山本 善一

GaN HEMT has been expected to satisfy requirements being used in space as amplifying devices of future high-efficiency onboard SSPAs due to its excellent properties such as robustness in a harsh environment, applicability to high frequency and high power operation. However, in X-band, the most important frequency band for space communication at this moment, evaluation of GaN HEMT to prove the space usage has not been conducted yet because ensuring a steady supply of X-band GaN HEMT devices is still difficult due to current collapse phenomena. Therefore, in this research, evaluation of RF characteristics affected by operational conditions and space environmental testing of X-band HPA using COTS GaN HEMT was conducted to secure the space usage.

High power operable and miniaturized rectifier is one of the most important issues for spacecraft health monitoring system. This is because the flexibility of location, number, and power consumption regarding sensor tag is indispensable for reliable health monitoring. Previous single rectifiers focusing on schottky diode are unsuitable since operating at high power and considering integrated MMIC sensor tags are quite difficult. This research proposes GaN HEMT based rectifier for these issues due to its excellent properties such as structurally-preferable for MMIC, and suitable for high power operation. Design and evaluation of GaN HEMT based rectifier and an experiment using the rectifier and a thermal sensor with microwave wireless power transfer has been conducted. The proposed rectifier can be operated with 47 dBm input RF signal.

The Radio Science experiment (RS) in the Akatsuki mission of JAXA aims to determine the vertical structure of the Venus atmosphere, thereby complementing the imaging observations by onboard instruments. The physical quantities to be retrieved are the vertical distributions of the atmospheric temperature, the electron density, the H2SO4 vapor density, and small-scale density fluctuations. The uniqueness of Akatsuki RS as compared to the previous radio occultation experiments at Venus is that low latitudes can be probed many times thanks to the near-equatorial orbit. Systematic sampling in the equatorial region provides an opportunity to observe the propagation of planetary-scale waves that might contribute to the maintenance of the super-rotation via eddy momentum transport. Covering the subsolar region is essential to the understanding of cloud dynamics. Frequent sampling in the subsolar electron density also helps the understanding of ionosphere dynamics. Another unique feature of Akatsuki RS is quasi-simultaneous observations with multi-band cameras dedicated to meteorological study; the locations probed by RS are observed by the cameras a short time before or after the occultations. An ultra-stable oscillator provides a stable reference frequency which is needed to generate the X-band downlink signal used for RS.

The electron density profiles above the lunar surface are being observed by the radio occultation technique during the mission using the Vstar and Rstar sub-satellites. In addition to a traditional technique which uses one orbiter, we are conducting another method which uses two orbiters with the second one being used to measure the terrestrial ionosphere contribution. Previous radio occultation measurements have indicated the existence of an ionosphere with densities of up to 1000 cm^-3 above the dayside lunar surface. These densities are difficult to explain theoretically when the removal of plasma by the solar wind is considered, and thus the generation mechanism of the lunar ionosphere is a major issue, with even the validity of previous observations still under debate. The SELENE radio science experiment will establish the morphology of the lunar ionosphere and will reveal its relationship with various conditions to provide possible clues to the mechanism.

スペースVLBI観測の衛星「はるか」では, 技術的制約から衛星上に高安定な周波数源である水素メーザ発振器の搭載が不可能であり, 地上リンク局設置の水素メーザ発振器の出力をアップリンク回線により衛星に伝達し, 衛星クロックとして用いる位相伝送方式を採用した.衛星上で一定の周波数となるようにアップリンク周波数は地上において周波数制御を行う.「はるか」では, 基本的に軌道予報値に基づく開ループ・アップリンク周波数制御方式をとり, 予報値誤差により衛星上で発生する周波数偏差は, 信号解析時にオフラインで補正している.一方, 将来のスペースVLBIにおいては, 実時間で衛星-地上間において干渉計を形成することが期待され, その場合に, 周波数制御を閉ループとし衛星上で周波数補正を行うことが有効と考えられる.本論文では, 「はるか」を用いて行った閉ループ・アップリンク周波数制御の実験に関して述べ, その方式の将来の有効性を示す.

1977年に打ち上げのNASAの惑星探査機ボイジャー2号(Voyager2)が海王星を探査した。探査機が惑星の裏側にまわる前後にオカルテーション(Occultation)観測と呼ばれる電波科学観測を行なった。観測には2.3GHz(S-Band)と8.4GHz(X-Band)の無変調波が使われ、それぞれ2つの受信局で受信されている。2.3GHzの受信は、日本の臼田局とオーストラリアのキャンベラ局が担当した。そして、この2局の受信信号のコヒーレント・シグナル・アレイングの用いる位相差の推定のために、大気モデルを作成し海王星大気におけるレイ・トレーシングを行なった。正確な位相差の推定のためには2受信局への精密な伝搬路を求める必要がある。このために、入射波の漸近線と海王星中心との距離に対する屈折角度の関係が連続かつ滑らかになるレイ・トレーシングの手法と、それに適した大気モデルの構成法を考察した。

宇宙科学研究所では、スペースVLBI観測のためにMUSES-B衛星を今年9月に打ち上げる。VLBI観測では、遠く離れた観測局が同じ電波天体を同時に観測してデータをテープに記録し、オフラインで相互相関をとる。この際重要なのは、各観測局で同一周波数帯で観測を行うことである。このため、各局で正確な周波数源を持つ必要がある。しかし、観測局となる衛星には、高安定な周波数源が不可欠となるが、現状の技術課題等の問題から搭載することはできない。そこで、地上局に設置された水素メーザ発振器から衛星に周波数を供給することで、この問題を解決しようとしている。ここでは、現在開発が進められている臼田地上局の周波数(位相)伝送装置に関する総合試験結果について述べる。

科学衛星を利用した観測では、探査機搭載のセンサを用いた直接観測と、探査機からの送信電波を計測して観測対象の特性を間接的に観測、または推定する電波科学観測とがある。本研究では、深宇宙探査機のレンジレートデータを用いて、太陽風プラズマ通過時のドップラー周波数の変動成分から、間接的に太陽風プラズマ速度の推定を行なった。