耐放射線Ka帯フェーズドアレイ無線機を共同開発――衛星の低コスト化と軌道寿命向上に貢献東工大とアクセルスペース

東京工業大学は2023年2月20日、アクセルスペースと共同で、放射線センサ搭載の新たなフェーズドアレイICを用いて、耐放射線Ka帯フェーズドアレイ無線機を開発したと発表した。

複数の衛星群による通信システムである低軌道衛星コンステレーションでは、地上の任意の地点や衛星間など、電波の指向性を制御する必要がある。従来の低軌道小型衛星では、姿勢制御によって指向性を制御していたが、衛星コンステレーションでは地上に加えて衛星間の接続が必要になるため、姿勢制御に競合が発生して指向性制御が困難だった。

一方、電気的な指向性制御によって通信方向を任意に制御できるフェーズドアレイ無線機は、ICがアンテナ付近に設置されることで十分な放射線シールドを設けることができず、放射線耐性が弱いという課題があった。

今回同大学らが開発したのは、64素子のアレイアンテナとシリコンCMOSプロセスで製造した16チップのフェーズドアレイICで構成される、耐放射線Ka帯フェーズドアレイ無線機のプロトタイプだ。各ICにはそれぞれ4つの放射線センサーを搭載。合計64個の放射線センサーが64個のアンテナ素子に対応する。

これにより、アレイ上のあらゆる位置で放射線劣化を検出でき、放射線劣化が一様でない場合でも無線機性能の劣化が補償できるようになった。実際に放射線を照射し、放射線センサーによる性能劣化検出と、検出した値を用いた性能補償による2dB以上の利得性能を改善できることを確認した。

今回の研究によって、小型軽量でかつ安価なフェーズドアレイ無線機でも放射線耐性を高めることができるようになる。これにより衛星の低コスト化や軌道寿命の向上につながっていく。

今後は、並行して開発している省電力送信系のフェーズドアレイ無線機と共に、数年以内にアクセルスペースの開発する小型衛星に搭載。衛星コンステレーション構築のための実験衛星として打ち上げる予定だ。

耐放射線Ka帯フェーズドアレイ無線機を共同開発――衛星の低コスト化と軌道寿命向上に貢献　東工大とアクセルスペース