リソースが限られたCubeSatにおいて高信頼性、高性能のアンテナを開発する

担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）

1U CubeSats often use the 430-MHz band for communication due to their size and power limitations, and half-wavelength dipole antennas are employed. A 430-MHz-band dipole antenna requires a deployable structure for a 1U CubeSat. However, a 1U CubeSat has a small volume margin for redundant systems, so the antenna deployment system can be a single point of failure. In this paper, the 1U CubeSat structure itself was used as an antenna. As a sub-mission of the BIRDS-4 project, three 1U CubeSats (GuaraniSat-1, Maya-2, and Tsuru) demonstrated this antenna structure. The results of the ground tests showed a maximum gain of −5.7 dBi with the flight model. These satellites were deployed from the International Space Station on 14 March 2021. Radio signals were alternately transmitted from the dipole antenna and the structure antenna onboard Tsuru for on-orbit demonstration on 15 December 2021, and the received signal strength on the ground was compared using RTL-SDR, SDR# and several codes. The ground station was able to receive both dipole and structure CW signals. The received power strength indicates that a gain of −8.1 dBi is being demonstrated with the structure antenna.

DOI： 10.3390/electronics11071163

その他リンク： https://www.mdpi.com/2079-9292/11/7/1163

担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）

A practical copper-tape-based impedance matching circuit for helical antennas is presented, utilizing a Klopfenstein taper. The design uses standard acrylic cylinders and adhesive copper tape for low-cost fabrication without complex internal structures. The antenna achieves S11 < -10 dB from 3.8 to 6.4 GHz, covering the 5.65-5.85 GHz range, with stable reflection coefficient characteristics. The insertion loss of the matching section was experimentally evaluated using a two-antenna method based on the Friis transmission equation, and was found to be less than 0.15 dB per matching section in the target operating band. This approach demonstrates a reproducible and low-loss matching technique suitable for microwave axial-mode helical antennas.

DOI： 10.1587/elex.23.20250725

担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）

CubeSat missions increasingly rely on microwave-band communication systems, whose antennas often exhibit directional radiation patterns. As a result, multiple antennas are commonly used to improve coverage; however, a quantitative method to evaluate their performance across all spacecraft attitudes has been lacking. This paper introduces the Coverage Ratio of CubeSat Attitude (CRCA), a metric that quantifies the proportion of orientations for which the antenna gain exceeds a required threshold. CRCA is introduced and demonstrated using the S-band command antenna system of the 6U CubeSat VERTECS. The proposed metric is then used to quantitatively compare multiple antenna placement configurations, clarifying the effect of mounting faces on attitude-dependent coverage. Electromagnetic simulations and three-dimensional radiation pattern measurements using a metal CubeSat enclosure show good agreement when splitter and cable losses are taken into account. The combined radiation pattern achieves greater than −8.0 dBic in 90% of attitudes in simulation, and greater than −10.0 dBic of attitudes in 90% in measurement. Furthermore, a CRCA-based link budget analysis demonstrates that sufficient uplink margin can be conservatively maintained under tumbling conditions. The proposed CRCA framework provides a practical and generalizable approach for evaluating antenna omnidirectionality and attitude-dependent communication performance in CubeSat missions.

DOI： 10.3390/app16031552

その他リンク： https://www.mdpi.com/2076-3417/16/3/1552

担当区分：筆頭著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）

日本国   福岡市  

Antenna integration in CubeSat has a critical challenge due to severe constraints on surface area and volume. This paper presents a novel S-band antenna that utilizes a slot formed directly on the structural rail of a 3U CubeSat. The proposed design transforms a required mechanical element—the aluminum rail—into an effective radiating structure, thereby eliminating the need for deployable or surface-mounted antennas. A half-wavelength slot, measuring 64 mm in length and 2 mm in width, is excited via a coaxial probe feed near one end of the slot. The antenna layout complies with the CubeSat Design Specification, maintaining the required rail contact area for deployment. A full-wave simulation using the finite element method (FEM) with A5052 aluminum conductivity show strong resonance at 2.285 GHz, with a reflection coefficient of –39.2 dB and a−10 dB bandwidth from 2.27 GHz to 2.30 GHz. The antenna exhibits a peak gain of 6.6 dBi with directional lobes aligned with the slot axis. These results indicate that the proposed rail-integrated slot antenna offers a compact, structurally efficient solution for future CubeSat communication systems.

