Linpowaveエンジニアリングチーム | 2025年10月
エグゼクティブサマリー
ミリ波（mmWave）レーダーは、研究室から現代のオートメーションの中核へと進化しました。工業用タンクの液面測定、ドローンのナビゲーション、車両やスマートインフラの安全システムに利用されています。60～81GHz帯で動作することで、mmWaveレーダーは動き、距離、角度をセンチメートルレベルの精度で検知します。光、埃、雨などで視界が遮られても検知可能です。
この記事では、FMCW動作、距離・速度推定、角度検出など、ミリ波レーダーの動作原理について説明します。また、Linpowaveの無線周波数技術と信号処理技術の統合により、この高度なセンシング手法が実用レベルでどのように信頼性を実現しているかについても考察します。最後に、アプリケーションの洞察、技術的利点、そしてよくある質問への回答を紹介します。
1.0 はじめに
インテリジェントオートメーションへの世界的な移行により、あらゆる条件下で確実に動作するセンサーの需要が高まっています。カメラは光に依存し、LiDARは高価で天候の影響を受けやすく、超音波センサーは距離と解像度の面で課題を抱えています。ミリ波レーダーは、このギャップを埋める役割を果たします。
ミリ波レーダーは、ミリ波帯（波長4mm～1mm）で動作し、無線システムの長い検知範囲と光学機器の優れた空間精度を兼ね備えています。反射電磁波を用いて、距離、速度、方向を同時に測定します。
Linpowaveでは、無線フロントエンド、アナログ回路、デジタル信号処理（DSP）、マイクロコントローラ（MCU）機能を1つのコンパクトなモジュールに統合したレーダーシステムを設計しています。このアーキテクチャは、産業用センシングから自律移動まで、幅広いアプリケーションにおいて安定性、精度、拡張性を実現します。
2.0 ミリ波レーダーの仕組み
ミリ波レーダーは電磁波を送信し、目標物に反射します。反射信号は、距離（遅延から）、速度（ドップラーシフトから）、方向（位相差から）に関する情報を伝えます。
マイクロ波レーダーと比較して、ミリ波システムは波長が短いため、アンテナを小型化し、解像度を高めることができます。レーダーは光の強度ではなく位相と周波数を測定するため、霧、煙、暗闇といった光学センサーの性能が制限される状況でも安定した性能を発揮します。
典型的なレーダーシステムは、送信機、受信機、アンテナ、信号処理装置で構成されています。送信機は周波数変調信号を発信し、受信機は反射波を捕捉し、処理装置はそれを距離プロファイルや物体の軌跡などの有用なデータに変換します。
3.0 周波数変調連続波（FMCW）動作
Linpowaveを含む、最新のミリ波センサーのほとんどは、周波数変調連続波（FMCW）レーダーを採用しています。FMCWはパルス信号を送信する代わりに、「チャープ」と呼ばれる波形を連続的に送信します。チャープ信号は時間とともに周波数が直線的に増加します。
チャープが物体に反射すると、受信信号は微小な時間間隔τだけ遅延します。送信周波数と受信周波数の差が中間周波数（IF）信号を形成します。このIF周波数は、対象物までの距離dに比例します。
d = (c × τ) / 2
ここでc は光速です。
一連のチャープ信号を送信し、IF 信号に高速フーリエ変換 (FFT)を適用することにより、レーダーは複数の物体の距離と速度情報を抽出します。
Linpowave のセンサーは、正確な周波数制御、高 SNR フロントエンド、適応型ノイズ フィルタリングを通じてこのプロセスを最適化し、一貫した検出精度を維持します。
4.0 距離測定と解像度
4.1 範囲の決定
レーダーと目標物間の距離は、チャープ信号の周波数差から算出されます。チャープ信号が長いほど、小さな周波数差に対する感度が高くなり、距離の精度が向上します。
4.2 範囲分解能
近接した 2 つの物体を分離する能力は、帯域幅 (B) に依存します。
