Точное измерение диэлектрической проницаемости улучшает приемники радиотелескопов

Исследователиизобрел новый метод измерить диэлектрическую проницаемость изоляторов в 100 раз точнее, чем раньше. Ожидается, что эта технология будет способствовать эффективной разработке чувствительных радиоприемников для радиотелескопов, а также разработке устройств для сетей связи следующего поколения «За пределами 5G/6G».

Диэлектрическая проницаемость — это величина, показывающая, как электроны внутри изолятора реагируют, когда к изолятору прикладывается напряжение. Это важный параметр для понимания поведения радиоволн при прохождении через изоляторы. При разработке телекоммуникационного оборудования необходимо точно определять диэлектрическую проницаемость материалов, используемых для изготовления печатных плат, колонн и стен зданий. В радиоастрономии исследователям также необходимо знать диэлектрическую проницаемость компонентов, используемых в радиоприемниках.

Разработав метод расчета распространения электромагнитных волн, исследовательская группа разработала аналитический алгоритм, который определяет диэлектрическую проницаемость напрямую, а не путем аппроксимации. Команда, состоящая из исследователей и инженеров из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ) и Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT), затем использовала новый метод для измерения материала линз для приемника, разрабатываемого для Атакамского Большого Миллиметра. /submillimeter Array (ALMA) и подтвердил, что результаты согласуются с другими методами, продемонстрировав его эффективность при разработке реальных устройств.

«Ожидается, что недавно разработанный метод будет способствовать не только проектированию компонентов радиотелескопов, но и разработке высокочастотных материалов и устройств для реализации сетей связи следующего поколения (за пределами 5G/6G) с использованием миллиметровых волн. /терагерцевого диапазона», — говорит Рё Сакаи, инженер NAOJ и ведущий автор недавно опубликованной исследовательской работы.

Уменьшение ошибки из-за аппроксимации в 100 раз ускоряет процесс разработки. Если диэлектрическая проницаемость отдельных материалов измерена неточно, фактическое изготовленное изделие может не соответствовать целевым характеристикам. Если диэлектрическая проницаемость точно известна на этапе проектирования, можно сократить количество ненужных проб и ошибок и сократить затраты.

Традиционно существует несколько методов измерения диэлектрической проницаемости. Одним из методов, позволяющим точно измерить диэлектрическую проницаемость, является «резонансный метод», но в этом случае измеряемый материал необходимо поместить в устройство, называемое резонатором, что требует прецизионной обработки материала, иногда толщиной менее нескольких сотен микрометров. Еще одним недостатком является то, что диэлектрическую проницаемость можно измерить только на нескольких определенных частотах. Поскольку измерять диэлектрическую проницаемость различных материалов необходимо на стадии разработки устройства, если для каждого измерения требуется высокоточная обработка, процесс разработки займет длительное время. С другой стороны, также используется «метод свободного пространства», который имеет меньше этих недостатков, но в этом случае для анализа результатов измерений используется приближение, и вызванная этим погрешность затрудняет точное измерение. .

«По сравнению с другими методами измерения метод в свободном пространстве имеет меньше ограничений на форму измеряемого образца и позволяет легко расширить полосу частот измерения», — говорит Сакаи. Новый метод анализа используется вместе с «методом свободного пространства», что означает, что с помощью нового метода мы можем точно измерить диэлектрическую проницаемость с меньшими ограничениями.

NAOJ и NICT совместно проводят исследования и разработки высокоточных систем измерения свойств материалов на частотах миллиметровых и терагерцовых волн. Команда стремится к дальнейшим технологическим инновациям, объединяя знания, полученные в результате разработки астрономических инструментов, с знаниями, полученными в результате разработки коммуникационных технологий.

- Этот пресс-релиз был первоначально опубликован на веб-сайте Национальных институтов естественных наук.