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マルチポート増幅器 (MPA) の開発と衛星移動体通信システムの高性能化の検討

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我々は衛星搭載用マルチポート増幅器を世界にさきがけて開発，ETS-6号衛星に搭載し，運用を行い性能を確認しました.

マルチビーム移動体通信方式用マルチポート増幅器

　図１に示すように，通信のサービスエリアを小さなビーム径からなる多数のビームでカバーする マルチビーム通信方式は， 図２に示すようにビーム径の大きなシングルビーム通信方式に比べて，ｱﾝﾃﾅ利得が向上するため， 通信回線における性能指数である等価等方輻射電力（EIRP）， 受信ｱﾝﾃﾅ利得/雑音温度比（G/T）を高めることができます．

　このため，送信器の送信電力を小さくでき，また受信電力が増大するため， 受信アンテナの小型化，端末の経済化が可能になります．したがって，マルチビーム通信方式は衛星移動体通信あるいは陸上移動通信において有効な方式です．

　しかし，移動体通信では，固定通信と異なりユーザが地理的に移動するため， 通信量が各ビームで均一ではなく，また時間的に変動する特徴があります．

　このため，図3の(a)に示すようにビーム毎に設ける個別送信電力増幅器（HPA)では， HPAの稼動が一様ではなく，総合の電力効率が低下する問題があります．

　さらに，マルチビーム方式ではマルチビーム間の分離（アイソレーション）が十分でないと， マルチパスフェージングあるいは干渉が発生する問題があります．

　そこで，マルチビーム方式では，ビーム間結合が小さく， 高効率を達成する電力増幅器の実現が重要課題となっています．

　そこで，これらの課題を解決する方法として有効なマルチポート増幅器(MPA)（図3(b)および図4に示す）を開発し， 以下の研究を行っています．

  1. ビーム間のアイソレーションを高める設計法と構成法

  2. 送信電力を効率的に使用する電力増幅器の構成

  3. 信頼性の高い構成法

　

マルチポート増幅器は，ハイブリッド回路からなる電力分配器(DIV)と電力合成器(COMB)， 複数の電力増幅器（HPA)から構成され，図に示すように複数の端子を有しています．

　理想状態では，入力端子と出力端子は一対一の関係にあり， 各入力端子に入力される信号に偏りが発生しても HPAの電力を各端子から入力された信号で共用して有効に使用することが可能です．

　この特徴を利用すると，マルチビーム通信におけるビーム間の通信トラヒックの偏り， トラヒックの時間変動，伝播路の変動に柔軟に対応できます．

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 我々が世界に先駆けて開発したマルチポート増幅器は1994年にETS-VI衛星に搭載され運用されました. (Ref. 8 ,9, 11, 12), ( Detail )

Fig.1　Single beam communications
Fig.2　Multibeam beam communications

Fig.3　High power amplifier systems for multi-beam transmission

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Fig.4　Configuration of multiport amplifier (MPA)

Published papers:

  1. Masayoshi Tanaka, and Shunichiro Egami, "Reconfigurable multiport amplifiers for in-orbit use", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems - Vol. 42 No. 1,pp228-236, Jan. 2006, Ref,   Ref(pdf).

  2. Masayoshi Tanaka, "Transmission Capacity Degradation due to Traffic Changes in Interactive Multimedia Satellite Communications", AIAA Journal of Aerospace Computing, Information, and Communication, vol. 1, pp417-427,2004. Ref, (Ref pdf)

  3. Masayoshi TANAKA and Yuuya SUZUKI, “Nonlinear Distortion Analysis of Multiport Amplifier”,AIAA ICSSC, AIAA-2004-3143, 2004.    Ref.     (Ref pdf)

  4. M.Tanaka, “Design and operation algorithm for improving performance and reliability of multiport amplifier” , IAF2003, IAC-03-M. 2.06, Oct, Bremen, 2003， Ref.    Ref pdf

  5. M.Tanaka and K.Yamamoto, “New Technologies in N-STAR Communication Payload”, AIAA (17th ICSSC), no.98-1248, pp.190-200, Yokohama, Japan, Feb. 1998 Ref.      Ref pdf

  6. M.Tanaka & H. Yamamoto, Linearity Degradation Due to Beam Coupling in a Multibeam Mobile satellite Communications System, Electronics and Communications in Japan, Part 1, Vol.82, No. 5,pp1-15, 1999,and IEICE,J81-B-Ⅱ, pp257-268, 1998

  7. M.Tanaka, K.Yamamoto, S.Egami, K.Ohkubo, “S-band multiple-beam transmitter for N-STAR”, AIAA (16th ICSSC), no.96-1159-CP, pp.80-85, Washington DC.,USA, Feb,1996 Ref.

  8. K.Yamamoto, Masayoshi Tanaka, "High output port isolation and low intermodulation distortion multi-port-amplifier", 22nd European Microwave Conference (EMC), pp1137-11422, 1992  Ref pdf

  9. K.Horikawa, Masayoshi Tanaka, & Kazuichi Yamamoto, "A Highly Flexible and Highly Efficient 100 W S-band Transponder for Multibeam Mobile Satellite Communications", 14th AIAA, AIAA-92-1823,pp148-154, 1992, March 1992.  (Ref), (Ref pdf)

  10. K. Yamamoto, M. Tanaka, “HPA Arrangement Method to improve Isolation among Output port on a Multi-port Amplifier”, Electronics and Communications in Japan, Part-1, Vol.75, No3, pp95-105, 1992.  (Ref pdf)

  11. M.Tanaka, M.Nakamura, M.Kawai, and I.Ohtomo, “Experimental Fixed and Mobile Multibeam Satellite Communications System”, IEEE International Conference on Communications (ICC), ICC'89, pp1587-1594, 52.4.1-52.4.8, 1989.  (Ref pdf)

  12. K.Horikawa, Masayoshi Tanaka, "S-band Linearized Solid State High Power Amplifier for ETS-6",17th ISTS, pp1773-1778,1990, (Paper pdf)

  13. K.Yamamoto, Masayoshi Tanaka, "50W class Multi-port Amplifier for Multi-beam Satellite Communication", IEEE MTT-S Digest, pp1281-1284, 1989.  (Ref pdf)

  14. K. Yamamoto, M. Tanaka, "Design of MultiPort Amplifier by the Analytical Method Considering Characteristics Deviation of Unit Amplifiers", IEICE, J72-B-Ⅱ,337-342,1989. 

  15. K.Yamamoto, M.Tanaka, “Design and Performance of Multi-port Amplifier”, 16th International Symposium on Space Technology and Science (16th ISTS), pp993-998,1988.   (Ref pdf)

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