2015 Fiscal Year Research-status Report
100～300GHz帯広帯域同時観測のための導波管型周波数分配器の実用化
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15K05025
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
小川 英夫 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20022717)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電波 / 天文学 / 受信機 / 広帯域 / 偏波分離器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
世界の主たる天文機関が総力を結集することで実現した大型電波干渉計 ALMA をはじめとする大型電波望遠鏡での観測により、従来より良く観測されてきた CO 分子以外の多くの微量分子もまた(巨大)分子雲の全域にわたる大きなスケールで分布している可能性が指摘され始めている。これを明らかにするためには、多種多様な分子輝線スペクトルを非常に広い観測領域にて、非常に広い観測周波数で、そして非常に高い感度で観測する必要がある。
このような新たな天文研究の進展を実現するために、我々はまず観測可能な周波数帯域幅を従来よりも大きく拡大した次世代広帯域受信機の開発を進めている。特に、天体からの信号を検波器まで伝送する導波路としてこれまで用いられてきた導波管回路はその物理的性質から伝送可能帯域が比帯域で66%に決定されるが、現状ではその限界よりもはるかに狭い 20-30% 程度が通常である。そこで我々はまずこの導波管回路部、特に偏波分離器、方向結合性分配器などの広帯域化を進めることにした。これらの回路はみな、受信機の観測可能帯域を制限してしまうため広帯域化が特に重要である。
これまでの研究成果により、直交偏波分離機 OMT については帯域幅を制限していた原因を突き止める事が出来、これを解決する新たな手法を考案できたことで 50% を超える革新的な広帯域化が実現できた。一方で方向結合器についてはシミュレータ上では 50% を超えるものが設計できる事が分かったものの、特に 300GHz を超える高周波数領域においてはその実現がかなり困難な構造となってしまうのが現状であり、従来とは異なる構造・メカニズムでのブレイクスルーを現在検討中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
実施計画においては、本年度は ALMA Band 2+3 ( 67-116 GHz, 53.5% ) 帯域に対してのみ、これをカバー出来るような広帯域導波管回路の開発を行うとしていた。これに対して、特に直交偏波分離機の開発において、従来モデルの帯域幅が狭くなっていた原因を特定する事が出来、これを回避する新たなモデルを考案した結果、反射損失 -20dB のスペックで 66-118 GHz, 比帯域で 56%と言う広帯域化にシミュレーション解析上で成功した。さらに、これを試作し特性実測を行った結果は、シミュレーション設計値を想定以上に良くトレースできており、少なくとも Band 2+3 帯域ではこれを実現できた。
また、本結果は特定帯域でのみ通用する特別設計ではなく、原因を取り除いた「一般的」モデルであるため、スケールモデルによる対応帯域の調整が可能である。また、本モデルは構造の簡易化を念頭においており、630GHz 程度までは十分製作可能である。従って、偏波分離器については目標としていた 100-300 GHz の範囲においての解決がすでに得られたと言ってよいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、広帯域偏波分離器の実現については、より高い周波数帯域での試作・特性実測を経ての観測機器への搭載・実用化を狙う。
一方で細かな構造が必要となる現状の方向結合器についてはこのような高い周波数での実現はきわめて困難と考えられる。そこで次年度はこの方向結合器について、従来とは異なるブレイクスルーモデルを考案したい。また、精密金属加工業者と協力して従来モデルの高周波化の限界点を探り、新たな加工技術の開発を行うことでこれを突破できないかを検討したい。
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