JP2015092802A - Rectenna device - Google Patents

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津留　正臣
Masaomi Tsuru
正臣 津留
谷口　英司
Eiji Taniguchi
英司 谷口
伊東　健治
Kenji Ito
健治 伊東
啓介 野口
Keisuke Noguchi
啓介 野口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rectenna device capable of reducing the transformation ratio of impedance conversion and exhibiting high RF-DC conversion efficiency by suppressing losses due to impedance conversion.SOLUTION: The rectenna device comprises a high-impedance antenna the impedance of which is higher than the intrinsic impedance of a circuit, an impedance conversion unit, and further an antenna balance-unbalance conversion unit, a rectification circuit, and a smoothing circuit. If the high-impedance antenna is a single-end output, single-end to differential conversion is performed in the balance-unbalance conversion unit, and the high voltage of a radio wave received by the high-impedance antenna is applied to the rectification circuit via voltage heightening by the impedance conversion unit having a low transformation ratio. The received radio wave is converted to DC by the rectification circuit, and the DC power smoothed by the smoothing circuit is obtained.

Description

この発明は、電波を直流電力または直流信号に変換するレクテナ(rectenna：rectifying antenna)装置、特に整流器での交流または高周波から直流への変換効率の向上に関するものである。   The present invention relates to a rectifying (rectifying: rectifying antenna) device that converts radio waves into DC power or a DC signal, and more particularly to improvement of conversion efficiency from AC or high frequency to DC in a rectifier.

従来のレクテナ装置における高周波整流器として、ブリッジ型整流器がある。ブリッジ型整流器は、同一方向(例えば順方向)に２つのダイオードを直列接続したダイオード直列回路を２つ、同一方向に並列接続し、それぞれのダイオード直列回路のダイオード間の接続点を差動の入力端子とし、ダイオード直列回路間の接続点を出力端子としたブリッジ型ダイオードを備えている。信号源であるアンテナで受電した電波はトランスによりシングルエンドから差動に変換(平衡・不平衡変換)され、さらに高電圧に変換(インピーダンス変換)されて、上述のブリッジ型ダイオードに入力される。このブリッジ型ダイオードに入力された高周波の電波はダイオードの非線形動作と高調波処理により全波整流され、平滑用キャパシタを介して負荷抵抗に直流電力として出力される。このようにして、高効率に高周波(ＲＦ)から変換された直流(ＤＣ)が負荷に供給されることになる(例えば、下記特許文献１参照)。   As a high-frequency rectifier in a conventional rectenna device, there is a bridge type rectifier. A bridge type rectifier connects two diode series circuits in which two diodes are connected in series in the same direction (for example, forward direction) in parallel in the same direction, and the connection point between the diodes of each diode series circuit is a differential input. A bridge-type diode having a terminal and a connection point between the diode series circuits as an output terminal is provided. A radio wave received by an antenna as a signal source is converted from single-ended to differential (balanced / unbalanced conversion) by a transformer, further converted to a high voltage (impedance conversion), and input to the bridge-type diode. The high-frequency radio wave input to the bridge-type diode is full-wave rectified by the non-linear operation of the diode and harmonic processing, and is output as DC power to the load resistor via the smoothing capacitor. In this way, direct current (DC) converted from high frequency (RF) with high efficiency is supplied to the load (see, for example, Patent Document 1 below).

特開２０１２−１７５７８０号公報JP 2012-175780 A

従来のレクテナ装置におけるブリッジ型整流器などからなる高周波整流器においては、インピーダンス変換の変成比を高くすることで、ダイオードなどの整流用素子に高電圧を印加し、ＲＦ(高周波)−ＤＣ(直流)変換効率の向上を図っていた。しかしながら、損失のないインピーダンス変換であれば変成比を高くするとＲＦからＤＣへのＲＦ−ＤＣ変換効率は高くなるが、実際には上記インピーダンス変換において損失を伴うために、変成比を高くすると損失が大きくなり、ＲＦ−ＤＣ変換効率の向上が図れなかった。   In a high-frequency rectifier composed of a bridge-type rectifier in a conventional rectenna device, a high voltage is applied to a rectifying element such as a diode by increasing the transformation ratio of impedance conversion, and RF (high frequency) -DC (direct current) conversion. We were trying to improve efficiency. However, in the case of impedance conversion without loss, if the transformation ratio is increased, the RF-DC conversion efficiency from RF to DC increases. However, since the loss is actually involved in the impedance conversion, the loss is increased when the transformation ratio is increased. As a result, the RF-DC conversion efficiency could not be improved.

