株式会社アクセルスペースと国立大学法人東京工業大学 科学技術創成研究院 未来産業技術研究所の白根篤史准教授と同 工学院 電気電子系の岡田健一教授、戸村崇助教は、従来の無線機の半分以下の消費電力で稼働する小型地球観測衛星用のKa帯無線機の開発に成功しました。
現在、スマート農業における農地管理や環境モニタリング、防災・災害対応など、小型人工衛星による地球観測データの活用が注目されています。今後需要が高まるとともに、宇宙から地球へ効率よくデータを送る仕組みが必要となります。
これまで小型地球観測衛星で使用していた無線機では、撮影したい方向と撮ったデータを地球に送るためにアンテナを向けるべき方向（姿勢制御）が一致せず、撮影とデータ通信の両立面での制約がありました。数トンクラスの大型地球環境衛星では、従前より複数種類のアンテナを搭載して地上局との距離に応じてアンテナを使い分けたり、姿勢制御の競合を避けるために指向性を制御できる機械式ジンバルやフェーズドアレイ無線機を用いることが可能でしたが、小型衛星では、アンテナを格納できるスペースの課題と無線機に許容される消費電力の制約の観点から採用が困難でした。
また、センサー技術やデータサービスの進歩に伴い、最新の地球観測ミッションでは、大量のリモートセンシングデータを地球局へ短時間でダウンリンクするために、より高速な通信が要求される傾向にあります。搭載できるアンテナのサイズと使用できる電力量に制約がある小型衛星において、これら2つの課題を解決するために、アクセルスペースと東京工業大学は、広帯域Ka帯送信機とアクティブフェーズドアレイアンテナを組み合わせたダウンリンクシステムを開発しています。
今回の研究で開発したKa帯フェーズドアレイ無線機は、二つのポートを持つアンテナ、増幅器、位相器、そしてアクティブハイブリッドカプラで構成されており、低消費電力での電気的な指向性制御を可能としています。新たに考案されたアクティブハイブリッドカプラ回路技術では、フェーズドアレイ無線機の消費電力を大幅に減らすことができ、これを使用すれば従来よりも高速でリアルタイム性の高いデータ通信が可能となります。
今回の無線機の製造ではCMOSプロセスを採用しており、安価で量産が可能です。弊社では今回、開発に成功した低消費電力のフェーズドアレイ無線機を自社の小型地球観測衛星に搭載し、数年以内に軌道上実証を行う計画です。地上の撮影とデータのダウンロードにおけるタイムラグをなるべく短くし、衛星データ活用を加速させるべく、さらなる研究開発を進めて参ります。
*1) Ka帯：一般には 26-40 GHz までの周波数帯域を示すが、ここでは地球観測衛星に割り当てられているKa帯(25.5G-27GHz)を指す。
*2) フェーズドアレイ：複数のアンテナへ位相差をつけた信号を給電する技術。放射方向を電気的に制御するビームフォーミングの実現に利用される。
※本研究成果は、JST 研究成果展開事業研究成果最適展開支援プログラム A-STEP 産学共同 JPMJTR211D の支援を受けたものです。
※本研究の成果について国立大学法人東京工業大学からの発表は以下URLよりご確認ください
URL：https://www.titech.ac.jp/news/2023/065976
本研究成果は2023年2月19日から開催される国際会議「ISSCC」において発表予定です。
ISSCC 2023（https://www.isscc.org/）について
米カリフォルニア州サンフランシスコで毎年開かれる半導体業界で最大規模の国際学会。今回で第70回を迎え2023年は2月19日から23日にかけて開催中。
本研究の発表日時 2023年2月21日午後4時45分（現地時間）
講演セッション Session19: 5G and Satcom: Receivers and Transmitters
講演タイトル A Small-Satellite-Mounted 256-Element Ka-Band CMOS Phased-Array Transmitter Achieving 63.8dBm EIRP Under 26.6W Power Consumption Using Single/Dual Circular Polarization Active Coupler（片・両円偏波対応アクティブカプラを用いた63.8dBm EIRP消費電力26.6W小型衛星搭載用256素子Ka帯CMOSフェーズドアレイ送信機）
株式会社アクセルスペース 会社概要
所在地：東京都中央区日本橋本町三丁目3番3号 Clipニホンバシビル
代表者：代表取締役 中村 友哉（なかむら ゆうや）
設立：2008年8月8日
資本金等の額：7,122百万円（資本準備金を含む）
主な事業内容：小型衛星による地球観測事業、小型衛星等を活用したソリューションの提案、小型衛星及び関連コンポーネントの設計及び製造、小型衛星の打ち上げアレンジメント及び運用支援・受託
URL：https://www.axelspace.com/ja/
本件に関する報道関係者からのお問い合わせ先
株式会社アクセルスペース
経営戦略本部PRユニット pr@axelspace.com