電波航法研究会

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発
スプリアス低減技術について
2010年2月22日○ 沢柳 雅哉,齋藤壽寛-1-

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

1. はじめに
2. 研究の目標
3. スプリアス規格の概要／測定方法
4. スプリアス低減 最適化手法
5. 評価結果
6. レーダ性能評価
7. まとめ-2-

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

１．はじめに総務省が公表した「周波数の再編方針」において、移動体通信システム等の大幅な周波数帯域確保に伴い、レーダの狭帯域化が想定される。
そこで、９ＧＨｚ帯船舶用レーダの狭帯域化を可能とする固体素子を用いたレーダシステムの研究開発を、総務省委託研究として、平成19年度より３ヶ年計画でスタートさせた。

スプリアス規格 ITU-R SM.1541-2 Annex8よりさらに狭帯域化を実現-3-

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

２．研究の目標・固体化増幅器（非線形素子）を使用し40dB 帯域幅 (B–40) 上限を70%（ 140MHz）まで削減
・帯域外領域 (OoB) において –40dB/decade 以下に低減
・レーダ探知性能についてマグネトロンレーダと同等性能を実現-4-Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

３．スプリアス規格の概要／測定方法
割当周波数範囲（200MHz)-10

ITU-R Rec SM.1541-2 Annex8

B - 4 0 最大200MHz0

スプリアス低減 目標値

B - 4 0 最大140MHz

Level[dBc]-20

OoB 領域-40dB/decade-30

OoB 領域-20dB/decade-40-50-60-70-80

スプリアス領域-60dBc

スプリアス領域-60dBc

スプリアスマスク概略図-5-

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

３．スプリアス規格の概要／測定方法
Direct Method

Indirect Method

スプリアス測定概略図-6-

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

４．スプリアス低減 最適化手法
パワーアンプモジュール

励振部

AM-AM／AM-PM
特性取得

波形生成回路

1st LO

最適化（歪補正）

種信号の最適化手法-7-

2nd LOＸ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 パワーアンプ回路の歪特性
AM-AM特性

AM-PM特性600-10055-200
Phase [deg.]

Pout [dBm]504540-300-400-500-600

35-70030-800-35-30-25-20-15-10-505

Pin [dBm]-35-30-25-20-15-10

Pin [dBm]

ネットワークアナライザを使用したパルスプロファイル測定-8--505

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 模擬的間接法測定
P0N形式，パルス幅 = 80nsec
0-1 0-2 0Level [dBc]

Norm. Detector Output Voltage

最適化なし
パルス幅 = 102.5nsec, B-40 = 140MHz
最適化あり
パルス幅 = 80.1sec, B-40 = 140MHz

10.8-3 0

最適化なし
最適化あり

-4 00.6-5 00.40.2-6 00-0.1-0.05

00.05

0 .10 .1 5Time [μ sec]

-7 092 00

93 00940 0

9 50 0Frequency [MHz]-9-9 60 0

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 模擬的間接法測定
P0N形式，パルス幅 = 0.57µsec
0-1 0-2 0

Level [dBc]

Norm. Detector Output Voltage

最適化なし
パルス幅 = 0.60µsec, B-40 = 53.8MHz
最適化あり
パルス幅 = 0.56µsec, B-40 = 50.3MHz

10.8-3 0

最適化なし
最適化あり

-4 00.6-5 00.40.2-6 00-0.8-0 .6-0.4-0 .200 .20.40 .6-7 0Time [μ sec]

-10-9 35 0940 0
9 45 0Frequency [MHz]95 00

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 模擬的間接法測定
Q0N形式，パルス幅 = 9.1µsec，周波数掃引偏移幅 = 16MHz0最適化なし
パルス幅 = 9.79µsec, B-40 = 34.9MHz-1 0Level [dBc]

Norm. Detector Output Voltage-2 010.8-3 0-4 00.6-5 00.40.2-6 00-505-7 0Time [μ sec]

9 30 09 35 094 00

9 45 0Frequency [MHz]-11-95 00

95 50

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 模擬的間接法測定（フルスパン）
Q0N形式，パルス幅 = 9.1µsec，周波数掃引偏移幅 = 16MHz0-10Level [dBc]-20-30-40-50-60-70-80
02468101214Frequency [GHz]-12-161820222426

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 （直接法測定環境）

送信側（レーダ装置）設置状態
ふくしまスカイパーク全貌（航空写真）
施設概要
滑走路：幅25m 長さ800m
着陸帯：幅60m 長さ920m
誘導路：幅9m 長さ35.7m
エプロン：幅40m 長さ50m

受信側設置状態-13-Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 （固体化レーダ評価機）
ペデスタル部寸法:583mm(W) x 540mm(H) x 550mm(D)X帯固体化レーダ空中線 (試作機)

指示機 (既存レーダ用)

主な装置仕様-14-項目仕様

送信尖頭電力

300W

送信周波数

X帯

アンテナビーム幅

0.8°（9ft）／1.2°（6ft）

空中線回転数

16～24rpm

繰り返し周波数500～4000Hz

パルス幅

0.08～20µs

機能

パルス圧縮、コヒーレント信号処理

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 直接法測定（固体化レーダ）
X帯固体化レーダスプリアスデータ（B-40／OoBドメイン）

X帯固体化レーダスプリアスデータ（フルスパン）-20-20-30-30-40-40-50-60

スプリアス低減 目標値-10Level[dBc]

Level[dBc]-10

ITU-R Rec SM.1541-2 Annex80ITU-R Rec SM.1541-2 Annex8
スプリアス低減 目標値
Measuring Data

0-50-60-70-70-80-80-90-90-100

Measuring Data-1007891011121314151617181920212223242526

Frequency[GHz]8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Frequency[GHz]-15-Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

５．評価結果 直接法測定（マグネトロンレーダとの比較）
X帯マグネトロンレーダスプリアスデータ（B-40／OoBドメイン）

X帯固体化レーダスプリアスデータ（B-40／OoBドメイン）
スプリアス低減 目標値-10ITU-R Rec SM.1541-2 Annex8
Measuring Data-10Measuring Data-20-20-30-30-40-40

Level[dBc]

Level[dBc]

0ITU-R Rec SM.1541-2 Annex80-50-60-50-60-70-70-80-80-90-90-100-100

8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Frequency[GHz]8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Frequency[GHz]-16-Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

６．レーダ性能評価（近距離レンジ）

マグネトロンレーダ

固体化レーダ

釧路港周辺

-17-

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

６．レーダ性能評価（遠距離レンジ）

マグネトロンレーダ

固体化レーダ

伊勢湾周辺

-18-

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

６．レーダ性能評価（固体化レーダ 基本性能）

距離分解能（40ｍ）

探知性能（RCS 10m2@4.9NM）

霞ヶ浦湖畔
-19-

方位分解能（2.5°）

Ｘ帯船舶用固体化レーダの開発－スプリアス低減技術について

７．まとめ
・スプリアス低減技術のためのレーダアーキテクチャ（歪補正アルゴリズム）を確立
・レーダ動作モード P0N（無変調パルス）においてスプリアス低減技術の研究目標である「40dB 帯域幅 (B–40) 上限を70%まで削減し、帯域外領域(OoB) において–40dB/decade 以下」をクリア（ITU-R Rec M.1177 Direct methods）
・レーダ探知性能、分解能性能を満足。
映像比較においてもマグネトロンレーダと遜色なし。

今後の課題
安定したスプリアス特性確保（製品化）→スプリアス低減技術の信頼性、品質向上-20-