特許 7406791 人工衛星

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-20

(45)【発行日】2023-12-28

(54)【発明の名称】人工衛星

(51)【国際特許分類】

   B64G 1/66 20060101AFI20231221BHJP

   B64G 1/22 20060101ALI20231221BHJP

   H01Q 1/28 20060101ALI20231221BHJP

   H01Q 7/02 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

B64G1/66 C

B64G1/22 100C

H01Q1/28

H01Q7/02

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019223065

(22)【出願日】2019-12-10

(65)【公開番号】P2021091297

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】能見 公博

(72)【発明者】

【氏名】大井 克己

(72)【発明者】

【氏名】大川 庫弘

【審査官】志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】実公昭４８－０３１８７０（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】実開昭４９－０４０３４２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１０－３３５９２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｇ １／２２

Ｈ０１Ｑ １／２８

Ｈ０１Ｑ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

衛星本体と、
前記衛星本体の少なくとも１つの主面に配置され、弧状に形成されると共に前記主面から起立するループアンテナであって、弾性変形が可能であり、前記主面に沿う第１形態から、前記主面から起立する第２形態へ、復元力によって切り替わるアンテナと、
前記アンテナの前記第１形態を維持するアンテナ保持部と、を備え、
前記アンテナは、前記衛星本体の前記主面を構成する暴露壁に固定されたエレメント端部を含み、
前記アンテナ保持部は、
前記エレメント端部の近傍に配置されて、前記主面から突出する第１のピンと、
前記衛星本体の前記主面を平面視して前記第１のピンと共に三角形の頂点となる位置に配置されて、前記主面から突出する第２のピン及び第３のピンと、
前記第１のピンと前記第２のピンの間に張られる第１の保持糸と、
前記第１のピンと前記第３のピンの間に張られる第２の保持糸と、を含み、
前記第１形態であるときの前記アンテナは、前記第１の保持糸及び前記第２の保持糸と、前記衛星本体の前記主面との間に配置されている、人工衛星。

【請求項2】

前記アンテナは、アンテナ機能を奏するアンテナエレメントを含み、
前記アンテナエレメントの長さは、送信及び／又は受信する電波の波長よりも短い、請求項１に記載の人工衛星。

【請求項3】

前記アンテナは、
前記アンテナエレメントに対する電力の授受を行うアンテナ入出力部と、
前記アンテナエレメントと前記アンテナ入出力部との間に接続されるマッチング部と、さらに有する、請求項２に記載の人工衛星。

【請求項4】

前記アンテナエレメントの長さは、前記電波の波長（λ）に対して、０．６λより大きく０．８λより小さい、請求項２または３に記載の人工衛星。

【請求項5】

前記アンテナエレメントの長さは、前記電波の波長（λ）に対して、０．７λである、請求項２又は３に記載の人工衛星。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人工衛星に関する。

【背景技術】

【0002】

人工衛星は、地上局との間でデータを送受信するためのアンテナを備える。特許文献１～４は、人工衛星に搭載されるアンテナを開示する。例えば、特許文献１のアンテナは、小型の人工衛星に好適に搭載可能な構成を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５９９１５７８号

【文献】特開平１０－２７０９２３号公報

【文献】特開平１１－１８６８２５号公報

【文献】特開平１１－１８６８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のアンテナが搭載されるような小型衛星は、大学といった研究機関などにおいて盛んに検討されている。例えば、小型衛星の一例であるキューブサットの形状は、一辺が１０ｃｍ程度の立方体である。このような衛星の筐体容積は限られているので、姿勢制御装置を搭載することは困難である。姿勢制御装置を搭載しない人工衛星は、その姿勢が常に変化することになる。人工衛星の姿勢が変化するということは、人工衛星に搭載されたアンテナの向きも常に変化する。従って、アンテナの向きによっては、地上局との間で良好な通信状態を維持できない場合も生じ得る。

【0005】

そこで、本発明は、良好な通信状態を維持できる人工衛星を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態である人工衛星は、衛星本体と、衛星本体の少なくとも１つの主面に配置されたアンテナと、を備え、アンテナは、弧状に形成されると共に主面から起立するループアンテナである。

