VERA 22/43 GHz帯両偏波同時受信化について
萩原喜昭(東洋⼤)
秦和弘、鈴⽊駿策、⼩⼭友明、他⽔沢VLBI観測所開発Gメンバー(国⽴天⽂台)1

偏波VLBI観測によるサイエンス• 巨⼤ブラックホール近傍から噴出するジェットの⽣成・加速・収束には、磁場の役割が⽰唆されている。特に螺旋磁場が関わると予⾔されている。
• ジェット磁場構造の解明には、光学的により薄くなるミリ波帯で、VLBIによる空間分解と磁⼒線構造のイメージングが有効。
• その他 晩期型星の星周磁場構造、⼤質量星中の星形成領域

EHT 1.3mm

EHT collaboration

EAVN M87 43GHzEAVN collaboration

2

EAVN偏波ネットワーク• KVN, CVNは既に両偏波同時受信可能• VERA 22/43GHzの全局両偏波化を⽬指す。
• 外部資⾦の活⽤
⽔沢・⼊来局整備: 2016-2017年「ミリ波VLBIによるBHジェット研究」
萩原 基盤 B (2015-2018)
⽯垣・⼩笠原局整備： 2019年夏「次世代の国際VLBI観測網で明らかにする巨⼤ブラックホールジ ェットの磁⼒線構造」
秦 基盤 B(2019-2021)• VERA全局両偏波化で、K/Q帯で、⽇韓中 計9局・最⻑基線5000km超の両偏波VLBI観測網が完成する
3

VERAの両偏波同時受信化の⽅法• 2017年度末までに、⽔沢局と⼊来局の43GHz帯の両偏波化を実施: 周波数変換器（ダウンコンバーター）の製作・性能評価・望遠鏡設置(鈴⽊・⼩⼭・松枝・宇賀)。

ホーン

円偏波分離器

43G
LNA

周波数 中間周波数変換器 (IF)帯LHCP(左旋偏波)

改修前 (2015.4)のVERA局

43G LNA
LHC
P

IF帯

RHCP
(右旋円偏波)I F帯

右偏波用周波数変換器
改修後 (2017.3) (増設 )4両偏波化されたVERAフロントエンド
４、Q 帯右偏波用 DC 設置• 右偏波⽤の新ダウンコンバータ(右図)を⽔沢・⼊来20m鏡の上部機器室内のAビームステージ下に設置した(左下図)。
43GHz帯の信号(RF)⼊⼒は導波管(中央図)で、LOは既設の左偏波⽤のDCへと２分配して⼊⼒する。
上部機器室 A ビームステージ下に Q 帯右偏波用 DC を設置し、RF 入力（導波管）、LO 入力、IF 出力の同軸ケーブ
ルを接続後、結束バンドでケーブル類の固定を行った。

※LO 入力に 18 GHz 同軸ケーブル（1 m）を使用：ケーブルロス約-2.8 dBm（50GHz シンセサイザー出力：37.5 GHz／0 dBm、50GHz スペアナでパワー測定）※熱センサー制御用 LAN：K 帯左偏波用 DC に使用していた 5 系 LAN をハブで分配し、接続した。

図 13

Q 帯右偏波用 DC 設置

図3

Q 帯右偏波用 DC 内構造（下段：電源部）（上段：回路部）※熱センサー導入前

LO (Divider で分配)

RF AMP
5 V、12 V 出力22GHz 右偏波⽤DC

IF AMP

電源スイッチ

5 系 LAN をハブで分配

1 A 消費回路

ヒューズ

AC コンセントRF IN↑ ダウンコンバータ内部【作業内容】

１、Q 帯右偏波 IF 用同軸ケーブル性能評価

Q 帯右偏波 IF 用同軸ケーブルの性能評価として、50 GHz シンセ出力 0 dBm を同軸ケーブルに入力し、ケーブルA ビームステージ

出力パワーを 1～26 GHz の帯域内で 200 MHz 毎に測定しプロットした（図 6、7）。

← ダウンコンバータのVERA
20m鏡上部機器室での設置状況

IF 帯（3.5～7.5GHz）でのケーブルロスは約-7.8～-11.8 dBm であり不均一な数値となった。このケーブル特性は、後述する Q 帯右偏波 IF 帯のバンキャラに影響を及ぼしていると思われる（図 15 参照）。

