世界最高性能、UWBレーダー向けチップセットの開発に成功

富士通株式会社と株式会社富士通研究所（代表取締役社長村野和雄、本社神奈川県川崎市）および独立行政法人情報通信研究機構（理事長長尾真、本部東京都小金井市）は、インジウムリン高電子移動度トランジスタ^(注1)を用いて、準ミリ波ウルトラワイドバンド(UWB)^(注2)レーダーを実現するためのチップセットの開発に成功しました。このチップセットにより、車載レーダーやセキュリティセンサーに適した10メートルまでの近距離範囲において、準ミリ波帯レーダーとして世界最高となる分解能5センチメートル(以下、cm)の精度での測位が可能となります。

本技術の詳細は6月11日から米国サンフランシスコ市で開催されるマイクロ波の国際会議IMS2006 (International Microwave Symposium)で発表しました。

開発の背景

近年、凶悪犯罪の増加に伴い、住宅への不法侵入者を高精度で検知するセキュリティシステムへの関心が高まっています。侵入者の位置や行動の軌跡をリアルタイムで検知するには、cm単位で測位可能な高精度センサー技術が求められています。

このような用途向けのセンサーには、これまで赤外線、レーザー、超音波が利用されてきましたが、視野角が狭く死角が多かったり、対象物によっては反射されないなどの課題がありました。そこで、広い視野にわたり高精度で測位でき、ほとんどの物体からの反射信号を検出可能なウルトラワイドバンドレーダーが、車載レーダーや、セキュリティセンサーを実現する手段として期待されています。

図1 開発した極めて細い送信パルスの波形

課題

UWBレーダーではパルス状信号を物体に放射、はね返った信号を検出し、往復に要した時間を計ることで距離を計測できます。パルス状信号の時間幅分の距離が誤差となるため、正確に距離を測定するには、パルス状信号の時間幅をできるだけ短くすることが必要です。たとえば5cmの分解能を得るには、時間幅が330ピコ秒(1ピコ秒は1兆分の1秒）以下の信号が必要となります(図1)。しかし、従来のUWBレーダーに使用されていた信号生成技術では500～1,000ピコ秒が限界でした。

開発した技術

今回、極めて細いインパルス^(注3)を特殊な帯域通過フィルター^(注4)に通すことで、理想に近いパルス状信号を生成する送受信用のチップセットを開発しました（図2a, b）。主な技術は以下の2つです。

インパルス生成技術
超高速のインジウムリン高電子移動度トランジスタで構成する論理積回路^(注5)を使うことで、時間幅13.5ピコ秒以下という、トランジスタ回路としては世界で最も細いインパルスの生成に成功しました。
パルス波形整形技術
対象となる周波数帯域の外側の周波数もゆるやかに減衰させながら通過させる特性を持たせた帯域通過フィルターを世界で初めて開発しました。前項のインパルスをこの帯域通過フィルターに通すことにより、漏れ信号が少なく、準ミリ波帯では限界に近い320ピコ秒のパルス状信号の生成に成功しました（図1）。

(a)
(b)	図2 開発したチップセットの構成(a) とモジュール写真(b)

効果

今回開発したチップセットを用いてレーダー試作機を作製し、5 cmから10 mの範囲にある物体を、従来の準ミリ波帯レーダーの性能を約2倍上回る5 cmの高分解能で検出できることを実証しました。今回開発した技術とチップセットにより、高精度での車庫入れや幅寄せを可能にする車載センサーや、侵入者の位置や行動の軌跡を高精度に検知するセキュリティセンサーを実現することが可能になります。

今後

今回開発した技術は、2010年を目処に製品化を目指します。

以上

注釈

注1 インジウムリン高電子移動度トランジスタ (InP-HEMT):: HEMT(High Electron Mobility Transistor)は、1979年に富士通研究所の三村高志氏(現、富士通研究所フェロー)が発明した、高速・低雑音性にすぐれた化合物半導体によるトランジスタ。基板にインジウムリン(InP)を用いることで、より高速な構造を実現できる。
注2 準ミリ波ウルトラワイドバンド:: ウルトラワイドバンド（UWB）は周波数帯域500 MHz以上、もしくは比帯域25%以上の極めて広帯域を利用した無線通信技術。また、送信電力を微弱にすることで既存の無線技術と周波数を共用することができる。ここでは、24から29GHzの準ミリ波帯を利用している。
注3 インパルス:: パルスの時間幅がゼロ秒に限りなく近い、極めて細いパルス。
注4 帯域通過フィルター:: ある周波数範囲にある信号成分のみを通過し、それ以外の信号を除去するフィルター。
注5 論理積回路:: 2つの入力信号がともに“1”の場合“1”を出力し、どちらか一方が“0”、または両方とも“0”の場合には“0”を出力する論理回路。

本件に関するお問い合わせ

株式会社富士通研究所基盤技術研究所化合物デバイス研究部

電話： (直通) 046-250-8244
E-mail: ups_chipset@ml.labs.fujitsu.com

独立行政法人情報通信研究機構第一研究部門医療支援ICTグループ

電話：（直通）046-847-5432
E-mail: mictg@wireless.nict.go.jp

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