La mesure précise de la permittivité fait progresser les récepteurs de radiotélescopes

Des chercheursinventé une nouvelle méthode mesurer la permittivité des isolants avec 100 fois plus de précision qu'auparavant. Cette technologie devrait contribuer au développement efficace de récepteurs radio sensibles pour les radiotélescopes ainsi qu'au développement de dispositifs pour les réseaux de communication de nouvelle génération, « Au-delà de la 5G/6G ».

La permittivité est une valeur qui indique comment les électrons à l'intérieur d'un isolant réagissent lorsqu'une tension est appliquée à l'isolant. Il s’agit d’un paramètre important pour comprendre le comportement des ondes radio lorsqu’elles traversent les isolants. Lors du développement d’équipements de télécommunications, il est nécessaire de déterminer avec précision la permittivité des matériaux utilisés pour les circuits imprimés et les colonnes et murs des bâtiments. Pour la radioastronomie, les chercheurs doivent également connaître la permittivité des composants utilisés dans les récepteurs radio.

En concevant une méthode de calcul de la propagation des ondes électromagnétiques, l’équipe de recherche a développé un algorithme analytique qui dérive la permittivité directement plutôt que par approximation. L'équipe, composée de chercheurs et d'ingénieurs de l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) et de l'Institut national des technologies de l'information et des communications (NICT), a ensuite utilisé la nouvelle méthode pour mesurer le matériau de la lentille d'un récepteur en cours de développement pour le grand millimètre d'Atacama. /submillimeter Array (ALMA) et a confirmé que les résultats étaient cohérents avec d'autres méthodes, démontrant ainsi son efficacité dans le développement réel de dispositifs.

« La méthode nouvellement développée devrait contribuer non seulement à la conception de composants de radiotélescopes, mais également au développement de matériaux et de dispositifs haute fréquence pour la réalisation de réseaux de communication de nouvelle génération (au-delà de la 5G/6G) utilisant les ondes millimétriques. /bande térahertz », explique Ryo Sakai, ingénieur chez NAOJ et auteur principal du document de recherche publié récemment.

Réduire l’erreur due à l’approximation d’un facteur 100 accélère le processus de développement. Si la permittivité de matériaux individuels est mesurée de manière inexacte, le produit réellement fabriqué risque de ne pas atteindre les performances cibles. Si la permittivité est connue avec précision dès la phase de conception, les essais et erreurs inutiles peuvent être réduits et les coûts peuvent être réduits.

Classiquement, plusieurs méthodes sont utilisées pour mesurer la permittivité. Une méthode permettant de mesurer avec précision la permittivité est la « méthode de résonance », mais dans ce cas, le matériau à mesurer doit être placé dans un dispositif appelé résonateur, ce qui nécessite un traitement précis du matériau, parfois inférieur à plusieurs centaines de micromètres d'épaisseur. Un autre inconvénient est que la permittivité ne peut être mesurée qu'à plusieurs fréquences spécifiques. Puisqu'il est nécessaire de mesurer la permittivité de divers matériaux pendant la phase de développement d'un appareil, si un traitement de haute précision est requis pour chaque mesure, le processus de développement prendra beaucoup de temps. D'autre part, la « méthode de l'espace libre », qui présente moins de ces inconvénients, est également utilisée, mais dans ce cas, une approximation a été utilisée pour analyser les résultats de mesure, et l'erreur provoquée par cela rend difficile une mesure précise. .

"Par rapport à d'autres méthodes de mesure, la méthode en espace libre impose moins de restrictions sur la forme de l'échantillon à mesurer et il est facile d'étendre la bande de fréquence de mesure", explique Sakai. La nouvelle méthode d'analyse est utilisée avec la « méthode de l'espace libre », ce qui signifie qu'avec la nouvelle méthode, nous pouvons mesurer avec précision la permittivité avec moins de contraintes.

NAOJ et NICT mènent conjointement des travaux de recherche et de développement sur des systèmes de mesure de haute précision des propriétés des matériaux aux fréquences d'ondes millimétriques et térahertz. L'équipe vise davantage d'innovation technologique en combinant les connaissances acquises grâce au développement d'instruments astronomiques avec celles acquises grâce au développement des technologies de communication.

- Ce communiqué de presse a été initialement publié sur le site Internet des National Institutes of Natural Sciences