ラジオ受信機 - アナログ通信

無線受信機の機能は、信号を受信し、復調を実行して、 回復する 元のメッセージ信号。無線送信機は初期段階で信号を送信します。送信機側にあるアンテナが信号を放射し、その信号が送信機側にある他のアンテナによって捕捉されます。 ラジオ受信機 。

無線送信機を使用した送信プロセスについてはすでに説明しました。変調プロセスは無線送信機の主原理であり、信号は通信チャネルを通じて受信機に送信されます。受信機の主な原理は復調です。無線受信機における信号の受信と回復のプロセスについて説明します。

AM復調

AM の復調プロセスは、FM (周波数変調) や他の種類の変調のプロセスと似ています。唯一の違いは、受信機の復調ブロックの変更です。無線受信機の復調プロセスには、受信信号を処理して、メッセージ信号とも呼ばれるベースバンド信号を復元することが含まれます。

通信チャネルを介して送信中に信号が大幅に減衰したと仮定します。したがって、減衰を改善するには受信信号の増幅が必要です。

ラジオ受信機のブロック図を以下に示します。

受信信号搬送波は、 RF 動作周波数の（無線周波数）搬送波神父。 RF アンプの機能は、受信信号を増幅して、無線受信機の開始ブロックとして存在する信号の減衰を除去することです。増幅後、信号を ミキサー 。 RF 搬送波信号は、 局部発振器 Foの周波数で動作します。これは、キャリア周波数をベースバンド周波数に変換するのに役立ちます。復調プロセスは変調プロセスの逆です。変調ではベースバンド周波数が搬送波周波数に変換され、復調では搬送波周波数がベースバンド周波数に変換されます。

文字列とJava

2 つの信号を混合するプロセスは次のように知られています。 ヘテロダイン 。選択した発振器周波数が RF 周波数より高い場合、ミキシングのプロセスは次のように呼ばれます。 スーパーヘテロイン 。

キャリア信号と正弦波形を乗算すると、これらの信号の 2 つの周波数の和と差である 2 つの出力周波数が生成されます。和周波数は Fo + Fr、差周波数は Fo - Fr です。

ミキサーには、和周波数を拒否し、差周波数 (Fo - Fr) をフィルターに渡すフィルターが暗黙的に含まれています。もし (中間周波数) キャリア 。出力で中間周波数範囲を生成するために、RF キャリアが IF キャリアに置き換えられます。 IFキャリアの出力は、 IFアンプ 。出力はさらに 復調器 そして最後に ベースバンドフィルタ 、ベースバンド信号を復元します。したがって、受信機の主な機能は、搬送波周波数からベースバンド周波数への変換を実行することでした。信号が復調するのに十分な強度がある場合は、フィルターやアンプを回避できます。このような場合、キャリア入力信号はミキサーに直接適用されます。

同期復調方式の場合、非同期搬送波ソースを使用する必要があります。

RF アンプは、要件と信号強度に応じて、いくつかの増幅段を備えることができます。

スーパーヘテロダイン原理の主な利点は、受信機をさまざまな信号に同調できることです。ここでは、別個の増幅段や別個の調整は必要ありません。送信プロセスがより困難になります。スーパーヘテロダイン原理を使用すると、局部発振器の周波数を変更するだけで、ある RF 周波数から別の RF 周波数に移行できます。

辞書順

AGC (自動利得制御)

いくつかの増幅段における受信機の電圧利得は非常に高くなります。これは、入力が非常に低い周波数であり、必要な出力が高い周波数である場合に必要となります。高いゲインは、低周波信号を高周波に変換します。非常に弱い信号の送信に役立ちます。ただし、入力信号が高周波の場合、受信機での高いゲインは利点にならず、歪みが発生する可能性があります。 AGC は信号の強さを検出してゲインを自動的に調整します。そうしないと、効率的な伝送のためにシステムを常に調整する必要があり、それが困難になります。

ラジオ受信機の機能

ラジオ受信機の機能は次のとおりです。

増幅

増幅は、ラジオ受信機での受信の最初の重要な部分です。受信無線信号は一般に減衰します。アンプは信号から減衰を取り除くのに役立ちます。アンプのもう 1 つの機能は、入力無線信号の振幅を大きくすることです。バッテリーまたはプラグからの電力を使用して振幅を増加します。現在、ほとんどのデバイスは増幅目的でトランジスタを使用しています。

増幅器は送信側と受信側の両方で使用されます。最初の段階では、信号を変調に適したものにするために使用されます。受信側では、信号をノイズから除去して受信機 (スピーカーなど) に送信するために使用されます。

復調

信号は多くの変調器、ミキサー、アンプ段を通過します。受信機では、信号が復調されて、元の信号が変調された搬送波信号から分離されます。これは復調器の助けを借りて行われます。受信機の種類ごとに異なる復調プロセスが必要です。例えば、

DSBSC (Double Sideband Suppress Carrier) では、復調にコヒーレント検波方式が必要です

SSBC (搬送波付き単側波帯) では、復調に包絡線検波方式が必要です

FM受信機はFM型復調器を使用

バンドパスフィルタリング

信号間の干渉を防ぐために、さまざまな送信機が異なる周波数で電波を送信します。各送信機には、周波数に基づいて信号を選択するそれぞれの受信機があります。バンドパスフィルターは、それぞれの送信機に必要な無線信号をフィルターで除去するために使用されます。目的の信号をフィルターで除去し、他の周波数に存在する他の信号をブロックします。これは、目的の信号を検出し、共振周波数で他のすべての無線信号を接地するのに役立ちます。アンテナと地面の間に同調回路が含まれる場合もあります。