【0007】

この人工衛星は、ループアンテナを備えている。ループアンテナは、弧状に形成された部分の長さに応じて、アンテナの指向性を所望の態様に設定することができる。つまり、放射角を広げることが可能である。そうすると、アンテナの向きが一定でない場合であっても、地上局との間で良好な通信状態を維持することができる。

【0008】

上記の人工衛星において、アンテナは、弾性変形が可能であり、アンテナは、主面に沿う第１形態から、主面から起立する第２形態へ、アンテナが有する復元力によって切り替わることとしてよい。この構成によれば、第１形態とすることにより人工衛星の外形寸法を小さくすることができる。また、第２形態とすることにより、良好な通信状態を確保することができる。

【0009】

上記の人工衛星は、第１形態を維持するアンテナ保持部をさらに備えてもよい。この構成によれば、外形寸法が小さくされた状態を好適に維持することができる。従って、ロケットなどに搭載される際に、人工衛星の外形寸法を所望の寸法に収めることができる。

【0010】

上記の人工衛星において、アンテナは、アンテナ機能を奏するアンテナエレメントを含み、アンテナエレメントの長さは、送信及び／又は受信する電波の波長よりも短くてもよい。この構成によれば、アンテナの放射角を広げることができる。

【0011】

上記の人工衛星において、アンテナは、アンテナエレメントに対する電力の授受を行うアンテナ入出力部と、アンテナエレメントとアンテナ入出力部との間に接続されるマッチング部と、さらに有してもよい。この構成によれば、アンテナとアンテナに接続される機器との間のマッチングを調整することが可能になる。従って、地上局との間でさらに良好な通信状態を維持することができる。

【0012】

上記の人工衛星において、アンテナエレメントの長さは、電波の波長（λ）に対して、０．６λより大きく０．８λより小さくてもよい。この構成によれば、アンテナの放射角と放射強度とのバランスを良好に設定することができる。

【0013】

上記の人工衛星において、アンテナエレメントの長さは、電波の波長（λ）に対して、０．７λであってもよい。この構成によれば、アンテナの放射角と放射強度とのバランスをさらに良好に設定することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、良好な通信状態を維持できる人工衛星が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態に係る人工衛星が展開形態であるときの斜視図である。

【図2】図２は、実施形態に係る人工衛星が展開形態であるときの平面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る人工衛星が展開形態であるときの断面を拡大した側面図である。

【図4】図４は、実施形態に係る人工衛星が非展開形態であるときの斜視図である。

【図5】図５の（ａ）部～（ｄ）部は、比較例のアンテナの指向性を解析した結果を示す図である。

【図6】図６の（ａ）部～（ｄ）部は、実施形態のアンテナの指向性を解析した結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しつつ本発明に係る人工衛星の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。

【0017】

図１は、人工衛星１の斜視図である。図１では、軌道上に投入された人工衛星１の運用中の様子を示している。人工衛星１は、キューブサットと呼ばれる超小型の人工衛星である。人工衛星１は、いわゆるピギーバック衛星であり、大型ロケットの打ち上げ余剰能力を利用することにより、主衛星と共に軌道に投入される。また、人工衛星１は、ペイロードとして軌道上の宇宙ステーションへ送られ、当該宇宙ステーションから軌道へ放出されることもある。

【0018】

人工衛星１は、衛星本体１０と、アンテナ２０と、を有する。

【0019】

衛星本体１０は、所定のミッションを実現する機能部を有する。機能部として、電源、通信装置、制御装置などを含む。なお、制御装置とは、人工衛星１の電気的な動作を制御するものである。つまり、人工衛星１は、衛星本体１０の姿勢を能動的に制御する装置及び機能を必須の要素としない。姿勢制御装置を備えない人工衛星１は、慣性の法則に従い、慣性系に対して運動状態を維持する。換言すると、人工衛星１の姿勢は、時間の経過と共に、常に変わり得る。

