JP-2026077794-A - 受電アンテナ

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Abstract

【課題】ある程度離れた位置にある送電機から送信された電力を効率よく受電でき、そのサイズについてある程度の範囲を許容できる受電アンテナを提供する。【解決手段】無線給電に用いられる受電アンテナであって、第１の導電板と、前記第１の導電板に対向する第２の導電板と、前記第１の導電板の第１端部と、前記第１端部に対向する前記第２の導電板の第２端部とを接続するフィーダーと、前記第１端部の反対側の第１他端部と、前記第２端部の反対側の第２他端部とを接続する導電性部材と、を備える。【選択図】図３４

Inventors

田邉勇二
彦坂慎吾
小舘直人

Assignees

エイターリンク株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20260217
Priority Date: 20211026

Claims (20)

第１の導電板と、前記第１の導電板に対向する第２の導電板と、前記第１の導電板の第１端部と、前記第１端部に対向する前記第２の導電板の第２端部とを接続するフィーダーと、前記第１端部の反対側の第１他端部と、前記第２端部の反対側の第２他端部とを接続する導電性部材と、を備える第１のアンテナ、を備える無線給電に用いられる受電アンテナ。
前記導電性部材は、前記第１の導電板の第１他端部と、前記第２の導電板の第２他端部と、を接続する板状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板と、前記第２の導電板と、板状の前記導電性部材と、は一体成型されていることを特徴とする請求項２に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板と、前記第２の導電板と、板状の前記導電性部材とは、１枚の導電板を折り曲げた状態で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の受電アンテナ。
前記１枚の導電板を、端部から所定距離内を切り欠いた状態で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板は、長さ方向において中央部が段状に、前記第２の導電板に向けて突出しているとともに、前記第２の導電板は、長さ方向において中央部が段状に、前記第１の導電板に向けて突出していることを特徴とする請求項１に記載の受電アンテナ。
板状の前記導電板は、端部から所定距離内を切り欠いた状態で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板と前記第２の導電板には、スロットが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板の中央近傍の幅方向の端部から、前記第２の導電板に向けて、前記第１の導電板の一部が突出した突出部を備えることを特徴とする請求項８に記載の受電アンテナ。
前記突出部の先端と、前記第２の導電板との間にはギャップが設けられていることを特徴とする請求項９に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板と前記第２の導電板との間に誘電体のコア材を充填した、請求項１～１０のいずれか１項に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板、前記導電性部材、及び前記第２の導電板のうちの少なくとも一つに中空のスペースを設け、その中に第２のアンテナを配置した、請求項１～１０のいずれか１項に記載の受電アンテナ。
前記第１のアンテナは、ループアンテナとして機能する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板、前記導電性部材、及び前記第２の導電板は、断面視で略コ字状の形状を有し、前記コの字の内側に前記ループアンテナの電界を生じさせるようにした、請求項１３に記載の受電アンテナ。
前記第１のアンテナは、電力受信用のアンテナである、請求項１～１０のいずれか１項に記載の受電アンテナ。
前記第１のアンテナは、約９２０ＭＨｚの周波数領域で駆動する、請求項１～１０に記載の受電アンテナ。
前記第２のアンテナは、逆Ｆアンテナ又はチップアンテナのいずれかである、請求項１２に記載の受電アンテナ。
前記第２のアンテナは、データの送受信用のアンテナである、請求項１２に記載の受電アンテナ。
前記第２のアンテナは、約２．４ＧＨｚの周波数領域で駆動する、請求項１２に記載の受電アンテナ。
前記第１の導電板と前記第２の導電板との間に誘電体のコア材を充填した、請求項１２に記載の受電アンテナ。

