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中間周波数と影像周波数 ちゅうかんしゅうはすう

二陸特 三陸特 3アマ 4アマ

中間周波数 fi は、受信周波数 fs と局部発振周波数 fo の差。影像周波数は fo をはさんで fs の反対側に fi だけ離れた周波数(fs±2fi)で、混合器に入ると同じ fi になってしまうので混信のもとになる。

試験ではここ

3アマで計算。fi=455〔kHz〕、fs=7,100〔kHz〕、局発が高いとき fo=7,555〔kHz〕、影像=8,010〔kHz〕(fs+2fi)。fs=21,200 なら fo=21,655〔kHz〕。陸特は影像混信の対策で「中間周波増幅部の利得を下げる」だけが誤り(高周波増幅部の選択度・トラップ・中間周波数を高くは正しい)。

混合器は2つの周波数の「差」を作る回路です。受信したい fs と局部発振 fo を入れると差の fi が出ます。ところが fo から見て fs と反対側に同じ距離だけ離れた周波数の電波も、fo との差が同じ fi になります。この「鏡に映った側の周波数」が影像周波数で、いったん混合器を通ると目的の信号と区別がつきません。

中間周波数と局部発振周波数
f_i = |f_o - f_s| \qquad f_o = f_s + f_i

fs は受信周波数、fo は局部発振周波数。試験問題はたいてい「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 fo=fs+fi

影像周波数
f_{\text{image}} = f_s + 2 f_i \quad (\text{局発が高いとき})

局発が受信周波数より低いときは fs−2fi。どちらも fo から fi だけ離れた「反対側」の周波数

受信周波数・局部発振周波数・影像周波数
周波数軸で見る。fs と影像は fo をはさんで同じ距離 fi。高周波増幅器の同調曲線で影像側を減衰させる
混合器は差の周波数を作る
混合器は差を作るだけ。fs でも影像でも fo との差は同じ fi になる

典型問題の解き方(3アマ オリジナル No.1 問23)

fi=455〔kHz〕の受信機で 7,100〔kHz〕を受信。局発は受信周波数より高い。影像周波数は?

  1. 局部発振周波数を出す fo=fs+fi=7,100+455=7,555〔kHz〕
  2. fo の反対側に fi だけ進む 影像=fo+fi=7,555+455=8,010〔kHz〕
  3. 検算 fs+2fi=7,100+2×455=8,010〔kHz〕。影像と fo の差は 8,010−7,555=455 で確かに fi
  4. ひっかけの肢 7,555 は局発そのもの、6,645 は局発が低い場合の fo、6,190 は局発が低い場合の影像

もう1題(3アマ オリジナル No.2 問23)

fi=455〔kHz〕で 21,200〔kHz〕を受信。局発が高いとき、局部発振周波数は?

  1. fo=fs+fi 21,200+455=21,655〔kHz〕
  2. 検算 21,655−21,200=455〔kHz〕
  3. ひっかけの肢 22,110 は fs+2fi(影像周波数)、20,745 は局発が低い場合の fo

影像周波数混信を軽減する方法

  • 高周波増幅部の選択度を良くする 混合器に入る前に、受信周波数から 2fi 離れた影像の電波を同調回路で減衰させる
  • アンテナ回路にトラップを入れる 影像周波数に同調したトラップで、その周波数だけを吸収する
  • 中間周波数を高くする 影像は fs から 2fi 離れるので、fi が高いほど影像が遠くなり、高周波増幅部で落としやすい
  • × 中間周波増幅部の利得を下げる 混合器を通った後では影像も目的信号も同じ fi。利得を下げても区別できない
中間周波数を高くすると影像が遠ざかる
中間周波数を高くすると影像が受信周波数から遠ざかり、同調曲線で落としやすくなる
ひっかけ

影像周波数の対策は混合器より「前」(高周波増幅部・アンテナ回路)か、中間周波数そのものを高くすること。中間周波増幅部で除けるのは近接周波数の混信です。この2つを入れ替えた肢が頻出。計算では fs+fi(局発)と fs+2fi(影像)を混同しないこと。

上部の看板「影像周波数=局発をはさんで反対側、同じ距離
局発をはさんで反対側、同じ距離の周波数が影像

この用語を押さえる問題

3アマ ・ ブートラボ オリジナル問題 無線工学 No.1 問23

中間周波数が 455〔kHz〕のスーパヘテロダイン受信機で 7,100〔kHz〕の電波を受信しているとき、影像周波数の値として正しいのは次のうちどれか。ただし、局部発振周波数は受信周波数より高いものとする。

正答: 8,010〔kHz〕

正しい。局部発振周波数 fo=7,100+455=7,555〔kHz〕。影像周波数は局発を挟んで受信周波数と反対側に中間周波数だけ離れた周波数なので、fi=fo+455=8,010〔kHz〕(=受信周波数+2×455)。この周波数の電波も混合器で 455〔kHz〕の差を生じるので妨害となる。対策は高周波増幅器の選択度を上げることや中間周波数を高くすることである。

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3アマ ・ ブートラボ オリジナル問題 無線工学 No.2 問23

中間周波数が 455〔kHz〕のスーパヘテロダイン受信機で 21,200〔kHz〕の電波を受信するとき、局部発振器の周波数として正しいのは次のうちどれか。ただし、局部発振周波数は受信周波数より高いものとする。

正答: 21,655〔kHz〕

正しい。スーパヘテロダイン受信機では、受信周波数 fr と局部発振周波数 fo の差が中間周波数 fi になる。fo が fr より高いので fo=fr+fi=21,200+455=21,655〔kHz〕。検算: 21,655-21,200=455〔kHz〕。

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二陸特 ・ 日本無線協会 CBT例題 無線工学 No.3 問24

スーパヘテロダイン受信機において、影像周波数混信を軽減する方法で、誤っているのはどれか。次のうちから選べ。

正答: 中間周波増幅部の利得を下げる。

影像周波数は周波数変換の前に高周波増幅部の選択度やトラップで取り除くか、中間周波数を高くして影像を受信周波数から遠ざけるのが対策です。中間周波増幅部の利得を下げても、すでに同じ中間周波数に変換された影像信号は除去できません。

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三陸特 ・ 日本無線協会 令和元年10月期 無線工学 問24

スーパヘテロダイン受信機の周波数変換部の働きは、次のうちどれか。

正答: 受信周波数を中間周波数に変える。

周波数変換部は、受信した高周波信号と局部発振器の出力を混合して、その差の周波数である一定の中間周波数に変換します。中間周波数に変えることで増幅や選択を安定して行えるのがスーパヘテロダイン方式の特徴です。

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問われた問題 19

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