スーパーヘテロダイン方式は、1918年にアメリカの発明家である、エドウィン・アームストロングなる人物によって発明された受信機の回路方式である。
]]> 　この方式のポイントは、「中間周波数」という概念である。
　1918年頃といえば、1000kHz とか 1200kHz といった周波数帯域の増幅は技術的に難しかった。そのため、ヘテロダイン機構を使って、増幅しやすい一定の比較的低い周波数に変換し、それを増幅することで、受信感度や選択度を飛躍的に向上させることが出来る仕組みが考案されたのである。
　スーパーヘテロダイン方式においては、中間周波増幅回路にて大きく感度を上げることが出来るため、普及版の安価な中波放送用受信機の場合は、高周波増幅回路が無い受信機が多い。

再び、ヘテロダインの概念図である。
スーパーヘテロダイン方式においては、周波数変換は、周波数混合回路そのものである。
ヘテロダイン方式と異なるのは、この時点で直接復調するのではなく、搬送波の周波数を受信周波数に関係なく、一定の中間周波数に維持するようにするところである。
実際の中波放送用のスーパーヘテロダイン方式には、幾つかの中間周波数が使われているが、最も多く採用されているのが、455kHz である。中波放送は、526.5kHz から 1606.5kHz までの範囲なので、| f₁ - f₂ | （f₁とf₂の周波数差）が常に 455kHz になるように局部発振回路の発振周波数を希望する放送の受信周波数に合わせるようにすればよい。


左図は、実際の周波数変換の様子を図示したものである。

局部発振回路は、常に受信したい放送周波数より中間周波数分高い周波数を発生し、受信したい周波数に関係なく中間周波数の 455kHz が得られるように、同調回路と連動した動作をとる。

周波数混合の際、2455kHz と 455kHz の周波数が現れるが、欲しいのは 455kHz の方だけなので、455kHz 付近だけを通過させる中間周波トランスを用いて、2455kHz の信号をカットする。
　ここで、f₁ と f₂ の周波数差が 455kHz でありさえすればよいわけなので、上図のように 455kHz 高い局部発振でなく、455kHz 低い局部発振でも、| f₁ - f₂ |　は同じ結果になる。

　周波数変換において、f₁ ＜ f₂　の場合（受信周波数＜局部発振周波数）を「上側ヘテロダイン」、f₁ ＞ f₂　の場合（受信周波数＞局部発振周波数）を「下側へテロダイン」と言って区別している。


　中波放送用の受信機では、殆どが「上側ヘテロダイン」、日本国内のＦＭ放送用の受信機では、殆どが「下側ヘテロダイン」が採用されている。

さて、中間周波トランスの中身は、455kHz に対応する共振回路である。455kHz の同調回路であるといっても差し支えない。中間周波増幅回路は、単純に 455kHz の信号を増幅するだけである。
また、復調回路は、基本的にストレート方式の受信機と同じものである。

短波用受信機やその上のＶＨＦ（超短波）やＵＨＦの受信機では、周波数変換が多段構成になっているものも多い。

スーパーヘテロダイン方式には、周波数変換の段数で、シングルスーパヘテロダイン、ダブルスーパーヘテロダイン、トリプルスーパーへテロダインとある。 一般的な中波放送受信機は、ほぼ全てシングルスーパーヘテロダインである。 一部の短波放送受信機や通信型受信機は、ダブルスーパーヘテロダイン、専門家が使用するような高度な広帯域受信機の中にはトリプルスーパーヘテロダインのものもある。 ダブルスーパヘテロダインやトリプルスーパーヘテロダイン受信機のカタログを眺めると、第１中間周波数・第２中間周波数、と言った記述が見られる。
これは、受信機の内部がダブルスーパヘテロダインやトリプルスーパーヘテロダイン方式であることを示すのと同時に、受信機の機能や性能を判断するひとつの目安になる。]]> tag:blogs.manapo.com,2007:/radio//1.52 2007-09-03T04:26:15Z 2007-10-12T01:07:04Z