この発明は、以上のような課題を解消するためになされたものであり、インピーダンス変換の変成比を低くすることができ、これによりインピーダンス変換による損失を抑えることで整流回路におけるＲＦ−ＤＣ変換効率の高いレクテナ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce the transformation ratio of impedance conversion, thereby suppressing the loss due to impedance conversion, thereby reducing the RF-DC conversion efficiency in the rectifier circuit. An object of the present invention is to provide a high rectenna device.

この発明は、インピーダンスが回路の特性インピーダンスより高い高インピーダンスアンテナと、アンテナ平衡・不平衡変換部と、インピーダンス変換部と、差動で動作する整流回路と、平滑用回路と、を備え、前記高インピーダンスアンテナはシングルエンド出力であり、前記高インピーダンスアンテナで受電した電波の高電圧が、前記平衡・不平衡変換部でシングルエンドから差動への変換と、変成比の低い前記インピーダンス変換部による高電圧化を介して前記整流回路に印加され、前記整流回路にて受電した電波を直流に変換して前記平滑用回路にて平滑された直流電力を取り出す、ことを特徴とするレクテナ装置等にある。   The present invention includes a high impedance antenna whose impedance is higher than a characteristic impedance of the circuit, an antenna balance / unbalance conversion unit, an impedance conversion unit, a differential rectifier circuit, and a smoothing circuit, The impedance antenna is a single-ended output, and the high voltage of the radio wave received by the high-impedance antenna is converted from single-ended to differential by the balanced / unbalanced converter and high by the impedance converter having a low transformation ratio. There is a rectenna apparatus or the like characterized by converting a radio wave applied to the rectifier circuit through voltageization and received by the rectifier circuit into a direct current and taking out a DC power smoothed by the smoothing circuit. .

この発明によれば、インピーダンス変換部による変成比を小さくすることができ、損失を低くすることが可能となり、このため、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the transformation ratio by the impedance conversion unit and to reduce the loss, and thus it is possible to obtain high RF-DC conversion efficiency.

この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の一例の構成図である。It is a block diagram of an example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明でのトランスにおける変成比と挿入損失の関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the transformation ratio and insertion loss in the trans | transformer in this invention. この発明によるレクテナ装置の整流回路のダイオードの電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the electric current-voltage characteristic of the diode of the rectifier circuit of the rectenna apparatus by this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２によるレクテナ装置の一例の構成図である。It is a block diagram of an example of the rectenna apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２によるレクテナ装置の別の例の構成図である。It is a block diagram of another example of the rectenna apparatus by Embodiment 2 of this invention.

通常マイクロ波などの高周波回路では回路の特性インピーダンス規格である例えば５０Ωまたは７５Ωで整合がとられ、各要素回路の接続が行われるが、この発明のレクテナ装置では例えば、インピーダンスが特性インピーダンス規格である例えば５０Ωまたは７５Ωより高い高インピーダンスアンテナ(すなわちレクテナ装置の回路の特性インピーダンス規格より高いインピーダンスを有する高インピーダンスアンテナ)と、インピーダンス変換部と、整流回路と、平滑用回路とを備え、高インピーダンス系で動作させることにより、インピーダンス変換部による損失を低減する。すなわち、高インピーダンスアンテナを使用することにより、インピーダンス変換部による変成比を小さくすることができ、損失を低くすることが可能となるため、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得ることができる。   Usually, in a high frequency circuit such as a microwave, matching is performed at a characteristic impedance standard of the circuit, for example, 50Ω or 75Ω, and each element circuit is connected. In the rectenna device of the present invention, for example, the impedance is a characteristic impedance standard. For example, a high impedance antenna higher than 50Ω or 75Ω (that is, a high impedance antenna having an impedance higher than the characteristic impedance standard of the circuit of the rectenna device), an impedance conversion unit, a rectifier circuit, and a smoothing circuit are provided. By operating, the loss due to the impedance converter is reduced. That is, by using a high impedance antenna, the transformation ratio by the impedance conversion unit can be reduced and the loss can be reduced, so that high RF-DC conversion efficiency can be obtained.