43GHz 右偏波⽤DC

図450GHzシンセ
1～26GHz0dBm

Q 帯右偏波用 DC

天⽂台鈴⽊駿策⽒製作 ５、Q 帯右偏波用 DC 性能評価
（１）出力パワー測定

Q 帯右偏波 IF 用同軸ケーブルの性能評価（測定方法）

LO IN

IF OUT

IF用SMA同軸ケーブル（12m）

5 系 LAN

パワーメーター1～26GHz
200MHzに測定

図 5 出力パワー測定結果
200MHz毎に測定

周波数 output power
(GHz)
(dBm)
1.0-3.50
1.2-3.93
1.4-4.00
1.6-4.50
1.8-4.67
2.0-5.00
2.2-5.17
2.4-5.83
2.6-6.00

DC ATT のレベルを 5 dBm に設定した時、観測棟アナログ光伝送装置 Opt2 から出力される Q 帯左偏波の B ビ

周波数(GHz)
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4

output power(dBm)-6.50-8.50-8.67-9.50-7.67-9.50-9.17-8.33-9.33

周波数
(GHz)
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2

1GHz毎に測定

output power(dBm)-10.17-9.17-9.33-9.17-9.50-10.00-10.17-10.00-10.17

周波数
(GHz)
6.4
6.6
6.8
7.0
7.2
7.4
7.6
7.8
8.0

output power(dBm)-11.50-11.67-11.33-10.83-11.33-11.83-11.17-10.83-11.50

周波数(GHz)910111213
14151617

output power(dBm)-13.17-15.33-15.17-14.33-14.67-17.00-18.33-17.83-19.17周波数(GHz)
181920212223242526

output power(dBm)-18.33-18.33-19.17-19.67-19.50-21.33-22.83-22.33-26.175

⽔沢-⼊来間、43G帯両偏波同時初フリンジ検出• 2018年3⽉に43GHz帯の左右両偏波同時観測のフリン
ジを、ソフトウエア相関器で検出 (⼩⼭、宇賀ら)。
LCP
⽔沢局

⼊来局

左偏波フリンジ

RCP
右偏波

6

KaVA(⽇韓VLBI)５局での初のミリ波偏波短時間試験観測• 実施⽇: 2018年3⽉28⽇• 観測時間: 60分 (3C 279のtracking 観測)• 記録モード: 1Gbps (16 MHz x 8 IF x 2 pol x2 bit)
• 相関処理: ⽇韓合同相関器 (KJCC)• 初の43GHz帯KaVA偏波観測で、平⾏・交差偏波のフリンジが全基線で初めて検出。
• 左右両偏波同時観測から、相関局でのデータ処理、AIPSによるデータ解析に⾄る⼀連のパスが通ったことを確認できた。

Yonsei

Mizusawa

KVN
VERA

Ulsan

ChejyuIriki

参加したKaVA 5局

I map 3C 279~ 1.6 x 0.62 mas

7検出したフリンジの位相・振幅 (LL, RR): 平⾏偏波
左旋偏波 (LL)

緑：VERA内基線 (MIZ⽔沢, IRK⼊来) ⾚：KVN内基線
⻩ : VERA-KVN基線（YSソウル, US蔚⼭、TN済州島)

右旋偏波 (RR)

位相位相振幅振幅

MIZーIRKMIZーYS

MIZ-US
⽔沢-蔚⼭

MIZーIRKMIZーYS

MIZ-US

⽔沢-済州
MIZーTN

⼊来-ソウルIRKーYS

⼊来-蔚⼭
IRK-US

MIZーTN

IRKーYS

IRK-US

IRKーTNYSーUSYS-TNIRKーTNYSーUS 3C279

YS-TN

3C279

8

K,Q両偏波化(⼩笠原局・⽯垣島局)• 実施⽇
2019年7-8⽉• 作業内容- ダウン・コンバーター設置- IF切替えスイッチ設置• First light観測- 連続波- メーザー
22G: W49N(H2O)
43G: Orion-KL, W-Hya(SiO）
9⼩笠原局・⽯垣島局 ファーストライト観測
⽯垣島 (K-band, Ori-KL)

