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本書はマイクロ波ワイヤレス給電を用いた飛翔体への応用の入門書として、マイクロ波ワイヤレス給電の基本事項から、送信回路・送受電アンテナ・整流回路の設計を解説し、飛翔体への給電事例を紹介する。
ここ10 年ほどの間にワイヤレス給電という言葉が世間一般に広く認知されるようになった。特にドローンの登場がこの分野に新たな次元をもたらし、マイクロ波給電との組み合わせは、これまで以上に注目を浴びていると認識している。

一方でワイヤレス給電という分野をネイティブとした研究者の絶対数はそれほど多くないため、入門・解説書から得られる情報は限られ、先行する学術論文や関連する学位論文から断片的に仕入
れるなど、著者らも経験したが色々と不便である。
また、著者らが本書で紹介するような研究を発表して以降、日本のみならず海外も含めて、企業や研究者から興味はあるがどのように始めるべきなのか、そもそもマイクロ波ワイヤレス給電とは何かという質問が多く寄せられた。

本書はその点に注目し、マイクロ波ワイヤレス給電を飛翔体に応用するための必要な理論だけでなく、実践の観点からも将来性と実現性を含め、これらの質問に答える形で解説している。これらは大学4 年生の卒業研究や、異なる分野の人も含めて、これから企業で取り組まれる方など初心者が初めて行う際に極めて必要な知識であり、本書はこのために書かれたものであると考えて良い。
また本書の第７章では、マイクロ波ワイヤレス給電の限界を突破するために周波数と電力の観点でcutting
edge の技術を記述しており、現在第一線で活躍しているベテランの研究者にとっても十分に有用なものであると思われる。




本書では、初学者がマイクロ波ワイヤレス給電方式を用いて全体システムを設計出来るように構成されている。
まずマイクロ波ワイヤレス給電の歴史と最近の研究動向、及び社会的動向に関して述べる（第1章）。
続いてワイヤレス給電を用いるにあたり知っておくと便利な基本事項に関して概説する（第2章）。
次に伝送システムにおけるマイクロ波電源の設計（第3章）、送受電アンテナに関する設計（第4章）、アンテナとアプリケーションの接続回路である整流回路の設計（第5章）、実用上必要となる追尾技術及び飛翔体へのシステム設計事例（第6章）、最後に未来のワイヤレス給電に関する展望（第7章） という流れで展開していく。

序文

１章　マイクロ波ワイヤレス給電～Historyと最新の研究～


１. １　はじめに

１. ２　マイクロ波ワイヤレス給電のこれまでの歴史・研究

１. ３　要素技術の発展の歴史

１. ４　近年の研究開発動向

１. ５　各周波数帯域に対する身の回りの電磁波利用

参考文献


２章　マイクロ波ワイヤレス給電の基礎

２. １　空間中の電磁波の伝播

２. ２　電磁波の伝播手段と伝播モード

２. ２. １　導波管（WG: Wave Guide）

２. ２. ２　同軸ケーブル

２. ２. ３　高周波伝送路

２. ３　伝送線路理論

２. ４　λ/2, λ/4 線路

２. ５　S パラメータ

参考文献


３章　マイクロ波源の設計

３. １　マイクロ波電源の全体概要

３. ２　増幅回路の電力利得

３.３　ドレイン効率と電力付加効率（ PAE）

３.４　小信号利得（ 線形領域） と大信号利得（ 非線形領域）、P1dB とP3dB

３. ５　マイクロ波増幅回路における増幅素子の周波数特性と最大可能出力

３. ６　マイクロ波増幅回路のトレンドとベンチマーク

３. ７　マイクロ波電源のシステム要件と設計構想

３. ８　異常発振とK 値

３. ９　最大有能電力利得

３.10　増幅回路の動作モード

３.11　ソースプルとロードプル

３.12　多段増幅回路の設計方法

３.13　DC バイアス線路

３.14　増幅回路全体でのインピーダンス整合回路の設計

３.15　具体的なマイクロ波電源の設計手順

参考文献


４章　マイクロ波ワイヤレス給電の受電側回路設計～アンテナ～

４. １　電気ダイポールとダイポールアンテナ

４. ２　アンテナの評価指標

４.２.１　放射パターンと利得（ Gain）

４. ２. ２　実効面積（Effective area）

４. ２. ３　偏波

４. ３　アンテナの遠方界放射


５章　マイクロ波ワイヤレス給電の受電側設計～整流回路～

５. １　理論RF-DC 変換効率

５. ２　シングルシリーズ・シングルシャント整流回路

５. ３　28 GHz 動作のF 級負荷整流回路の設計製作

５. ４　整流回路の性能評価

５. ５　アンテナとの統合

参考文献


６章　飛翔体への給電実験

６. １　飛翔体へのワイヤレス給電の歴史

６. ２　回転翼UAV へのワイヤレス給電における28 GHzの優位性（ 2020年時点）

６. ３　菅沼らによる飛行デモンストレーション実験と効率解析

６. ３. １　送電系・追尾システム

６. ４　受電レクテナ

６. ４. １　アンテナ

６. ４. ２　整流回路

６. ５　UAV 制御系

６. ６　送受電効率の解析式

６. ６. １　ガウシアンビームとビーム収集効率ηbeam

６. ６. ２　捕集効率ηcap

６. ６. ３　透過効率ηtra

６. ７　飛行デモンストレーション結果

６. ８　慶長・茂呂らによる飛行デモンストレーション実験

６. ８. １　受電アンテナ：16 アレーパッチアンテナ

６. ８. ２　UAV 制御：PI・PID 制御の導入

６. ８. ３　飛行デモンストレーション実験結果

６. ９　UAV へのワイヤレス給電の実現可能性

６. ９. １　5.8 GHz・28 GHz の解析効率比較

６.９.２　バッテリー性能との比較（ 2020年時点）

参考文献


７章　未来のワイヤレス給電

７. １　超高周波ワイヤレス給電

７. ２　大電力ワイヤレス給電

７. ２. １　大電力ワイヤレス給電で用いる発振源

７. ２. ２　立体型の整流管

参考文献

索引

他著：嶋村 耕平
1985 年生れ。2009 年慶應大・工・機械卒。2011 年東京大大学院新領域研究科修士課程修了。2014 年同大大学院新領域研究科博士課程修了。同年・筑波大学構造エネルギー工学専攻助教、2022 年東京都立大学システムデザイン研究科准教授となり現在に至る。主として宇宙推進工学と無線電力伝送に関する研究に従事。博（ 科学）。

他著：松倉 真帆
1996 年生れ。2018 年筑波大学工学システム学群卒。2020 年同大学院修了。2023 年同大学システム情報工学研究群の博士後期課程修了（ 博士工学）。2023 年より特任研究員学振雇用PD として東北大学工学研究科に所属、現在に至る。大電力密度のワイヤレス電力伝送研究及び推進機研究に従事。

他著：菅沼 悟
1995 年生れ。2018 年筑波大学工学システム学群卒。2020 年同大学院修了。2020 年ソニー株式会社に入社、2024 年よりセイコーエプソン株式会社に所属し、現在に至る。