小型衛星構体内UWB電波伝搬および伝送スループットの実測と評価

摘要

衛星構体内部という閉鎖環境で多くの障害物を含む伝搬環境において無線システムを使用するために，超広帯域無線技術（UWB）を用いることを提案してきた．UWBは，比帯域幅20％以上取ることで，多重波フェージングを克服することができることから，狭帯域伝送に比べ衛星構体内で有利と考えられる．衛星サブシステム間のデータ通信を無線化することにより，レイアウト自由度の拡大や信号ケーブル質量の軽減と超高速バス接続を実現できる．UWBを衛星構体内へ適用するため小型科学衛星の機械環境試験モデルを用いてUWBモノポールアンテナとベクトルネットワークアナライザにより，3．1～10．6GHzの周波数応答からパス利得の空間分布，遅延プロファイル，遅延スプレッドを測定した．また、市販のUWBデバイスを使用して伝送スループットの空間分布を測定した。今回はより実際の利用を考え，新たにUWB送受アンテナの偏波特性の組み合わせが電波伝搬および伝送特性へ与える影響について評価した．衛星構体内ではこれら偏波依存性はとても小さく、回線設計の簡略化およびレイアウト自由度には影響のないことが確認できたので報告する．%The replacement of wired data buses among space-borne subsystems with wireless connections enhances onboard component layouts, reduces a connecting cable mass, and enables higher-speed data bus connections. We have proposed to apply Ultra Wideband (UWB) technologies to a spacecraft inner closed space filled with bus and science instruments. While narrowband resulted in a number of dead spots (deep fading points) within the conductive enclosures like inside of spacecraft, UWB yielded none. This implies the UWB systems have an advantage over narrowband ones from a viewpoint of reducing fading margins. We measured spatial distributions of UWB and narrowband propagation in frequency (from 3.1 to 10.6 GHz) and time domains with a mockup of REIMEI satellite, UWB monopole antennas, and a microwave vector network analyzer. We also investigated spatial distributions of data throughputs inside REIMEI using commercially available UWB devices. The influences of polarization of UWB antennas on the above propagation and throughputs characteristics have also been evaluated for this report. They are so small and limited that the polarization is not a factor needing careful wireless link designs and layout considerations.