東京工業大学(東工大)とアクセルスペースの両者は2月20日、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」の開発に成功したと共同で発表した。

同成果は、東工大 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、同・工学院 電気電子系の岡田健一教授、同・戸村崇助教、アクセルスペースの共同研究チームによるもの。詳細は、米国サンフランシスコで2月23日(現地時間)まで開催される国際固体素子回路会議「ISSCC 2023」にて発表される。

低軌道の通信衛星が衛星コンステレーションを実現しようとした場合、アンテナを常に地上の特定の地点に向けるのと同時に、仲間の衛星にも向ける必要がある。その場合、アンテナの向きを衛星の姿勢制御で変更しようとすると競合が生じてしまうため、姿勢制御だけで2方向への通信は困難だ。

そこで期待されるのが、電気的な指向性制御によって通信方向を所望地点へ向けられるフェーズドアレイ無線機だ。同無線機は現在、ミリ波帯5G通信用に量産化されているが、それらは小型化・軽量化・低コスト化のため、アンテナとフェーズドアレイICが基板上に一体化されている。過酷な放射線環境である宇宙では、ICを厳重な放射線シールドに覆われた衛星筐体内部に搭載したいが、一体化のために筐体外側のアンテナ近くに設置せざるを得ず、それが衛星に搭載する際のネックとなる。十分にシールドされていない環境では、時間の経過に伴って放射線によるICへのダメージが累積し、性能が徐々に劣化していく総電離線量(TID)効果が問題となっていた。

そして、フェーズドアレイ無線機に対する放射線の影響はもう1つある。同無線機は、衛星通信の回線設計によっては数千素子の規模になり、今回の研究で対象とされたKa帯においては数千cm2になることもある。このような大面積のアレイの場合、放射線劣化が一様に進むとは限らない点も留意する必要がある。各アレイ素子が一様に劣化した場合は、全アレイ素子で利得を一律に増やすといった対処も可能だが、劣化が一様でない場合は、まず各アレイ素子の劣化の分布を知る必要があった。

そのため今回の研究では、無線機を構成するフェーズドアレイICに放射線センサを搭載し、全アンテナ素子(アレイ上のあらゆる位置)で放射線劣化の検出を可能にすることにしたという。またその検出値に基づいて、無線機性能の劣化を補償できるようにもしたとする。