Description

[関連出願] 本出願は、２０２１年１０月２６日に出願された「受電アンテナ」と題する国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２０２１／０３９５５９号の優先権を主張し、その開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本開示は、ワイヤレス給電による電力を受電するための受電アンテナに関する。近年、ワイヤレスによる給電が行われており、各種の電子装置の充電や稼働を実現している。特許文献１及び特許文献２には、ワイヤレス給電を行うための受電アンテナの構成について開示されている。特開２０１６－０２５５０２号公報特開２０２０－１８４７１８号公報図１は、本発明に係るアンテナの構成例を示す図である。図２は、図１に示すアンテナの通信周波数に応じた放射効率の推移を示すグラフの例である。図３は、図１に示すアンテナの通信周波数に応じたＳパラメータの推移を示すグラフの例である。図４は、図１に示すアンテナの基板サイズを変更した場合の通信周波数に応じた放射効率の推移を示すグラフの例である。図５は、図１に示すアンテナとは異なるサイズのアンテナの通信周波数に応じた放射効率の推移を示すグラフの例である。図６は、図１に示すアンテナとは異なるサイズのアンテナの通信周波数に応じたＳパラメータの推移を示すグラフの例である。図７は、図１に示すアンテナとは異なるサイズのアンテナの通信周波数に応じた各Ｓパラメータの推移を示すグラフの例である。図８は、図１に示すアンテナとは異なるサイズのアンテナの通信周波数に応じた垂直方向の各Ｓパラメータの推移を示すグラフの例である。図９は、図１に示すアンテナとは異なるサイズのアンテナの通信周波数に応じた放射効率の推移を示すグラフの例である。図１０は、アンテナの平面方向のサイズと、放射効率の関係を示すグラフの例である。図１１は、図１とは異なる構成のアンテナの構成例を示す図の例である。図１２上図は、アンテナの高さを変更した場合の通信周波数に応じた放射効率の推移を示すグラフの例である。図１２下図は、アンテナの幅を変更した場合の通信周波数に応じた放射効率の推移を示すグラフの例である。図１３は、アンテナの高さを変更した場合のアンテナパターン（指向性）を示す図の例である。図１４（ａ）～（ｆ）は、各種のアンテナの構成例を示す図の例である。図１５は、図１４（ｆ）に示すアンテナと、その一部拡大図の例である。図１６は、図１４に示す各アンテナの通信周波数に応じた放射効率の推移を示すグラフの例である。図１７は、図１４に示す各アンテナのアンテナパターン（指向性）を示す図の例である。図１８は、図１４（ｆ）に示すアンテナが複合アンテナとして機能することを示す図の例である。図１９は、図１４（ｆ）に示すアンテナの突出部と第２導電板との間のギャップを変更した場合のアンテナの通信周波数に応じた放射効率を示すグラフの例である。図２０は、図１４（ｆ）に示すアンテナの突出部と第２導電板との間のギャップを変更した場合のアンテナのアンテナパターン（指向性）を示す図の例である。図２１は、アンテナを球状に構成した場合の構成例を示す図の例である。図２２は、図２１に示すアンテナの通信周波数に応じた放射効率を示すグラフの例である。図２３は、図２１に示すアンテナのアンテナパターン（指向性）を示す図の例である。図２４は、アンテナを柱状に構成した場合の構成例を示す図の例である。図２５は、図２４に示すアンテナの通信周波数に応じた放射効率を示すグラフの例である。図２６は、図２４に示すアンテナのアンテナパターン（指向性）を示す図の例である。図２７は、導電板の一方に受電回路を設けた場合のアンテナの構成例を示す図の例である。図２８は、図２７に示すアンテナの通信周波数に応じた放射効率を示すグラフの例である。図２９は、図２７に示すアンテナのアンテナパターン（指向性）を示す図の例である。