以下、この発明によるレクテナ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, a rectenna apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレクテナ装置の一例の構成図である。図１において、レクテナ装置は、使用回路の特性インピーダンス規格の例えば５０Ωまたは７５Ωより高いインピーダンスＺｓを有する高インピーダンスアンテナ１と、インピーダンス変換部と平衡・不平衡変換部を構成するトランス２と、整流回路を構成するブリッジ型ダイオード３ａと、平滑用回路を構成する平滑用キャパシタ４とを備える。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of an example of a rectenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a rectenna device includes a high impedance antenna 1 having an impedance Zs higher than, for example, 50Ω or 75Ω, which is a characteristic impedance standard of a circuit used, a transformer 2 constituting an impedance converter and a balanced / unbalanced converter, and a rectifier circuit. And a smoothing capacitor 4 constituting a smoothing circuit.

高インピーダンスアンテナ１の出力端子はトランス２の一次巻線２０１の一端に接続され、一次巻線２０１の他端は短絡(接地)されている。トランス２の二次巻線２０２の両側の差動の出力端子はブリッジ型ダイオード３ａに接続されている。差動のブリッジ型ダイオード３ａは、同一方向(例えば順方向)に２つのダイオードＤａ，Ｄｃ、ダイオードＤｂ，Ｄｄをそれぞれ直列接続したダイオード直列回路を２つ、同一方向に並列接続してなる。ダイオード直列回路のダイオードＤａ，Ｄｃ間、ダイオードＤｂ，Ｄｄ間のそれぞれの接続点は、トランス２の二次巻線２０２の両側の差動の出力端子に接続され差動の入力端子となる。２つのダイオード直列回路間の両側の接続点は出力端子として平滑用キャパシタ４の両側端子にそれぞれ接続される。負荷５は平滑用キャパシタ４と並列に接続され、直流(ＤＣ)(直流電力)が得られる。   The output terminal of the high impedance antenna 1 is connected to one end of the primary winding 201 of the transformer 2, and the other end of the primary winding 201 is short-circuited (grounded). The differential output terminals on both sides of the secondary winding 202 of the transformer 2 are connected to the bridge type diode 3a. The differential bridge type diode 3a is formed by connecting two diode series circuits in which two diodes Da and Dc and diodes Db and Dd are connected in series in the same direction (for example, forward direction) in parallel in the same direction. The connection points between the diodes Da and Dc and the diodes Db and Dd in the diode series circuit are connected to differential output terminals on both sides of the secondary winding 202 of the transformer 2 and serve as differential input terminals. Connection points on both sides between the two diode series circuits are respectively connected to both side terminals of the smoothing capacitor 4 as output terminals. The load 5 is connected in parallel with the smoothing capacitor 4 to obtain direct current (DC) (direct current power).

次に動作について説明する。高インピーダンスアンテナ１にて受電した高周波(ＲＦ)電波は、高インピーダンスアンテナ１のインピーダンスＺｓが高いために高電圧となる。この高電圧のＲＦがトランス２の一次側に入力され、シングルエンドから差動に変換(平衡・不平衡変換)されるとともに、１：ｎの変圧比により、さらにｎ倍の電圧となって二次側から出力(インピーダンス変換)される。   Next, the operation will be described. The high frequency (RF) radio wave received by the high impedance antenna 1 becomes a high voltage because the impedance Zs of the high impedance antenna 1 is high. This high-voltage RF is input to the primary side of the transformer 2 and converted from single-ended to differential (balanced / unbalanced conversion). Output (impedance conversion) from the secondary side.

図２はこの発明でのトランスにおける変成比と挿入損失の関係を示す図である。図２に示すようにトランス２では変圧比ｎの増大とともに直列抵抗による損失(挿入損失)が生じる。これによりＲＦ−ＤＣ変換効率の向上を抑圧してしまう。この損失量はトランス２の入力及び出力端子に接続されるインピーダンスとその比に依存することから、高インピーダンスアンテナ１のインピーダンスが高く、変圧比ｎが小さいために、低損失で変圧される。トランス２の出力を受けてブリッジ型ダイオード３ａはＲＦを整流することで直流(ＤＣ)成分を発生させ、さらに平滑用キャパシタ４により平滑されたＤＣ成分のみを出力する。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the transformation ratio and the insertion loss in the transformer according to the present invention. As shown in FIG. 2, in the transformer 2, a loss due to series resistance (insertion loss) occurs as the transformation ratio n increases. This suppresses improvement in RF-DC conversion efficiency. Since this loss amount depends on the impedance connected to the input and output terminals of the transformer 2 and its ratio, the impedance of the high impedance antenna 1 is high and the transformation ratio n is small, so that the transformer is transformed with low loss. In response to the output of the transformer 2, the bridge-type diode 3 a rectifies RF to generate a direct current (DC) component and outputs only the DC component smoothed by the smoothing capacitor 4.