【0020】

衛星本体１０は、略直方体であり、さらに具体的には略立方体としてよい。衛星本体１０のサイズは、例えば、外形が10cm×10cm×10cm、10cm×10cm×20cm、10cm×10cm×30cm等である。立方体であるときの衛星本体１０は、６つの暴露壁１１Ａ～１１Ｆを有する。これらの暴露壁１１Ａ～１１Ｆには、それぞれ、発電パネル１２が設けられている。なお、発電パネル１２は、すべての暴露壁１１Ａ～１１Ｆに設けられている必要はなく、必要に応じて幾つかの暴露壁に設けることとしてよい。そして、暴露壁１１Ａ～１１Ｆのうち、ひとつの暴露壁１１Ａには、アンテナ２０が設けられる。

【0021】

アンテナ２０は、いわゆるループアンテナである。アンテナ２０は、所定の放射角と放射強度とを実現するように設計されている。具体的には、前述したように、人工衛星１の姿勢は、時間の経過と共に常に変わり得る。つまり、地上局に対するアンテナ２０の向きも時間の経過と共に常に変化する。このような運用において、アンテナ２０の指向性が強い場合に、地上局に対するアンテナ２０の向きによっては、良好な通信状態が実現できるときがある。その一方で、地上局に対するアンテナ２０の向きによっては、良好な通信状態が実現できないときもある。そこで、人工衛星１では、放射角と放射強度とのバランスを取ることにより、継続的に良好な通信状態を実現する。換言すると、アンテナ２０は、人工衛星１の姿勢がどのような向きであっても、地上局との通信を維持可能な放射角と放射強度とに設定されている。

【0022】

図２及び図３に示すように、アンテナ２０は、いくつかの構成要素によって構成されている。具体的には、アンテナ２０は、アンテナエレメント２１と、マッチング部２２と、アンテナ入出力部２３と、を有する。

【0023】

アンテナエレメント２１は、アンテナとしての機能を発揮する部分である。アンテナエレメント２１は、多層構造を有する線材によって構成されており、当該線材が後述する条件によって定められる直径となるように、円弧状に形成されている。

【0024】

アンテナエレメント２１は、主線部２１ｍと、導電被覆部２１ｎと、絶縁被覆部２１ｐと、を有する。主線部２１ｍは、例えば、バネ鋼を採用してよい。導電被覆部２１ｎは、例えば、銅メッキ層である。絶縁被覆部２１ｐは、電気的な絶縁性を有する樹脂材料によって構成されており、例えば、テフロン（登録商標）製のチューブを採用してよい。

【0025】

アンテナエレメント２１の主要寸法は、送受信する電波の周波数（λ）に基づいて設定されている。例えば、電波の周波数は、４３７ＭＨｚである。このような電波の周波数（λ）に対して、一般的なループアンテナでは、アンテナエレメント２１の一周の長さ（円周長：Ｌ）は、１λに設定される。例えば、周波数が４３７ＭＨｚであるとすると、円周長（Ｌ）は、約６８．６ｃｍである。この状態は、いわゆる共振状態である。一方、本実施形態の人工衛星１では、アンテナエレメント２１の円周長（Ｌ）は、電波の波長より短くなるように設定されている。つまり、アンテナエレメント２１の円周長（Ｌ）は、０．６λ以上０．８λ以下に設定される。一例として、アンテナエレメント２１の円周長（Ｌ）は、０．７λに設定してよい。この状態は、アンテナエレメント２１の円周長（Ｌ）は、１λである共振状態に対して、非共振状態である。

【0026】

アンテナエレメント２１は、エレメント本体２１ａと、エレメント端部２１ｂと、を含む。エレメント本体２１ａは、暴露壁１１Ａから起立して、円弧状を呈する部分である。エレメント端部２１ｂは、暴露壁１１Ａの貫通穴を介して暴露壁１１Ａの裏面１１Ａ２に延びる。エレメント端部２１ｂは、ボルト４１及び暴露壁１１Ａに挟持されることにより、暴露壁１１Ａに対して固定されている。つまり、エレメント端部２１ｂは、ボルト４１及び暴露壁１１Ａに挟持された第１の部分と、当該第１の部分から略９０度（略直角）に折れ曲がる第２の部分と、第２の部分から暴露壁１１Ａの厚み方向に延びて暴露壁１１Ａの貫通穴を通りエレメント本体２１ａに連続する第３の部分と、を有する。