⼩笠原 ( (K-band, W49N)

LHCP
LHCP

RHCP

RHCP

⽯垣島 (Q-band, Ori-KL)

⼩笠原 (Q-band, W-Hya)

LHCP
LHCP

RHCP

RHCP
10

VERA 4局 22/43 G 両偏波フリンジ試験観測結果• 2019年9⽉15⽇• 記録モード GEO1D:1Gbps (16 MHz x 8 IF x 2 pol x 2 bit)
• 観測天体 3C84 (連続波), Orion-KL (H2O / SiO メーザー)• 相関処理 ⽔沢Softcos• 結果(次ページ) 22/43G帯で、４局全基線でフリンジ検出
43GHz帯のSNRが、 LLに⽐べRRが低い
⼊来(20%位), ⼩笠原(20%位)、⽯垣(10-15%位)- RHCP受信機(GaAs)のLHCP(InP)Rxとの雑⾳温度差が主因かTsys (K)

⽯垣(2019/7/10)

⼩笠原 (2019/8/13)

⼊来 (2018/1/19)

LHCP (InP LNA)

285 K

280 K

186 K

RHCP (GaAs LNA)

370 K

350 K

232 K
11

FRING SNR: 22GHz, 3C84 （秦担当）

Colors: different IFs

MIZ R (Ref antenna)

OGA R

SNR=30
SNR=30MIZ L (Ref antenna)

OGA L

SNR=25
IRK R

ISG R

SNR=25IRK L

ISG L
12Colors: different IFs
FRING SNR: 43GHz, 3C84 （秦担当）

MIZ R (Ref antenna)

OGA R

SNR=18

SNR=22
MIZ L (Ref antenna)

OGA L

SNR=18000
IRK R

SNR=14
ISG R

SNR=16

SNR=22000
IRK L

ISG L
13

位相・振幅 (22GHz, 3C84, FRING-fit後)
MIZ-IRKMIZ-OGAMIZ-ISG

RR

LL

RR

LL

RR

LL

RL

LR

RL

LR

RL

LR

14位相・振幅 (43GHz, 3C84, FRING-fit後)
MIZ-IRKMIZ-OGAMIZ-ISG

RR

LL

RR

LL

RR

LL

RL

LR

RL

LR

RLLR

15EAVN full track 両偏波試験観測• 22GHz, 43GHz 各12時間ずつの試験観測を予定• 22GHz: 2019年12⽉20⽇,KVN+VERA+Tianma(+Nanshan)• 43GHz: 2020年1⽉12⽇, KVN+VERA+Tianma• ⽬的:• VERA４局のD-term評価• EAVN偏波イメージングパフォーマンス評価• EAVN AGNサイエンスWGと星形成WGで協⼒して進める• 相関器偏波処理性能評価（KJCC, Softcos間で⽐較）• 天体: 3C84, 3C454, NRAO150等 & H2O/SiO masers• 記録モード: GEO1D (1Gbps, 16MHz x 8ch x 2pol)• 相関処理: KJCC, ⽔沢Softcos, (KASI-DiFX)
16

今後の展望• EAVN/KaVA共同利⽤タイムライン- 共同利⽤公開時期： 2021A (2020年11⽉頃)か?

EAVN M87 43GHz• C band VERA 4局両偏波化 (2020年度作業)- 資⾦獲得済三菱財団(若⼿)獲得(秦代表）• 22/43 GHz ２周波両偏波同時受信化- OCTAD 4チャンネル化 (新科研費申請？)

EAVN collaboration

EAVNによる、22/43GHz偏波イメージングが間も無くオープンになることはほぼ間違いないだろう。
科学観測提案に関連して、紀⽒講演(13:45-)参照 “東アジアVLBI AGNサイエ
ンスワーキンググループ活動報告 “17