| □ H18年08月期 A-11 Code:[HE1105] : 送信回路で起こるスプリアス発射。寄生発射と高調波発射の違い |
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この問題から得られる知識は、ハイパワー運用される方には必須です。寄生発射・高調波などの用語の意味と、我々が運用している時にどうしても発生する、「望まない電波の発射」をいかに低減するか、を学んでおきましょう。［１］低調波と寄生振動他局や放送受信の妨害で、「高調波」は頻繁に出てきますが、この「低調波」というのはあまり耳慣れない言葉です。意味的に反対なようですから、多分基本波よりも低い周波数が発射されるのだろう、ということが想像できます。定義をするとすると、 低調波＝基本波の整数分の１の周波数で発生する、不要な輻射 ということになります。 では、この低調波は、なぜ発生するのでしょうか？ Fig.HE1105_a上をご覧下さい。送信機（特にVUHF以上の）は基本波を直接発生するのではなく、逓倍器によって逓倍して送信周波数を得ています。この図の例では、144 [MHz]帯の電波を得るのに、24 [MHz]の中間周波数から６逓倍（３×２）しています。 | |
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この時、中間周波数増幅器や逓倍器の周囲のシールドが不完全で、外部に電波が漏れるようになっていると、中間周波数の24 [MHz]（基本波の1/6）やその３倍の72 [MHz]（基本波の1/2）が出てきてしまいます。最近では回路が小さく、またシールドを厳重に作れるようになったことで、これで妨害が発生した、というケースは聞きませんが、自作する時などは要注意です。 次に、寄生振動です。寄生振動は厄介で、ハイパワーアンプなどではきちんと対策していないとしばしば発生します。これは、特徴の前に発生メカニズムの一例から先に説明します。 |
 Fig.HE1105_a 低調波の発生機構と寄生振動対策 |
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Fig.HE1105_a左下のように、エミッタ接地のトランジスタ増幅回路では、ベース・コレクタ間容量が存在します。また、出力の同調回路からコレクタまでには、配線のインダクタンスが存在します。これらにより、意図しないフィードバックがトランジスタにかかり、発振するわけです。 この図で言うと、ＣsやＬpは値が定まらない（トランジスタのばらつきや配線パターンの形状に依存する）ので、発振周波数は基本波とは関係ない周波数になります。原因はこれだけではありません。１段で高利得を稼ごうとした高周波増幅器は入出力が結合しやすく、発振回路に変身したりと、様々な原因があります。 そこで、この寄生振動を定義すると、 寄生振動＝基本波とは全く無関係な周波数で発生する高周波振動（発振） ということになります。 上の例で、対策を挙げると、同調回路とコレクタの間に、コイルと抵抗を並列にした、寄生振動防止回路を挿入します。昔のリグ（ウチのはTS-830Sでした）は、ファイナル部分を開けると、6146Bのプレートキャップにソリッド抵抗とその周囲に巻かれた５ターンほどのコイルが並列になったものが接続されていました。 ［２］一番厄介な高調波はなぜ発生する？高調波は「増幅器等の信号経路中にある素子が、非直線動作（非線形動作とも言う）をする時に発生する」と、よく教科書には書かれています。では、その「非直線動作」とは何でしょうか？ まず「直線動作」（あるいは線形動作）の意味が分かれば、「非直線（非線形）動作」の意味も分かるでしょう。ここでの「直線」「線形」の意味は、入力と出力の波形が厳密に（振幅方向に）相似形であるということです。ある素子や回路に入力信号を加えた時、振幅が出力信号が入力波形のｋ倍で表されるような素子や回路を「線形」な素子または回路といいます。理想的な受動素子（抵抗、コイル、コンデンサ）はすべて線形素子ですし、理想的オペアンプなどの増幅器も線形動作します。このような素子で構成された部品で信号を増幅すれば、高調波は出ません。 逆に「非線形」な素子で最も分かりやすいのは、ダイオードです。例えば、ダイオード１本の整流回路では、電源に入力された正弦波交流を出力側で見ると、波形の上半分または下半分だけが切り取られた格好になっていて、とても入出力が相似形とは言えません。波形が「歪む」わけで、このような波は高調波を多く含みます。Ｃ級増幅器も、元の波形の正側または負側のみが出力として出てくるので、大変大きな「歪み」を生じます。 | |
 Fig.HE1105_b Ｃ級増幅と高調波 |
Fig.HE1105_bの左側に、Ｃ級動作の動作曲線が書かれています。トランジスタのベースに加える電圧を負バイアスにして入力を入れると、入力波形の電圧の高い部分でしかコレクタ電流が流れないため、出力は半周期以下の非常にひずみが大きい電流になります。 ここでは難しい理論は展開しませんが、信号が歪むと、元々持っていた周波数成分の整数倍の成分が発生します。これが、高調波発生の原理です。この現象は物理や数学で説明されることなので、どんなに高価な素子で組んだ増幅器でもそれがＣ級で動作する限り、大きさの大小はあれ、必ず発生します。 |
ではなぜこんな厄介な増幅方式が存在するのかというと、Ｃ級増幅はとにかく効率がいいからです。信号が無い時はコレクタ電流が流れません。また、ひずみ（＝高調波）が多いことを利用して、逓倍器として使うこともできます。［３］高調波を除去するフィルタはLPF（低域フィルタ）普通に増幅器として使う時は、後段に基本波のみを通す低域フィルタ（LPF）または基本波にのみ同調する同調回路を設け、不要な周波数を除去しなければ、使えません。再び、Fig.HE1105_bの右上を見て下さい。Ｃ級増幅の出力スペクトルですが、基本波の整数倍の成分が多数立っています。ここから、基本波成分のみを取り出すには、基本波よりも少し高いところに遮断周波数を持つ低域フィルタ（普通はローパスフィルタ＝LPFともいいます）を入れてやればよいわけです。市販のHFリグでも、ファイナル段の後に、必ずLPFが入っています（但し、マルチバンドのHFリグの場合は遮断周波数が30 [MHz]前後）。 それでは、解答に移ります。 Ａ…寄生振動は、希望波（基本波）と関係のない周波数で発生します Ｂ…高調波は、増幅器などが非直線動作する時に発生します Ｃ…高調波防止のために増幅器の後段に置くのは、低域フィルタです となりますから、正解は１と分かります。 | |
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