中層大気変動精密観測のための多視野・多周波同時受信ミリ波分光ラジオメータの開発
| Project/Area Number |
20H01971
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17020:Atmospheric and hydrospheric sciences-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中島 拓 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (90570359)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
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| Keywords | 大気ラジオメータ / ミリ波・サブミリ波 / 超伝導ミクサ / 中層大気 / 大気微量成分 / オゾン層 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、中層大気微量成分の変動メカニズムの物理的および化学的理解のため、ミリ波帯にある複数の大気分子スペクトルを高い時間分解能と高い空間分解能で観測することを目指し、多視野・多周波同時受信が可能な「ミリ波分光ラジオメータ」の開発を行う。具体的には、①高い信号対雑音比の分光スペクトルを取得する超高感度ミリ波帯マルチバンド検出器の開発、②異なる方向のデータを同時取得する多視野光学系の開発、③微量成分の高度分布と水平方向の移動を描き出すラジオメータシステムの試作と実地観測の3点を実施する。最終的に、成層圏から下部熱圏の大気変動現象の観測的な理解と、大気環境問題解決への貢献を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、中層大気微量成分の変動メカニズムの物理的および化学的理解のため、ミリ波帯にある複数の大気分子スペクトルをこれまでにない高い時間分解能で、かつ複数の方向に対して同時観測が可能な新しい分光ラジオメータの開発を行っている。2020年度は、①複数のビームを空に向ける（多方向観測）、②微弱な分子スペクトルを充分なS/Nで検出する（高時間分解能）という技術的課題に取り組んだ。
①については、1台のラジオメータで多方向の同時観測を実現するため、受信機部分の小型化に向けた検討を開始した。導波管立体回路を用いるこれまでの受信機部分をマイクロストリップラインおよびコプレナーウェーブガイドによる平面回路に置き換えることを目標として、まずは10 GHz程度のマイクロ波帯の1/10スケールモデルでImage Rejection Filterを電磁界シミュレーターと電気回路シミュレーターを用いて設計した。今後、プリント基板を用いて設計した回路を製作し、設計通りの特性が得られるか実測する予定である。
②については、受信機の自己雑音を低減させるとともに、従来よりも高いダイナミックレンジを持つ直列接合型のミリ波帯超伝導ミクサを国立天文台先端技術センターとの共同で開発した。180-250 GHzに感度を持つ広帯域性と、300 Kの黒体放射強度入力に対しても充分な線形性を実現するため、超伝導トンネル接合を複数個直列に接続することで飽和しにくい構造とし、その特性インピーダンスが電波入力部と広い帯域に渡って整合するように、チューニング回路を設計した。国立天文台で試作した素子の性能を実験室で評価した結果、局部発振周波数200-240 GHzで雑音温度50 K以下、170-255 GHzで75 K以下という良好な雑音性能が確認された。これは従来の同帯域の素子に比べて、2倍以上の広帯域化に成功したことを意味する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2020年度は、感染症の全国的な拡大に対する対応のために、大学キャンパスへの入構制限と出張の自粛措置が度々実施されることとなった。このため、研究室におけるシミュレーターを用いた設計、実験室での評価実験、関係者との打ち合わせなどが、予定通りには実施できなかったため、研究の進捗状況としては「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの研究の進捗状況としては「やや遅れている」が、2021年度は感染症の対策を取った上で、大学キャンパスでの活動が通常通りに行える見通しである。出張は制限があるが、これはオンラインの打ち合わせを行うことでカバーが出来ると考えている。従って、今後は研究の遅れを取り戻して、計画に沿って進めて行けると考えている。
2021年度は、昨年度に引き続き「多周波/高時間分解能達成に向けた新たなミリ波・サブミリ波受信機に関する要素技術の開発」を主に名古屋大学の実験室において実施する予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
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[Presentation] 南極/北極における中層大気環境計測のための広帯域ミリ波分光ラジオメータの開発研究2021
Author(s)
中島 拓, 溝口 玄真, 齊藤 善治, 長濱 智生, 水野 亮, 谷口 暁星, 藤森 隆彰, 児島 康介, 小林 和宏, 鈴木 和司, 林 拓磨, 關谷 尚人, 田島 治, 安達 俊介, 大塚 稔也, 小嶋 崇文, 鵜澤 佳徳, 藤井 泰範, SHAN Wenlei, 江崎 翔平, 宮地 晃平, 渡邊 一世
Organizer
第21回 ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ
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