次世代電波望遠鏡に向けた広帯域導波管回路の開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20J23670
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 増井 翔 大阪府立大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Keywords: 導波管回路 / 広帯域 / 偏波分離器 / 電波天文学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、効率的な観測を可能とする広帯域導波管回路を開発し、世界でも最高分解能・最高感度クラスを持つALMA望遠鏡やブラックホールの観測に成功したVLBI観測の次世代受信機に提案することを目標としている。
本年度では、開発を進めてきた広帯域な周波数4分配器を大阪府大1.85m電波望遠鏡に搭載し、230, 345 GHz帯同時観測に成功した。これらの内容は、論文として投稿し、すでに出版されている。加えて、広帯域な偏波分離器のための90度位相遅延器と直交偏波分離器の製作・測定も進めた。円偏波分離器に重要な90度位相遅延器では、反射損失は設計値に似た測定結果を得ることができたが、位相遅延量に関しては、設計値に比べて5度程度シフトした結果が得られた。この原因には、切削加工による理想的な回路との違いが原因であると考え、3次元測定装置を用いて、切削した回路の寸法を測定し、設計と異なる部分の追加工を行った。その結果、位相遅延量も設計値によく似た値を得ることができた。また、直交偏波分離器に関しては、反射損失の劣化が見られている。原因の一つに、測定器と直交偏波分離器をミスマッチなく接続するための導波管サイズ変換による反射の影響が無視できないレベルであることが考えられる。現在、導波管サイズ変換の特性を校正できないかの検討を進めている。
多少設計との差がみられるものの、上記の位相遅延器と直交偏波分離器の単体での特性は良い結果が得られているため、位相遅延器と直交偏波分離器を組み合わせた円偏波分離器としての特性の測定を来年度に進めていく予定である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究の目標であった1.85m電波望遠鏡を用いた230, 345GHz帯同時観測にすでに成功しており、論文が出版されていることに加えて、広帯域な偏波分離器のための位相遅延器や直交偏波分離器も単体では良く測定結果が得られている。より高性能な回路の特性を得るために測定精度を向上させるための取り組みも進めており、さらに次のステップである円偏波分離器としての測定の準備にも着手できている。以上から当初の計画以上に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

位相遅延器と直交偏波分離器を組み合わせた円偏波分離器としての測定を進めるために、間に挿入する45度導波管変換を開発する。測定には、二つの円偏波分離器を対に接続する手法を検討しており、その結果から、円偏波分離器一つ分の交差偏波特性などを得ることができないか検討を進めている。
また、昨年度から引き続き、矩形-方形導波管変換の特性の校正を進める。現在、その計算を進めている。今年度は、今回の製作から、より良い反射損失を持った回路を実現するための情報を得ることを目標としている。
良い円偏波分離器の特性を得ることができれば、望遠鏡への搭載についても準備を進める。円偏波分離器と周波数4分配器を接続しようと考えているが、導波管フランジの問題から、周波数4分配器と直接接続することができず、その解決方法を検討している。

Research Products

• [Journal Article] Development of a new wideband heterodyne receiver system for the Osaka 1.85 m mm-submm telescope: Receiver development and the first light of simultaneous observations in 230 GHz and 345 GHz bands with an SIS-mixer with 4-21 GHz IF output (2021)
  • Author(s): Masui S., Yamasaki Y., Ogawa H., Kondo H., Yokoyama K., Matsumoto T., Minami T., Okawa M., Konishi R., Kawashita S., Konishi A., Nakao Y., Nishimoto S., Yoneyama S., Ueda S., Hasegawa Y., Fujita S., Nishimura A., Kojima T., Uemizu K., Kaneko K., Sakai R., Gonzalez A., Uzawa Y., Onishi T.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 73 Pages: 1100～1115
  • DOI: 10.1093/pasj/psab046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a new wideband heterodyne receiver system for the Osaka 1.85 m mm-submm telescope: Corrugated horn and optics covering the 210-375 GHz band (2021)
  • Author(s): Yamasaki Y., Masui S., Ogawa H., Kondo H., Matsumoto T., Okawa M., Yokoyama K., Minami T., Konishi R., Kawashita S., Konishi A., Nakao Y., Nishimoto S., Yoneyama S., Ueda S., Hasegawa Y., Fujita S., Nishimura A., Kojima T., Kaneko K., Sakai R., Gonzalez A., Uzawa Y., Onishi T.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 73 Pages: 1116～1127
