ミリ波サブミリ波帯における超広帯域円偏波分離器の開発

• 研究課題/領域番号: 21K03629
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 大阪公立大学 (2022-2023); 大阪府立大学 (2021)
• 研究代表者: 小川 英夫 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 客員教授 (20022717)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 円偏波 / 広帯域 / 電波天文学 / 導波管 / 円偏波分離器 / ミリ波 / テラヘルツ波 / 電波望遠鏡

研究開始時の研究の概要

ブラックホール観測に成功したEvent Horizon Telescope (EHT)の次期計画であるNext Generation EHT (ngEHT)の開発課題の一つに、230 GHz帯と345 GHz帯の両偏波同時観測が挙げられている。しかし、現在の技術では230-345 GHzに渡る広帯域な円偏波分離器の開発は難しかった。我々は位相遅延器と直交偏波分離器から成る円偏波分離器に焦点を当て、これまで広帯域化が困難であった位相遅延器を開発し、広帯域な位相遅延が得ることに成功した。本研究では、未開発の210-365 GHz帯の円偏波分離器の開発を目指す。

研究成果の概要

ミリ波サブミリ波帯における広帯域な円偏波分離器の設計開発を進めた。 広帯域円偏波分離器を実現するためには、直交する直線偏波間の位相差を90度に遅延させる位相遅延器の広帯域化が重要であった。我々は、複数の導波管回路の位相遅延特性を組み合わせることで、広帯域化を妨げていた周波数依存性を打ち消し、広帯域で90度に近い位相遅延特性を実現することに成功した。210-365 GHz帯で試作した回路は、おおよそ設計と一致する傾向が示されており、今後のブラックホール観測への応用を目指している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、210-365 GHz帯における広帯域円偏波分離器の開発を行った。円偏波分離器を構成する位相遅延器と直交偏波分離器それぞれを広帯域に設計・測定し、それぞれを組み合わせた円偏波分離器として測定した。結果として、おおよそ設計と一致するような良好な結果が得られており、ブラックホール観測を含む次世代のミリ波サブミリ波帯の超長基線電波干渉法への応用が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Development of seven-beam optics using dielectric lenses for a new 72?116?GHz receiver in the Nobeyama 45?m telescope (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki Y.、Hasegawa Y.、Yoneyama S.、Kawashita S.、Chinen T.、Masui S.、Nosohara C.、Sun H.、Dakie S.、Kameyama A.、Fujitomo I.、Nishikawa Y.、Ogawa H.、Tatematsu K.、Nishimura A.、Miyazawa C.、Takahashi T.、Maekawa J.、Gonzalez Al.、Kojima T.、Imada H.、Kaneko K.、Sakai R.、Sakai T.、Onishi T.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: － 号: 3 ページ: 499-513
  • DOI: 10.1093/pasj/psad015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 210-365 GHz 90° Differential Phase Shifter for Wideband Circular Polarizer (2022)
  • 著者名/発表者名: Masui Sho、Hasegawa Yutaka、Ogawa Hideo、Kojima Takafumi、Onishi Toshikazu
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 12 号: 5 ページ: 527-534
  • DOI: 10.1109/tthz.2022.3191851
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 73 号: 4 ページ: 1100-1115
  • DOI: 10.1093/pasj/psab046
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 73 号: 4 ページ: 1116-1127
  • DOI: 10.1093/pasj/psab062
  • 査読あり
• [学会発表] ブラックホール解明に向けた86GHz帯低雑音受信機の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 亀山晃
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] 86GHz帯常温受信機を搭載したVERA水沢局での試験観測と性能評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 近藤奨紀
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] VERA20m望遠鏡水沢局に搭載した86 GHz帯受信機を用いた試験観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 亀山晃
  • 学会等名: 第24回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ 2023年度理研-NICT合同テラヘルツワークショップ
• [学会発表] VERA 86 GHz化に向けた水沢局での常温受信機試験 (2023)
  • 著者名/発表者名: 近藤奨紀
  • 学会等名: 2023年VLBI懇親会シンポジウム
• [学会発表] ブラックホール解明に向けた86GHz帯低雑音受信機の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 亀山晃
  • 学会等名: 2023年VLBI懇親会シンポジウム
• [学会発表] Development of 86 GHz low noise receiver system at VERA (2023)
  • 著者名/発表者名: Akira Kameyama
  • 学会等名: The 14th East Asian VLBI Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 3Dプリンターによる6.5 - 12.5 GHz 帯直交偏波分離器製作の考察 (2023)
  • 著者名/発表者名: 孫赫陽
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋季年会
• [学会発表] Development of a wideband multi-channel receiver for simultaneous observations in 230 and 345 GHz bands with dual-polarization (2023)
  • 著者名/発表者名: Sho Masui
  • 学会等名: URSI GASS 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 210-365 GHz帯 広帯域円偏波分離機の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増井翔