【0027】

マッチング部２２は、アンテナエレメント２１と外部機器（例えば、通信制御装置）とのインピーダンスマッチングを図る。マッチング部２２は、暴露壁１１Ａに沿って延びる一対の導線部２２ａと、一方の導線部２２ａの端部を他方の導線部２２ａの端部に接続するＵ字状の接続部２２ｂと、を含む。アンテナエレメント２１と外部機器とのマッチングは、導線部２２ａの長さに応じて設定されている。例えば、マッチング部２２の長さは、１λからアンテナエレメント２１の円周長０．７λを引いた０．３λより少し短い長さに設定することとしてよい。また、マッチング部２２の長さの短い程度は、太陽光パネル等、周りの部材の影響を考慮して設定してよい。導線部２２ａは、暴露壁１１Ａの裏側（つまり、衛星本体１０の内部側）に配置されている。導線部２２ａは、例えば、アンテナエレメント２１と同様に、多層構造を有する線材によって構成されてよい。マッチング部２２のマッチング端部２２ｔは、導線部２２ａの一方の端部である。マッチング端部２２ｔは、アンテナエレメント２１側に配置されている。マッチング端部２２ｔは、暴露壁１１Ａの貫通穴を介して暴露壁１１Ａの裏面１１Ａ２から表面１１Ａ１（主面）に引き出されている。そして、マッチング端部２２ｔは、ナット４２によって暴露壁１１Ａの表面１１Ａ１側に固定されている。このナット４２及びボルト４１は、上述したように、暴露壁１１Ａの裏面１１Ａ２側においてエレメント端部２１ｂを固定している。従って、マッチング端部２２ｔは、ボルト４１及びナット４２を介して、エレメント端部２１ｂのそれぞれに電気的に接続されている。

【0028】

マッチング部２２の他方の端部は、アンテナエレメント２１が配置された位置とは逆側に配置される。マッチング部２２の他方の端部は、接続部２２ｂである。具体的には、接続部２２ｂは、暴露壁１１Ａの貫通穴を介して暴露壁１１Ａの裏面１１Ａ２から表面１１Ａ１に引き出されている。そして、引き出された接続部２２ｂは、それぞれＵ字状の連結部によって互いに電気的に接続されている。

【0029】

アンテナ入出力部２３は、マッチング部２２の他方の端部側に設けられる。つまり、本実施形態では、アンテナ入出力部２３は、マッチング部２２の一部である。アンテナ入出力部２３は、マッチング部２２を介して接続されたアンテナエレメント２１へ信号を提供すると共にアンテナエレメント２１から信号を受け取る。アンテナ入出力部２３には、例えば、同軸ケーブル４３が接続されている。従って、信号は、同軸ケーブル４３を介して衛星本体１０に収容された通信装置に送受信される。

【0030】

アンテナ２０は、２種類の形態を取り得る。具体的には、アンテナ２０は、非展開形態と展開形態と、を取り得る。これら２つの形態は、非展開形態から展開形態へ不可逆に切り替えられる。

【0031】

＜非展開形態（第１形態）＞
図４は、非展開形態である人工衛星１を示す。非展開形態は、例えば、人工衛星１がロケットに搭載される際に取り得る形態である。非展開形態とは、アンテナ２０が展開されていない形態であるともいえる。従って、人工衛星１が非展開形態であるとき、人工衛星１の外形寸法は、概ね衛星本体１０の外形寸法と同じであるとみなせる。

