誘電率の正確な測定により電波望遠鏡の受信機が進歩

研究者新しい方法を発明した絶縁体の誘電率を以前よりも 100 倍正確に測定できるようになりました。 この技術は、電波望遠鏡用の高感度電波受信機の効率的な開発や、次世代通信ネットワーク「Beyond 5G/6G」向けの機器開発への貢献が期待されます。

誘電率は、絶縁体に電圧を加えたときに絶縁体内部の電子がどのように反応するかを示す値です。 これは、電波が絶縁体を通過する際の挙動を理解するための重要なパラメータです。 通信機器の開発では、回路基板や建物の柱や壁に使用される材料の誘電率を正確に把握する必要があります。 電波天文学の場合、研究者は電波受信機に使用されるコンポーネントの誘電率も知る必要があります。

研究チームは、電磁波伝播の計算方法を工夫することで、誘電率を近似ではなく直接導出する解析アルゴリズムを開発した。 国立天文台（国立天文台）と情報通信研究機構（NICT）の研究者と技術者で構成されたチームは、アタカマ大型ミリ波計用に開発されている受信機のレンズ材質を測定するために新しい方法を使用しました。 /submillimeter Array (ALMA) を用いて解析し、他の手法と一致する結果が得られることを確認し、実際のデバイス開発における有効性を実証しました。

「今回開発した手法は、電波望遠鏡の部品設計のみならず、ミリ波を用いた次世代通信ネットワーク（Beyond 5G/6G）の実現に向けた高周波材料やデバイスの開発への貢献が期待されます」 /テラヘルツバンドです」と国立天文台のエンジニアであり、最近発表された研究論文の筆頭著者でもある酒井良氏は言う。

近似による誤差を 100 分の 1 に減らすことで、開発プロセスがスピードアップします。 個々の材料の誘電率の測定が不正確であると、実際に製造された製品が目標の性能を満たさない可能性があります。 設計段階から誘電率が正確に分かれば、無駄な試行錯誤が減り、コストを削減できます。

従来、誘電率を測定するにはいくつかの方法が使用されています。 誘電率を正確に測定できる方法の一つに「共振法」がありますが、その場合、測定する物質を共振器と呼ばれる装置に入れる必要があり、場合によっては数百μm以下の厚さの物質を精密に加工する必要があります。 もう 1 つの欠点は、誘電率がいくつかの特定の周波数でしか測定できないことです。 デバイスの開発段階ではさまざまな材料の誘電率を測定する必要があるため、測定ごとに高精度な処理が必要となると開発プロセスに長時間を要します。 一方、これらの欠点が少ない「自由空間法」も用いられますが、この場合は測定結果の解析に近似が用いられており、これによる誤差により正確な測定が困難になります。 。

「自由空間法は他の測定法に比べて測定サンプルの形状の制約が少なく、測定周波数帯域を拡張しやすいのが特徴です」と酒井氏は語る。 新解析手法は「自由空間法」と併用するため、より少ない制約で正確に誘電率を測定できます。

国立天文台とNICTは共同でミリ波やテラヘルツ波の周波数における高精度物性測定システムの研究開発を行っています。 天文機器の開発で得た知見と通信技術の開発で得た知見を融合させ、さらなる技術革新を目指しています。

- このプレスリリースはもともと自然科学研究機構のウェブサイトに掲載されたものです