超高利得・小型収納・大型展開可能なリフレクトアレーアンテナシステムの創出

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02146
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 戸村 崇 東京工業大学, 工学院, 助教 (10803992)
• 研究分担者: 坂本 啓 東京工業大学, 工学院, 准教授 (40516001)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: アンテナ / リフレクトアレー / 展開アンテナ / 折り紙

研究実績の概要

本研究では折り紙技術による小型収納・大型展開可能な膜をアンテナにし，膜の機械的な欠点を電気的に解決することで，超高利得アンテナを実現する．展開後の膜には平面度が低い・折り目にアンテナが配置できないという二つの課題がある．本研究課題では能動素子で反射位相を制御しアンテナ自ら変形を電気的に補償する手法と，折り目によるアンテナ配置の乱れを整える設計論を確立する．
これまでに設計したアンテナは直線偏波を放射するアンテナであり，衛星通信に用いられる円偏波ではないため，偏波損失3dB生じていた．新たな反射素子の構造として直線偏波入射を円偏波に変換して反射する素子を設計した．従来も同様な素子は報告されていたが，今回設計素子は折りたたみ収納時に折り線をまたがない構造となっており，折り畳み収納可能で直線-円偏波変換リフレクトアレーアンテナを可能にした．ガラスクロスにストレッチャブル基板を含侵する構成を提案した．折りたたみ部をガラスクロスのみで構成することで小型に収納することを可能とした．459mm×459mmのアンテナを試作し，アンテナ利得23.6dBiを確認した．低軌道の宇宙環境耐性の評価として，アンテナへの原子状酸素の影響を試験した．高度400kmで60日分に相当する原子状酸素をリフレクトアレーアンテナの反射素子へ照射し，照射前後の反射特性を評価した．その結果，反射振幅および位相ともに変化は少なく，本材料が低軌道の原子状酸素には十分な耐性があることが分かった．
これらの成果より論文１件，国際学会８件，国内学会3件発表した．

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Stretchable-Substrate-Impregnated Fabric: Deployable Reflectarray Antennas for CubeSats (2024)
  • 著者名/発表者名: Machida Masato、Tomura Takashi、Sakamoto Hiraku、Fukao Tomohiro
  • 雑誌名: IEEE Access 巻: 12 ページ: 58562～58572
  • DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3392562
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Non-flatness compensation reflectarray antennas by varactor diode mounted reflection elements (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Tomura
  • 学会等名: Vietnam-Japan Int. Symp. Antennas Propag. (VJISAP)
  • 招待講演
• [学会発表] Space demonstration of two-layer deployable membrane reflectarray antenna with popup book mechanism (2024)
  • 著者名/発表者名: H. Sakamoto, T. Tomura, A. Ochi, K. Nagai, M. Moritani, G. Nakayama, and T. Oshino
  • 学会等名: AIAA Sci. Technol. Forum Expo. (SciTech)
• [学会発表] プリント基板上ビームチルトアレーの内層給電に よる不要放射抑圧設計 (2024)
  • 著者名/発表者名: 黒川晴希，鈴木皓大，中山弦，坂本啓，戸村崇
  • 学会等名: 信学ソ大
• [学会発表] 超小型衛星搭載用展開型直線偏波・円偏波変換リ フレクトアレーアンテナの設計 (2024)
  • 著者名/発表者名: 鈴木皓大，黒川晴希，中山弦，坂本啓，戸村崇
  • 学会等名: 信学ソ大
• [学会発表] Design of C-band foldable reflectarray antennas by flexible textile with copper pattern plating (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Tomura, H. Sakamoto, T. Takeuchi, and T. Takahashi
  • 学会等名: Asia-Pacific Conf. Antennas Propag. (APCAP)
• [学会発表] Design of a planar beam-tilt array for primary radiators of CubeSat-onboard reflectarray (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Kurokawa, G. Nakayama, Y. Takeda, T. Tomura, and H. Sakamoto
  • 学会等名: Int. Symp. Antennas Propag. (ISAP)
• [学会発表] Space demonstration of two-layer pop-up origami deployable membrane reflectarray antenna by 3U CubeSat origamisat-2 (2023)
  • 著者名/発表者名: G. Nakayama, M. Moritani, T. Tomura, H. Sakamoto, S. Koike, T. Oshino, Y. Mitsumoto, K. Nagai, S. Kanamaru, T. Sato, H. Kurokawa, S. Saito, A. Ochi, D. Mitchao, S. Tamura, Y. Takeda, T. Yanagi, K. Kidani, K. Toyoda, S.S. Yeon, M. Yasuhara, K. Suzuki, R. Maeda, S. Kume, A. Shirane, and K. Okada
  • 学会等名: AIAA/USU Conf. Small Satellites
• [学会発表] Design of 5.8-GHz-band deployable reflectarray antennas for cubesat (2023)
  • 著者名/発表者名: G. Nakayama, H. Kurokawa, T. Tomura, and H. Sakamoto
  • 学会等名: IEEE Int. Workshop Electromagnetics: Appl. Student Innovation Competition (iWEM)
• [学会発表] Origami foldable and deployable reflectarray antennas for CubeSats (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Tomura
  • 学会等名: nt. Conf. Antennas Electromagn. Syst. (AES)
  • 招待講演
• [学会発表] Origami folding reflectarray and space multiplexing antennas for 6G (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Tomura
  • 学会等名: KIEES Antenna Technology Workshop
  • 招待講演
• [学会発表] リフレクトアレーアンテナの基礎と小型衛星への適用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 戸村崇
  • 学会等名: 信学技報