図３に、整流回路のダイオードの電流(Ｉｄ)−電圧(Ｖｄ)特性を示す。ブリッジ型ダイオード３ａにおける整流動作は、図３に示すダイオードの非線形性により生じる。ブリッジ型ダイオード３ａに高電圧が印加されると、順方向の立ち上がり電圧(Ｖｔ)と比べて逆方向電圧が大きくなるため、ＤＣ成分(|ＶＬ|：出力直流電圧−ＶＬの絶対値)が大きくなり、ＲＦ−ＤＣ変換効率の向上が図れる。図３中、Ａがダイオード印加電圧波形、Ｂが変換効率向上に寄与する部分、Ｃが変換効率低下要因となる部分を示す。 FIG. 3 shows the current (Id) -voltage (Vd) characteristics of the diode of the rectifier circuit. The rectification operation in the bridge type diode 3a is caused by the nonlinearity of the diode shown in FIG. When a high voltage is applied to the bridge-type diode 3a, the reverse voltage becomes larger than the forward rising voltage (Vt). Therefore, the DC component (| V L |: absolute value of the output DC voltage −V L ) And the RF-DC conversion efficiency can be improved. In FIG. 3, A indicates a diode applied voltage waveform, B indicates a portion that contributes to improvement in conversion efficiency, and C indicates a portion that causes a decrease in conversion efficiency.

以上のように、実施の形態１によれば、高インピーダンスアンテナ、トランス、ブリッジ型ダイオード、および平滑用キャパシタを備え、高インピーダンスアンテナの出力端子とトランスの入力端子が接続され、トランスの差動の出力端子がブリッジ型ダイオードの２つの入力端子にそれぞれ接続され、ブリッジ型ダイオードの２つの出力端子が平滑用キャパシタの２つの端子にそれぞれ接続され、負荷が平滑用キャパシタと並列に接続されているので、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得ることができる。   As described above, according to the first embodiment, the high impedance antenna, the transformer, the bridge type diode, and the smoothing capacitor are provided, the output terminal of the high impedance antenna and the input terminal of the transformer are connected, and the differential of the transformer Since the output terminal is connected to the two input terminals of the bridge type diode, the two output terminals of the bridge type diode are connected to the two terminals of the smoothing capacitor, and the load is connected in parallel with the smoothing capacitor. High RF-DC conversion efficiency can be obtained.

また図４に示すように、平衡・不平衡変換部６とインピーダンス変換部７を別々の回路で構成してもよい。平衡・不平衡変換部６は例えば、シングルエンドから差動に変換する回路からなる。インピーダンス変換部７は例えば、トランス、ローパスフィルタ、使用する所望の高周波(波長λ)で１／４波長の電気長を有する１／４波長伝送線路等のいずれかからなる。   Further, as shown in FIG. 4, the balanced / unbalanced converting unit 6 and the impedance converting unit 7 may be configured by separate circuits. The balanced / unbalanced conversion unit 6 includes, for example, a circuit that converts from single end to differential. The impedance conversion unit 7 is composed of, for example, a transformer, a low-pass filter, a 1/4 wavelength transmission line having a desired high frequency (wavelength λ) to be used and an electrical length of 1/4 wavelength.

また図５に示すように、高インピーダンスアンテナを、差動出力の高インピーダンスアンテナ１ａとし、トランスを、平衡・不平衡変換を行わずインピーダンス変換のみを行う入力側、出力側共に差動のトランス２ａで構成してもよい。   Further, as shown in FIG. 5, the high impedance antenna is a differential output high impedance antenna 1a, and the transformer is a differential transformer 2a on both the input side and the output side that performs only impedance conversion without performing balanced / unbalanced conversion. You may comprise.

また図６に示すように、整流回路を、ブリッジ型ダイオードではなく、シングルシャント型ダイオード３ｂとし、トランスを、平衡・不平衡変換を行わずインピーダンス変換のみを行う入力側、出力側共にシングルエンドのトランス２ｂで構成してもよい。この場合、平滑用キャパシタ、負荷も共にシングルエンドの平滑用キャパシタ４ａ、負荷５ａとなる。   Further, as shown in FIG. 6, the rectifier circuit is not a bridge type diode but a single shunt type diode 3b, and the transformer is a single-ended both on the input side and the output side that performs only impedance conversion without performing balanced / unbalanced conversion. You may comprise by the transformer 2b. In this case, both the smoothing capacitor and the load are the single-ended smoothing capacitor 4a and the load 5a.

