| □ H20年04月期 A-14 Code:[HF0604] : スーパーヘテロダイン受信機の中間周波増幅器の働きと影像混信の軽減法 |
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スーパーヘテロダイン受信機に限りませんが、高周波増幅段を持つ受信機でその役割を問う問題です。受信機の感度（S/Nと言ってもいい）や影像混信妨害（イメージ混信）、それに混変調・相互変調などの受信妨害も、この高周波増幅段の特性に左右されることが多く、受信機の中では非常に重要な要素となっています。［１］高周波増幅器に要求される特性 その１…低ノイズ・高利得スーパーヘテロダイン受信機では、何段にもわたって増幅や周波数変換が行なわれますが、受信機の最も基本的な特性である「感度」は、ほぼ高周波増幅段で決まります。なぜかと言えば、増幅素子や周波数変換に用いられる素子も全て自らノイズを発生しているからで、後段に行けば行くほど前段の素子のノイズが増幅されて加算されるからです。言い換えれば、最もS/Nが良いのはアンテナの給電点であって、スピーカーやヘッドホンから出てくる信号が最もS/Nが悪い、ということになるので、最も前段に位置するノイズ源、すなわち高周波増幅器のノイズレベルがほぼ受信機のノイズを支配するのです。ここで、「感度」について少し復習しておきます。受信機の感度は、 一定のS/Nを得るために受信機のアンテナ入力に必要な電圧 で定義されます。従って、感度の異なる受信機を比較すると、高感度な受信機は、 「一定レベルの信号を入れた時によりS/Nが良い」 あるいは 「両者が同じS/Nの時、高感度受信機の方が必要な信号レベルが低い」 ということになります（上の表現は同じ本質を二面から見たものに過ぎません）。 このように、受信機の中での高周波増幅段の働きは、低ノイズで高周波信号を増幅し、受信機の感度向上に寄与する、ということです。 では、高周波増幅段から発生する雑音を最小限にするにはどうしたらよいでしょうか？ 素子自身が発生するノイズは、「雑音指数（Noise Figure:以下NF）」という指数尺度で評価されます。NFについては、他の問題で解説しているので、それをご参照いただくことにして、ここでは概略にとどめます。 雑音は、その増幅素子で増幅を行ったとき、出力のS/Nが入力のS/Nよりどれだけ悪化したか、という指標です。従って、NFは小さい方が素子自身の発するノイズが少ない、すなわち高感度受信機に向いている、ということを意味します。 ［２］高周波増幅器に要求される特性 その２…受信周波数のみを増幅するアマチュアの場合、プロの通信や放送受信機と異なり、受信したい周波数は一定ではありません。いろいろなバンドがあり、またそのバンドも幅があります。このため、高周波増幅器はある帯域幅内の信号のみを増幅するように設計します。つまり、「周波数選択性」を持たせます。 | |
 Fig.HF0608_a 高周波増幅器の周波数選択性 |
これはどういうことかというと、Fig.HF0608_a下にあるように、通常の高周波増幅器では、アンテナ側と周波数変換側に同調回路などを設けて信号を伝達します。こうして、必要な帯域だけを同調させて増幅した後、伝達するわけですが、これが混信除去に非常に有効です。 スーパーヘテロダイン受信機には、ヘテロダイン方式に特有の影像周波数混信の他、混変調や相互変調などの妨害があります。高周波増幅器のおかげでこれらが減少する、という理由を見て行きましょう。 |
(1) 影像混信の除去受信周波数をfS、中間周波数をfIとすると、fS＋2fI又はfS−2fIという周波数が、高周波増幅器に入って増幅されてしまうと、影像（イメージ）周波数としてfSと同じ中間周波となってしまうので、後段の中間周波増幅器では分離できず、混信となるものです。高周波増幅段に周波数選択性を設けると、このfS＋2fIやfS−2fIという周波数は「帯域外」で増幅されませんので、影像混信が防げることになります。 (2) 混変調・相互変調の軽減混変調や相互変調は、不要波同士、又は不要波と目的波のミキシング（周波数混合）で生じます。ですから、帯域外の周波数が原因となっているこれらのひずみは、周波数選択性を持たせることで軽減できます。しかし、アマチュアバンド内に強力な局が出てきた場合など、そもそも高周波増幅器のひずみが少なくなければ対処できない場合もあります。ですから、高周波増幅器は十分な直線性を持つことも求められる特性の一つです。 (3) 局部発振器の周波数漏れ防止スーパーヘテロダイン受信機には受信信号fSを中間周波数fIに変換するための少なくとも１つの局部発振器（周波数＝fL）を持っています。この発振出力が「逆流」してアンテナから放射されてしまうと、fLを使用している他局の妨害になりますから、漏れないようにしなくてはなりません。 再びFig.HF0608_aの右上のブロック図を見ていただくと、局部発振器とアンテナの間には高周波増幅器が入る形になります。高周波増幅器が受信周波数帯以外に周波数選択性を持たないので、局部発振器の出力はアンテナには到達できません。 (4) 近接周波数混信の除去はできない高周波増幅器の周波数選択性は、数100 [Hz]を分けるような急峻な選択性ではありません。先に述べたように、ある帯域幅（アマチュアのHF帯なら数100 [kHz]程度）をもって増幅させる増幅器ですので、コンテスト中に数[kHz]横に出てきた局を排除するような働きはありません。このようなフィルタリングは、中間周波数増幅段に設けたクリスタルフィルタなどで行ないます。 この他の視点では、周波数選択性の副次的な効果として、帯域外のノイズが抑えられますから、S/N向上の効果もあります。 それでは、解答に移ります。 Ａ…中間周波数は周波数混合器の出力として得られます Ｂ…中間周波増幅器は帯域フィルタ効果で、近接混信の除去が可能です Ｃ…中間周波数が低いと影像周波数が近くなるため、選択度は低下します となりますので、正解は３と分かります。 | |
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