　第２次大戦中、戦後の部品供給が不足した時期を象徴するかのような回路構成である：

日本では、真空管がゲルマニウムトランジスタに置き換わり始めた頃に多く採用された回路方式である。
　]]> 　スピーカを鳴らすには、通常、低周波増幅回路をもう１段増やして実現する。

　この方式は、やはり高周波増幅と低周波増幅を一緒にするところで無理をしているので、他の方式に比較すると動作が不安定である。

■ ヘテロダイン方式（ダイレクト・コンバージョン方式）
　現在の受信機では、殆どストレート方式やその改良回路構成は採用されていない。
　受信感度の向上や混信除去に一定の限界があるからである。特に混信除去の性能は、ストレート方式では同調回路の性能が直接影響し、受信感度向上以上に困難を伴う面がある。
　そこで、ストレート方式をベースにして、復調回路で混信軽減の試みをしたのが、この方式である：

　この方式のポイントは、復調回路の構成にある。

中波ラジオ放送で使われる振幅変調の電波を別の見方で眺めると、左図のようになっている。
このように、グラフの横軸に周波数、縦軸に送信電力や電波の強さを取って、どの周波数でどのくらいの強さの電波を出ているかを示した図を「周波数スペクトル」と呼ぶ。

この例では、搬送波周波数1000kHz の放送局が、1kHz の音声を載せて送信したときの周波数スペクトルである。人間の声や音楽は概ね 20Hz から 20kHz までの範囲で常に変化し、搬送波の左右に現れる周波数の電波はそれに合わせて変化するのである。振幅変調された搬送波の左右に現れる電波は、側帯波（そくたいは）と呼ぶ。
　そして、その側帯波は音声周波数分離れた周波数にて、搬送波送信電力のちょうど半分の電力で発生する。


左図は、「ヘテロダイン」とは何か？説明を説明する概念図である。
「ヘテロダイン」とは、２つの周波数を混ぜ合わせて、新たな周波数を発生させる仕組みを指す。

そしてその実態は「周波数混合回路」である。２つの周波数を混合すると、f₁ + f₂ の周波数と、f₁1- f₂ の周波数（絶対値）が得られる。これをヘテロダイン検波と呼ぶことがある。これを復調回路に応用したのがヘテロダイン方式の受信機という訳である。


ヘテロダイン方式では、復調回路に前記の「周波数混合回路」と希望の音声周波数帯を取り出す「フィルタ」で構成される。
ここで、f₁ は受信する放送、f₂は局部発振回路で作った受信放送局の搬送波と同じ周波数の高周波信号である。
ここで、この２つを混合すると、2000kHz 付近(f₁ + f₂)と、音声周波数帯(| f₁ - f₂ |) の２つの出力が得られる。しかし、欲しいのは音声周波数帯の信号なので、フィルタを使って、音声周波数帯(| f₁ - f₂ |) だけ取り出すことで、元のコンテンツが得られる、という仕組みである。

　この方式の中波放送用受信機は、第２次世界大戦前までは、アメリカで普及していたものらしい。
　現在の中波放送用受信機では、この方式は既に使われておらず、代わりにこの方式を応用した方式が使われている。
　しかし、通信用受信機（アマチュア無線・各種業務無線など）では必要不可欠な場合もあるため、現用されている。

　ヘテロダイン方式は、現在では、ダイレクト・コンバージョン方式とも呼ばれる。
　名前が異なるだけで、動作原理は同じである。
　周波数混合によって、|f₁ - f₂ |　を取り出すことで、直接目的のコンテンツ（信号）を得ることが出来るからで、携帯電話で主に採用されている。

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現在、電波として需要が多いのは、超短波[VHF] からマイクロ波[SHF] にかけての周波数帯である。
　また、2007年現在、VHF に於いてもテレビジョン放送が行われているが、2015年頃までには、大半の主要国では UHF帯へ移行する見込みである。日本においても VHF帯のテレビジョン放送は、2011年7月24日の従来のアナログ方式テレビジョン放送終了と共に姿を消す。
　携帯電話は、その通信に UHF帯の電波を使用する。携帯電話の大きさや電波としての性質からして、最も適している周波数帯だからである。
　また、電波は日本の法律においては、下限周波数の定めは無いが、上限は「300万メガヘルツ以下」と定められている。(電波法 第2条１項)　300万メガヘルツは 3THz(テラヘルツ) と同じ意味である。

