ALMA Band10 用 導波管型 LO カプラ一体型低雑音 SIS ミクサ

小嶋崇文 ( 国立天文台 / 大阪府立大学 ) M. Kroug, 藤井泰範 , 金子慶子 , 宮地晃平 , 鵜澤佳徳 ( 国立天文台 ), 王鎮 ( 情報通信研究機構 ), 小川英夫（大阪府立大学）

黒岩宏一 ( 大阪府立大学 )

LOカプラ一体型ミクサブロック の開発目的

① LO 信号の典型的な出力は 10-15 mW

　　　

② テラヘルツ帯では単位長さ当たりの導波管の損失が増大

　　　　　　　　　

LO カプラ一体型ミクサブロックの設計10 dB coupler

RF Signal

6.2 mm

LO diagonal horn

RF Corrugated horn

SuperconductingMagnetic coil

IF output

LO Signal

Port 1 Port 2Port 3Port 4

RF in

LO in

Mixer chip

Termination100 mm

6.2 mm → 0.3 dB 損失WR-1.2 冷却時損失測定

LO カプラ一体型ミクサ 雑音温度測定

Mixer

Isol

atorIF chain at room temperature

4K stage

CLN

A

LO source

ColdLoad

Hot load

Chopper

RF 側LO 側

カプラの RF 側 ,LO 側の雑音温度を測定　　　→カップリング率を冷却で測定可能

雑音温度・利得測定結果

0

200

400

600

800

0.78 0.80 0.82 0.84 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96

LO Frequency [THz]

Noi

se T

empe

ratu

re [K

]

-20

-15

-10

-5

Mix

er G

ain[

dB]

2000

4000

6000

8000

10000

0.78 0.80 0.82 0.84 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96

LO Frequency [THz]N

oise

Tem

pera

ture

[K]

-30

-25

-20

-15

Mix

er G

ain

[dB

]

5hf/kB

7.5hf/kB

RF 側 LO 側

→ 0.8 – 0.95 THz で 330 K 以下　 0.87 THz で 221 K

冷却時 カップリング率

-3

-2

-1

0

0.78 0.80 0.82 0.84 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96

LO Frequency [THz]

Tra

nsm

issi

on (

S21

) [d

B]

-15

-10

-5

0

Cou

plin

g (S

24)

[dB

]

RF inLO in

Port 1

Port 4

MixerTerminationPort 3

Port 2測定値計算値

結論10 dB LO カプラは計算値とよく一致

→ カプラ部が設計どおりにできていることを示唆

0.8 – 0.95 THz で雑音温度 330 K 以下　 → ALMA Band10 の使用に耐えうる

ポスターをご参照ください

はじめに

ヘテロダイン受信機で RF と LO 信号を結合する手法

　　・ ビームスプリッタ　　　機械的に不安定　　・ 導波管型カプラ　 　 機械的に安定

雑音温度・利得測定

ColdLoad

Mixer

Isol

ator

Hot load

Chopper

IF chain at room temperature

4K stage

LO source

CLN

A

ALMA のスペック

• 230K 　ミクサ　前段のロスを下げる• 導波管のロス　カップラのロス（カップリング

率）• ミリ波でも評価されていない• 評価方法• 導波管を小さく　• （定倍機を離す）　 110K• 4K ステージには電力供給から定倍機をおけない