図３０は、本実施形態に係るアンテナの一利用形態を示す図の例である。図３１は、図３０に示すパッケージの展開斜視図の例である。図３２は、実施例２に係るアンテナの基本構成及び、その中に適用可能なコア材を示す図の例である。図３３は、図３２（Ｂ）の第１の導電板の断面構成を示す図の例である。図３４は、実施例２に係るアンテナの実装例を示す図である。図３５は、アンテナの変更例及び、その中に適用可能なコア材を示す図の例である。図３６は、２．４ＧＨｚ用アンテナの変更例を示す図の例である。図３７は、実施例２に係るアンテナを用いて、センサに給電する実装例を示す図の例である。図３８は、２つのアンテナの電波効率のシミュレーション結果を示す図の例である。図３９は、アンテナを用いて、機器に配置されたセンサに給電する実装例を示す図の例である。図４０は、２つのアンテナの受信強度のシミュレーション結果を示す図の例である。図４１は、複数のアンテナを効率よく製造する概念図を示す図の例である。図４２は、図１に示すアンテナの通信周波数に応じたインピーダンス（Ｚパラメータ）の推移を示すグラフの例である。図４３は、アンテナの電界のシミュレーション結果を示す図の例である。図４４は、周波数とインピーダンスとの関係を表す概念図を示す図の例である。以下、本実施形態に係るワイヤレス給電（無線給電）に係る受電アンテナについて、図面を参照しながら説明する。（実施例１）本実施形態に係るアンテナ１は、図１に示すように、長尺板状の第１導電板１０ａと、長尺板状の第２導電板１０ｂとが互いに対向し、その一端部において、フィーダー１１（整流器）を介して互いに接続されるとともに、導電性部材１０ｃ（ショートピン）により接続されてなる無線給電における受電側の装置に用いられるアンテナである。アンテナ１は、無線給電に係る９２０メガヘルツ帯にて利用されるアンテナであるが、使用する通信帯域は、９２０メガヘルツ帯に限定するものではなく、２．４ギガヘルツ、５．７ギガヘルツであってもよい。本明細書においては使用する通信帯域を９２０メガヘルツ帯として説明する。アンテナ１は、遠距離ワイヤレス給電を行うための受電アンテナであり、様々なＩｏＴ機器が動作するための電力を受電して、供給する。そのため、アンテナ１は、様々な機器に搭載あるいは接続される可能性があり、なるべく様々な形状や大きさに対応できることが望ましい。また、アンテナ１にあっては、アンテナはインダクティブであり、フィーダー１１（整流器）をキャパシティブにすることで、損失を有するインピーダンスマッチング回路がなくともマッチングをとることができ、高効率な受電アンテナシステムとして機能する。第１導電板１０ａと第２導電板１０ｂは、共に、長さＬ１、幅Ｗ１の平板状の薄板である。図１では、幅Ｗ１＝１５ｍｍ、長さＬ１＝４０ｍｍ、薄板間距離Ｈ１＝１０ｍｍである場合を例に示している。また、導電性部材１０ｃは、図１においては、棒状にした例を示しているが、第１導電板１０ａと第２導電板１０ｂを接続できれば棒状に限定するものではなく、板状であってもよい。第１導電板１０ａ、第２導電板１０ｂ、導電性部材１０ｃは、例えば、銅、アルミ等、電流をよく流す任意の素材により実現される。フィーダー１１は、所謂給電線であり、アンテナ１の一端において、第１導電板１０ａと第２導電板１０ｂとを接続するように設けられる。即ち、フィーダー１１は、第１導電板１０ａの端部に接続するとともに、第１導電板１０ａに対向する第２導電板１０ｂの端部に接続する。図１において、導電性部材１０ｃは、フィーダー１１寄りの位置に設けている例を示しているが、この導電性部材１０ｃは、フィーダー１１が設けられている端部とは逆側の端部に設けられていることが好ましい。ここでいう逆側の端部とは、フィーダー１１が接続している第１導電板１０ａと第２導電板１０ｂの端部から見て、第１導電板１０ａ、第２導電板１０ｂの長手方向での反対側の端部のことをいう。