La medición precisa de la permitividad avanza en los receptores de radiotelescopios

Investigadoresinventó un método novedoso medir la permitividad de los aisladores con 100 veces más precisión que antes. Se espera que esta tecnología contribuya al desarrollo eficiente de receptores de radio sensibles para radiotelescopios, así como al desarrollo de dispositivos para redes de comunicación de próxima generación, "Más allá de 5G/6G".

La permitividad es un valor que indica cómo reaccionan los electrones dentro de un aislante cuando se aplica un voltaje al aislante. Es un parámetro importante para comprender el comportamiento de las ondas de radio cuando viajan a través de aisladores. En el desarrollo de equipos de telecomunicaciones, es necesario determinar con precisión la permitividad de los materiales utilizados para las placas de circuito y las columnas y paredes de la construcción. Para la radioastronomía, los investigadores también necesitan conocer la permitividad de los componentes utilizados en los receptores de radio.

Al idear un método de cálculo para la propagación de ondas electromagnéticas, el equipo de investigación desarrolló un algoritmo analítico que deriva la permitividad directamente en lugar de por aproximación. El equipo, formado por investigadores e ingenieros del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y el Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT), utilizó el nuevo método para medir el material de la lente de un receptor que se está desarrollando para el Atacama Large Millimeter. /submillimeter Array (ALMA) y confirmó que los resultados eran consistentes con otros métodos, demostrando su efectividad en el desarrollo de dispositivos reales.

“Se espera que el método recientemente desarrollado contribuya no solo al diseño de componentes de radiotelescopios, sino también al desarrollo de materiales y dispositivos de alta frecuencia para la realización de redes de comunicación de próxima generación (más allá de 5G/6G) utilizando la onda milimétrica. /banda de terahercios”, dice Ryo Sakai, ingeniero de NAOJ y autor principal del artículo de investigación publicado recientemente.

Reducir el error debido a la aproximación en un factor de 100 acelera el proceso de desarrollo. Si la permitividad de los materiales individuales se mide de manera incorrecta, es posible que el producto fabricado real no cumpla con el rendimiento objetivo. Si la permitividad se conoce con precisión desde la etapa de diseño, se pueden reducir las pruebas y errores innecesarios y se pueden reducir los costos.

Convencionalmente, existen varios métodos utilizados para medir la permitividad. Un método que puede medir con precisión la permitividad es el “método de resonancia”, pero en ese caso, el material a medir debe colocarse en un dispositivo llamado resonador, que requiere un procesamiento preciso del material, a veces de menos de varios cientos de micrómetros de espesor. Otro inconveniente es que la permitividad sólo se puede medir en varias frecuencias específicas. Dado que es necesario medir la permitividad de diversos materiales durante la etapa de desarrollo de un dispositivo, si se requiere un procesamiento de alta precisión para cada medición, el proceso de desarrollo llevará mucho tiempo. Por otro lado, también se utiliza el “método del espacio libre”, que tiene menos de estos inconvenientes, pero en este caso se ha utilizado una aproximación para analizar los resultados de la medición, y el error causado por esto dificulta la medición precisa. .

"En comparación con otros métodos de medición, el método del espacio libre tiene menos restricciones en la forma de la muestra de medición y es fácil ampliar la banda de frecuencia de medición", dice Sakai. El nuevo método de análisis se utiliza con el "método del espacio libre", lo que significa que con el nuevo método podemos medir con precisión la permitividad con menos restricciones.

NAOJ y NICT han estado realizando conjuntamente investigación y desarrollo de sistemas de medición de propiedades de materiales de alta precisión en frecuencias de ondas milimétricas y de terahercios. El equipo apunta a una mayor innovación tecnológica combinando el conocimiento adquirido mediante el desarrollo de instrumentos astronómicos con el obtenido mediante el desarrollo de tecnologías de comunicación.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales.