宇宙を研究フィールドに、無線回路を設計する
無線通信を中心とした回路設計を専門とする電気電子工学科の加保貴奈教授。 衛星間通信、月面探査機、大気球実験の無線技術を研究するなど、宇宙関連プロジェクトに参加。 JAXA相模原キャンパスと連携し、さまざまな経験ができる研究室です。
衛星間通信のための高速無線通信を実現し、アフリカにもインターネットを
近年、軌道上にある人工衛星を活用して、インターネット通信網の整備されていないアフリカなどの途上国にインターネットを届けようというプロジェクトが進められています。そこで活用が期待されているのが、衛星同士をつなぐ「衛星間通信」という技術です。
衛星間通信技術自体は、マイクロ波帯ではすでに実用化されており、JAXA（宇宙航空研究開発機構）では静止軌道上に打ち上げた「きらり」「こだま」といった人工衛星が、国際宇宙ステーションとの衛星間通信（データ中継衛星）に活用されています。
最新の衛星間通信ではレーザー光を使った通信が研究されていますが、レーザー光はビーム位置を併せるのが難しいといった課題があることから、つながりやすい無線通信も併用したいというニーズがあります。そこで、無線通信集積回路を研究テーマとする本研究室では、データ速度を高速化するためのミリ波帯の無線技術の研究開発に取り組んでいます。
衛星通信は、大きな電力で出力する必要があり、地球で使われているようなトランジスタ増幅器ではなく、進行波管増幅器という真空のチューブが使われています。しかし、進行波管増幅器はパワーが出る一方で壊れやすいという問題もあり、研究室ではトランジスタの増幅器を設計したり、今まで使われていない周波数帯を使った無線通信を行う場合の無線機器の回路設計などに取り組んでいます。
衛星間通信技術自体は、マイクロ波帯ではすでに実用化されており、JAXA（宇宙航空研究開発機構）では静止軌道上に打ち上げた「きらり」「こだま」といった人工衛星が、国際宇宙ステーションとの衛星間通信（データ中継衛星）に活用されています。
最新の衛星間通信ではレーザー光を使った通信が研究されていますが、レーザー光はビーム位置を併せるのが難しいといった課題があることから、つながりやすい無線通信も併用したいというニーズがあります。そこで、無線通信集積回路を研究テーマとする本研究室では、データ速度を高速化するためのミリ波帯の無線技術の研究開発に取り組んでいます。
衛星通信は、大きな電力で出力する必要があり、地球で使われているようなトランジスタ増幅器ではなく、進行波管増幅器という真空のチューブが使われています。しかし、進行波管増幅器はパワーが出る一方で壊れやすいという問題もあり、研究室ではトランジスタの増幅器を設計したり、今まで使われていない周波数帯を使った無線通信を行う場合の無線機器の回路設計などに取り組んでいます。
JAXAの大気球プロジェクトでは、気球にコマンドを送る無線技術を担当
宇宙物理学を専攻していた大学院生時代に、JAXAの人工衛星の研究チームに参加し、人工衛星に搭載するX線探査機など天体観測用の装置の開発を担当していました。その後、NTTの研究所でも人工衛星関連の研究開発を行っていたことから、現在でもJAXAの研究プロジェクトに携わっています。 現在、JAXAの大気球グループのプロジェクトに参加しています。JAXAの科学観測用気球「大気球」は、上空40kmに浮かべられ、ロケットより長時間にわたって観測することが可能です。この気球に搭載された観測機器と通信を行う無線機の課題を解決するための研究を行っています。
大気球には無線通信機器とGPSが搭載されていますが、無線通信機器とGPSの周波数帯が近く、GPSの受信機に干渉してうまく動作しなくなってしまうという問題があります。その問題を解決するため、共振現象を利用して共振した周波数だけ通して、他の周波数は通さないようにするバンドパスフィルタを設計しています。今はまだ設計の段階ですが、GPSの周波数のノイズ成分をに下げることで、無線通信機とGPSの両方をうまく動作させることができるはずです。
大気球には無線通信機器とGPSが搭載されていますが、無線通信機器とGPSの周波数帯が近く、GPSの受信機に干渉してうまく動作しなくなってしまうという問題があります。その問題を解決するため、共振現象を利用して共振した周波数だけ通して、他の周波数は通さないようにするバンドパスフィルタを設計しています。今はまだ設計の段階ですが、GPSの周波数のノイズ成分をに下げることで、無線通信機とGPSの両方をうまく動作させることができるはずです。
人類が月で暮らす未来への第一歩となる月面探査プロジェクトにも参加
JAXAのプロジェクトの中には、月面探査に関わるものもあります。月の調査のためにJAXAが打ち上げた「かぐや」という月周回衛星を使って、月の土中をリモートセンシングしたところ、月に溶岩ドームのようなトンネルがある可能性が出てきました。もし月に大きな空洞があれば、人間にとって有害な宇宙放射線を遮ることが可能になり、人が暮らす月面基地にできるのではないかというユニークな研究です。
このプロジェクトにおいて、空洞を調べる探査機にエネルギーを送る無線通信技術の部分を検討しています。トンネル内は真っ暗ですから、太陽電池パネルは使えません。そこで、太陽光が当たるところで太陽電池パネルから中継して、無線で動く探査機にエネルギーを送るというプランです。
できるだけ長時間の観測を実現するために、以前からJAXAの研究者と一緒に研究していた整流回路（交流を直流に変換する回路）を活用し、データ通信を行いながらエネルギーも送ることを考えています。
このプロジェクトにおいて、空洞を調べる探査機にエネルギーを送る無線通信技術の部分を検討しています。トンネル内は真っ暗ですから、太陽電池パネルは使えません。そこで、太陽光が当たるところで太陽電池パネルから中継して、無線で動く探査機にエネルギーを送るというプランです。
できるだけ長時間の観測を実現するために、以前からJAXAの研究者と一緒に研究していた整流回路（交流を直流に変換する回路）を活用し、データ通信を行いながらエネルギーも送ることを考えています。
宇宙や回路設計に興味がある学生が、楽しみながら研究できる研究室に
子どもの頃から宇宙に興味があったため宇宙物理学を専攻し、NTTの研究所で通信衛星搭載機器の研究など、衛星との通信を高速にするための増幅器やアンテナなどの回路設計に携わってきました。
回路設計は絵を描くような面白さがあり、性能を保ちつつ、できるだけ小型化し、さらに確実に動作するよう工夫する必要があります。無線は普通の電気回路とはふるまいが違うことも多く、かなり頭を使いますが、それも無線の醍醐味です。
宇宙開発でも無線通信技術が重視されていますし、今や家電にも無線通信機器が搭載されています。この研究室から無線通信技術と半導体やプリント基板などの回路設計に強いエンジニアを多く送り出したいと考えています。研究室では最先端のCADを使って楽しみながら設計できるよう指導を行っていますので、宇宙や回路設計に興味を持つ学生が増えてくれることを願っています。
回路設計は絵を描くような面白さがあり、性能を保ちつつ、できるだけ小型化し、さらに確実に動作するよう工夫する必要があります。無線は普通の電気回路とはふるまいが違うことも多く、かなり頭を使いますが、それも無線の醍醐味です。
宇宙開発でも無線通信技術が重視されていますし、今や家電にも無線通信機器が搭載されています。この研究室から無線通信技術と半導体やプリント基板などの回路設計に強いエンジニアを多く送り出したいと考えています。研究室では最先端のCADを使って楽しみながら設計できるよう指導を行っていますので、宇宙や回路設計に興味を持つ学生が増えてくれることを願っています。
