違う局なのに、同じ入口を通ってくる

前回の困りごと

前回、IF フィルタの帯域を 6 kHz に絞って、隣の 990 kHz と 1,008 kHz の局を退けることができました。希望局の声だけがはっきり聞こえます。ところが、ある局を入れたとたん、話が変わりました。999 kHz からずっと離れた 1,909 kHz の局です。隣接局より 100 倍も遠いのに、IF フィルタを素通りして、希望局の声に重なって聞こえてきます。帯域を 1 kHz まで狭めても、消えるのは希望局の高い声だけで、妨害局はそのまま残ります。

予想してから、1つ足す

まず予想してください。1,909 kHz の局は、受信機のどこで、どんな周波数になって、希望局と重なっているのでしょう。ヒントは前回の式、f_IF = |f_LO − f_RF| です。局発は 1,454 kHz でした。1,909 から 1,454 を引いてみてください。答えが見えた人は、次に「どこで止めるべきか」を考えます。IF フィルタの後ろ、IF フィルタそのもの、それともミキサに入る前。

図を見てください。今日足すのは、ミキサより前、第4回の同調回路のすぐ後ろに置く 2 段目の同調回路です。IF 側には何も足しません。足す前に、まず妨害の正体を観測で確かめましょう。

動かしてみる

アンテナ入力に、999 kHz の希望局と 1,909 kHz の妨害局を同じ強さで入れます。観測端子 A のスペクトルには 2 本の線が、910 kHz 離れて立っています。これほど離れていれば、第4回の同調回路でもある程度は減りますが、Q が 50 程度の 1 段では妨害局は 40 dB 近く残ります。ミキサの出口、観測端子 C を見ましょう。希望局は 1,454 − 999 = 455 kHz に落ちています。妨害局は 1,909 − 1,454 = 455 kHz。同じ場所です。

周波数軸を見ると、理由が一目で分かります。局発 1,454 kHz を真ん中に置くと、999 kHz は左に 455 kHz、1,909 kHz は右に 455 kHz。ちょうど鏡に映したような位置関係です。ミキサは「局発との差」を作る回路なので、左右どちらから来ても差は 455 kHz になります。ミキサには、入ってきた波が局発より上にいたか下にいたかを区別する力がないのです。

IF フィルタの出口、観測端子 D を見ます。455 kHz の線は 1 本に見えますが、その中に 2 つの局の側波帯が重なっています。帯域幅つまみを 6 kHz から 1 kHz に絞っても、2 つの局は同じ比率で削られるだけで、分離はまったく進みません。声はこもり、妨害はそのまま。これが「IF では見分けられない」ということです。前回の予想で「IF フィルタをもっと鋭くすれば混信は全部防げる」と考えた人は、ここで考えを改める番です。

では、ミキサに入る前に戻りましょう。2 段目の同調回路を 999 kHz に合わせて追加します。観測端子 A の後ろ、ミキサの直前のスペクトルを見ると、1,909 kHz の線が 1 段のときよりさらに 37 dB ほど下がり、2 段合わせて 70 dB を超える減衰になりました。ミキサの出口では、妨害局の 455 kHz 成分が希望局のはるか下に沈みます。音を聞くと、妨害局の声は消え、希望局だけが残りました。IF では分けられなかった 2 つの局が、変換する前なら分けられたのです。

最後に、思考実験を 1 つ。もし中間周波数が 455 kHz ではなく、もっと高かったらどうでしょう。IF を 10.7 MHz にすると、局発は 11,699 kHz、妨害局になる周波数は 999 + 2 × 10,700 = 22,399 kHz です。希望局から 21 MHz 以上も離れるので、入口の同調回路でいとも簡単に落とせます。IF を高くするほど、鏡の向こう側は遠ざかるのです。ただし IF が高いと、前回の 6 kHz のような狭いフィルタを作るのが難しくなります。この折り合いの付け方が、スーパヘテロダイン受信機の設計の面白さです。

名前をつける

局発を挟んで希望局の反対側、同じ 455 kHz だけ離れた周波数を、影像周波数と呼びます。鏡に映った像、という意味で、イメージ周波数とも言います。影像周波数の電波による混信が影像周波数混信、略して影像混信です。そして、影像周波数を減らすために変換前に置く同調回路や高周波増幅器のことを、プリセレクタと呼ぶことがあります。「前もって選ぶ」という意味です。第7回の表で、入口の同調回路の担当を「離れた周波数」と書いておきました。隣の局は IF が、鏡の向こうの局は入口が受け持つ。この分担が今日はっきりしました。入口の同調回路は帯域幅が局ごとに変わって隣接局を切るには向きませんが、910 kHz も離れた影像周波数を落とすには十分なのです。

局発を受信周波数より低い側に置いた場合は、鏡の位置も反対側へ移ります。局発 544 kHz なら、影像周波数は 544 − 455 = 89 kHz、つまり f_RF − 2 f_IF です。試験の問題文はたいてい「局部発振周波数は受信周波数より高い」と断ってあるので、f_RF + 2 f_IF を使います。

2 段目の同調回路でどれだけ減らせるかも、式で見積もれます。単一の同調回路の減衰は、中心周波数からのずれと Q で決まります。

試験ではこう出る

今日の結果

次回は、IF フィルタの後ろに増幅器を足して、弱い信号を検波する前に育てます。ただし、強い局を入れると今度は増幅器が飽和します。「ちょうどよい範囲」の狭さを体験する回です。

この回で解けるようになる問題

本文の「例題No.」は公益財団法人日本無線協会が公表している CBT 方式の国家試験の例題、「過去問」は同協会の公表試験問題です（日本無線協会 試験問題。同協会の利用条件に基づき掲載）。「オリジナル」は当サイトの作問です。