さらに図７および図８に示すように、図５、図６において、ブリッジ型ダイオード、シングルシャント型ダイオードの各ダイオードをそれぞれ、ダイオードを複数直列接続した直列接続ダイオードＤＤａ〜ＤＤｄ、ＤＤ１としたブリッジ型ダイオード３ａａ、シングルシャント型ダイオード３ｂｂとして、インピーダンスを高くしてもよい。   Further, as shown in FIGS. 7 and 8, in FIG. 5 and FIG. 6, a bridge type diode and a single shunt type diode, each of which is a series-connected diode DDa to DDd and DD1 in which a plurality of diodes are connected in series, respectively. As the diode 3aa and the single shunt diode 3bb, the impedance may be increased.

図４におけるインピーダンス変換部７は、図９のように、差動出力の高インピーダンスアンテナ１ａの場合に、アンテナ１ａの出力端子とブリッジ型ダイオード３ａの間の伝送線にそれぞれに直列に挿入された使用する所望の高周波において１／４波長の電気長を有する１／４波長伝送線路２１，２２であってもよい。   The impedance conversion unit 7 in FIG. 4 is inserted in series in the transmission line between the output terminal of the antenna 1a and the bridge type diode 3a in the case of the differential output high impedance antenna 1a as shown in FIG. The quarter wavelength transmission lines 21 and 22 having an electrical length of a quarter wavelength at a desired high frequency to be used may be used.

また図１０のように、回路全体がシングルエンドの回路の場合に、シングルエンドの高インピーダンスアンテナ１の出力端子とシングルシャント型ダイオード３ｂの間の伝送線に直列に挿入された使用する所望の高周波において１／４波長の電気長を有する１／４波長伝送線路２１であってもよい。   Further, as shown in FIG. 10, when the entire circuit is a single-ended circuit, a desired high frequency to be used inserted in series in a transmission line between the output terminal of the single-ended high impedance antenna 1 and the single shunt diode 3b. The quarter-wave transmission line 21 having an electrical length of ¼ wavelength may be used.

また図１１のように回路全体が差動の場合に、集中定数であるπ型ローパスフィルタ２５であってもよい。π型ローパスフィルタ２５は、入力側、出力側それぞれの２本の伝送線間に接続されたキャパシタ２１３，２１４と、２本の伝送線それぞれのキャパシタ２１３，２１４の接続点間に直列に挿入されたそれぞれインダクタ２１１，２１２からなる。   Further, when the entire circuit is differential as shown in FIG. 11, a π-type low-pass filter 25 that is a lumped constant may be used. The π-type low-pass filter 25 is inserted in series between the connection points of the capacitors 213 and 214 connected between the two transmission lines on the input side and the output side and the capacitors 213 and 214 on the two transmission lines, respectively. The inductors 211 and 212 respectively.

また図１２のように回路全体がシングルエンドの回路の場合に、π型ローパスフィルタ２５ａであってもよい。π型ローパスフィルタ２５ａは、入力側と出力側で伝送線とグランド間に接続されたキャパシタ２１３，２１４と、伝送線のキャパシタ２１３，２１４の接続点間に直列に挿入されたインダクタ２１１からなる。   Further, when the entire circuit is a single-ended circuit as shown in FIG. 12, the π-type low-pass filter 25a may be used. The π-type low-pass filter 25a includes capacitors 213 and 214 connected between the transmission line and the ground on the input side and output side, and an inductor 211 inserted in series between the connection points of the capacitors 213 and 214 of the transmission line.

また図１３のように回路全体が差動の場合に、Ｔ型ローパスフィルタ２６であってもよい。Ｔ型ローパスフィルタ２６は、伝送線間に接続されたキャパシタ２１３と、各伝送線におけるキャパシタ２１３の接続点の両側にそれぞれ直列に挿入されたインダクタ２１１ａ，２１１ｂ、インダクタ２１２ａ，２１２ｂからなる。   Further, the T-type low-pass filter 26 may be used when the entire circuit is differential as shown in FIG. The T-type low-pass filter 26 includes a capacitor 213 connected between transmission lines, inductors 211a and 211b and inductors 212a and 212b inserted in series on both sides of the connection point of the capacitor 213 in each transmission line.

