検索

サイト内検索

Online Store オンラインストア

SIGLENT （シグレント）スペクトル＆ベクトル・ネットワーク・アナライザ SVA1000Xシリーズ

  1. TOP
  2. 用語集
  3. SA
  4. 低電力レクテナ設計
SIGLENT （シグレント）スペクトル＆ベクトル・ネットワーク・アナライザ SVA1000Xシリーズ

 

📉 低電力レクテナ設計の課題と高効率化技術

 

低電力レクテナ（Rectenna: Rectifying Antenna）の設計は、微弱な受信電力（数 μW〜数 mW程度）をいかにして高効率に直流（DC）電力に変換するかが最大の課題となります。空間伝送型ワイヤレス電力伝送（WPT）システムにおいて、広範囲のセンサーやIoTデバイスをバッテリーレス化するために不可欠な技術です。

 

1. ⚡️ 最大の設計課題：ダイオードの動作

 

低電力レクテナ設計における最大の技術的課題は、整流回路に用いられるダイオードの特性です。

  • ダイオードの順方向電圧 (VF) の問題:

    • 一般的なショットキーバリアダイオード（SBD）は、電流を流し始めるために0.2V〜0.4V程度の順方向電圧が必要です。

    • 低電力環境では、アンテナで受信したRF信号の電圧がこの$V_F$を下回ることが多く、ダイオードが十分に動作せず、結果として整流効率が著しく低下します。

  • 半導体の選定:

    • 低$V_F$、低寄生容量の高性能な整流用半導体の選定が不可欠です。従来のシリコンSBDに加え、GaAs（ガリウムヒ素）やGaN（窒化ガリウム）ベースのダイオードなどが研究されています。

 

2. ⚙️ 高効率化のための回路・構成技術

 

低電力環境下でダイオードを効率良く動作させ、電力変換効率（RF-DC変換効率）を高めるための主要な設計手法を以下に示します。

 

① インピーダンス整合回路の最適化

 

  • 変動する入力インピーダンスへの対応: レクテナの入力インピーダンスは、入力電力レベルによって大きく変動します。

  • 整合回路の設計: 受電アンテナの出力インピーダンスと、整流回路の入力インピーダンスを広範囲の入力電力レベルで一致させるインピーダンス整合回路（マッチング回路）を適切に設計し、RFエネルギーの反射を最小限に抑えます。

 

② 高調波の再利用（ハーモニック・リターミネーション）

 

  • 高調波の発生: 整流回路内の非線形素子であるダイオードは、基本波（受信した周波数）だけでなく、その高調波（2倍、3倍などの周波数）を発生させます。

  • 閉じ込め回路の設計: 高調波がアンテナから放射されるとエネルギー損失になるため、**高調波処理回路（フィルタ）**を設けて高調波を反射させ、整流回路内に閉じ込めます。これにより、高調波エネルギーをDC変換に再利用し、効率を向上させます。

 

③ マイクロ波電圧の昇圧

 

  • ダイオード駆動電圧の確保: 低電力で受信電圧が低い場合でも、整流回路内でマイクロ波電圧を昇圧し、ダイオードのVFを超える電圧を印加することで、整流動作を確保します。

  • 損失低減: 電圧を昇圧することで回路に流れる電流（I）が減少し、ダイオードの熱損失（R・ I2）を低減し、効率を高める効果もあります。

 

④ 整流回路構成の工夫

 

  • アンテナとダイオードの直結: 回路の損失を抑制するため、受電アンテナに整流ダイオードを直接接続し、回路損失を極力抑制する構成も検討されます。

  • 高インピーダンス整流回路: 整流回路の線路の特性インピーダンスを全体的に上げることで、整流効率を改善する研究も進められています。

 

3. 🇯🇵 日本における主要な周波数帯（920MHz帯）

 

日本国内の法改正により、WPT用として利用が進んでいる920MHz帯は、マイクロ波帯の中では比較的周波数が低いため、伝搬損失が少なく、建物や障害物の影響を受けにくいという特徴があります。

  • 920MHz帯レクテナの設計では、アンテナサイズが大きくなる傾向があるため、アンテナ素子を小型化しつつ、高効率な整流回路と一体設計することが求められます。

これらの技術を組み合わせることで、低電力環境におけるレクテナのRF-DC変換効率を最大限に高め、WPTシステムの実用化を目指します。

 

 

 

PR:

SSG6M80Aシリーズ
マルチチャネル・コヒーレント・マイクロ波信号発生器
主な特長
・最大周波数 13.6 GHz/20 GHz
・出力周波数分解能 最大0.001 Hz
・位相ノイズ < -136 dBc/Hz @ 1 GHz、オフセット 10 kHz（測定値）
・コヒーレントモード、搬送周波数 = 10 GHz、周囲温度変動 ±2℃、観測時間 5時間、位相変動 < 1.5°
・チャンネル間の周波数、振幅、位相を個別に調整可能。単一デバイスチャンネル同期および複数デバイスチャンネル位相同期をサポート。位相メモリ機能搭載
・アナログ変調、パルス変調（オプション）

・Coming soon

 

 

SSA6000A Series Signal Analyzer

Main Features
・Measurement Frequency Range: 2 Hz ~ 50 GHz
・IQ Analysis Bandwidth: 1.2 GHz
・Real-time Spectrum Analysis Bandwidth: 400 MHz
・Phase Noise: -123 dBc/Hz @ 1 GHz, 10 kHz offset
・DANL: Less than -165 dBm/Hz
・Demodulation and analysis of signals from multiple mobile communication standards including 5G NR, LTE/LTE-A, WLAN, and IoT, as well as wireless connections.

・Coming soon

 

SNA6000A Series Vector Network Analyzer

Key Features
・Frequency Range: 100 kHz ~ 50 GHz
・Dynamic Range: 135 dB
・IF Bandwidth Range: 1 Hz ~ 10 MHz
・Output Power Setting Range: -60 dBm ~ +20 dBm
・Supports 4-port (2-source) S-parameter measurements, differential (balanced) measurements, time-domain analysis, scalar mixer measurements, etc.
・Optional accessories include electronic calibration kits, switch matrix, and mechanical switches.
・Coming soon

 

SDS8000Aシリーズ オシロスコープ

特長と利点
4チャンネル + 外部トリガーチャンネル
アナログチャンネル帯域幅：最大16GHz(8/13/16GHz)
リアルタイムサンプリングレート：最大40GSa/s（全チャンネル同時）
12ビットADC
低ノイズフロア：16GHz帯域幅で176μVrms
SPOテクノロジー
・ 波形キャプチャレート：最大200,000フレーム/秒
・ 256段階の波形輝度と色温度表示をサポート
・ 最大2Gポイント/チャンネルのストレージ容量
・ デジタルトリガー

・Coming soon

 

 

 

SIGLENT お買い得キャンペンーン実施中(～2026/03/31まで）
https://tm-co.co.jp/siglent-campaign/

SSA3000X-R シリーズ リアルタイム・スペクトラム・アナライザ
・周波数レンジ：　9kHz to 3.2/5.0/7.5GHz
・VNAモード：S11,S21同時測定
・リアルタイム帯域：25MHz(std.),40MHz(opt.)
・価格：82万円～
・今ならEMIオプションなどが無料！
　SSA3000XR -EMI　¥170,000
　-EMI測定キット

　（EMIフィルタ、準尖頭値検波器、EMI測定モード）

 

姉妹機も実施中（EMI測定機能は同じです）
※SSA3000X-Plus（スペアナ+TG） 22万円～
※SVA1000X （スペアナ+VNA）26万円～

 

 

 

関連製品

関連製品