人工衛星事業で、複数衛星を用いて高性能アレーアンテナを構成する地上原理実験に成功しました

ロケット事業と通信衛星事業を通じ、社会で使われる宇宙のインフラを提供することを目指すインターステラテクノロジズ株式会社（本社：北海道広尾郡大樹町、代表取締役 CEO：稲川貴大、以下インターステラテクノロジズ）は、国立大学法人東京科学大学白根研究室、国立大学法人岩手大学本間・村田研究室、マイクロウェーブファクトリー株式会社と共同で、複数衛星を利用したアレーアンテナ構成の地上原理実験に成功しました。本成果は、スマートフォンなどとの直接通信（Direct-to-Device、D2D）を可能にする次世代高速通信衛星の実現において重要な基盤技術です。その革新性が評価され、2026年2月に米国で開かれる半導体技術における世界最大規模の国際会議IEEE ISSCC（International Solid-State Circuits Conference、2026年2月15～19日、米国）にて発表されます。

インターステラテクノロジズは、超小型サイズの人工衛星群が互いの位置や姿勢を制御しながら宇宙空間で高精度に協調して飛行するフォーメーションフライト（編隊飛行）技術を通じた、地上端末との直接接続が可能な高速大容量のブロードバンド衛星通信の実現を目指しています。2024年からは総務省委託研究「電波資源拡大の研究開発（JPJ000254）」を受託し 、国内大学と共同で基礎研究を進めています^*1。

フォーメーションフライトでは、1万～10万機の大量の超々小型衛星を整列・協調させることで、一つの巨大な高利得アレーアンテナとして機能させます。アレーアンテナとは、多数の小型アンテナ素子を平面状に並べ電気的に接続し、受信した微弱な電波を合成して大きな信号として取り出したり、送信電波を合成して強い電波を送出したりできる、高性能アンテナの一種です。

一方、フォーメーションフライトに基づくアレーアンテナは、従来の宇宙用アンテナよりもはるかに大型で高利得とすることが可能ですが、アンテナ素子となる個々の衛星が分離して存在するため、アンテナ素子間が配線ではなく無線で接続されます。このため、一般的なアレーアンテナとは異なる、新たな統合技術（各素子を連携動作させ、一体のアンテナとして機能させる技術）が必要となります。

なお、複数のアンテナを分散配置するシステムとして、地上では分散アンテナシステム（Distributed Antenna System、DAS）が用いられています。DASは主に屋内外のカバレッジ改善や通信品質向上、容量分散を目的としたものであり、アンテナ素子間を厳密に同期させて信号を合成し高利得を得るアレーアンテナとは用途も構造も異なります。このため、本システムのように高利得アレーアンテナを実現するには新たな技術が必要でした。本研究では、こうした新しい方式を従来のDASと区別し、非結線型フェーズドアレイアンテナと呼んでいます。

今回行った地上原理実験では、衛星1万～10万機への拡張を見据え、衛星間での送受信情報伝送方法や動作タイミング調整方法を総合的に検討し、超々小型衛星に搭載可能な信号処理アナログ集積回路およびアンテナを試作しました。さらに、複数台の模擬衛星を用いたアレーアンテナにより、スマートフォンで使用される電波の送受信に成功しました。本実験は小規模ではあるものの、衛星数の拡大に対応可能であり、実用性能を持つ大型の非結線型フェーズドアレイアンテナ実現に向けた重要な進展となりました。今回の実験成功を踏まえ、今後はアンテナ性能や信頼性の向上、さらなるスケールアップに取り組んでまいります。

^{*1 https://www.istellartech.com/news/press/8927}

複数の衛星を模擬した実験装置。各衛星の中央にはアンテナが、内部には集積回路がそれぞれ搭載されている
この実験装置では各衛星は枠に固定されているが、実際の飛行では分割され、配置を電磁石で制御する

発表学会について

学会名：IEEE International Solid-State Circuits Conference（ISSCC） https://www.isscc.org/

講演セッション：Session 5 Sub-THz and mm-Wave Phased Arrays and Beamformers

タイトル：A Formation Flight Phased-Array Transceiver for Spatial Power Combining and Distributing Architectures in Direct-to-Device-Communication Satellite Constellations

著者：K. Yuasa^*1, Y. Takahashi^*1, S. Watanabe^*1, S. Kato^*1, S. Ema^*2, G. Hattori^*2, A. Naka^*3, S. Morioka^*3, T. Inagawa^*3, K. Murata^*4, N. Honma^*4, J. Mayeda^*1, A. Shirane^*1

^*1 Institute of Science Tokyo, Tokyo, Japan
^*2 Microwave Factory, Kanagawa, Japan
^*3 Interstellar Technologies, Hokkaido, Japan
^*4 Iwate University, Iwate, Japan