UHF 帯 FM-CW レーダに関する基礎検討 Fundamental Study on FM-CW Radar at UHF band 八戸工業大学柴田研究室序論現在、自動車の衝突防止用としてミリ波帯の電波を使用したレーダシステムが実用化されている。一方、ＵＨＦ帯は携帯電話を初めとした多種多様な移動通信システムとして幅広く利用され、部品のコストも低い。そこで本研究では、ＵＨＦ帯ＦＭ-ＣＷレーダの開発を目的とし、構成コンポーネントとシステムの設計（シュミレーション）と評価を行った。幅とＴ＝25μｓののこぎり波の周期を代入し、さらにＲ＝ 100ｍの遅延線路長と光速を代入しビート周波数の理論値を求めると、ケーブルの誘電率を無視すれば理論値は 1066.7 Ｈｚとなった。次にビート周波数の測定値を式(2)にて求める。動作原理実験を行ったFM-CWレーダの原理を図 1 に示す。矩形波発生器の三角波をマイクロ波発振器に入力すると出力される電磁波の周波数は時間変化する。これをバンドパスフィルターに通して余分な周波数を遮断し方向性結合器へ伝達するとF1 とＦ2 の矢印の各方向に別れる、その際Ｆ2 側の信号は遅延線路を通るため、Ｆ1 を通過した周波数とはミキサへの到達時間が異なり、Ｆ1 とＦ2 の周波数の差がミキサのビート信号としてIF信号が出力される。この式にＦＭ－ＣＷレーダ測定時のオシロスコープを引き延ばした時の値である 800μｓを代入すると、1250Ｈｚとなった。そこで算出した理論値と測定値から、誤差率は f1  理論値－測定値  100・・・・(3) 理論値となるのでこの式（3）に算出した理論値と測定値を代入すると、誤差率は 17％という結果を得た。さらに、算出したビート周波数を用い、測定値の距離に対する距離誤差も検討した。使用する式は誤差率  L 図 1 FM-CW レーダの回路図実験本研究では、図 2 のオンボード化した実験回路の動作確認を行った。機器に電圧±15Ｖを加え、ＦＭ-ＣＷレーダのビートIF出力をオシロスコープにて観測した。 1 ・・・・(2) Ｔ f1ＴC ・・・・(4) 2f であり、この式に実験で測定した数値と算出した測定値を代入すると、117.1875ｍとなった。この数値から遅延線路の長さの 100ｍを引くと、誤差は約 17ｍとなった。さらに開発したＦＭ-ＣＷレーダの距離精度から、天候観測や地中探知用レーダとして活用可能であるか確認するため、距離分解能も算出した。距離分解能とは測定対象物に電波を照射した時の値と実際の距離の値との誤差である。そのため式（5）を使用する。 Rbin  C T  1  C    2 f  T  2  f ・・・・(5) この式で周波数変化幅が 40ＭＨｚの時の計算結果を表 1 に示す。これより周波数変化幅が 40ＭＨｚの時、距離分解能は 3.75ｍとなった。さらに変化幅 10ＭＨｚの場合でも距離分解能が 15ｍの為、ＵＨＦ帯では天候観測レーダとして使用可能だが、変化幅 40ＭＨｚの時、距離分解能が 3.75ｍの為、地中探知用レーダとしても活用可能と考える。表 1 周波数変化幅と距離分解能周波数変化幅 [MHz] 図2 FM-CW レーダの実験回路今回の実験では実験機器が正常に作動することが確認でき、さらに周波数変化幅 40MHz や図 3 ののこぎり波の 25ms と引き延ばした波形からは図 4 の 800μｓが確認できた。図 3 測定時のオシロの画像図 4 波形を引き延ばしたオシロの画像誤差検討そこで実験で測定した数値を用い、理論値と測定値を算出する。まずビート周波数の理論値を求める式は  f1  f 2 R  ・・・・(1) Ｔ C となる。この式に実験で測定した数値Δｆ＝40ＭＨｚの変化距離分解能 [m] 10 15.00 40 3.75 45 3.33 まとめ今回の実験ではすべての使用機器が問題なく使用でき、ＦＭ-ＣＷレーダとして正常に動作することを確認できた。そして実験で測定した理論値と測定値のビート周波数の誤差率は 17％という結果となった。一方、距離分解能は周波数変化幅が 40ＭＨｚの時 3.75ｍなので、ＵＨＦ帯にて天候観測レーダだけではなく地中探知用レーダとしても使用できると評価できた。今後の課題今回オシロスコープでのこぎり波やIF波形などを測る時は、ほとんど手動で行っていた。今後は、パソコンから制御できるようなプログラムの確立が必要である。さらに今回はアンテナの変わりに遅延線路を用い実験を行ったが、次回からは空間に電磁波を送信し実験を行いたい。参考文献 [1]吉村義弘,藤森允之：レーダ工学の基礎,哲学出版,pp.1-15(1971). [2]電気学会：電気電子応用計測, pp52-54.