NJR4178J 10GHz

NJR4178Jは、日清紡マイクロデバイス（旧・新日本無線）が製造していた10GHz帯（Xバンド：中心周波数10.525GHz）のマイクロ波ドップラー（移動体検知）センサーモジュールです（現在は生産終了品となっていますが、秋月電子のキット「K-00650」などで広く親しまれた名機です）。

このモジュールは、「高速VCOの特性評価」や「FMCWのデバッグ」という観点から見ると、内部構造や測定アプローチが非常に面白い（かつ、評価の難度が高い）デバイスと言えます。

高周波（RF）エンジニアの視点から、このNJR4178Jの内部構造と、その測定・評価における重要なポイントを解説します。

1. NJR4178Jの内部構造：VCOではなく「DRO」

このモジュールの最大の特徴は、内部の発振源にVCO（電圧制御発振器）ではなく、「DRO（Dielectric Resonator Oscillator：誘電体共振器発振器）」を採用している点です。

• DROの仕組み: 金属キャビティ（空洞）の中に、高誘電率・低損失のセラミック円盤（誘電体共振器）を配置し、FETなどの能動素子と結合させて10.525GHzをピンポイントで自励発振させています。

• メリット: VCOに比べて静止時の位相雑音が極めてクリーン（Q値が高いため）で、温度変化に対しても周波数が非常に安定（規格上 ±5 MHz 以内）しています。

• デメリット: チューニング端子（V_tune）を持たないため、電気的に周波数を動かす（スイープ・変調する）ことができません。純粋な固定周波数の連続波（CW）を出力します。

2. 回路構成（ホモダイン検知）

モジュール内部は、発振器（DRO）、送信・受信用のパッチアンテナ、そしてミキサ（ショットキーバリアダイオード）で構成されています。

1. 送信: DROで作った10.525GHzを送信アンテナから空間に放射。

2. 受信: 物体（人や車など）に反射して戻ってきた電波を受信アンテナでキャッチ。

3. ミキシング（IF出力）: 戻ってきた波は、物体の移動速度に応じてドップラー効果により周波数がわずかにシフト（±数Hz〜数百Hz）しています。これを内部ミキサでDROの元の10.525GHzとかけ合わせることで、差分である数Hz〜数百Hzの「ドップラーうなり信号（IF信号）」をダイレクトに出力します。

このため、出力ピン（IF OUT）からは高周波ではなく、オシロスコープやオーディオ帯域のFFTアナライザで簡単に見られるレベルのアナログ低周波波形が出てきます。

3. このモジュール（10GHz DRO）を「測定・評価」する際のポイント

もしこのNJR4178Jそのものの高周波特性や、自作の10GHzドップラー回路を測定・評価する場合、以下の点が重要になります。

① 位相雑音（Phase Noise）の測定

DROは非常にクリーンなため、安価なスペアナでは「測定器側のノイズ（LOノイズ）」に埋もれてしまい、DRO本来の位相雑音フロアが見えません。

• 必要な測定器: 最初に紹介した Keysight E5052B や R&S FSWP などの「シグナル・ソース・アナライザ」を用い、相互相関（Cross-Correlation）をかけて測定器のノイズをキャンセルすることで、初めて10.525GHz DROの真の近傍位相雑音が測定できます。

② 「引き込み（Pulling）」と「押し込み（Pushing）」特性の評価

DROはQ値が高いとはいえ、外部環境からの影響を受けます。特に以下の特性がデバッグのポイントになります。

• 周波数押し込み（Frequency Pushing）: 電源電圧（+5V）のわずかな変動によって、発振周波数が何MHz動くかという特性です。これを抑えるため、モジュールの前段には超低ノイズなLDO（リニアレギュレータ）が必須となります（ここでSMUや低ノイズクリーン電源が評価に役立ちます）。

• 周波数引き込み（Frequency Pulling）: アンテナの至近距離に金属や手を近づけると、反射波が送信側に逆流し、DROの共振条件が変わって発振周波数が引っ張られて（ズレて）しまいます。仕様書にも「外形に強いストレスを加えると局部発振周波数に影響を与える」とある通り、筐体への組み込み時の固定ストレスや、アンテナ前面のカバー（レドーム）の材質選定において、スペアナでキャリア周波数のズレをモニターする必要があります。

まとめ

• FMCW用高速VCO ＝ 時間に対して周波数を「激しく動かす」ため、直線性や応答速度（変調帯域）が命。

• NJR4178J（10GHz DRO） ＝ 周波数を「一切動かさず、極限まで1点にとどめる」ため、高いQ値と電源・温度に対する安定度が命。

同じ10GHz帯を扱うにしても、パーツの思想が180度異なります。今回の10GHz帯へのアプローチは、こういった既製品モジュールの評価（またはその周辺回路・フィルターの設計）でしょうか？それとも、ご自身で10GHzのDROやVCOをディスクリートで組まれるようなプロジェクトでしょうか？