ΔR = c / (2 × B)
4GHzの帯域幅で約3.7cmの分解能を実現します。Linpowaveは広帯域FMCW変調を採用し、金属製タンクや工業用パイプなどの限られた空間や反射率の高い環境でも高分解能を実現します。
4.3 範囲校正
温度変化や部品のドリフトは、距離精度に影響を与える可能性があります。Linpowaveセンサーは、温度補償型発振器と位相ドリフトを補正するキャリブレーションルーチンを採用しており、連続監視システムの長期的な安定性を確保します。
5.0 速度測定とドップラー処理
物体が移動すると、ドップラー効果により反射周波数がわずかに変化します。レーダーは複数のチャープ信号を連続して送信し、それらの位相差を比較することで相対速度を計算します。
ΔV = λ / (2 × Tₓ)
ここで、 λは波長、 Tₓ はフレーム時間です。
速度解析では、ドップラー FFTと呼ばれる 2 番目の FFT を使用し、チャープ間の位相変化を速度ビンに変換します。
Linpowaveは、ドップラー解析とモーショントラッキングアルゴリズムを組み合わせることで、複数の移動物体をリアルタイムで処理します。この機能は、交通監視、産業用ロボット、衝突回避システムに不可欠です。
6.0 到着角度（AoA）と空間認識
Linpowaveは、目標の方向を特定するために、既知の距離で配置された複数の受信アンテナを使用します。波面がアレイに当たると、各アンテナはわずかに異なる位相で波を受信します。この位相差を測定することで、レーダーは到来角（AoA）を推定します。
アンテナ間隔（dₐ）と位相差（φ）の関係は次の通りです。
sinθ = (λ × φ) / (2 π × dₐ)
ここでθは入射角です。
AoA推定は、高度な認識タスクのための2Dまたは3Dポイントクラウドマップを作成します。Linpowaveのアンテナアレイは、近距離場と遠距離場の両方の検出に最適化されており、ドローン、スマート交差点、工場ロボットなどにおいて、一貫した角度精度を実現します。
7.0 レーダー信号チェーンと処理パイプライン
Linpowave mmWave センサーには通常、次のものが含まれます。
RF フロント エンド- チャープを生成し、信号を増幅およびダウンコンバートします。
アナログ ベースバンド- IF 信号をフィルタリングしてデジタル化します。
デジタル処理ユニット- 距離とドップラー FFT を実行します。
角度推定エンジン– 位相相関を使用して AoA を計算します。
アプリケーション層– 追跡、クラスタリング、分類アルゴリズムを適用します。
複雑な環境に対応するため、Linpowaveはモジュール内にエッジコンピューティング機能を統合し、外部プロセッサへの依存を軽減しています。これにより、高速制御システムに適した低レイテンシ動作が実現します。
8.0 エラーの原因と軽減策
8.1 マルチパス反射
壁や機械からの反射信号は、直接経路に干渉する可能性があります。Linpowaveは、時間ゲーティングと空間フィルタリングによってこれを軽減します。
8.2 熱雑音と位相ドリフト
熱雑音は低振幅反射に影響します。温度補償キャリブレーションにより、過酷な環境でも安定した動作を保証します。
8.3 センサー間のクロストーク
複数のレーダーが近くで動作する場合、干渉が発生する可能性があります。Linpowaveは時分割および周波数ホッピング技術を採用することで、クロスチャネルノイズを最小限に抑え、複数のユニットが同じ空間で動作することを可能にします。
9.0 業界をまたぐアプリケーション
9.1 産業オートメーション
製造ラインにおける非接触の液面レベル監視、コンベア追跡、衝突防止。
Linpowave センサーは、蒸気やほこりのある環境でも信頼性が高く、光学センサーや超音波センサーが機能しない場所でも一貫した測定を保証します。
9.2 スマート交通
