第10回 受信機ワークショップ, Mar.05-06, 2010
野辺山 45 m 望遠鏡用 100 GHz 帯
2SB 受信機システムの開発
中島 拓(国立天文台・野辺山)
宮澤 千栄子、岩下 浩幸、久野 成夫、川辺 良平(国立天文台・野辺山)
片瀬 徹也、西村 淳、木村 公洋、小川 英夫(大阪府大・理)
酒井 剛、河野 孝太郎(東京大学・理)
浅山 信一郎(国立天文台・ALMA)
田村 友範、野口 卓(国立天文台・ATC)
発表内容
1. 45 m 鏡用新観測システムの概要
2. 100 GHz 帯 2SB 受信機システムの開発
2-1. シングルビーム受信機
2-2. 2 ビーム受信機
2-3. マルチビーム受信機
3. 今後の展望
はじめに
• 野辺山 45 m 望遠鏡
– ミリ波観測用としては世界最大級
– ALMA に向けて重要な観測的研究
– ALMA 時代にも重要な単一鏡
– 100 GHz 帯 ⇒ IRAM 30 m 鏡
(”EMIR” ; 2SB receiver, Trx~50K, IF=4-12 GHz)
– 低周波 ⇒ GBT 100 m 鏡
(K,Ka band ; Tsys~40 K)
早急に 45m 鏡の観測システムの開発・改修が必要
45 m 鏡用新観測システムの概要
HEMT 系
5-7 GHz
旧 SIS 系
2SB SIS系
4-8 GHz
4 GHz,3 bit
0.5 GHz x 8
2 GHz x 16
45 m 鏡用新観測システムの概要
• 受信機、IF 系、A/Dコンバータ、分光計、
制御ソフト、解析プログラムの開発
– 高感度・広帯域受信機
• 2SB 受信機(IF=4-8 GHz)
– 広帯域・高分解能分光計
• 2 GHz (4096 チャネル) x 16 台= 32 GHz
※
特別推進研究「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の
進化の研究」(代表:河野)などのサポートによる
45 m 鏡用新観測システムの概要
• 望遠鏡および光学系の改修
– 日よけパネル 700 枚交換
– 主鏡パネル一部交換
– ビーム伝送系ミラー交換(検討中)
100 GHz 帯 2SB 受信機の開発
・ 45 m 望遠鏡の最高周波数として重要な受信機
・ さらなる高感度化、広帯域化を目指す
現状
1.S80/S100 : 片偏波シングルビーム(SSB モード)
2.BEARS
: 片偏波マルチビーム(DSB モード)
計画
1.T100
: 両偏波シングルビーム(2SB モード)
→ 2008 年より共同利用に公開
2.TZ
: 両偏波 2 ビーム(2SB モード)
→ 2009 年より所内観測で試験中
3.新マルチ
: 両偏波マルチビーム(2SB モード)
7
受信機開発(1):T100
シングルビーム両偏波・2SB 受信機
–
–
–
従来の S80/S100 の後継機
2007 年 12 月搭載・試験運用
2009 年 2 月より本格運用
仕様
RF ; 80-115 GHz
I F ; 4-8 GHz x 4 系統
Trx ; ~ 50 K (SSB)
IRR; > 10 dB
(Nakajima et al. 2008)
8
従来の受信機(S100)の性能
新受信機(T100)の性能
• fLO=80-115 GHz に対し、Trx~50 K
(従来の1/4の低雑音化に成功)
200
200
V-pol.
USB
LSB
150
150
100
100
50
50
0
80
85
90
95
100
105
LO Frequency [GHz]
(Nakajima et al. 2008)
110
USB
LSB
H-pol.
