| □ H22年12月期 A-15 Code:[HE1102] : TVI/BCI防止で送信側又は受信側で取るべき対策 |
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| 12/31 12月期問題頁掲載 |
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TVIとBCIについての対策の問題です。１アマを取ってハイパワー運用しよう、という方は丸暗記などせずに、是非解答とともにその理由を確認して下さい。実際に役に立つ場合があると思います。この問題では、アマチュア局側の出す基本波によって、TVやラジオの視聴者側に妨害が出るケースが対象です。このケースでは、アマチュア局側で（電力を絞るか停波する以外の）対策を取ることはできないので、受信機側で対策を取らなければなりません。なお、解説文の前半は、送信側の対策ばかりですが、これはこれまでの問題が、圧倒的に送信側の問題が多かったためです。ご了承下さい。［１］終段とアンテナの結合を密にするとどうなるか？この手の問題では、必ずと言っていいほど「終段の同調回路とアンテナの結合を密／疎にする」という選択肢が現れます。「密にする」のが正しい、という設問を見たことがないのですが、では、「疎」にするといいのでしょうか？ちょっとややこしいことを言いますが、「密にするのが不適切」だからといって「疎であればあるほどいい」わけでもありません。結合が「疎」だということは、パワーが伝達されない方向ですから、疎結合も度を過ぎればアンテナから電波が出なくなってしまいます。 回路には「適切な結合度」という設計上の値があって、その値で設計した出力が得られ、増幅素子は最適に動作するように設計されています。ですが、それよりもアンテナとの結合が「疎」になってしまうと、高調波は増えないものの出力が低下してしまいます。逆に、「密」に結合すれば、パワーは出るかもしれませんが、増幅素子の動作点が変わってしまい、非線形な部分に動作がかかってひずみが増える、即ち高調波が増えることになります。 このあたりは文章ではなかなか説明が難しいですが、オーディオアンプでスピーカのインピーダンスが設計で想定したよりも大幅に低いものを接続すると、出力は増えるが歪も増える、という例が最も近い例かな、と思います。 ［２］高調波の大敵、過変調とキークリック最近のリグは、キークリックなどと無縁な内蔵のオートキーヤーがついていますし、AM変調（平衡変調ではありません）も電力増幅段に思い切り増幅した音声信号をぶち込む大電力変調など採用している機種があるのか、とも思います。ともあれ、試験に出るのですから、勉強しておきましょう。まず、AM変調で過変調になると高調波が出る、というのは、先にも述べた大電力変調でのことだと考えています。大電力変調方式は、電力増幅段をＣ級で動作させているため、信号波振幅が搬送波振幅をクリップしてしまうような動作（これこそが過変調）になると、出力のひずみ（＝高調波）がさらに増えてしまいます。 一方、キークリックも、最終段の増幅回路を急峻にON/OFFすると発生するものですが、この状態では、高調波だけでなく、非常に広帯域のスプリアスが撒き散らされます。 上で見たように、キークリックや過変調は、最終段増幅回路を非線形なスイッチング回路のように扱うために、高調波の生じてしまう原因となるのです。 ［３］インターフェアに利用するフィルタ２種…LPFとHPFここからは、アマチュアのインターフェアの対策として利用する、低域フィルタ（LPF）と高域フィルタ（HPF）について調べてみます。まず、これらのフィルタについて学ぶ前に、基本をおさらいしておきましょう。始めに、高調波についてです。高調波は、信号を増幅した結果、出力が入力信号と相似形で出力されず、ひずみが生じた時に発生する、基本波の整数倍の信号成分のことです。例えば、7.01 [MHz]がひずんで出てくると、14.02 [MHz]や21.03 [MHz]といった周波数成分が出てきます。つまり、高調波は基本波よりも必ず高い周波数であるのです。 | |
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この高調波の周波数が、放送波の周波数と一致すると、受信側では本来受けたい電波と区別できないので、妨害となるわけです。 もうひとつの基本波による妨害は、先の例でいうと7.01 [MHz]の電波そのものです。この電波が、TVやラジオの感度を抑圧したり、それ以外の電波を受けるのが目的でない機器（楽器、インターホン、エアコンなど）の装置内の基板やケーブルに飛び込み、誤動作や妨害を引き起こすものです。 基本的に、電子装置はイミュニティといって、外から電波を受けても正常に動作するように設計されていますが、これも程度問題で、至近距離から1 [kW]も掛けられたら、大概の機器には何か起こります。 |
 Fig.HE1102_a 送受信側それぞれの対策の要 |
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妨害防止に使うHPFは、TVやラジオに使うことがほとんどですので、以下では、電波を受けるのが目的ではない楽器やエアコンなどの妨害は対象としないことにします。 送信側で対策を取らなければならない高調波は、基本波だけを通して（放送波に近い周波数の）高調波を減衰させる、という低域（ローパス）フィルタを通せば効果があります。また、基本波では、妨害を受ける側に放送波だけを通して、アマチュアの基本波は排除する高域（ハイパス）フィルタを入れればいいことになります（Fig.HE1102_a）。なお、国家試験では基本波がHFの時が多く出題されます。しかし、例えば430 [MHz]で電波を出していて、FMラジオの受信に妨害が出る場合は、受信側に入れるフィルタは低域フィルタとなりますので、放送波と基本波の周波数の高低にご注意下さい。 ［４］低域フィルタによる高調波排除低域フィルタは、送信機とアンテナの間に挿入して、送信機から出る高調波を減衰させるものです。低域フィルタというのは、（ある周波数より）「低い周波数成分を通過させ、高い周波数成分を減衰させる（通さない）フィルタ」という意味です。 | |
 Fig.HE1102_b 低域フィルタによる高調波の減衰 |
低域フィルタの動作は、Fig.HE1102_bの図のようになります。低域フィルタのカットオフ周波数は、フィルタに通す信号（正弦波）の周波数を上げて行き、十分低い周波数の時に比べて出力が電力で3 [dB]落ちる周波数を言います。 これより低い周波数を「通過域」、高い周波数を「阻止域」といい、高い周波数は減衰させられます。カットオフ周波数が基本波と第２高調波の間にあるフィルタを持ってくれば、基本波だけが通過して高調波は減衰する、という仕組みです。 しかし、実用上のことを考えれば、カットオフ周波数を基本波のすぐ上に持ってくることは不便です。 |
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なぜなら、上でも述べたように、7 [MHz]の電波を出せば、この整数倍の高調波が出ますが、FMやTVの受信に問題が出るのは70 [MHz]以上の高い周波数領域です。HFのアマチュアバンドには28 [MHz]までありますから、14 [MHz]や21 [MHz]の高調波が出るからと言って、カットオフ周波数を8 [MHz]にしてしまったのでは、バンドを変えるごとにフィルタも切替えなければなりません。 このため、通常アマチュア用（HF用）のフィルタは、カットオフが30 [MHz]となっています。 ［５］高域フィルタによる基本波排除高域フィルタというのは、低域フィルタとは逆に、（ある周波数より）「高い周波数成分を通過させ、低い周波数成分を減衰させる（通さない）フィルタ」という意味です。これを用いるのは、HF局の妨害を受けるTVやFMの放送受信側です。なので、以下は受信側で考えてみます。上で説明したように、電波を受信する目的のテレビやラジオでは、元々目的外の周波数は排除するようにできていますが、至近距離で大出力の電波を出されると、高周波増幅段が飽和してしまい、混変調などを引き起こします。 | |
 Fig.HE1102_c 高域フィルタによる基本波の減衰 |
そこで、放送波の周波数帯域だけを通過させ、アマチュア局のHF帯の電波を減衰させる高域フィルタをアンテナと受信機の間に挿入すれば、元々の妨害排除能力の許容レベルまで基本波レベルを下げることができ、問題なく受信できるようになります。 高域フィルタにも低域フィルタと同様のカットオフ周波数があります。カットオフ周波数を基本波と放送波の間に持ってくればいいわけ（Fig.HE1102_c参照）です。 この効果は結構大きく、私の実家で100 [W]を開局した時も、これでほとんどのTVIが止まりました。 |
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実際に販売されているフィルタは、この周波数が50 [MHz]よりも高いものが多いようです。FM放送は78 [MHz]からですし、そのすぐ上はTV放送なので、アマチュアバンドのHFと50 [MHz]の基本波はまとめて阻止できるようになっています。 それでは、解答に移ります。 Ａ…送信側がHF帯でV・UHF帯を受信するなら、受信側では高域フィルタ（ＨＰＦ）を挿入します Ｂ…ＨＰＦではHFの信号を減衰させます Ｃ…Ｂとは逆に、受信したいV・UHF帯の信号は通過させます となりますから、正解は４と分かります。 | |