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Oltre a contribuire allo sviluppo efficiente di ricevitori radio sensibili per radiotelescopi, permetterà lo sviluppo di dispositivi per le reti di comunicazione di prossima generazione, “Oltre il 5G / 6G”.
I ricercatori hanno inventato un nuovo metodo per misurare la permittività degli isolanti 100 volte più accuratamente di prima.
Questa tecnologia dovrebbe contribuire allo sviluppo efficiente di ricevitori radio sensibili per radiotelescopi e allo sviluppo di dispositivi per le reti di comunicazione di prossima generazione, “Oltre il 5G / 6G”.
La permittività è un valore che indica come gli elettroni all’interno di un isolante reagiscono 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 di apparecchiature di telecomunicazione, è necessario determinare con precisione la permittività dei materiali utilizzati per i circuiti stampati e le colonne e le pareti degli edifici.
Per la radioastronomia, i ricercatori devono anche conoscere la permittività dei componenti utilizzati nei ricevitori radio.
Ideando un metodo di calcolo per la propagazione delle onde elettromagnetiche, il team di ricerca ha sviluppato un algoritmo analitico che deriva la permittività direttamente piuttosto che per approssimazione.
Il team, composto da ricercatori e ingegneri del National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) e del National Institute of Information and Communications Technology (NICT), ha quindi utilizzato il nuovo metodo per misurare il materiale delle lenti per un ricevitore in fase di sviluppo per il radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e ha confermato che i risultati erano coerenti con altri metodi, dimostrando la sua efficacia nello sviluppo effettivo del dispositivo.
“Il metodo appena sviluppato dovrebbe contribuire 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 la banda onde millimetriche / terahertz”, afferma Ryo Sakai, ingegnere di NAOJ e autore principale del documento di ricerca pubblicato di recente.
La riduzione dell’errore dovuto all’approssimazione di un fattore 100 accelera il processo di sviluppo. Se la permittività dei singoli materiali viene misurata in modo impreciso, il prodotto fabbricato effettivo potrebbe non soddisfare le prestazioni previste.
Se la permittività è nota con precisione fin dalla fase di progettazione, è possibile ridurre inutili tentativi ed errori e ridurre i costi.
Convenzionalmente, esistono diversi metodi utilizzati per misurare la permittività. Un metodo che può misurare con precisione la permittività 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 inconveniente è che la permittività può essere misurata solo a diverse frequenze specifiche. Poiché è necessario misurare la permittività di vari materiali durante la fase di sviluppo di un dispositivo, se è necessaria un’elaborazione ad alta precisione per ogni misurazione, il processo di sviluppo richiederà molto tempo.
D’altra parte, viene utilizzato anche il “metodo dello spazio libero”, che ha 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 ha 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 con precisione la permittività con meno vincoli.
NAOJ e NICT hanno condotto congiuntamente attività di ricerca e sviluppo per sistemi di misurazione delle proprietà dei materiali ad alta precisione a frequenze di onde millimetriche e onde terahertz.
Il team punta a un’ulteriore innovazione tecnologica combinando le conoscenze acquisite attraverso lo sviluppo di strumenti astronomici con quelle acquisite dallo sviluppo della tecnologia di comunicazione.
