2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on a low-noise microwave amplifier based on frequency conversion gain of quasiparticle mixers
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19H02205
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
小嶋 崇文 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (00617417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鵜澤 佳徳 国立天文台, 先端技術センター, 教授 (00359093)
木内 等 国立天文台, アルマプロジェクト, 特任教授 (90358911)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | SISミキサ / 超伝導 / 低雑音増幅器 / マイクロ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、SISミキサを設計・試作、および、4 Kプローブステーションを用いた評価系の整備を主に進めた。SIS接合をダウンコンバータおよびアップコンバータ素子として直接的に特性評価するために、ベクトルネットワークアナライザとプローブステーションを組み合わせ、スカラミキサ測定法を応用したオンウエハ評価系を40 GHz帯において構築した。一般的に用いられる信号源とスペクトラムアラナイザ等を用いたミキサ評価と比較し、同等の精度で利得が測定できることを示した。これにより、4 Kという極低温下において超伝導デバイスのアップ・ダウン双方向の変換利得や反射係数等を直接測定できる基本的な評価系の構築を完了した。また、100 GHz帯においてもSISミキサを製作し、既存のミキサブロックを用いてモジュール型アップコンバータおよびダウンコンバータの評価系構築を進めた。この評価系では、1-10 GHz程度のマイクロ波CW信号に対して100 GHz程度のミリ波の電力を測定できるようにアッテネータや増幅器等のコンポーネントを組み合わせ、アップコンバータのみの利得を高精度評価できるように詳細に利得・損失校正を進めた。その結果、アップコンバータ利得が得られることを直接観測した。当評価結果については、理論的計算と比較して妥当性検証を進めている。また、局部発信機(LO)については、標準的な逓倍器を用いた方法に加え、フォトミキサを用いた光電気変換によるLO電力の入力方法も個別に検討した。しかしながら、今回適用した光電気変換による方法では振幅雑音が大きく、SISミキサの雑音温度に影響することが判明した。
以上の成果の一部は複数の国際会議で発表するとともに、投稿論文としても出版することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究ではSIS接合を用いたアップコンバータおよびダウンコンバータによる新しい構成の増幅器の開発を目指したものである。本研究期間内に下記を計画している。増幅器の理論構築および実験系構築を進め、マイクロ波基本特性の理解を進める。また、増幅器の性能最適化により、高利得かつ低雑音広帯域化を進め、既存増幅器との特性比較により本増幅器の有用性を見出す。これらを実行するため、①試作機設計・デバイス試作、②評価系構築と性能評価・特性解析の2つに分け、研究を進めている。本年度は、SISミキサモジュールを設計・試作し、アップおよびダウンコンバータ素子の個別評価を進めた。また、4Kプローブステーションとネットワークアナライザを用いた評価系構築を進め、オンウエハ測定の有用性を確認した。以上の進捗は、Low Temperature Detector Conference等での国際会議発表や、論文投稿も完了したことから、おおむね計画通りに順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、増幅器を構成するSISミキサの高性能化に向けて、素子設計および製作を進める。また、モジュール化したSISミキサを組み合わせて増幅器を構成し、利得に加えて雑音温度や線形性等の性能指数を測定し、増幅器としての評価を進める。また、国内外の学会や研究会に参加し、当増幅器の認知度を高めるとともに性能向上や実用に向けた課題について議論する。
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Research Products
(8 results)