115
0
80
85
90
95
100
105
LO Frequency [GHz]
110
115
サイドバンド分離比(IRR)測定装置
• 観測したいスペクトルと同じ周波数の信号を送信
• USB,LSB 出力をスペアナで測定し、IRRを算出
(Nakajima et al. 2010)
サイドバンド分離比(IRR)測定装置
(Nakajima et al. 2010)
サイドバンド分離比(IRR)測定装置
(Nakajima et al. 2010)
サイドバンド分離比(IRR)測定装置
(Nakajima et al. 2010)
受信機開発(2):TZ
2 ビーム両偏波・2SB 受信機
–
–
–
現在開発中の新受信機
2009 年秋~搭載試験中
2010 年秋~本格運用予定
仕様
RF ; 80-115 GHz
I F ; 4-8 GHz x 8 系統
目的
・ 点源天体の観測
・ どちらかのビームが必ず
on 点を観測する
15
TZ 受信機の on-on 観測
従来機
TZ受信機
TZ 受信機によるサイエンス
特別推進研究「超広帯域ミリ波サブミリ波観測による大規模構造の進化の研究」(代表;河野 孝太郎)
「ASTE で見出されたサブミリ銀河の CO 探査」
1. サブミリ銀河探査
2. 距離・年代の推定
↓
z=2~4 で CO(2-1),(3-2),
(4-3),(5-4) が 70-120 GHz
に来る
⇒ red shift の決定
Hatsukade et al., submitted to ApJ
17
TZ 受信機ブロック図
2ビーム・両偏波・両サイドバンド
–
–
–
–
–
–
ホーン x 2
OMT x 2
2SB ミクサ x 4
IF ハイブリッド x 4
アイソレータ x 8
HEMT アンプ x8
IF = 4-8 GHz x 8 系統
(32 GHz を出力)
18
ファーストライト1(May 23, 2009)
観測ライン : 12CO (J=1-0)
観測天体 : 晩期型炭素星 IRC+10216(CW Leo)
1.5
8
Ta* [K]
6
1
4
0.5
2
0
0
-2
115.15
115.2
115.25
115.3
Frequency [GHz]
115.35
115.4
-0.5
115.15
115.2
115.25
115.3
Frequency [GHz]
115.35
115.4
ファーストライト2(Dec 15, 2009)
観測天体 : R-Cas(SiO メーザー)
観測装置 : TZ受信機+新IF 系+PANDA+SAM45
ビームパターンの測定結果
ビームパターンの計算値
100
ビーム間隔 : 46 ± 3 秒
ビーム能率 : 約 50 %
ビームサイズ: 18.9 秒
x=0
x=-58
90
80
70
60
50
40
-160
-120
-80
-40
0
40
80
Angle [arcsec]
土星の連続波で測定されたビームパターン
定在波除去装置(PLM)の開発
10
PLMなし
PLMあり
9
8
7
6
5
6
6.1
• 片瀬 徹也ほかポスター
– 「1.85 m 及び 45 m 電波望遠鏡に搭載する
定在波除去 装置の開発について」参照
6.2
6.3
IF [GHz]
6.4
6.5
受信機開発(3):新マルチ
マルチビーム両偏波・2SB 受信機
–
–
–
BEARS の後継機
現在開発中の新受信機
2010 年秋~搭載試験予定
仕様
Beam ; 初期:2x2 = 4 ビーム
次期:4x4 = 16 ビーム
RF ; 80-115 GHz
I F ; 4-8 GHz
両偏波・片サイドバンド 32 GHz 観測
目的
・ OTF との組み合わせで
高感度・高速マッピング
23
2x2 ビーム受信機の設計
• 光学系の設計(主に大阪府立大学)
2x2 ビーム受信機の設計
• 2SB ミクサの設計
• 体積比で従来の 40 % のコンパクト化
Asayama et al. (2004)
4x4ビーム受信機の設計
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今後の予定
<TZ (2 ビーム) 受信機>
2009 冬~春
45 m 鏡搭載試験(所内観測)
2010 春~秋
実験室性能評価
・Trx, IRR 性能の向上
・受信機出力安定度の向上
2010 秋
科学運用(共同利用観測)開始
<新マルチ受信機>
2009 冬~春
受信機性能評価(1 ビーム)
2010 秋
45 m 鏡搭載試験(4 ビーム)
2011 or 12 45 m 鏡搭載試験(16 ビーム)
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