宇宙空間観測用光電界センサーの研究

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13886
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小嶋 浩嗣 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (10215254)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 光電界センサー / プラズマ波動 / 電界 / 小型軽量センサー / 科学衛星 / 宇宙プラズマ

研究実績の概要

市販の光電界センサーに対し、センサーエレメントの形状などを交換する形で特性を把握できるようにしたものを導入した。そして、特に、容量性のアンテナを想定して使用するため、トップハット型のエレメントで特性測定ができるconfigurationを実現した。更に、そのトップハット型エレメントを用いた特性を評価する前に、センサーの電界ピックアップ素子部から出力までの伝達関数の測定を行い、特性を評価するための基礎データを得た。伝達関数として計測されたこの基礎データから、容量性アンテナエレメント(測定対象周波数波動に対して十分短いエレメント長となるアンテナ)が示す特性を評価するために、アンテナファクターを計算するソフトウェアの開発も行い、既知信号入力による特性評価の準備を完成させた。周波数毎に定義されたアンテナファクタにより、出力から電界値への換算を実測に基づいてできるようになった。また、ノイズレベルを計測するための周囲環境ノイズの低減も合わせて行った。光電界センサーのノイズレベルは感度を計算する上で重要であるが、環境ノイズの影響をできる限り軽減して測定を行う必要がある。そのため計測configurationは特に重要であり、また、光電界センサーは従来の電界センサーと異なり、電気的には非接続で電界を計測することから、その測定configurationについては配慮を行った。計測したノイズレベルについては、伝達関数を用いて、電界換算を行って評価できる準備を整えた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

光電界センサーの特性を測定するにあたり、最終的に正確な特性(特にノイズレベル)を測定するには、周囲の環境ノイズを十分に軽減してから行う必要があるが、ノイズレベルの測定のために十分なレベルが実現するのに時間を要したため。

今後の研究の推進方策

研究計画を延長してのぞむ平成30年度において、中波放送電波などの既知の電波を、較正された標準モノポールアンテナとともに光電界センサーで計測し、トップハット型エレメントにより観測された電波強度が、事前に計測してある伝達関数によって正しく計算できることを確認する。その上で、エレメントの入力容量の確認などを行い、より正確なキャリブレーション手順を確立させる。また、アンテナの指向性の評価や周波数による実行長の変化などについても評価を行う。そして、実際の宇宙プラズマ中での計測に電気的な仕様として満足できるものとなるか、あるいは、改良ポイントはどのような点があるかについて、評価を行う。

次年度使用額が生じた理由

外来ノイズの影響を受けずに光電界センサー特性・ノイズを測定する環境の構築に時間を要したこと、また、平成29年度12月に打ち上げ予定であったロケット実験に搭載する観測器の不具合対策に時間を要して多忙であったことにより平成30年度に研究計画を延長した。平成30年度はフィールドで光電界センサーを用いた既知の放送電波を、標準アンテナとともに計測し、アンテナファクターの妥当性や、入力容量などの感度の影響などについて評価を行う。また、電界アンテナとしての指向性特性についても実験的に評価を行う。