  • DOI: 10.1093/pasj/psab062
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 電波天文観測における広帯域RF, IF受信機技術の最新動向及び大阪府大1.85m望遠鏡での広帯域観測 (2022)
  • Author(s): 増井翔
  • Organizer: 宇宙電波懇談会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 次世代電波望遠鏡に向けた広帯域受信機の開発と将来開発 (2022)
  • Author(s): 増井翔
  • Organizer: 新学術領域「星・惑星形成」2021年度大研究会
• [Presentation] NRO 45m鏡搭載 72-116 GHz 帯 新7ビーム受信機 開発計画概要 2022 (2022)
  • Author(s): 長谷川豊, 米山翔, 知念翼, 川下 紗奈, 山崎 康正, 増井翔, 小川英夫, 大西利和, 立松健一, 西村淳, 宮澤千栄子, 高橋敏一, 前川淳, Alvaro Gonzalez, 金子慶子, 酒井剛
  • Organizer: 第22回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ
• [Presentation] 野辺山45m鏡72-116 GHz帯新7ビーム受信機に搭載する誘電体レンズのための反射防止構造の最適化 (2022)
  • Author(s): 山崎康正, 長谷川豊,米山翔, 増井翔, 川下紗奈,知念翼, 孫赫陽, 抱江柊斗, 野曽原千晟, 大西利和, 小川英夫, 立松健一, 西村淳, 宮澤千栄子, 高橋敏一, 前川淳, Alvaro Gonzalez, 小嶋崇文, 今田大皓, 金子慶子, 坂井了, 酒井剛
  • Organizer: 第22回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ
• [Presentation] 野辺山 45m 鏡搭載 72-116 GHz帯 新7ビーム受信機の冷却システム冷却評価 (2022)
  • Author(s): 米山翔, 増井翔, 川下紗奈, 知念翼, 山崎康正, 長谷川豊, 大西利和, 小川英夫, 立松健一, 宮澤千栄子, 高橋敏一, 前川淳, 小嶋崇文, 酒井剛
  • Organizer: 第22回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ
• [Presentation] 1.85m鏡230GHz,345GHz帯同時観測のための一体型周波数分離フィルターの開発 (2022)
  • Author(s): 川下紗奈, 増井翔, 山崎康正, 知念翼, 米山翔, 抱江柊利, 野曽原千晟, 孫赫陽, 長谷川豊, 大西利和, 小川英夫, 小嶋崇文
  • Organizer: 第22回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ
• [Presentation] 茨城観測局32m鏡(CX帯)受信機の開発 (2022)
  • Author(s): 知念翼,孫赫陽, 抱江柊利,増井翔, 米山翔, 川下紗奈, 山崎康正, 長谷川豊, 小川英夫, 大西利和, 岡田望, 米倉覚則, 清水裕亮, 新沼浩太郎, 藤澤健太
  • Organizer: 第22回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ
• [Presentation] 野辺山45m 鏡7 ビーム3 帯域両偏波受信機の開発XI : 進捗概要報告III (2022)
  • Author(s): 長谷川豊, 山崎康正, 川下紗奈, 知念翼, 米山翔, 増井翔, 小川英夫, 大西利和, 立松健一, 西村淳, 宮澤千栄子, 高橋敏一, 前川淳, Alvaro Gonzalez, 金子慶子, 酒井剛
  • Organizer: 日本天文学会2022年春季年会
• [Presentation] 野辺山45m鏡7 ビーム3 帯域両偏波受信機の開発XII : 誘電体レンズの表面 に最適な反射防止構造の検討 (2022)
  • Author(s): 山崎康正, 長谷川豊, 増井翔, 川下紗奈, 米山翔, 知念翼, 大西利和, 小川英夫, 立松健一, 西村淳, 宮澤千栄子, 高橋敏一, 前川淳, Alvaro Gonzalez, 小嶋崇文, 今田大皓, 金子慶子, 坂井了, 酒井剛
  • Organizer: 日本天文学会2022年春季年会
• [Presentation] 茨城観測局電波望遠鏡搭載広帯域CX 帯円偏波分離器の開発2 (2022)
  • Author(s): 知念翼, 孫赫陽, 抱江柊利, 米山翔, 川下紗奈, 増井翔, 山崎康正, 野曽原千晟, 小川英夫, 大西利和, 岡田望, 米倉覚則, 清水祐亮, 新沼浩太郎, 藤澤健太, 金子慶子, 神澤富雄, 三ツ井健司
  • Organizer: 日本天文学会2022年春季年会
• [Presentation] Development of wideband circular polarizer (2021)
  • Author(s): 増井翔, 長谷川豊, 小川英夫, 大西利和
  • Organizer: ngVLA-J Development Days 2021
• [Presentation] Design of the wideband waveguide OMTs for the ngVLA (2021)
  • Author(s): 長谷川豊, 米山翔, 知念翼, 増井翔, 小川英夫, 大西利和, 立松健一
  • Organizer: ngVLA-J Development Days 2021
  • Invited
• [Presentation] Development of 230 and 345 GHz simultaneous observation receiver with dual-polarization (2021)
  • Author(s): Masui, S., Yamasaki, Y., Hasegawa, Y., Ogawa, H., Onishi, T., Kojima, T., Gonzalez, A.