　但し、技術的観点から、下限は 3kHz とされている。3kHz 未満の電磁波も3THz 以上の電磁波も存在するが、「電波」とは呼ばない。 3THz 以上の電磁波は、遠赤外線などの光になる。つまり、超遠赤外線が「電波」という訳である。
]]> tag:blogs.manapo.com,2007:/radio//1.45 2007-08-21T05:52:57Z 2007-08-21T06:06:41Z

■ 同調回路(Tuning) ― 放送局の選局
　アンテナで受けつけた電波は、あらゆる放送の電波が混在している。
　その中から希望する放送局を選び出す役目をするのが同調回路である。

　同調回路は、前章で説明した「並列共振回路」または「直列共振回路」そのものである。ラジオの要（かなめ）―　直列共振回路・並列共振回路 でも説明したとおりである。共振周波数を受信したい放送の周波数に合わせることで、希望の放送局を選択するのである。
]]> 　同調回路の実現には動作原理上から、
・コンデンサの静電容量を固定にしておき、コイルのインダクタンスを変化させる ― μ(ミュー)同調方式
・コイルのインダクタンスを固定にしておき、コンデンサの静電容量を変化させる ― Ｃ同調方式

　の２種類考えられ、どちらでも良いのだが、コイルのインダクタンスを変化させるよりは、コンデンサの静電容量を変化させる方が機械構造的に安価・小型に出来るので、現在の受信機に採用される同調回路の殆どはＣ同調方式である。
　バーアンテナがある受信機においては、バーアンテナ自身が同調回路のコイルの役目を兼ねている。

　■ 復調回路(de-modulation/detection) ― 放送コンテンツの復元
　同調回路で選び出した放送局が送信しているコンテンツは、送信所で変調がかかったままなので、そのままでは人間が理解できる状態に再現できない。
　変調された受信信号を元のコンテンツに戻すことを「復調」(de-modulation または detection)と言う。
　特に振幅変調用の復調回路（ステレオ放送用を除く）は、「検波回路」または、単に「検波」と呼ばれることも多い。
　振幅変調は、この復調回路が簡単に出来るため、雷などの空電雑音に弱い欠点を持ちながらも、現在も放送局の放送事業用に多用されているのである。
　振幅変調の復調（検波）手順は、図示すると以下のようになる：

左の図で 1) のように変調信号を半分に切り落とすのが、電流を片方向にしか流さない性質を持つダイオードと呼ばれるものである。ダイオードは電子機器の中では、コイルやコンデンサと同様、広く使われている半導体で作られている電子部品のひとつである。回路図上では、図記号 で示す。

昔は、ダイオードの部分に鉱石が使われていたので「鉱石ラジオ」と呼んでいたのである。
その後、半導体の普及と共に鉱石の代わりにゲルマニウムダイオードが使われるようになって、「ゲルマラジオ」と名前が変わったのである。
動作原理そのものは、鉱石ラジオもゲルマラジオも同じである。1991年に日本でも中波ラジオで ＡＭステレオ放送が始まったが、ＡＭステレオ放送の復調回路は、このような簡単な回路では実現できない。但し、ＡＭステレオ放送を従来どおりモノラルで聴くのであれば、上記の図で示す昔ながらの簡単な回路で済むように考えられている。

　復調（検波）で得られた、変調前のコンテンツは、電気的には「復調信号」と呼ぶ。

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まずは、左の画像から。
　机上に置けるようなサイズの受信機で、中波放送を受信できるようになっているものは、ラジオの裏蓋を外してみると、このような感じで黒い棒のようなものが必ずある。これは「バーアンテナ」と呼ばれるものである。
　このアンテナはその構造上、放送局の方向に対して横になっていないと上手くアンテナとして機能しない。
　そのため「放送が聞きにくいときはラジオごと向きを変えてみてください」と取扱説明書には決まり文句のように書かれているのである。