また図１４のように回路全体がシングルエンドの回路の場合に、Ｔ型ローパスフィルタ２６ａであってもよい。Ｔ型ローパスフィルタ２６ａは、伝送線とグランド間に接続されたキャパシタ２１３と、伝送線のキャパシタ２１３の接続点の両側に直列に挿入されたインダクタ２１１ａ，２１１ｂからなる。   Further, when the entire circuit is a single-ended circuit as shown in FIG. 14, the T-type low-pass filter 26a may be used. The T-type low pass filter 26a includes a capacitor 213 connected between the transmission line and the ground, and inductors 211a and 211b inserted in series on both sides of the connection point of the capacitor 213 of the transmission line.

また、図１５のπ型ローパスフィルタ２５ｂのように、図１１のπ型ローパスフィルタ２５において、ブリッジ型ダイオード３ａ側のキャパシタ２１４を、図１５で破線で示すように、ブリッジ型ダイオード３ａの接合容量で代用または接合容量の一部を用いることで省略してもよい。   Further, like the π-type low-pass filter 25b in FIG. 15, in the π-type low-pass filter 25 in FIG. 11, the capacitor 214 on the bridge-type diode 3a side is replaced with the junction capacitance of the bridge-type diode 3a as shown by a broken line in FIG. However, it may be omitted by substituting or using a part of the junction capacitance.

また従来と同様に、整合回路、フィルタ、高調波処理回路等を備えてさらにＲＦ−ＤＣ変換効率の向上を図ってもよい。
なお、高インピーダンスアンテナ１のインピーダンスの上限に関しては、ブリッジ型ダイオード等のダイオードに印加される電圧がブレークダウン電圧を超えないように、高インピーダンスアンテナとインピーダンス変換の変圧比ｎを設定する。 Further, as in the conventional case, a matching circuit, a filter, a harmonic processing circuit, and the like may be provided to further improve the RF-DC conversion efficiency.
Regarding the upper limit of the impedance of the high impedance antenna 1, the transformation ratio n between the high impedance antenna and the impedance conversion is set so that the voltage applied to the diode such as the bridge type diode does not exceed the breakdown voltage.

実施の形態２．
図１６はこの発明の実施の形態２によるレクテナ装置の一例の構成図である。この実施の形態では、高インピーダンスアンテナは、折り返しダイポールアンテナ１ｂで構成される。その他の構成については、図１から図１５の構成を適用すること可能であり、図１６は図５に対応する。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 16 is a block diagram of an example of a rectenna device according to Embodiment 2 of the present invention. In this embodiment, the high impedance antenna is constituted by a folded dipole antenna 1b. For other configurations, the configurations of FIGS. 1 to 15 can be applied, and FIG. 16 corresponds to FIG.

次に動作について説明すると、基本的動作は実施の形態１と同じである。使用する所望の高周波(波長λ)の１／２波長のダイポールアンテナと平行に備えた１／２波長の伝送線路のそれぞれの両端を接続した構成である折り返しダイポールアンテナ１ｂは、図１６に示す使用する所望の高周波の１／２波長の伝送線路の幅Ｗ１とダイポールアンテナの幅Ｗ２を等しくすることで約３００Ωと通常のダイポールアンテナの約４倍の高インピーダンスとなる。その出力は差動で取り出すことが可能であり、トランス２ａに入力される。   Next, the operation will be described. The basic operation is the same as that of the first embodiment. A folded dipole antenna 1b having a configuration in which both ends of a ½ wavelength transmission line provided in parallel with a ½ wavelength dipole antenna having a desired high frequency (wavelength λ) to be used is used as shown in FIG. By making the width W1 of the desired high-frequency half-wave transmission line equal to the width W2 of the dipole antenna, the impedance is about 300Ω, which is about four times that of a normal dipole antenna. The output can be taken out differentially and input to the transformer 2a.

以上のように、実施の形態２によれば、高インピーダンスアンテナとして折り返しダイポールアンテナ１ｂを用いることで、インピーダンス変換の変成比を低くすることができ、ＲＦ−ＤＣ変換効率の向上が図れる。   As described above, according to the second embodiment, by using the folded dipole antenna 1b as a high-impedance antenna, the transformation ratio of impedance conversion can be lowered, and the RF-DC conversion efficiency can be improved.