  • 学会等名: フォトニックネットワークシンポジウム2023
• [学会発表] 茨城観測局電波望遠鏡搭載 広帯域CX帯受信機の開発4 (2023)
  • 著者名/発表者名: 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, 長谷川豊, 澤田-佐藤聡子, 岡田望, 小川英夫, 大西利和, 米倉覚則, 清水裕亮, 松原空洋, 新沼浩太郎, 藤澤健太
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] EAVN/VERA 86GHz 帯を用いた巨大ブラックホールの観測に向けて (2023)
  • 著者名/発表者名: 秦和弘, 上野祐治, 小山友明, 鈴木駿策, 砂田和良, 本間希樹, 山内彩, 山下一芳（国立天文台) , 小川英夫, 亀山晃, 近藤奨紀, 澤田佐藤聡子, 抱江柊利, 増井翔, 山崎康正, 岡田望, 小山翔子, 新沼浩太郎, 紀基樹, 高村美恵子
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] 1.85m電波望遠鏡搭載受信機の 高感度化・広帯域化に向けた開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 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、澤田-佐藤聡子、長谷川豊、大西利和、小川英夫、小嶋崇文
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] マイクロ波帯増幅器の出力における信号雑音比について (2022)
  • 著者名/発表者名: 川下紗奈、小嶋崇文、増井翔、大西利和、小川英夫
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] 茨城観測局電波望遠鏡搭載 広帯域CX帯受信機の開発3 (2022)
  • 著者名/発表者名: 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, 長谷川豊, 澤田-佐藤聡子, 岡田望, 小川英夫, 大西利和, 米倉覚則, 清水裕亮,新沼浩太郎, 藤澤健太
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] 広帯域CX帯同軸導波管変換の開発とそれを用いたTRL校正 (2022)
  • 著者名/発表者名: 抱江柊利, 孫赫陽, 野曽原千晟, 知念翼, 米山翔, 川下紗奈, 山崎康正, 増井翔, 長谷川豊, 澤田-佐藤聡子, 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
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] 茨城観測局電波望遠鏡搭載広帯域CX位相遅延器の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 孫赫陽, 抱江柊利, 野曽原千晟, 知念翼, 米山翔, 川下紗奈, 山崎康正, 増井翔, 長谷川豊, 澤田-佐藤聡子, 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
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] Development of circular polarizers in 6.5-12.5 GHz band for the Ibaraki and Yamaguchi 32m radio telescopes (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Chinen, K.Son, S.Dakie, S.Yoneyama, S.Kawashita, S.Masui, Y.Yamasaki, C.Nosohara, Y.Hasegawa, S.Sawada-Sato, H.Ogawa, T.Onishi, N.Okada, Y.Yonekura, Y.Simizu, T.Matsubara, K.Ninuma, K.FuJisawa
  • 学会等名: 23rd East Asia Submillimeter-Wave Receiver Technology Workshop jointly with the Riken-NICT Joint Workshop on Terahertz Technology
  • 招待講演
• [学会発表] First light of 7 BEam Equipment with 3-frequencyband in 72-116 GHz for multi-line observations on the Nobeyama 45-m telescope: (1) Receiver system and its performances (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Yoneyama
  • 学会等名: 23rd East Asia Submillimeter-Wave Receiver Technology Workshop jointly with the Riken-NICT Joint Workshop on Terahertz Technology
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第22回ミリ波サブミリ波受信機ワークショップ
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 増井翔
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 増井翔
  • 学会等名: 新学術領域「星・惑星形成」2021年度大研究会
• [学会発表] Development of wideband circular polarizer (2021)
  • 著者名/発表者名: 増井翔, 長谷川豊, 大西利和, 小川英夫
  • 学会等名: ngVLA-J Development Days 2021
• [学会発表] Design of the wideband waveguide OMTs for the ngVLA (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: ngVLA-J Development Days 2021
  • 招待講演
• [学会発表] Development of 230 and 345 GHz simultaneous observation receiver with dual-polarization (2021)
  • 著者名/発表者名: Masui, S., Yamasaki, Y., Hasegawa, Y., Ogawa, H., Onishi, T., Kojima, T., Gonzalez, A.
  • 学会等名: From Vision to Instrument: Designing the Next-Generation EHT to Transform Black Hole Science
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 増井翔, 長谷川豊, 山崎康正, 小川英夫, 大西利和, 小嶋崇文
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム
• [備考] 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/