　次に右の画像から。
　ポケットサイズの受信機は、イヤホンで聞くようになっているものが殆どだが、そのような場合イヤホンの配線自体がアンテナになっている。ポケットサイズのラジオであっても、中波放送を受信するものは超小型のバーアンテナが組み込まれている場合も結構多い。
]]> tag:blogs.manapo.com,2007:/radio//1.43 2007-08-10T08:45:09Z 2007-08-10T09:01:40Z

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送信機において、放送局で制作したコンテンツは、電気的な交流波形として扱う。
送信機では、これをコンテンツが持つ最高周波数の概ね１０倍以上の周波数を有する高周波に重畳させて、送りたい情報を載せ、送信アンテナから電波（電磁波）として送り出すのである。

送信機において、コンテンツのことを「変調信号」と呼ぶ。
また、高周波にコンテンツを載せることを「変調」と呼ぶ。
さらに、高周波自身を「搬送波」または「キャリア」と呼ぶ。

「変調信号」「変調」「搬送波（キャリア）」は良く出てくる用語なので、ここできちんと理解するようにしていただきたい。

上記の図で示した波形は、実際に受信機（ラジオ）にて受信するときにアンテナで現れる波形と思って差し支えない。
　変調方式には、大きく分けて「振幅変調」「角度変調」「パルス変調」の３種類がある。
　更にこれらを混合したものや、更に工夫を加えたもの、どれにも属さない新しい方式もあるが、ここでは「振幅変調」と「角度変調」について説明する。

■振幅変調 (Amplitude Modulation)
　振幅変調は、中波ラジオで用いられる変調方式である。ＡＭとも呼ばれる。
　搬送波（キャリア）の振幅が変調信号に合わせて変化するため、この名前がついている。
　中波ラジオだけではなく、短波ラジオや、ロシアや東ヨーロッパで行われている、長波放送（中波ラジオより低い周波数を用いる）でも使用されている。
　1920年アメリカでラジオ放送が始まった時から使われている変調方式である。
　受信機を単純な構造に出来る特徴を持つが、雷などの空電雑音の影響を受けやすい。
　雷雲が近づいているときに、中波ラジオでは「ガリッ」「ガサッ」という音が入るのは振幅変調の弱点である。

■角度変調 (Angular Modulation)
　「角度変調」という言葉は、おそらく一般には殆ど馴染みが無い言葉であろう。
　これは、搬送波（キャリア）の周波数と位相が変調信号に合わせて変化するため、この名前になっている。
　さて、角度変調には２種類ある。

変調信号に合わせて搬送波の位相を変えるものを「位相変調」(Phase Modulation)
　変調信号に合わせて搬送波の周波数を変化させるものを「周波数変調」(Frequency Modulation)と呼ぶ。
　位相変調の方は、一般的ではないが、周波数変調の方は、いわゆる「ＦＭ放送」として普及している。
　コミュニティＦＭ放送も周波数変調による放送である。
　角度変調は振幅変調方式と異なり、空電雑音に強い、音質が良いという特徴がある。ＦＭ放送に音楽番組が多いのはそのためである。但し、受信機はどうしても複雑になりがちである。

　さて、送信所には送信アンテナが付き物である。
　実際の送信所は、こんな感じである：

左が中波ラジオの送信所、右が遠方から見た、テレビジョンとＦＭ放送の送信アンテナ群である。 中波ラジオの送信所は、高さ50m 以上の鉄柱が必要なことから、多くの場合、平坦な場所で且つ周囲における建物がまばらな場所を選んで設置される。 また、テレビジョンやＦＭ放送の送信アンテナは、それ自体はあまり大きくないものの、都市近郊のできるだけ高い山の山頂を選んで設置される。東京のように周囲に高い山が無い場所では、東京タワーのような巨大な電波塔を設置している。 東京タワーの設置目的は、世界に日本の技術を誇るためにあるのではなく、必要に迫られて建設された電波塔なのである。
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