また、図１７に示すように、折り返しダイポールアンテナ１ｂにおいて直流経路を阻止するために、折り返しダイポールアンテナ１ｂとトランス２ａの間で、各伝送線に直列にキャパシタ７１，７２を挿入してもよい。   Further, as shown in FIG. 17, capacitors 71 and 72 may be inserted in series with each transmission line between the folded dipole antenna 1b and the transformer 2a in order to block the DC path in the folded dipole antenna 1b.

また、図１８に示すように、一端を短絡(接地)してシングルエンド出力の折り返しダイポールアンテナ１ｃとしてもよい。この場合、これに対応してトランスはインピーダンス変換と平衡・不平衡変換を行うトランス２とし、折り返しダイポールアンテナ１ｃの出力端子とトランス２の間の伝送線にキャパシタ７１を直列に挿入する。   Further, as shown in FIG. 18, one end may be short-circuited (grounded) to provide a single-ended output folded dipole antenna 1c. In this case, the transformer is a transformer 2 that performs impedance conversion and balanced / unbalanced conversion, and a capacitor 71 is inserted in series in a transmission line between the output terminal of the folded dipole antenna 1c and the transformer 2.

なおこの発明は上記各実施の形態で図示したそれぞれの実施例の構成に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むものである。   In addition, this invention is not limited to the structure of each Example illustrated by said each embodiment, All these possible combinations are included.

１，１ａ 高インピーダンスアンテナ、１ｂ，１ｃ 折り返しダイポールアンテナ、２，２ａ，２ｂ トランス、３ａ，３ａａ ブリッジ型ダイオード、３ｂ，３ｂｂ シングルシャント型ダイオード、４，４ａ 平滑用キャパシタ、５，５ａ 負荷、６ 平衡・不平衡変換部、７ インピーダンス変換部、２１，２２ １／４波長伝送線路、２５，２５ａ，２５ｂ π型ローパスフィルタ、２６，２６ａ Ｔ型ローパスフィルタ、７１，７２ キャパシタ、２０１ 一次巻線、２０２ 二次巻線、２１１，２１２，２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ インダクタ、２１３，３１４ キャパシタ、Ｄａ〜Ｄｄ ダイオード、ＤＤａ〜ＤＤｄ，ＤＤ１ 直列接続ダイオード。   1, 1a high impedance antenna, 1b, 1c folded dipole antenna, 2, 2a, 2b transformer, 3a, 3aa bridge type diode, 3b, 3bb single shunt type diode, 4, 4a smoothing capacitor, 5, 5a load, 6 balanced Unbalance conversion unit, 7 impedance conversion unit, 21, 22 1/4 wavelength transmission line, 25, 25a, 25b π type low pass filter, 26, 26a T type low pass filter, 71, 72 capacitor, 201 primary winding, 202 Secondary winding, 211, 212, 211a, 211b, 212a, 212b Inductor, 213, 314 capacitor, Da to Dd diode, DDa to DDd, DD1 Series connected diode.

Claims (13)

