La misurazione accurata della permittività fa avanzare i ricevitori del radiotelescopio

Ricercatoriha inventato un nuovo metodo per misurare la permettività degli isolanti 100 volte più accuratamente di prima. Si prevede che questa tecnologia contribuirà allo sviluppo efficiente di ricevitori radio sensibili per radiotelescopi nonché allo sviluppo di dispositivi per le reti di comunicazione di prossima generazione, “Oltre 5G/6G”.

La permettività è un valore che indica come reagiscono gli elettroni all'interno di un isolante quando viene applicata una tensione all'isolante. È un parametro importante per comprendere il comportamento delle onde radio mentre viaggiano attraverso gli isolanti. Nello sviluppo delle apparecchiature per le telecomunicazioni, è necessario determinare con precisione la permettività dei materiali utilizzati per i circuiti stampati e per la costruzione di colonne e pareti. Per la radioastronomia, i ricercatori devono anche conoscere la permettività dei componenti utilizzati nei ricevitori radio.

Ideando un metodo di calcolo per la propagazione delle onde elettromagnetiche, il gruppo di ricerca ha sviluppato un algoritmo analitico che ricava la permettività direttamente anziché per approssimazione. Il team, composto da ricercatori e ingegneri dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) e dell'Istituto Nazionale di Tecnologia dell'Informazione e della Comunicazione (NICT), ha quindi utilizzato il nuovo metodo per misurare il materiale delle lenti per un ricevitore in fase di sviluppo per l'Atacama Large Millimeter. /submillimeter Array (ALMA) e ha confermato che i risultati erano coerenti con altri metodi, dimostrando la sua efficacia nello sviluppo reale del dispositivo.

“Si prevede che il metodo appena sviluppato contribuirà non solo alla progettazione di componenti del radiotelescopio, ma anche allo sviluppo di materiali e dispositivi ad alta frequenza per la realizzazione di reti di comunicazione di prossima generazione (oltre 5G/6G) utilizzando l’onda millimetrica /terahertz”, afferma Ryo Sakai, ingegnere della NAOJ e autore principale del documento di ricerca pubblicato di recente.

Riducendo l'errore dovuto all'approssimazione di un fattore 100 si accelera il processo di sviluppo. Se la permettività dei singoli materiali viene misurata in modo impreciso, il prodotto effettivamente fabbricato potrebbe non soddisfare le prestazioni target. Se la permettività è nota con precisione fin dalla fase di progettazione, è possibile ridurre tentativi ed errori inutili e tagliare i costi.

Convenzionalmente, esistono diversi metodi utilizzati per misurare la permettività. Un metodo in grado di misurare con precisione la permettività è il “metodo di risonanza”, ma in tal caso il materiale da misurare deve essere collocato in un dispositivo chiamato risonatore, che richiede una lavorazione di precisione del materiale, a volte inferiore a diverse centinaia di micrometri di spessore. Un altro svantaggio è che la permettività può essere misurata solo a diverse frequenze specifiche. Poiché è necessario misurare la permettività di vari materiali durante la fase di sviluppo di un dispositivo, se per ciascuna misurazione è richiesta un'elaborazione ad alta precisione, il processo di sviluppo richiederà molto tempo. D'altra parte viene utilizzato anche il "metodo dello spazio libero", che presenta meno di questi inconvenienti, ma in questo caso è stata utilizzata un'approssimazione per analizzare i risultati della misurazione e l'errore causato da ciò rende difficile una misurazione accurata .

"Rispetto ad altri metodi di misurazione, il metodo dello spazio libero presenta meno restrizioni sulla forma del campione di misurazione ed è facile estendere la banda di frequenza di misurazione", afferma Sakai. Il nuovo metodo di analisi viene utilizzato con il “metodo dello spazio libero”, il che significa che con il nuovo metodo possiamo misurare accuratamente la permettività con meno vincoli.

NAOJ e NICT hanno condotto congiuntamente ricerca e sviluppo per sistemi di misurazione delle proprietà dei materiali ad alta precisione alle frequenze delle onde millimetriche e delle onde terahertz. Il team punta a un'ulteriore innovazione tecnologica combinando la conoscenza acquisita attraverso lo sviluppo di strumenti astronomici con quella acquisita dallo sviluppo della tecnologia di comunicazione.

- Il presente comunicato stampa è stato originariamente pubblicato sul sito web del National Institutes of Natural Sciences