DOI： 10.34385/proc.98.1571150577

担当区分：責任著者   記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）

Microstrip patch antennas (MPAs) are widely used in satellite communication due to their low profile, compact size, and ease of fabrication. This paper presents a design of an X-band microstrip patch antenna using an electromagnetic band gap (EBG) structure for CubeSat applications. The X-band is preferred for CubeSat missions in high-speed communication, long distance or deep space because it allows communication at higher data rates, and the antenna is smaller than those used for lower frequency bands. In our study, the EBG elements are analyzed, modified and optimized so that the antenna can fit a 10 cm × 10 cm surface area of a standard 3U CubeSat structure while providing a significant high gain and circular polarization (CP). A noticeable point of this research is that the simplicity of the antenna and the EBG structure are being maintained by just using a simple single-probe feed to achieve a total antenna efficiency exceeding 90%, and the measured gain of around 11.7 dBi at the desired frequency of 8.483 GHz. Furthermore, the measured axial ratio (AR) is around 1.4 dB at 8.483 GHz, which satisfied the lower-than-3 dB requirement for CP antennas in general. The simulation, analysis and measured results are discussed in detail.

DOI： 10.3390/electronics14112216

記述言語：日本語

開催期間： 2025年08月10日 - 2025年08月13日   記述言語：英語  

キューブサットミッションにおけるデータレート要求の高まりに伴い、指向性パッチアンテナが従来のモノポールやダイポールアンテナに取って代わりつつあり、特にタンブリング状態下における全方向性カバレッジの確保が重要となっている。この課題に対処するため、あらゆるキューブサット姿勢におけるアンテナ特性を評価可能な三次元放射パターン測定システムを開発した。これらの測定結果を実運用に適用するため、所定の必要利得を超える衛星姿勢の割合を直感的に表す「キューブサット姿勢カバレッジ比率（CRCA）」を導入した。本研究では、九州工業大学が他機関と共同開発した6Uキューブサット「VERTECS」のSバンドダウンリンクアンテナシステムにこの手法を適用した。測定結果から、全姿勢の50%において-7.0 dBic以上の利得が達成され、タンブリング状態下でも十分なカバレッジが確保されることが示された。この値をリンク予算に組み込むことで、最悪のシナリオにおいても正のリンクマージンを維持した安定した通信が可能であることが確認された。これらの知見は、信頼性の高いキューブサット通信を確保する上で、三次元アンテナ特性評価とシステムレベル評価の重要性を強調している。今後の課題としては、軌道上でのリンクバジェット検証と、軌道・姿勢シミュレーションを組み合わせた予想ダウンリンクデータ量の推定が挙げられる。

開催期間： 2025年06月19日 - 2025年06月20日   記述言語：英語  

開催期間： 2022年08月06日 - 2022年08月11日   記述言語：英語  

出願番号：特願2050-174024  出願日：2025年10月15日

出願番号：特願2025-002546  出願日：2025年01月07日

受賞国：日本国

受賞国：日本国

VERTECSで培ったCubeSat開発ノウハウをもとにCubeSatの開発を行うベンチャー企業を設立する．

6Uサイズ（10cm×20cm×30cm）の超小型衛星に小口径の望遠鏡を搭載して、宇宙背景放射を可視光で観測することで、天体形成史の解明を行う。
SバンドとXバンドの通信系を担当した。

5m級解像度を持つ地表撮影用のカメラと、20Mbpsダウンリンク能力のあるCバンド（5.8GHz帯）通信機を乗せた6U CubeSatの開発。通信系の開発を担当した。

パラグアイ初の人工衛星を行うと同時にフィリピンの宇宙活動を支援する。
2021年に多くのミッションを搭載し打ち上げられた。1U CubeSatの金属フレームを利用した無展開UHFアンテナのヘンテナミッションも搭載された。