スーパーヘテロダイン受信機感度向上高周波増幅段の利得雑音指数(NF) 同調回路のQ 増幅回路の帯域幅

無線工学 > １アマ > H17年08月期 > A-15
A-15	次の記述は、スーパヘテロダイン受信機の感度を良くする方法について述べたものである。このうち正しいものを下の番号から選べ。

１	高周波増幅器に使用するトランジスタは、雑音指数が大きく、電流増幅率の大きいものを用いる。
２	周波数変換器に使用するトランジスタは、雑音指数が大きいものを用いる。
３	高周波同調回路のＱを大きくする。
４	中間周波増幅器の利得を下げる。

　ここで取り上げられているのは、スーパーヘテロダイン受信機ですが、感度を上げることは受信機一般に共通する課題なので、そこから見て行くことにしましょう。

［１］受信機の感度とは何か

　受信機の「感度」というと、一般には「このラジオは感度がいい」という表現に見られるように、弱い信号でも良く聞こえる度合い、を指します。つまり感度とは、定性的に表現すれば「どの程度まで弱い信号が受信できるか」ということになります。
　しかし、これでは比較できないので実際の定義は少し違います。感度の定量的定義は、
　　S/N比が x [dB]となるときの受信機入力 y [μV]
という表現になります。xは周波数帯や電波形式によって、業界等で決めた値が入ります。yは受信機の感度そのもの、ということになります。これは何を言っているかというと、yが小さければ小さいほど、一定のS/Nを得るための受信機入力（つまり電界強度）が小さくて済む、ということなので、感度が高い、ということです。

［２］感度を上げるには（その１）…ノイズを抑えること

　上で見たように、感度が高いこととは、弱い電波まで高いS/Nを保って受信できる能力が高い、ということと同じ意味ですから、感度を上げるためには、受信機で発生するノイズを抑えればよい、ということになります。
　ノイズを抑えるためには様々な方法がありますが、代表的なものには、

ノイズの少ない素子を使う
当然のことですが、増幅素子に自らが発するノイズの少ないもの、すなわち雑音指数（ノイズフィギュア＝NF）の小さいものを選択します。特に、フロントエンドである高周波増幅段のNFがほとんど受信機のノイズを決めてしまいます。
帯域を不必要に広げない
いくらノイズの少ない素子を使っていても、500 [Hz]しか必要ない電信の交信に、SSB用の3 [kHz]のフィルタを使っていては意味がありません。中間周波数段のフィルタ等で帯域制限を必要十分にしてやらないと、帯域内ノイズは帯域幅の平方根に比例して増加するので、要注意です。増幅段間の同調回路のＱを上げることも、この帯域を（必要十分に）狭めることと同じ働きです。

要するに、感度が高い受信機とは、大きな音が出る受信機ではなく、ノイズの少ない受信機だ、と言えるでしょう。

［３］感度を上げるには（その２）…信号を増幅すること

　高感度な増幅器は、弱い信号でも高いS/Nが得られることなのですから、ノイズ（N）を減らすだけではなく、信号（S）を大きくしてやることも必要になります。信号を大きくしてやるには、

増幅段の利得を上げること
当然といえば当然ですが、これもノイズの所で述べたのと同様、高周波増幅段でなるべく大きな利得を取るのがS/N的に有利です。後段で利得を大きくしても、ノイズも増幅されてしまうからですが、高周波増幅段では、素子の特性や発振の危険などで、あまり大きな利得を取れないため、中間周波増幅などでも利得を稼ぎます。
同調回路のＱを大きくすること
上に書いたように、Ｑを大きくすることは帯域を狭めると同時に、共振時の同調回路両端の出力電圧を大きくすることでもあるので、利得を大きくすることと同じ効果が得られます。しかし、あまり極端にＱを大きくしすぎると、帯域内で周波数特性が大きく変化しますから、音声の場合は了解度が低下（要するに「変な声」になる）してしまいます。

このように、受信機の感度を上げるには、低ノイズにすることと利得を大きくすることの２面作戦で対策する必要があります。

それでは、解答に移ります。
　１…「雑音指数が大き」い素子を使うとS/Nは悪化するので誤りです
　２…これも、「雑音指数が大き」い素子を使うと逆効果なので誤りです
　３…Ｑを大きくすることは、ノイズ上も利得上も有利で正しい記述です
　４…利得を下げるのは、感度向上には寄与しませんので誤りです
となりますから、正解は３と分かります。