【0032】

非展開形態であるとき、アンテナエレメント２１は、暴露壁１１Ａに沿って曲げられている。より詳細には、アンテナエレメント２１は、二重巻き又は三重巻きとされて、展開時の直径（Ｄ）よりも小さい直径（Ｄ１）となっている。さらに、アンテナエレメント２１は、貫通穴から表面１１Ａ１側に突出している第３の部分において、略直角に曲げられている。つまり、アンテナエレメント２１は、延在方向における曲げ変形と、延在方向を中心としたねじり変形と、を生じている。これらの曲げ変形及びねじり変形は、主線部２１ｍを構成するバネ鋼の降伏点を示す応力及び歪みよりも小さくなる範囲とされている。曲げ変形及びねじり変形をこのような範囲に収めることにより、曲げ変形及びねじり変形はいわゆる弾性域にとどまる。その結果、変形を維持する力を解放すると、アンテナエレメント２１は、元の形状に戻ることができる。そのため、アンテナエレメント２１の主線部２１ｍの材料としては、弾性域が広い材料を選択するとよい。

【0033】

非展開形態であるときのアンテナエレメント２１は、弾性変形としての曲げ変形及びねじり変形を生じている。従って、この変形状態を維持するためには、曲げ変形及びねじり変形によって生じる復元力に対抗する力を与える必要がある。そこで、人工衛星１は、変形状態を維持するためのアンテナ保持部３０を有する。アンテナ保持部３０は、曲げ変形により生じる復元力に対抗する。この復元力は、例えば、暴露壁１１Ａの表面１１Ａ１に沿っていると言える。また、アンテナ保持部３０は、ねじり変形により生じる復元力に対抗する。この復元力は、例えば、暴露壁１１Ａの表面１１Ａ１の法線方向に沿っていると言える。

【0034】

例えば、アンテナ保持部３０は、３個のピン３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと、２本の保持糸３２Ａ、３２Ｂと、糸切断部３３と、を有する。ピン３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、暴露壁１１Ａの表面１１Ａ１から起立する。ピン３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、平面視して正三角形又は二等辺三角形の頂点の位置に配置される。例えば、ピン３１Ｃは、エレメント端部２１ｂの間に配置される。ピン３１Ａ、３１Ｂは、発電パネル１２の間において、互いに離間して配置される。保持糸３２Ａは、ピン３１Ａ、３１Ｃの間に張られる。保持糸３２Ｂは、ピン３１Ｂ、３１Ｃの間に張られる。保持糸３２Ａ、３２Ｂは、上記の２つの復元力に対抗する力を生じる。なお、曲げ変形したアンテナエレメント２１がピン３１Ａ、３１Ｂに接することとしてもよい。この場合には、ピン３１Ａ、３１Ｂも、暴露壁１１Ａの表面１１Ａ１に沿った復元力に対抗する力を生じるものとして扱うことができる。

【0035】

そして、糸切断部３３は、それぞれ保持糸３２Ａ、３２Ｂを切断する。糸切断部３３が保持糸３２Ａ、３２Ｂを切断するタイミングは、所望の定義によって定めてよい。例えば、衛星本体１０に搭載された制御装置が動作を開始してからの時間をカウントし、所定時間経過後に切断動作を行うこととしてよい。この所定時間とは、ロケットに搭載された人工衛星１に電源が投入されてから、ロケットから軌道に投入されるまでの時間としてよい。また、その他の例として、人工衛星１がロケットから分離されるときに生じる変化（例えば、衝撃、機械的スイッチのＯＮ／ＯＦＦ）などに基づいて、切断動作を行うこととしてよい。切断動作の結果、復元力に対抗する力が解放されるので、アンテナエレメント２１は、復元力によって、展開形態へ移行する。

【0036】

なお、上記の構成は、アンテナ保持部３０の一例である。アンテナ保持部３０として、これらの抵抗力を生じさせると共に、所定のタイミングで抵抗力を解放できる機構であれば、上記の例に限定されない。例えば、保持糸３２Ａ、３２Ｂを切断する構成は種々の構成を採用し得る。例えば、保持糸３２Ａ、３２Ｂを切断する構成は、カッター等で機械的に切断する構成であってもよいし、ニクロム線をタイマー制御で熱して保持糸３２Ａ、３２Ｂを切断する構成であってもよい。

