Development of Ultra-Low Loss Waveguide for High-Sensitivity Terahertz Receivers in Radio Telescope

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20930
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Nakajima Taku 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (90570359)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: ニオブ材 / 超伝導 / 導波管 / テラヘルツ波 / ミリ波・サブミリ波 / 電波望遠鏡 / 受信機 / 低損失伝送

Outline of Final Research Achievements

We have proposed a new technology to reduce the propagation loss of waveguide for the receiver of the millimeter to terahertz band radio telescopes and have carried out the demonstration experiment to confirm an availability of it. In this work, we made a rectangular waveguide using superconducting material, measured its propagation characteristics, and compared with 3D electromagnetic field analysis. As a main result, significantly small propagation loss of the superconducting waveguide relative to the normal metal waveguides was found around 100 GHz. We have successfully established the manufacturing method, clarified the propagation mode, and confirmed the potency of the superconducting waveguide.

Free Research Field

電波天文学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電波と赤外線の境界に位置する電磁波領域である「ミリ波～テラヘルツ波」は、エレクトロニクスとフォトニクス技術が適用される境界領域に位置し、最後の未開拓波長帯と言われている。科学観測のほか、情報・通信、医療・バイオ、セキュリティ分野などでの応用が期待されている一方、既存の技術では発振・伝送・検出が困難であり、それが未開拓領域として残されている所以である。本研究は、この領域の基礎課題の一つである「伝送」の技術開拓に資するものである。超伝導伝送路は、平面回路や同軸ケーブルは既に市販されているが、導波管回路は実用例が無く、本研究の成果はテラヘルツ帯導波管コンポーネントの実現における重要な足掛かりとなる。