電子管を用いた無線電力伝送用アクティブフェイズドアレイの研究

电子管无线电力传输有源相控阵研究

基本信息

批准号：
15760241
负责人：
篠原真毅
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

経済面を考慮したSPS実現のためには、巨大フェーズドアレー、超高精度なビーム制御(角度分解能0.0001度以下)、高い総合効率、軽量という特徴をもったマイクロ波エネルギー伝送システムが必要不可欠である。これらの要求を満たすべく、導波管スロット給電型アクティブ集積アンテナ(AIA : Active Integrated Antenna)が提案されている。導波管スロット給電型AIAは、電力分配器として用いる導波管スロット、能動素子部として用いる低損失移相器と高効率増幅器をもったAIAから成る。導波管スロット給電型AIAにおいて、挿入損失を低減するための重要な要素の一つが、マイクロストリップ線路と導波管スロットとの電磁結合部の結合係数である。我々は導波管寸法と電磁結合構造を調整することにより、2素子モデルにおいて90%以上の結合係数を達成した。また、5.8GHzで最適となるように設計したときの-27dB挿入損失はであった。これらの結果は、導波管スロット給電型AIAのSPSへの適応性を十分に示している。また、2次元で小型・薄型のAIAを実現するためには、AIA部の設計段階における回路寸法の縮小化が重要である。そこでAIAの原型モデルとして、高電子移動度トランジスタ(HEMT : High Electron Mobility Transistor)を用いた小型増幅器を設計・製作した。この増幅器では効率改善のためにAB級での動作点を選択し、1mW入力で47%の電力付加効率(PAE : Power Added Efficiency)が得られた。続いて駆動段の増幅器の設計・製作を行い、十分小型な増幅器が実現し、動作確認された。

为了实现SP，考虑到经济方面，具有巨大相分阵列，超高精度光束控制（低于0.0001度的角度分辨率）的特征的微波能量传输系统，高总体效率和轻量级是必不可少的。为了满足这些要求，已经提出了主动集成天线（AIA）。波导插槽功率进给类型AIA由用作电源分配器的波导插槽，具有低损耗相变的AIA用作活动元件部分，以及高效率放大器。在波导插槽式AIA中，减少插入损失的重要因素之一是微带线和波导插槽之间电磁耦合的耦合系数。通过调整波导尺寸和电磁耦合结构，我们在两元素模型中实现了90％或更多的耦合系数。此外，当设计为5.8GHz时，插入损失为-27dB。这些结果充分证明了波导插槽馈送AIA与SPS的兼容性。此外，为了实现二维，紧凑和薄的AIA，在AIA部分的设计阶段降低电路尺寸很重要。因此，作为AIA的原型模型，我们使用高电子迁移式晶体管（HEMT）设计和制造了小型放大器。该放大器选择了AB类操作点以提高效率，并在1MW输入下获得了47％的功率效率（PAE）。接下来，设计和制造了驱动阶段的放大器，并实现了足够小的放大器，并确认了操作。