッジ回路の＃Ｉ構
成配置表わした斜視図を示している。 しかして、亨ａ図示の構成におけると同様に１テフロン
等よりなる間隙層１８上に被着した円形の放射部導体１
９の中心から適切に離隔した一心点に適切な形状寸法の
凹欠部ｓＯを設け、その凹欠部２０内に４個のダイオ−
ドＤ工〜Ｄ、からなる整流ダイオードブリッジ回路８１
を収容し、そのダイオードブリッジ回路の４接続点Ｐ工
〜Ｐ、のうち、高周波電力供給点Ｐｌｔ−放射部導体１
９の給電点剃１１ｉＫｍ続［２、その対角線上の点Ｐ、
　ｔ＾周波側接地導体板１２に！ｉ地し、点Ｐ、　、　
Ｐ、と交叉する対角線上の点Ｐ、會贅流出力導線ｇｓＫ
Ｊｉ続し、点Ｐ４倉、高周波＠接地導体板ｇｓと絶縁体
鳩ｚｓｔ−介して対向配置し念直流側接地導体板１４に
接地しである。なお、ダイオードブリッジ回路ｓ１１の
かかる構成配置の１！！４様は、図示の例に隈られるも
のではなく、糧々変更を施して適切に構成することがで
きる。 以−ヒに説明した本発明による送電用および受電用の空
中＠Ｖｉ勿自、整流回路や発振回路も平面回ｗＩＫ１１
ｆ成することにより、すべて印刷配線技術を用いて小型
、軽重に表作することができ、かかる！！４成の単位空
中線を適切な大きさの接地導体板上に多数マトリックス
配置してアンテナプレイを構成すれば、任意所望の大き
さの電力全小型、軽量かつ簡単な構造の装置罠より、簡
易に無線送受電することができる。 かかる構成の本１ｉＩｉ明空中線における放射部導体の
製作例を挙げれば、電力の無線送受電用に副歯て予定の
１ｌｌｌ波数ｇ、＋ｒｔ　ＧＨｚに対【−１半径１４．
２８　（ｍの円形放射副導体′ｆ誘電率２．１のテフロ
ンからなる厚さ１ＩＩＢの間隙層を介して接地導体板上
に被着して＠８図および第９図に示し九構成の送電用お
よび受電用の空中線を製作して第２図示の構成により電
力の無線送受電を試みた結果は、所期の好性能を確認す
ることができた。 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電力
無線送受電用の空中線自体により、送電用高周波発振器
にて発生する高調波スペクトル成分および受電整流器に
て発生する倍調波スペクトル成分の空中線からの放射乃
至再放射をほぼ完全に阻止することができるので、従来
のように狭帝域通過型ｆ波器を送電倒および受電＠にそ
れぞれ配置することを全く必要とせずに１かかる高調波
不要放射を充分に防止して、他の通信系に対する妨害な
ど、広義の環境汚染を未然に防止することができる。 しかも、送電用および受電用空中線のみならず、付属の
電気回路も印刷配線技術を駆使して、小型、軽量の一体
構成とすることができ、上述した妨害組止用Ｐ波器の不
要化と相俟って、この種電力無線送受＋７ｋｔＩｌの量
産化を容易にするのみならず、性能上００！幀性ケ高め
ることができ、太陽発電衛星用受電プラント等の無線送
受ＩＩ設備を従来に比して格段に低廉化し得るなどの顕
著な効果を挙げることができる。 なお、本発明電力無線送受用空中線は、上述した太陽発
電衛星の送受電に適用して好適であるのみならず、離島
や洋上の原子力船がらの原子力発電電力の送受電など、
地球上における無線送受電にも広く適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

ｗＪ１図Ｆｉ従来の電力無線送受システムの構成を示す
ブロック線図、 第Ｓ図は本発明（よる電力無線送受システムのｌｐＩ成
Ｎを示すプ宵ツク線図、 第８閣（〜およびΦ）は本発明による送電用空中線の構
成例をそれぞれ示す上面図および側断面図、第４ｗＪは
送電用高周波発振器の発振出力周波数特性の例を示す特
性曲線図、 第１ＩＩ（（転）およびΦ）Ｆｉ従来の無線送受電用空
中紐の放射特性音それぞれ示すスペクトラムおよび特性
的線図、 第６図は本発明電力無線送受用空中線の放射特性の例を
示すスペクトラム、 第７図は同じくその放射スペクトルの例を示す線図、 第８図は全波整流器にて発生するスペクトルの例を示す
線図、 第９図（ａｌ）　、　（ｂｌ）　；　（５Ｌｍ）　、　
（ｂｓ）および（’ＩＬ（ｂｌ）は本発明による受電、
用空中線の構成例をそれぞれ示す上面図、横断面図およ
び斜視図である。 １．８．１７−１１！・・高周波発振器、Ｓ、Ｓ・・・
狭帯域通過型ν波器、８．Ｑ・・・送電空中線％４１１
０　・・・受電９中線、６，１１，１１・・・整ｍ器、
７．１１・・・負荷、ＩＩＳ　、１９・・・放射部導体
、１４゜１８・・間隙）−１ＩＩＳ、ｍｍ、１番・・・
接地導体板、１６・・・給電点、１’Ｆ−１・・・凹欠
部’、ｍｓ・・・凹欠部、２８・・・絶縁体層、８５・
・・整流出力導線、Ｄ　　−Ｄ　・・・ダイオード、Ｐ
０〜Ｐ４・・・接続点。 ４ 第、１図 〆゛］）１ｂ） 第４図 第５図 （ａ）（ｂ） 第 ９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　誘電体もしくは空気よりなるＩｖｌｌ！Ｉを介ｉ〜
   接地導体板に平行に対向させて円形を基本とする形状の
   導体板を近接配置したことを特徴とする電力無線送受用
   空中線。 ２　％１１７Ｆ請求の範囲第１項記載の空中線において
   、前記導体板における基本とする円形の離心点に給電す
   るようにしたことを特徴とする電力無線送受用空中線。 ａ　特許請求の範囲第１項または第３填記載の空中ｌｌ
   １ｌにおいて、前記円形を基本とする形状を、真円もし
   くは真円に前記導体板に給電する南周波電力の島調波電
   流を阻止する形状を付加Ｌ７た形状としたことを１＃徴
   とする電力無縁送受用空中線。 ４　％許１ｆＩ１１求の範囲第１項乃至第１項のいずれ
   かに記載の空中−において、前記基本とする円形のｍ径
   を＾１３記導体板に給電する＾周波電力の基本波長の０
   ．６倍に＃１は眸［７くしたこと１ｆｒ特徴とする電力
   無線送受用空中線。 ＋Ｌ　　％ｖａｎ求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
   に記載の空中線において、前記接地導体板に、複数枚の
   前記導体板をそれぞれ平？′Ｔに対向配置１１Ｆ＋、た
   こと１＊徴とする電力無線送受用空中線。