【0037】

さらに、アンテナ保持部において、ピン３１Ａ、３１Ｂに代えてクリップ等の弾性部材によって非展開形態のアンテナエレメント２１を保持する構成を採用してもよい。具体的には、クリップ等の弾性部材は、衛星本体１０側に向かう荷重によって弾性変形させられている。この変形は、保持糸３２Ａ、３２Ｂによって維持される。そして、保持糸３２Ａ、３２Ｂを切断すると、クリップ等の弾性部材の変形が解放される。保持糸３２Ａ、３２Ｂは、軌道に到達する予定時刻の経過をタイマーでカウントし、予定時刻に達したときに、切断を行うこととしてよい。切断は、ニクロム線の加熱を利用してよい。その結果、アンテナエレメント２１の変形状態も解放されることになる。

【0038】

なお、この非展開形態である場合にも、アンテナエレメント２１は、アンテナとしての機能を奏することが可能である。この場合には、アンテナエレメント２１を展開した状態であるときの性能と比べると、性能は低下するものの、アンテナとしての機能は維持できる。その結果、仮に、何らかの理由でアンテナエレメント２１の展開が失敗した場合であっても、アンテナエレメント２１は、アンテナとしての機能を失うことがない。従って、アンテナエレメント２１の展開の成否にかかわらず、アンテナとしての機能を奏することができる。その結果、アンテナエレメント２１の展開が失敗した場合でも、通信機能が喪失せず、限定された範囲内で運用を継続することができる。

【0039】

＜展開形態（第２形態）＞
図１は、展開形態である人工衛星１を示す。非展開形態から展開形態へは、アンテナエレメント２１の復元力によりなされる。つまり、アンテナエレメント２１そのものが、展開形態の形状を復元する機能を有する。具体的には、アンテナエレメント２１を構成する主線部２１ｍが復元力を発揮する。アンテナ２０は、アンテナエレメント２１を展開するために、付加的なアクチュエータを必要としない。このようにアンテナエレメント２１を展開する機構を単純化する、具体的には、アンテナ２０の構成部品の数を少なくすることにより、アンテナエレメント２１を展開する際の成功率を高めることができる。

【0040】

＜作用効果＞
人工衛星１は、衛星本体１０と、衛星本体１０の暴露壁１１Ａに配置されたアンテナ２０と、を備える。アンテナ２０は、弧状に形成されると共に暴露壁１１Ａの表面１１Ａ１から起立するループアンテナである。

【0041】

この人工衛星１は、ループアンテナを備えている。ループアンテナは、弧状に形成された部分の長さに応じて、アンテナ２０の指向性を所望の態様に設定することができる。つまり、放射角を広げることが可能である。そうすると、アンテナ２０の向きが一定でない場合であっても、地上局との間で良好な通信状態を維持することができる。

【0042】

アンテナ２０は、弾性変形が可能である。アンテナ２０は、暴露壁１１Ａに沿う非展開形態から、暴露壁１１Ａから起立する展開形態へ、アンテナ２０が有する復元力によって切り替わる。この構成によれば、非展開形態とすることにより人工衛星１の外形寸法を小さくすることができる。また、展開形態とすることにより、良好な通信状態を確保することができる。

【0043】

人工衛星１は、非展開形態を維持するアンテナ保持部３０をさらに備えている。この構成によれば、外形寸法が小さくされた状態を好適に維持することができる。従って、ロケットなどに搭載される際に、人工衛星１の外形寸法を所望の寸法に収めることができる。

【0044】

アンテナ２０は、アンテナ機能を奏するアンテナエレメント２１を含む。アンテナエレメント２１の長さは、送信及び／又は受信する電波の波長よりも短い。この構成によれば、アンテナ２０の放射角を広げることができる。

【0045】

アンテナ２０は、アンテナエレメント２１に対する電力の授受を行うアンテナ入出力部２３と、アンテナエレメント２１とアンテナ入出力部２３との間に接続されるマッチング部２２と、さらに有する。この構成によれば、アンテナ２０とアンテナに接続される機器との間のマッチングを調整することが可能になる。従って、地上局との間でさらに良好な通信状態を維持することができる。