交通監視システムやV2Xシステムに導入されているLinpowaveレーダーは、車両や歩行者を高精度に検知します。スマート交差点や適応型交通管制システムをサポートします。
9.3 ドローンとロボット工学
ドローンでは、ミリ波レーダーにより地形追従、高度維持、障害物回避が可能になります。産業用ロボットでは、人間の安全地帯の確保と自律航行をサポートします。
9.4 スマートインフラストラクチャ
レーダーベースの動体検知は、インテリジェント照明、自動ドア、省エネビルの実現に貢献します。ミリ波レーダーは暗闇でも非金属材料を透過しても検知できるため、24時間365日体制の占有検知に最適です。
Linpowave Solutionsでさらに多くの例をご覧ください。
10.0 Linpowaveの優位性
Linpowaveのイノベーションの核となるのは、その統合性です。従来のレーダーは複数の個別部品を使用していましたが、LinpowaveはRFトランシーバー、DSP、MCUを1つのコンパクトなモジュールに統合しています。この設計により、以下のことが実現されます。
高い信号対雑音比（SNR）
リアルタイムエッジコンピューティング
柔軟な範囲、速度、角度の設定
連続使用時の低消費電力
Linpowaveのレーダーは、60～64GHz帯と76～81GHz帯の両方で動作し、 ETSI 、 FCC 、 CE規格に準拠しています。開発キットとSDKにより、エンジニアはレーダーデータの可視化、パラメータの調整、カスタマイズされたアルゴリズムの効率的な導入が可能になります。
11.0 将来の見通し
自動化の需要が高まるにつれ、レーダーセンシングは車両だけでなく、物流、ヘルスケア、環境モニタリングにも拡大しています。
次世代の Linpowave モジュールは、AI ベースのオブジェクト分類と高度な信号圧縮を統合し、高精度を維持しながらデータ帯域幅を削減します。
クラウド分析と IoT 接続と組み合わせることで、 mmWave レーダーは、インテリジェントな認識の次の時代において中心的な役割を果たします。
よくある質問（FAQ）
Q1. ミリ波レーダーは超音波センサーや赤外線センサーと何が違うのでしょうか？
霧、塵、煙を透過する高周波電磁波を使用します。超音波センサーや赤外線センサーは、このような状況では精度が低下することがよくあります。ミリ波レーダーは、存在だけでなく、速度と方向も測定します。
Q2. LinpowaveのmmWaveレーダーの精度はどのくらいですか？
精度は帯域幅とアンテナ設計に依存します。広帯域FMCW変調により、Linpowaveレーダーはセンチメートルレベルの距離分解能と1度未満の角度精度を実現します。
Q3. mmWaveレーダーはガラスやプラスチックなどの材料を通して動作しますか？
はい。ガラスやプラスチックなどの非金属材料は、mmWave信号を最小限の損失で通過させることができるため、密閉された環境に適しています。
Q4. mmWaveレーダーは人の近くでも安全ですか？
はい、その通りです。放出される電力は規制の被曝限度をはるかに下回っており、ほとんどのWi-Fiルーターよりも低く、国際的な安全基準を満たしています。
Q5. Linpowave はどのようにして混雑した環境での干渉を最小限に抑えるのでしょうか?
Linpowave は、適応フィルタリング、周波数計画、時分割多重化を使用することで、複数のレーダーが相互干渉なく並行して機能することを可能にします。
Q6. Linpowaveレーダーから最も恩恵を受ける業界はどれですか?
業界には、製造、輸送、ロボット工学、ドローン、スマート インフラストラクチャなど、精密なセンシングが求められるあらゆる分野が含まれます。
Q7. 開発者はどのようにしてLinpowaveレーダー技術を使い始めることができますか？
評価キット、SDK、APIは迅速なプロトタイピングにご利用いただけます。エンジニアはチャープパラメータの設定、レンジドップラーマップの視覚化、レーダーデータの既存システムへの統合が可能です。