導波管型サイドバンドセパレーティングミクサの開発

従来、ミリ波帯観測装置では、受信機のシングルサイドバンド(SSB)化は準光学方式の干渉計や機械式同調方式などでイメージバンドにフィルタをかけることにより実現していた。しかし、これらの方式は必ず可動部品を伴うため、再現性や経年変化など問題点があった。これに対して、本研究のテーマであるサイドバンド分離ミクサは、可動部品がなく安定に動作する。この分離ミクサの実現にはミリ波帯90°ハイブリッドの開発が不可欠である。このハイブリッドの開発では電波の散乱行列に関する特性を行列計算で解析的に求め、電磁界解析法を用いて最適化した。その結果、比帯域〜30%のミリ波帯ハイブリッドの開発に成功した。また同様の手法でLO同位相分波器および方向性結合器等を開発し、ミクサには超伝導SIS素子を用いてサイドバンド分離ミクサの開発を行った。入力周波数90-115GHz(IF=4-8GHz)の受信機性能は、SSB雑音温度60K、最小雑音温度50K(@100GHz)、サイドバンド比10dBを達成した。さらに開発したサイドバンド分離ミクサを当研究室のオゾン観測装置に搭載し、オゾンスペクトルの受信に成功した。さらに150GHz帯の受信機性能としては、入力周波数125-163GHz帯にわたり、SSB雑音温度45K、サイドバンド比10dBを達成した。これはALMAプロジェクトのBand4と呼ばれる周波数帯に使用予定である。またCO(J=2-1)スペクトル観測のための200GHz帯の受信機としては、入力周波数220-230GHzにわたり、SSB雑音温度100K、サイドバンド比10dB以上を達成した。この受信機は60cm電波望遠鏡に搭載され、CO(J=2-1)スペクトルの観測に成功した。200GHz帯で、望遠鏡に搭載された導波管型分離ミクサを用いた天体スペクトル受信は世界初である。これらの分離ミクサはいずれも同ミクサとして世界最高の水準の部類に属しており、今後の展開が期待される。

従来、ミリ波帯観測装置では、受信機のシングルサイドバンド(SSB)化は準光学方式の干渉計や機械式同調方式などでイメージバンドにフィルタをかけることにより実現していた。しかし、これらの方式は必ず可動部品を伴うため、再現性や経年変化など問題点があった。これに対して、本研究のテーマであるサイドバンド分離ミクサは、可動部品がなく安定に動作する。この分離ミクサの実現にはミリ波帯90°ハイブリッドの開発が不可欠である。このハイブリッドの開発では電波の散乱行列に関する特性を行列計算で解析的に求め、電磁界解析法を用いて最適化した。その結果、比帯域〜30%のミリ波帯ハイブリッドの開発に成功した。また同様の手法でLO同位相分波器および方向性結合器等を開発し、ミクサには超伝導SIS素子を用いてサイドバンド分離ミクサの開発を行った。入力周波数90-115GHz(IF=4-8GHz)の受信機性能は、SSB雑音温度60K、最小雑音温度50K(@100GHz)、サイドバンド比10dBを達成した。さらに開発したサイドバンド分離ミクサを当研究室のオゾン観測装置に搭載し、オゾンスペクトルの受信に成功した。さらに150GHz帯の受信機性能としては、入力周波数125-163GHz帯にわたり、SSB雑音温度45K、サイドバンド比10dBを達成した。これはALMAプロジェクトのBand4と呼ばれる周波数帯に使用予定である。またCO(J=2-1)スペクトル観測のための200GHz帯の受信機としては、入力周波数220-230GHzにわたり、SSB雑音温度100K、サイドバンド比10dB以上を達成した。この受信機は60cm電波望遠鏡に搭載され、CO(J=2-1)スペクトルの観測に成功した。200GHz帯で、望遠鏡に搭載された導波管型分離ミクサを用いた天体スペクトル受信は世界初である。これらの分離ミクサはいずれも同ミクサとして世界最高の水準の部類に属しており、今後の展開が期待される。