【0046】

上記の人工衛星において、アンテナエレメント２１の長さ（Ｌ）は、電波の波長（λ）に対して、０．６λより大きく０．８λより小さい。さらには、一例として、アンテナエレメントの長さ（Ｌ）は、電波の波長（λ）に対して、０．７λである。この構成によれば、アンテナの放射角と放射強度とのバランスをさらに良好に設定することができる。

【0047】

例えば、図５の（ａ）部～（ｄ）部は、アンテナエレメントを１λとしたときのアンテナ１２０の指向性を示す解析結果の例である。図５の（ａ）部は、人工衛星１００と放射強度Ｓ１００とを斜め方向から見た図である。図５の（ｂ）部は、人工衛星１００と放射強度Ｓ１００とを平面視した図である。図５の（ｃ）部は、人工衛星１００と放射強度Ｓ１００とを正面視した図である。図５の（ｄ）部は、人工衛星１００と放射強度Ｓ１００とを側面視した図である。図５の（ａ）部～（ｄ）部に示すように、アンテナエレメントを１λとした場合には、放射強度Ｓ１００の分布に偏り（符号ＳＰ参照）が生じていることがわかる。つまり、アンテナエレメントを１λとした場合には、指向特性がドーナッツ状になってしまい、利得が出ない方向が生じてしまう。

【0048】

前述のとおり、姿勢制御のためのアクチュエータを備えない人工衛星は、絶えず回転している。従って、地上との通信には全方位に対して、電波の受信ができなくなる谷間となってしまうような指向性がないことが重要である。

【0049】

一方、図６の（ａ）部～（ｄ）部は、アンテナエレメント２１を０．７λとしたときの指向性を示す解析結果の例である。図６の（ａ）部～（ｄ）部に示すように、放射強度Ｓが特に強い方向及び特に弱い方向は生じていない。放射強度Ｓは、いずれの方向においても概ね一様であることがわかった。つまり、本実施形態の人工衛星１のアンテナ２０は、全天全周利得を得ることができることがわかった。つまり、本実施形態の人工衛星１は、姿勢制御ができない小型衛星に必要な、３次元で全ての方向に対しての利得（全天全周利得）が低下しない指向特性を確保できていることがわかった。このような図６に示される全天全周利得は、アンテナ２０の特性として、非共振アンテナを採用したことによる。

【0050】

さらに、人工衛星１は、以下のような更なる作用効果を奏する。

【0051】

人工衛星１のアンテナ２０は、ループアンテナである。従って、人工衛星１からアンテナ２０の他に、構成物（例えば、テザー）が延びる場合に、アンテナ２０が弧状であるために、当該構成物が引っ掛かりにくい。従って、人工衛星１のミッションの成功率を高めることができる。

【0052】

ループアンテナであるアンテナ２０は、放射角と放射強度とのバランスを調整可能な点が有利である。通信可能状態を連続的に維持する必要性が高い場合には、上記のように、放射角を放射強度より優先させる設定とすることができる。その逆に、通信可能状態を連続的に維持する必要性が低い場合には、放射角よりも放射強度を優先させる設定とすることができる。また、人工衛星がスラスタやリアクションホイールといった姿勢制御装置を搭載した場合には、能動的に姿勢を制御できる。つまり、地上局に対するアンテナ２０の向きを所望の状態とすることが可能である。このような場合にも、放射角よりも放射強度を優先させる設定とすることができる。

【符号の説明】

【0053】

１…人工衛星、１１Ａ～１１Ｆ…暴露壁、１１Ａ１…表面、１１Ａ２…裏面、１２…発電パネル、２０…アンテナ、２１…アンテナエレメント、２１ｂ…エレメント端部、２１ｍ…主線部、２１ｎ…導電被覆部、２１ｐ…絶縁被覆部、２２…マッチング部、２２ａ…導線部、２２ｂ…接続部、２２ｔ…マッチング端部、２３…アンテナ入出力部、３０…アンテナ保持部、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ…ピン、３２Ａ，３２Ｂ…保持糸、３３…糸切断部、４１…ボルト、４２…ナット、４３…同軸ケーブル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】