インピーダンスが回路の特性インピーダンスより高い高インピーダンスアンテナと、
アンテナ平衡・不平衡変換部と、
インピーダンス変換部と、
差動で動作する整流回路と、
平滑用回路と、
を備え、
前記高インピーダンスアンテナはシングルエンド出力であり、前記高インピーダンスアンテナで受電した電波の高電圧が、前記平衡・不平衡変換部でシングルエンドから差動への変換と、変成比の低い前記インピーダンス変換部による高電圧化を介して前記整流回路に印加され、前記整流回路にて受電した電波を直流に変換して前記平滑用回路にて平滑された直流電力を取り出す、ことを特徴とするレクテナ装置。 A high impedance antenna whose impedance is higher than the characteristic impedance of the circuit;
Antenna balance / unbalance conversion section,
An impedance converter,
A differential rectifier circuit;
A smoothing circuit;
With
The high-impedance antenna has a single-ended output, and the high voltage of the radio wave received by the high-impedance antenna is converted from single-ended to differential by the balanced / unbalanced converter and the impedance converter having a low transformation ratio. A rectenna device for converting a radio wave applied to the rectifier circuit through a high voltage and received by the rectifier circuit into a direct current and taking out a DC power smoothed by the smoothing circuit. インピーダンスが回路の特性インピーダンスより高い高インピーダンスアンテナと、
インピーダンス変換部と、
差動で動作する整流回路と、
平滑用回路と、
を備え、
前記高インピーダンスアンテナは差動出力であり、前記高インピーダンスアンテナで受電した電波の高電圧が、変成比の低い前記インピーダンス変換部を介して前記整流回路に印加され、前記整流回路にて受電した電波を直流に変換して前記平滑用回路にて平滑された直流電力を取り出す、ことを特徴とするレクテナ装置。 A high impedance antenna whose impedance is higher than the characteristic impedance of the circuit;
An impedance converter,
A differential rectifier circuit;
A smoothing circuit;
With
The high-impedance antenna is a differential output, and a high voltage of a radio wave received by the high-impedance antenna is applied to the rectifier circuit via the impedance converter having a low transformation ratio, and the radio wave received by the rectifier circuit A rectenna device for converting DC to DC and taking out DC power smoothed by the smoothing circuit. インピーダンスが回路の特性インピーダンスより高い高インピーダンスアンテナと、
インピーダンス変換部と、
シングルエンドで動作する整流回路と、
平滑用回路と
を備え、
前記高インピーダンスアンテナはシングルエンド出力であり、
前記高インピーダンスアンテナで受電した電波の高電圧が、変成比の低い前記インピーダンス変換部を介して前記整流回路に印加され、前記整流回路にて受電した電波を直流に変換して前記平滑用回路にて平滑された直流電力を取り出す、ことを特徴とするレクテナ装置。 A high impedance antenna whose impedance is higher than the characteristic impedance of the circuit;
An impedance converter,
A rectifier circuit operating at a single end;
And a smoothing circuit,
The high impedance antenna is a single-ended output;
A high voltage of the radio wave received by the high impedance antenna is applied to the rectifier circuit via the impedance converter having a low transformation ratio, and the radio wave received by the rectifier circuit is converted into direct current to the smoothing circuit. A rectenna device characterized by taking out the smoothed DC power. 前記平衡・不平衡部およびインピーダンス変換部が、トランスで構成されたことを特徴とする請求項１に記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to claim 1, wherein the balanced / unbalanced portion and the impedance converting portion are configured by a transformer. 前記整流回路が、ブリッジ型ダイオードで構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to claim 1 or 2, wherein the rectifier circuit includes a bridge-type diode. 前記整流回路が、ブリッジ型ダイオードで構成されたことを特徴とする請求項４に記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to claim 4, wherein the rectifier circuit includes a bridge-type diode. 前記整流回路が、シングルシャント型ダイオードで構成されたことを特徴とする請求項３に記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to claim 3, wherein the rectifier circuit includes a single shunt diode. 前記整流回路を構成する各ダイオードが、ダイオードを複数直列接続した直列接続ダイオードで構成された高インピーダンスのものであることを特徴とする請求項５または７に記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to claim 5 or 7, wherein each of the diodes constituting the rectifier circuit is a high-impedance diode composed of a series-connected diode in which a plurality of diodes are connected in series. 前記整流回路を構成する各ダイオードが、ダイオードを複数直列接続した直列接続ダイオードで構成された高インピーダンスのものであることを特徴とする請求項６に記載のレクテナ装置。   7. The rectenna device according to claim 6, wherein each of the diodes constituting the rectifier circuit is a high-impedance device composed of a series-connected diode in which a plurality of diodes are connected in series. 前記インピーダンス変換部が、使用する所望の高周波の周波数における１/４波長伝送線路で構成されたことを特徴とする請求項１，２，３，５，７，８のいずれか１項に記載のレクテナ装置。   The said impedance conversion part was comprised by the 1/4 wavelength transmission line in the frequency of the desired high frequency to use, The any one of Claim 1, 2, 3, 5, 7, 8 characterized by the above-mentioned. Rectenna device. 前記インピーダンス変換部は、π型またはＴ型のローパスフィルタで構成されたことを特徴とする請求項１，２，３，５，７，８のいずれか１項に記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to any one of claims 1, 2, 3, 5, 7, and 8, wherein the impedance conversion unit includes a π-type or T-type low-pass filter. 前記π型ローパスフィルタにおいて前記整流回路側の容量を前記整流回路の接合容量を用いて構成したことを特徴とする請求項１１に記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to claim 11, wherein a capacitance on the rectifier circuit side in the π-type low-pass filter is configured using a junction capacitor of the rectifier circuit. 前記高インピーダンスアンテナが、折り返しダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載のレクテナ装置。   The rectenna device according to any one of claims 1 to 12, wherein the high-impedance antenna is a folded dipole antenna.
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