  • Organizer: From Vision to Instrument: Designing the Next-Generation EHT to Transform Black Hole Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ミリ波サブミリ波帯における広帯域円偏波分離器の開発 (2021)
  • Author(s): 増井翔, 長谷川豊, 山崎康正, 小川英夫, 大西利和, 小嶋崇文
  • Organizer: VLBI懇談会シンポジウム
• [Presentation] RF 211-373 GHz 帯広帯域IF SIS ミキサの試作 (2021)
  • Author(s): 小嶋崇文, 上水和典, 田村友範, 金子慶子, 宮地晃平, Wenlei Shan, Alvaro Gonzalez, 鵜澤佳徳, Matthias Kroug, 増井翔, 山崎康正, 大川将勢, 小川英夫, 大西利和
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 野辺山45m 鏡7 ビーム3 帯域両偏波受信機の開発V : 受信機開発の進捗II (2021)
  • Author(s): 長谷川豊, 山崎康正, 増井翔, 川下紗奈, 米山翔, 知念翼, 小川英夫, 大西利和, 立松健一, 宮澤千栄子, 高橋敏一, 前川淳, Alvaro Gonzalez, 金子慶子, 酒井剛
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 野辺山45m鏡7 ビーム3 帯域両偏波受信機の開発VI : 誘電体レンズを用いたビーム伝送系の設計及び評価 (2021)
  • Author(s): 山崎康正, 長谷川豊, 増井翔, 川下紗奈, 米山翔, 大西利和, 小川英夫, 立松健一, 宮澤千栄子, 高橋敏一, 前川淳, Alvaro Gonzalez, 小嶋崇文, 今田大皓, 金子慶子, 坂井了, 酒井剛
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 野辺山45m 鏡7 ビーム３帯域両偏波受信機の開発VII : 広帯域直交偏波分離器の設計と評価 (2021)
  • Author(s): 米山翔, 増井翔, 川下紗奈, 山崎康正, 長谷川豊, 大西利和, 小川英夫, 立松健一, 宮澤千栄子, 高橋敏一, 前川淳, 小嶋崇文, 酒井剛
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 野辺山45m 鏡7 ビーム3 帯域両偏波受信機の開発VIII : 導波管型Triplexer の設計および評価 (2021)
  • Author(s): 川下紗奈, 増井翔, 米山翔, 山崎康正, 長谷川豊, 大西利和, 小川英夫, 立松健一, 宮澤千栄 子, 高橋敏一, 前川淳, 小嶋崇文, 酒井剛
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 高萩/ 日立32 m 電波望遠鏡の整備状況2021B (2021)
  • Author(s): 米倉覚則, 田辺義浩, 岩田悠平, 伊藤美穂, 高木奏人, 永野稜大, 百瀬宗武, 知念翼, 増井翔, 山崎康正, 小川英夫, 元木業人, 新沼浩太郎, 藤沢健太, 須藤広志, 久野成夫, 中川亜紀治, 本間希樹, 小林秀行, 他大学間連携VLBI group
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] 茨城観測局電波望遠鏡搭載広帯域CX 帯円偏波分離器の開発 (2021)
  • Author(s): 知念翼, 米山翔, 川下紗奈, 増井翔, 山崎康正, 長谷川豊, 大西利和, 小川英夫, 米倉覚則, 清水裕亮, 新沼浩太郎, 藤澤健太
  • Organizer: 日本天文学会2021年秋季年会
• [Presentation] Development of a new wideband heterodyne receiver system (RF: 210-375 GHz, IF: 4-21 GHz) for Osaka 1.85-m mm-submm telescope. (2021)
  • Author(s): Onishi, T., Masui, S., Yamasaki, Y., Ogawa, H., Kojima, T., Gonzalez, A.
  • Organizer: ALMA Front End Development (Virtual) Conference 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The status of SIS Process Development at GARD. (2021)
  • Author(s): A.Pavolotsky, T. Kojima, V. Belitsky, S. Masui,
  • Organizer: ALMA Front End Development (Virtual) Conference 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] “Development of new optics for a 7-beam receiver in 72-116 GHz band onboard the Nobeyama 45-m telescope (2021)
  • Author(s): Yamasaki, Y., Hasegawa, Y., Masui, S., Yoneyama, S., Kawashita, S., Chinen, T., Onishi, T., Ogawa, H., Tatematsu, K., Miyazawa, C., Takahashi, T., Maekawa, J., Gonzalez, A., Kojima, T., Imada, H., Kaneko, K., Sakai, R., Sakai, T.
  • Organizer: ALMA Front End Development (Virtual) Conference 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of optimal dielectric lens for a new 7-beam receiver in 72-116 GHz on the Nobeyama 45-m telescope (2021)
  • Author(s): Y. Yamasaki, Y. Hasegawa, S. Masui, S. Yoneyama, S. Kawashita, T. Chinen, T. Onishi, H. Ogawa, K. Tatematsu, C. Miyazawa, T. Takahashi, J. Maekawa, A. Gonzalez, T. Kojima, H. Imada, K. Kaneko, R. Sakai, T. Sakai
  • Organizer: East Asia Submillimeter-wave Receiver Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 世界初！ 宇宙空間の多くの分子からの電波を同時に受信するシステムの開発に成功
  • URL: https://www.osakafu-u.ac.jp/press-release/pr20210708/