以下、この理由について、図２、図３を用いて説明する。図２は、導電性部材１０ｃの位置を様々な位置に配した場合のアンテナ１の放射効率を示しており、各周波数における放射効率を示している。図３は、アンテナ１の各周波数におけるＳパラメータの変化を示している。アンテナ１は、ワイヤレス給電における受電アンテナとして用いられるアンテナであり、放射効率は、放射源から放射された電力をどれだけ効率よく電力として受電できるかを示す指標となる。図２、図３に示すデータは、アンテナ１において、Ｗ１＝３０ｍｍ、Ｌ１＝６０ｍｍ、Ｈ１＝１０ｍｍとし、導電性部材１０ｃの配置箇所を、アンテナ１の長さ方向の中心からの距離ｄを変化させていったときのデータである。また、距離ｄについては、フィーダー１１に近づく方向を正方向として、ｄ＝－３０、ｄ＝－２３．３３３３、ｄ＝－１６．６６６７、ｄ＝－１０、ｄ＝－３．３３３３、ｄ＝３．３３３３、ｄ＝１０、ｄ＝１６．６６６７とした場合それぞれでシミュレーションを行った結果を示している。ｄ＝０は、アンテナ１の長尺方向における中心位置であり、ｄ＝－３０は、フィーダー１１が設けられている位置とは反対側の第１導電板１０ａ（第２導電板１０ｂ）の端部の位置である。図２からは、アンテナ１の放射効率は、９２０メガヘルツ帯においては、導電性部材１０ｃの位置には大きく依存しないことが理解できる。図２は、横軸に通信周波数、縦軸に、放射効率を示している。具体的には、９２０メガヘルツ帯において、ｄ＝－３０とした場合の放射効率は、０．９２４９２２６４であり、ｄ＝－２３．３３３３とした場合の放射効率は、０．９１８４８８３９であり、ｄ＝－１６．６６６７とした場合の放射効率は、０．９０６５３６６４であり、ｄ＝－１０とした場合の放射効率は、０．８９３０２６８８であり、ｄ＝－３．３３３３とした場合の放射効率は、０．８８０１３３６２であり、ｄ＝３．３３３３とした場合の放射効率は、０．８７３００８３であり、ｄ＝１０とした場合の放射効率は、０．８７８７８１３９であり、ｄ＝１６．６６６７とした場合の放射効率は、０．９００７０５９である。このように、いずれの場合も９２０メガヘルツ帯においては、０．８５以上の放射効率は担保できることが理解できる。また、ｄ＝２３．３３３３の場合を除いて、導電性部材１０ｃをフィーダー１１から遠ざけた方が、アンテナ１の放射効率が高い。これらの情報は、出願人らがシミュレーションにより得た値である。これらの値の中で、ｄ＝－３０、即ち、導電性部材１０ｃをフィーダー１１の反対側に設けた場合の放射効率は、シミュレーションした配置の中では比較的高い放射効率を有することが理解できる。図２からすると、導電性部材１０ｃは、フィーダー１１が設けられている第１導電板１０ａ及び第２導電板１０ｂの端部とは、長尺方向において、反対側の端部で、第１導電板１０ａと第２導電板１０ｂとを接続するように設けられることが好ましい。図３は、導電性部材１０ｃの中央からの配置位置に応じた周波数帯域ごとの、アンテナ１のＳパラメータ、より厳密にはＳ１１パラメータの推移を示しているグラフである。図３のグラフでは、横軸に通信周波数を示し、縦軸には、デシベル値を示している。Ｓ１１は、アンテナ１に対する入力反射係数である。但し、反射は少ない方が、効率がよく、デシベル値としては低い方が好ましい。但し、図３の例では５０オームに対しての反射係数がシミュレーションされており、本来直接回路側との整合をとる際には、５０オームではないため、実際の値とは異なっている。導電性部材１０ｃをフィーダー１１に近づけるとＳパラメータが９２０メガヘルツ帯において落ち込むことから、導電性部材１０ｃは、フィーダー１１からなるべく遠ざける位置とすることが好ましい。なお、図３において、導電性部材１０ｃの各配置位置に応じた９２０メガヘルツ帯のＳパラメータの値は、ｄ＝－３０、即ち、導電性部材１０ｃをフィーダー１１か