ラジオ受信機の種類

無線受信機は次のように分類されます。

スーパーヘテロイン受信機
回生受信機
超再生受信機
ダイレクトコンバージョン受信機
調整された無線周波数受信機

スーパーヘテロイン受信機

上で論じた受信機はスーパーヘテロイン受信機である。周波数混合を使用して周波数を中間周波数 (IF) に変換します。というアメリカの発明家兼電気技術者によって発明されました。 エドウィン・アームストロング 。しかし、初期の特許により、発明の功績はフランスのラジオメーカーに与えられました。 ルシアン・ラヴィ 。データ伝送プロセスで使用される受信機のほとんどはスーパーヘテロイン受信機です。一部の受信機は直接サンプリングに基づいています。

Python プログラムの例

ラジオ受信機の時代が始まった頃、 TRF (同調無線周波数) 受信機は、低コストで操作が簡単なため、一般的に使用されていました。これらの受信機は、コストが高く、操作に熟練した労働力が必要だったため、あまり普及しませんでした。 1920 年代以降、スーパーヘテロダイン受信機は、IF 周波数 (IF 周波数とも呼ばれる) に基づいて作成されました。 IFトランス 。しかし、1930 年代頃に発明された真空管ラジオ受信機に取って代わられました。

回生受信機

再生受信機は通常、アンプのゲインを高めるために使用されます。 1914 年に発明され、特許を取得しました。 エドウィン・アームストロング 。受信機は感度と選択性が優れていたため、1915 年から第二次世界大戦まで使用されました。このような受信機の原理は、再生プロセスとして機能する正のフィードバックです。出力は再び入力に適用され、増幅率が増加します。 1930 年代までに、これらの受信機は放射線干渉という欠点があるため、TRF およびスーパーヘテロダイン受信機に置き換えられました。ただし、再生受信機は増幅器や発振器で広く使用されています。

超再生受信機

回生量が大きく高増幅を実現する再生型受信機です。エドウィンアームストロングも 1922 年に発明しました。トランシーバーやワイヤレスネットワーキングなどのさまざまなデバイスで使用されています。 AM (振幅変調) と広帯域 FM (周波数変調) ではうまく機能しますが、再生受信機は狭帯域 FM ではうまく機能します。超再生受信機は SSB (9 単側波帯信号) を適切に検出できません。SSB は常に自己発振するためです。干渉のない周波数帯域で最適に機能するため、最も強い信号を受信できます。

ダイレクトコンバージョン受信機

DCR (ダイレクトコンバージョンレシーバー) の機能は、周波数を IF (中間周波数) に変換することを除いて、スーパーヘテロインレシーバーの機能と似ています。 DCR は、局部発振器によって駆動される同期検波を使用して、受信無線信号を復調します。この周波数は搬送波周波数とほぼ同じです。スーパーヘテロイン受信機のような 2 つの周波数変換の複雑さは必要ありません。周波数変換器は 1 つだけ使用します。スーパーヘテロイン受信機で IF 段に続く同期検波器が使用されている場合、復調出力はダイレクトコンバージョン受信機と同じになります。

調整された無線周波数受信機

の TRF (調整された無線周波数) は、1 つ以上の無線周波数 (RF) アンプを使用して、受信無線信号からオーディオ信号を抽出します。複数の RF アンプを使用するという概念は、連続する各ステージで入力信号を増幅することで、干渉を除去するのに役立ちます。初期に発明された受信機の動作は、周波数を局の周波数に合わせて個別に調整するため複雑でした。しかし、その後のモデルでは、周波数を制御するために単一のノブを使用して操作されるようになりました。 TRF は、1930 年代頃にエドウィンアームストロングによって発明されたスーパーヘテロダイン受信機に置き換えられました。

歴史

1887年にドイツの物理学者は、 ハインリヒ・ヘルツ は、電磁 (EM) 理論に基づいた一連の実験を使用して、最初の電波を特定しました。本発明は、スパーク励起ダイポールアンテナを含む様々なタイプのアンテナに基づいた。しかし、彼らは送信機から最大 100 フィートまでの送信しか検出できませんでした。同年に火花ガス発信器も発見した。

これらの送信機は 1887 年から 1917 年にかけて普及しました。しかし、これらの火花送信機によって送信される情報にはノイズが多く、音声送信には適していませんでした。
したがって、最初に発明されたラジオ受信機は電波を検出することしかできず、受信装置は検出器と呼ばれていました。当時は信号を増幅するアンプがありませんでした。
1895年に、 G マルコーニ 最初の無線通信システムを開発しました。
1897 年までに、マルコーニと他の研究者は、 同調回路 電波送信において。また、アンテナと検出器の間に接続すると、必要な範囲の周波数を通過させ、その他の周波数を拒否することにより、バンドパスフィルターとしても動作します。
1900 年頃、ラジオは世界中で商業的に使用され始めました。
コヒーレント検出器は無線送信に使用されました。初期のラジオ受信機で最長 10 年間使用されました。
1907 年に、コヒーレント検出器は次のものに置き換えられました。 水晶検出器 。
1920 年までに、電解検出器や磁気検出器など、さまざまな検出器が発見されました。
1920年に発明されたのは、 真空管検出器 1920 年代以前に発見された他のすべての検出器に取って代わりました。この時代に、検出器は「」という名前に変更されました。 復調器 。
復調器は、無線信号から音声信号を抽出できるデバイスです。
1924 年、ダイナミックコアラウドスピーカーが発明され、以前に発明されたスピーカーと比較してシステムのオーディオ周波数応答が改善されました。
その後、さまざまなタイプのラジオ受信機が発明されました。
1947 年にトランジスタの時代が到来し、さまざまな無線送信用途が発見されました。
1970 年代以降、デジタル技術が新たな革命を起こし、受信機回路全体がチップに組み込まれました。