マルチコプタを用いた火山観測機器へのワイヤレス給電のための送電アンテナの最適化研究

摘要

本研究では，マルチコプタを用いた火山観測機器へのワイヤレス給電システムにおいて，マルチコプタに取り付けられる送電アンテナの設計を行う．送電に用いる周波数は2.45GHzであり，送電距離は1.2mを想定する．送電アンテナは素子数6×6の円形パッチアンテナによりアレイ化する．これらの条件で，各アレイ素子に給電する電磁界の振幅·位相を変化させ，受電面との伝送効率が最大となるような最適なビームをMatalabソフトを用いたシミュレーションにより探索する．ビームパターンは，各素子の放射パターンを合成することにより再現する．また，マルチコプタの飛行精度より生じる送受電アンテナの位置ずれを考慮し，ビームのメインローブの放射方向を制御することで位置ずれによる効率の低下を抑える．振幅·位相の最適化の手法には，計算時間も考慮しアンテナへの給電パターンに制限を与えた上での全探索法や遺伝的アルゴリズムを用いる．これらの最適化を行った結果，位置ずれのない場合において92.1%の伝送効率，また位置ずれを考慮した場合においても86.3%と高い効率を得ることに成功した．